Урок, який слід винести з торговельної війни США та Китаю та спричинених коронавірусом блокувань, які спричиняють хаос на ринках і сильно вражають перспективи видобутку корисних копалин, полягає в тому, що Північній Америці необхідно створити більш надійні внутрішні ланцюги поставок.

Сполучені Штати відповіли на кризу COVID-19, закривши свої кордони, а компанії відповіли обмеженням виробництва, оскільки роботи на шахтах у всьому світі припинилися.

Закриття виробничих заводів у Китаї, які потенційно можуть припинити імпорт рідкісних земель у США, просвітлило те, що нація залежить від Китаю для своїх потреб у рідкісноземельних металах.

Уряд США активізував зусилля для забезпечення поставок критично важливих корисних копалин з-за меж Китаю. У рамках цих ініціатив вона нещодавно підписала меморандум про взаєморозуміння з Гренландією щодо проведення гіперспектрального дослідження для картографування геології країни.

Попит на рідкоземельні магніти обумовлюється в основному електромобілями, вітрогенераторами, медичними пристроями, смартфонами, а також аерокосмічними та оборонними програмами.

Ринок рідкоземельних магнітів коштує 14 мільярдів доларів на рік більше ніж на 60% контролюється Китаєм, який згідно з «Зроблено в Китаї 2025» все частіше використовує рідкоземельні магніти в готовій продукції та напівфабрикатах, на відміну від експорту магнітів, говорить США. Rare Earth, партнер із фінансування та розвитку проекту Round Top з важких рідкоземельних і критично важливих мінералів у Західному Техасі, і галузеві джерела вважають, що ринок рідкоземельних магнітів майже подвоїться до 2027 року.

USA Rare Earth також закуповує обладнання, необхідне для будівництва єдиного заводу з виробництва рідкоземельних магнітів в Америці.

Єдина діюча шахта рідкісноземельних металів у США — Mountain Pass у Каліфорнії. Після законсервного періоду він повернувся у виробництво, але тепер він належить MP Materials, майже десята частина якого належить китайському інвестору.

Коли Геологічна служба США робить свій щорічний звіт про видобуток корисних копалин – США технічно не виробляють оксидів рідкоземельних елементів, тому що те, що виходить з гірського перевалу, відправляється до Китаю, Ден МакГроарті, член консультативної ради з рідкісних земель у США, сказав MINING.COM. .

Створення важливого запасу корисних копалин

Макгроарті сказав, що в 2014 році адміністрація Обами внесла два рідкісноземельних елемента, тербій і диспрозій, у список рідкісних земель для придбання в запаси національної оборони.

«Це було в той момент, коли в США не було виробництва тербію та диспрозію. Це дві найбільші за обсягом рідкісні землі, які ми маємо на Round Top. У цьому відношенні є дуже сильний зв’язок», – сказав МакГроарті.

«Рішення, яке президент прийняв минулого літа, згідно з Законом про оборонне виробництво (DPA)… призначити весь ланцюжок поставок рідкісноземельних елементів як «необхідний для національної оборони» згідно з DPA, це те, що дозволяє фінансувати в просторі рідкоземельних елементів. – І буде ще», – сказав він.

«У нас є дуже унікальне родовище у багатьох відношеннях – у нас є 16 із 17 рідкісних земель, багато з яких належать до категорій рідкісноземельних елементів, які відповідають низці оборонних застосувань та виробництва. Це, мабуть, найбільше родовище важких рідкісних земель у світі за межами Китаю», – сказав Піні Альтхаус, генеральний директор USA Rare Earth.

«У нас також є значна кількість літію, до 2023 року ми станемо 2-м за величиною виробником у США, тому у нас є дуже диверсифікований проект… з великою інфраструктурою».

США Rare Earth передбачає 130 років життя плюс шахта для проекту, але економіка PEA зосереджена на перших 20 роках.

Альтхаус сказав, що вони здатні вилуговувати родовище, що є рідкістю для більшості родовищ рідкісних земель.

«Оскільки наші капітальні та операційні витрати є низькими, ми можемо конкурувати з Китаєм щодо цін», – сказав Альтхаус.

У грудні 2019 року USA Rare Earth оголосили про відкриття пілотного заводу в Уит-Рідж, штат Колорадо, з метою повного відділення та очищення рідкоземельних та інших технологічних металів і критичних мінералів, вилужених з руди проекту Round Top.

Пілотний завод у Колорадо стане першим переробним заводом за межами Китаю з можливістю відокремити весь спектр рідкісноземельних елементів – легкі, середні та важкі.

Альтхаус сказав, що завод буде перенесено в Техас, де вони розпочнуть будівництво шахти.

Завод Wheat Ridge є другою частиною ланцюга поставок оксидів рідкісних земель, що базується на 100% у США, що базується на сировині Round Top.

За словами Альтхауса, будівництво заводу в Колорадо завершено, і його заплановано відкрити наступного тижня.

На початку квітня компанія оголосила, що придбала обладнання для виробництва постійних магнітів з неодимового заліза і бору (NdFeB), яке раніше належало і використовувалося в Північній Кароліні Hitachi Metals America.

USA Rare Earth буде складати обладнання до прийняття рішення про те, де розташувати нову операцію з магнітом, при цьому пріоритетом є хороший доступ до проекту Round Top.

Військові США є серед можливих інвесторів, і Round Top є частиною клопотання.

Від Міністерства оборони (DOD) надійшли два клопотання. Перший закритий наприкінці 2019 року навколо обробки та чекає на відповідь. 2 березня відбувся черговий торг навколо легких рідкоземельних матеріалів.

Round Top був частиною гранту Міністерства оборони, оскільки Міністерство оборони вибирає рідкісні землі, які він хоче обробити та очистити.

У березні США Rare Earth оголосили про призначення до ради директорів генерала армії у відставці Пола Дж. Керна.

Генерал Керн є членом Наукової ради з питань оборони, створеної відповідно до федерального закону в 1956 році для надання незалежних порад і рекомендацій щодо наукових, технічних, виробничих процесів і політики, а також інших питань, що представляють інтерес для Міністерства оборони.

США Rare Earth мають на меті запустити Round Top у виробництво протягом 30 місяців, але МакГроарті сказав, що якщо вони зможуть прискорити терміни, вони це зроблять.

«Рішення, яке президент прийняв минулого літа, згідно з Законом про оборонне виробництво (DPA) ... призначити цілий ланцюжок поставок рідкісноземельних елементів як невідкладний матеріал згідно з DPA, це те, що дозволяє фінансувати рідкісноземельний простір – і є більше буде».

«Це буде значний вплив на економіку. Ми говоримо про вплив від 500 мільярдів до 1 трильйона доларів у [з точки зору] створення робочих місць і виробництва… все для сектора електромобілів», — сказав Альтхаус.

«З практичної точки зору, одна з причин, чому багато компаній вийшли в офшори, якщо не враховувати витрати на оплату праці, сировина та переробні можливості знаходяться в Китаї», – сказав Альтхаус. «Це питання національної безпеки, це питання економіки, питання виробництва, створення робочих місць, і США… намагаються повернути це додому».

Автогенний млин – це новий тип подрібнювального обладнання з функціями як дроблення, так і подрібнення. Він використовує сам шліфувальний матеріал як середовище, завдяки взаємному впливу та ефекту подрібнення для досягнення подрібнення. Напівавтогенний млин має додавати в автогенний млин невелику кількість сталевих кульок, його переробну потужність можна збільшити на 10-30%, енергоспоживання на одиницю продукту можна зменшити на 10-20%, але знос гільзи порівняно збільшується на 15%, а тонкість продукту більш груба. Будучи ключовою частиною напівавтогенного млина, гільзи корпусу циліндра серйозно пошкоджуються через удар сталевої кулі, піднятої балкою підйому вкладиша, на вкладишу на іншому кінці під час роботи млина SAG.

У 2009 році в Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd., з річною проектною потужністю 2 млн т/комплект, були побудовані два нових напівавтогенних заводи діаметром 7,53 × 4,27. У 2011 році на збагачувальній фабрикі Panzhihua Iron and Steel Co., Ltd. в Баймі був побудований новий напівавтогенний млин діаметром 9,15 × 5,03 з річною проектною потужністю 5 млн тонн. З моменту пробної експлуатації напівавтогенного млина діаметром 9,15 × 5,03 оболонки і пластина сітки млина часто ламаються, а швидкість роботи становить лише 55%, що серйозно впливає на виробництво та ефективність.

На напівавтогенному млині 9,15 м у шахті Байма компанії Panzhihua Iron and Steel Group використовується гільза циліндрів, вироблена багатьма виробниками. Найдовший термін служби становить менше 3 місяців, а найкоротший – всього тиждень, що призводить до низької ефективності напівавтогенного млина і значного збільшення собівартості продукції. H&G Machinery Co.; Ltd  заглибилася на 9,15-метровий напівавтогенний завод для безперервного дослідження та випробувань. Завдяки оптимізації виливного матеріалу, процесу лиття та процесу термічної обробки термін служби гільз, вироблених на шахті Байма, перевищив 4 місяці, і ефект очевидний.

Аналіз причин недовговічності оболонки млина SAG

Параметри та структура напівавтогенного млина φ 9,15 × 5,03 у збагачувальній фабрикі Байма. Таблиця 1 є таблицею параметрів:

Аналіз несправностей старої оболонки млина SAG

З моменту введення в експлуатацію напівавтогенного млина φ 9,15 × 5,03 на збагачувальної фабрики Baima швидкість роботи становить лише близько 55% через нерегулярні пошкодження та заміну вкладишів млина, що серйозно впливає на економічні вигоди. Основний режим відмови гільзи оболонки показаний на рис. 1 (а). Згідно з дослідженням на місці, вкладиші оболонки млина SAG та пластина решітки є основними деталями руйнування, що узгоджується з ситуацією на рис. 2 (б). Ми виключаємо інші фактори, тільки з аналізу самого вкладиша, основні проблеми наступні:

1. Внаслідок неправильного підбору матеріалу вкладиша циліндра деформується в процесі використання, що призводить до взаємного видавлювання вкладиші, що призводить до руйнування та брухту;

2. Як ключова частина гільзи циліндра, через недостатню зносостійкість, коли товщина гільзи становить близько 30 мм, загальна міцність виливка зменшується, і удар сталевої кульки не можна протистояти, що призводить до руйнування та брухт;

3. Дефекти якості лиття, такі як домішки в розплавленій сталі, високий вміст газу і некомпактна структура, знижують міцність і в'язкість виливків.

Новий дизайн матеріалів оболонки млина SAG

Принцип вибору хімічного складу полягає в тому, щоб механічні властивості оболонки та плити сітки відповідали наступним вимогам:

1) Висока зносостійкість. Знос оболонки та сітки є основним фактором, що призводить до зменшення терміну служби вкладиша оболонки, а зносостійкість відображає термін служби вкладиша оболонки та плити сітки.

2) Висока ударна в'язкість. Ударна в'язкість - це характеристика, яка може миттєво відновити початковий стан після дії певної зовнішньої сили. Так що вкладиш оболонки та пластина сітки не тріснуть під час удару сталевої кульки.

Хімічний склад

1) Вміст вуглецю та С контролюється від 0,4% до 0,6% за різних умов зносу, особливо при ударному навантаженні;

2) Результати показують, що вміст Si і Si зміцнює ферит, збільшує коефіцієнт текучості, знижує в'язкість і пластичність і має тенденцію до підвищення крихкості відпуску, а вміст контролюється в межах 0,2-0,45%;

3) Вміст Mn, елемент Mn в основному відіграє роль зміцнення розчину, покращуючи міцність, твердість та зносостійкість, підвищуючи крихкість відпуску та огрубіння структури, а вміст контролюється між 0,8-2,0%;

4) Вміст хрому, елемент Cr, важливий елемент зносостійкої сталі, має великий зміцнюючий ефект на сталь і може покращити міцність, твердість та зносостійкість сталі, а вміст контролюється в межах 1,4-3,0%;

5) вміст Mo, елемент Mo є одним з основних елементів зносостійкої сталі, зміцнюючи ферит, очищаючи зерно, зменшуючи або усуваючи крихкість відпуску, покращуючи міцність і твердість сталі, вміст контролюється в межах 0,4-1,0%;

6) Вміст Ni контролюється в межах 0,9-2,0%,

7) Коли вміст ванадію невеликий, розмір зерна очищається, а в'язкість покращується. Вміст ванадію можна контролювати в межах 0,03-0,08%;

8) Результати показують, що ефект розкислення та очищення зерна титану очевидний, а вміст контролюється від 0,03% до 0,08%;

9) Повторне очищення розплавленої сталі, покращення мікроструктури, зменшення вмісту газу та інших шкідливих елементів у сталі. Міцність, пластичність і стійкість до втоми високої сталі можна контролювати в межах 0,04-0,08%;

10) Вміст P і s слід контролювати нижче 0,03%.

Таким чином, хімічний склад оболонок нової конструкції SAG млина такий:

Технологія лиття

Основні моменти технології лиття

1. Для суворого контролю вологості формувального піску використовується вуглекислий силікатний пісок, що самотвердіє;
2. Використовується порошкове покриття на основі спирту з чистим цирконом, а прострочені продукти не можна використовувати;
3. Використовуючи піну для виготовлення цілого твердого зразка, кожне виливкове філе має бути виведене на тіло, що вимагає точного розміру та розумної структури;
4. У процесі формування слід суворо контролювати деформацію, і оператор повинен рівномірно наносити пісок, а піщана форма повинна бути досить компактною і рівномірною, і в той же час слід уникати деформації реального зразка;
5. У процесі модифікації форми слід суворо перевіряти розміри, щоб забезпечити точність розмірів піщаної форми;
6. Перед закриттям ящика піщану форму необхідно висушити;
7. Перевірте розмір кожної серцевини, щоб уникнути нерівномірної товщини стінки.

Процес лиття

Температура заливки є основним фактором, що впливає на внутрішню структуру виливків. Якщо температура заливки занадто висока, перегріта розплавлена ​​сталь велика, відливку легко отримати усадкову пористість і грубу структуру; якщо температура заливки занадто низька, перегріта рідкої сталі невелика, і заливка недостатня. Температура заливки контролюється в межах від 1510 ℃ до 1520 ℃, що може забезпечити хорошу мікроструктуру та повне заповнення. Правильна швидкість заливки є запорукою компактної конструкції та відсутності усадкової порожнини в стояку. Коли швидкість розливу близька до положення труби охолоджуючої води, слід дотримуватися принципу «спочатку повільно, потім швидко, а потім повільно». Тобто почати лити повільно. Коли розплавлена ​​сталь потрапляє в тіло лиття, швидкість розливу збільшується, щоб розплавлена ​​сталь швидко піднімалася до стояка, а потім розлив повільно. Коли розплавлена ​​сталь потрапляє на 2/3 висоти стояка, стояк використовується для підживлення заливки до кінця заливки.

Термічна обробка

Правильне легування конструкційних сталей із середнім і низьким вмістом вуглецю може значно затримати перлітне перетворення та підкреслити бейнітне перетворення, щоб структуру з домінуванням бейніту можна було отримати у широкому діапазоні безперервної швидкості охолодження після аустенізації, яка називається бейнітною сталлю. Бейнітна сталь може отримати більш високі комплексні властивості при меншій швидкості охолодження, таким чином спрощуючи процес термічної обробки та зменшуючи деформацію.

Ізотермічне лікування

Великим досягненням у галузі металургії чавуну та сталі є отримання бейнітних сталевих матеріалів шляхом ізотермічної обробки, що є одним із напрямків розробки суперсталевих і наносталевых матеріалів. Однак процес і обладнання для аутертінгу є складними, споживання енергії велике, вартість продукту висока, гасіння середнього забруднення навколишнього середовища, тривалий виробничий цикл тощо

Обробка повітряним охолодженням

Для подолання недоліків ізотермічної обробки охолодженням повітрям після лиття готували різновид бейнітної сталі. Однак для отримання більшої кількості бейніту необхідно додавати мідь, молібден, нікель та інші дорогоцінні сплави, які мають не тільки високу вартість, але й погану в’язкість.

Контрольована охолоджуюча обробка

Кероване охолодження спочатку було концепцією процесу керованої прокатки сталі. За останні роки він перетворився на ефективний та енергозберігаючий метод термічної обробки. Під час термічної обробки можна отримати розроблену мікроструктуру та покращити властивості сталі шляхом контрольованого охолодження. Дослідження контрольованої прокатки та охолодження сталі показують, що контрольоване охолодження може сприяти утворенню міцного та міцного низьковуглецевого бейніту, коли хімічний склад сталі відповідний. Зазвичай використовувані методи контрольованого охолодження включають струменеве охолодження під тиском, ламінарне охолодження, охолодження водяною завісою, охолодження розпиленням, охолодження розпиленням, турбулентне охолодження пластин, охолодження водно-повітряним розпиленням і пряме загартування тощо. Зазвичай використовуються 8 видів контрольних методів охолодження. .

Метод термічної обробки

Відповідно до стану обладнання компанії та фактичних умов, ми використовуємо метод безперервної термічної обробки охолодженням. Спеціальним процесом є підвищення температури нагріву на AC3 + (50~100) градусів за Цельсієм відповідно до певної швидкості нагріву та прискорення охолодження за допомогою пристрою для охолодження водно-повітряним розпиленням, розробленого нашою компанією, щоб матеріал охолоджувався повітрям і самозагартований. Він може отримати повну та однорідну структуру бейніту, досягти відмінних характеристик, очевидно перевершувати ті ж самі продукти, і усунути другий тип крихкості відпуску.

Результати

• Металографічна структура: 6,5 сорт Зернистість
• HRC 45-50
• Корпус корпусу великого напівавтогенного млина, виробленого нашою компанією, використовувався протягом майже 3,5 років на напівавтогенному млині Φ 9,15 м в шахті Байма компанії Panzhihua Iron and Steel Group Co., Ltd., термін служби більше ніж 4 місяці, а найдовший термін служби – 7 місяців. Зі збільшенням терміну служби значно зменшується вартість подрібнення агрегату, значно зменшується частота заміни накладки, значно підвищується ефективність виробництва, а вигода очевидна.
• Вибір матеріалу є ключем до підвищення терміну служби вкладишів великого напівавтогенного стану, а легування марок сталі є ефективним способом підвищення зносостійкості.
• Конструкція бейніту з високою міцністю та високою в’язкістю є запорукою підвищення терміну служби оболонки футеровки напівавтогенного млина.
• Процес лиття та процес термічної обробки ідеально підходять для того, щоб структура лиття була щільною, що може ефективно підвищити термін служби оболонки напівавтогенного млина.

Nick Sun       [email protected]