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By Earl T. Hayes

[This work represent a continuation of the efforts of the Metallurgical Division of the Bureau of Mines to ascertain and apply knowledge of miner physics to processes metallurgy.]

Jan 1, 1941

By Luísa Coelho de Carvalho, Claudemiro Bolfarini, Piter Gargarella, Murillo Romero da Silva

Ligas de Ti β apresentam baixo módulo de elasticidade, boa resistência mecânica e excelente biocompatibilidade. Dentre essas ligas, têm-se as Gum Metal, as quais possuem boa resistência mecânica e superelasticidade a temperatura ambiente. Essas ligas podem ser utilizadas para fabricação de biomateriais como stents e implantes. Para produção de uma Gum Metal é recomendado a adição de baixos teores de oxigênio, assim como uma deformação plástica acentuada. Neste trabalho, uma Gum Metal de composição Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr-0,07O (%peso) foi produzido por meio de deformação plástica severa pelo método High Pressure Torsion (HPT), seguida de tratamento térmico de envelhecimento. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a influência dos processamentos empregados, analisando a evolução microestrutural, estabilização e formação de fases, bem como a variação das propriedades da liga estudada. As amostras foram caracterizadas por microscopia ótica (MO), difração de raios X (DRX) e microdureza Vickers. Via MO e DRX foi possível observar uma maior estabilização da fase β, bem como a formação da fase ω após o processamento por HPT e envelhecimento. Um aumento na microdureza foi observado após HPT, devido a deformação plástica severa imposta. Observou-se também um aumento na microdureza com envelhecimento, que está diretamente relacionada com a modificação microestrutural observada.

Mar 1, 2019

By Milena Kellen Oliveira Mendes

O entendimento mais aprofundado dos parâmetros que afetam a temperabilidade dos aços carbono permitiu atingir propriedades antes alcançadas apenas por aços microligados. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito dos teores de C e Mn, assim como da temperatura de austenitização sobre a temperabilidade de aços baixo carbono, possíveis candidatos para aplicação na fabricação de vergalhões de grau 50. Três aços com composições químicas diferentes foram submetidos a ensaios de temperabilidade Jominy, considerando temperaturas de austenitização de 850ºC, 920ºC e 1050ºC. Curvas de dureza em função da distância Jominy foram construídas e análises microestruturais por microscopia óptica foram realizadas em toda a extensão dos corpos de prova. Os resultados obtidos mostraram que tanto o C quanto o Mn aumentam a temperabilidade dos aços. O Mn, por ser um elemento de liga estabilizador da austenita, dificulta a nucleação e crescimento de constituintes difusionais. O C mostrou ter maior influência sobre a temperabilidade, pois além de também ser um elemento gamagêneo, é responsável pelo cisalhamento da rede da austenita que resulta na formação da martensita. A temperatura de austenitização influenciou a temperabilidade dos aços estudados, porém seus efeitos devem ser estudados com maior profundidade.

Aug 16, 2017

By Earl T. Hayes

[This work represents a continuation of the efforts of the Metallurgical Division of the Bureau of Mines to ascertain and apply knowledge of mineral physics to process metallurgy.]

Jan 1, 1941

By José Lucio Gonçalves Junior

A simulação laboratorial do desgaste é fundamental para o desenvolvimento de pesquisas que objetivem otimizar revestimentos e modificações superficiais utilizados em cilindros de laminação reais. Este trabalho objetivousimular laboratorialmente os mecanismos de desgaste em cilindros de laminação a frio. Para tanto, foram feitas réplicas metalográficas dos cilindros de trabalho antes e após campanhas de laminação normais. Foram utilizadas amostrasde aço VC10 temperadas, texturizadas e cromadas. Para reproduzir os mecanismos de desgaste,foram utilizados cilindros e esferas de aço AISI 52100 como contracorpos em ensaios de deslizamento alternado, com cargas normais de 51,01 e 100,06 N para contracorpos cilíndricos e 31,39; 51,01 e 100,06 N para contracorpos esféricos. Os resultados obtidos com contracorpos cilíndricos, carga normal de 100,06N e tempo de ensaio de 5h e contracorpo esférico, 29,4 N foram os que melhor reproduziram as tendências de alteração de topografia de superfíciesencontradas nas réplicas dos cilindros após uso. Após, realizou-se a análise tribológica dos pares, constatando-se que a utilização de contracorpo cilíndrico não remove completamente a camada de cromo duro, permitindo assim ver diferenças de comportamento tribológico em função da posição sobre a trilha e a análise experimental da evolução das tribocamadas formadas.

Aug 16, 2017

By Rafael Fernandes Reis

A solidificação do aço no molde é determinante para a qualidade superficial da placa, considerando que os principais defeitos tendem a se formar nos primeiros estágios de formação da pele. Assim, diversos parâmetros do processo que afetam a solidificação no molde devem ser considerados e um deles é a oscilação do molde. A partir de amostras da face estreita de placas obtidas no processo industrial, duas técnicas para avaliar o efeito da oscilação foram desenvolvidas com base em perfilometria a laser e metalografia. Em relação à perfilometria a laser, desenvolveuse um método de análise da profundidade das marcas de oscilação. Foi comprovada a correlação da profundidade média dessas marcas com o tempo de estripamento negativo. A segunda técnica refere-se ao ataque metalográfico à base de ácido pícrico, que se mostrou eficiente para visualização, via microscopia ótica, do gancho na base da marca de oscilação. Bolhas de argônio e partículas de pó fluxante podem ser aprisionadas na região do gancho de oscilação, e eventualmente ocasionar defeitos nos produtos laminados. O uso das técnicas apresentadas nesse estudo forneceu subsídios à tomada de ações visando a diminuição da profundidade do gancho e da marca de oscilação, resultando em melhoria da qualidade superficial das placas produzidas.

Aug 16, 2017

By Matheus Porto Trindade, Marcos Menino de Macedo Filho, Isau de Souza Alves Junior, Sandro Griza, Brenno Lima Nascimento, Gustavo Dória Lima

O tratamento de oxidação térmica da liga Ti-6Al-4V foi realizado ao ar a 600 °C durante 2h, 5h e 10 h. O comportamento à fadiga foi analisado e comparado com aquele da liga não tratada. Foi feita caracterização através de análise por microscopia ótica e eletrônica, difração de raios-x e medição da rugosidade. Os resultados do DRX demonstraram crescimento dos picos de rutilo. Verificou-se um aumento na espessura média da camada formada de 0,12 μm para 1,09 μm ao elevar a duração do tratamento de 2 para 10 h. Os resultados apontaram redução de resistência a fadiga de 35 % para amostras oxidadas durante 2 h, 27 % para amostras oxidadas por 5 h e 29 % para as amostras tratadas durante 10 h, em relação ao ensaio com corpos de prova não submetidos ao tratamento. O efeito prejudicial causado pela camada formada após oxidação de 2 h foi tão danoso quanto o causado pela camada formada após 10 h, apesar da diferença entre as espessuras das camadas. A morfologia encontrada nas amostras fraturadas indicou fragilização na superfície das amostras oxidadas, contribuindo para a nucleação de trincas iniciais nos primeiros ciclos de fadiga na camada que favoreceram a propagação de fadiga, independendo da espessura de camada.

Oct 19, 2019

By Leandro José de Barros Cardoso

A CSN possui 4 linhas de estanhamento eletrolítico (LEE) com capacidade de produção de 700 kt/ano de Folha de Flandres, nas quais durante o processo de estanhamento podem ocorrer desvios de qualidade que impactam no custo final do produto, afetando diretamente o custo de transformação da folha-de-flandres. Um destes desvios são as manchas superficiais (MS), caracterizadas por manchas na superfície do revestimento da Folha de Flandres que prejudicam o aspecto final do produto. O objetivo deste projeto foi reduzir o índice de desvio NOK por manchas superficiais das Linhas de Estanhamento 5 e 6 de 0,28% para 0,14% até abril de 2013. O projeto foi realizado utilizando a metodologia Lean Seis Sigma, obtida pela união do “Lean Manufacturing”, que visa a eliminação de desperdícios durante o processo produtivo e o Seis Sigma como uma estratégia gerencial que busca a maximização do desempenho dos processos. A metodologia é dividida em cinco etapas: Define, Measure, Analyze, Improve e Control. Após a conclusão do projeto observamos uma redução de 65% no índice de desvio do defeito em relação à média do ano anterior (2012). Com esta redução obtivemos um ganho financeiro de R$212.000,00. Este projeto também serviu como projeto de Certificação de especialista Green Belt.

Aug 8, 2018

By Amanda de Vasconcelos Varela

A Inconel 718 tem sido usada por décadas nas indústrias aeroespacial e nuclear por sua boa combinação de resistência mecânica e resistência a oxidação. No entanto, entre aproximadamente 650 e 850ºC, observa-se uma mudança indesejável no modo de fratura da superliga, que caracteriza a fratura intergranular assistida por oxidação. Com as temperaturas de operação em cada vez maiores e uma alta demanda por eficiência energética, a fragilização pelo ambiente é uma grande limitação a aplicação da superliga. Por isso, o objetivo deste trabalho é caracterizar o fenômeno através de ensaios de tração a quente em diferentes taxas de deformação e por microscopia eletrônica de varredura e EDS. A faixa de temperatura de ocorrência do fenômeno, segundo a evidência de fratura frágil intergranular variou conforme a taxa aplicada, manifestando-se entre 650 e 750ºC até 900ºC em todos os casos. O efeito da disponibilidade de oxigênio foi observado e o elemento não demonstrou ser determinante na perda de propriedades mecânicas avaliadas em tração. O nióbio, presente em quantidade considerável na liga, apareceu predominantemente como NbC nos contornos e interior dos grãos, incorporado ao titânio na região de fratura, com aspecto fragmentado. Acredita-se, portanto, que este tenha papel decisivo no processo de fragilização.

Oct 30, 2017

By Juan Enrique Alvarez Ogusko

Rotas hidrometalúrgicas para o beneficiamento do minério de cobre vem sendo estudadas a fim de substituir o processo tradicional por pirometalurgia. No entanto, o uso de soluções lixiviantes como o ácido sulfúrico e a amônia são considerados ambientalmente desfavoráveis ao processo e descarte. Além disso, durante a lixiviação do cobre também ocorre a lixiviação do ferro. O uso de glicina como agente lixiviante é uma alternativa de baixo impacto ambiental já que é um aminoácido capaz de ser metabolizado por organismos vivos. Na lixiviação, a glicina apresenta a capacidade de formar um complexo quelante apenas com o íon Cu2+. Esse trabalho buscou avaliar a capacidade de lixiviação de um minério de cobre concentrado proveniente do Peru. Para isso, três concentrações de glicina em meio aquoso foram avaliadas nas temperaturas de 25ºC (48 horas de contato) e 60ºC (duas horas de contato). O pH da solução foi mantido entre 10,5 e 11 com adição de hidróxido de sódio. Foi possível lixiviar acima de 30% do cobre usando 0,8M de glicina na solução e em ambas as temperaturas de estudo. Além disso, a lixiviação do ferro ficou abaixo de 0,6% mostrando a seletividade da glicina para o cobre durante a lixiviação.

Oct 30, 2017

By Gustavo Eduardo Praes

A Samarco Mineração S.A., nos últimos anos estudou diversas alternativas para a substituição dos combustíveis fósseis por combustíveis renováveis (Biomassa) em seus fornos de pelotização tipo “Traveling Grate” (grelha móvel). Avaliou-se o uso de carvões vegetais, de eucalipto e de capim elefante, em substituição total ao antracito na composição da mistura. Estudou-se gaseificação em planta piloto, foi realizado um modelamento computacional do uso de gás de síntese e a comparação com os combustíveis tradicionais utilizados em fornos de pelotização de grelha móvel da Samarco. Os trabalhos iniciais foram realizados em escala de laboratório (Pot Grate). Em 2014 foi realizado um teste industrial, com um combustor de biomassa piloto acoplado ao duto que direciona o ar quente para a região de secagem ascendente do forno 02 da Samarco Mineração S.A. O teste ocorreu entre 27 de janeiro a 21 de julho de 2014. Realizou-se uma avaliação detalhada da engenharia deste sistema e de seus impactos no forno de pelotização. O combustor consiste em um sistema para queima de biomassa, o qual gera os gases quentes a serem introduzidos no sistema. Dependendo da configuração, o sistema poderá elevar a temperatura dos gases de secagem em até 75°C, quando comparado a uma situação de referência.

Aug 16, 2017

By JESSICA W. A. AZURE, Samuel Frimpong, AZUPURI G. A. KABA, FORSYTH A. KADINGDI, PROSPER E. A. AYAWAH

This study developed machine learning (ML) models for predicting rock formation reactive forces experienced by a hydraulic shovel bucket during excavation. To do this, rock formation in the form of muckpile was modeled as granular ball elements in three-dimensional particle flow code (PFC) using linear bonding logic. A typical field-size hydraulic shovel bucket modelled in AutoCAD was used to excavate the rock formation and the three-dimensional shovel bucket resistive forces required to cut through the rock formation were measured and recorded. The experiments involved different muckpile height, bulk densities, repose angles, and average fragment size. Six ML algorithms, artificial neural network (ANN), K-nearest neighbor (KNN), linear, random forest (RF), regression tree (RT), and support vector machine (SVM), were evaluated on their ability to predict the shovel bucket resistive forces. The input variables used for the prediction of the resistive forces were the muckpile bulk density, angle of repose, height, and fragment size. The results showed that the ML techniques are useful and reliable methods of predicting rock formation resistive forces based on the rock formation properties. This research is a preliminary step towards developing reliable models for accurate prediction of excavation forces/torques which could potentially enhance hydraulic shovel process automation.

Sep 27, 2021

By J. D. Hanawalt

Significant strides were made in the year 1948 leading to further recognition of the place of magnesium as a common commercial metal, rather than as just a premium aircraft material. One of the factors contributing to this recognition was the price stability and, in many cases, price reduction of magnesium products in 1948. In contrast to most other metals, manufacturing advances in magnesium outweighed the effects of increased labor and other costs. At the present time, many magnesium extrusions, die castings, and permanent mold castings can be purchased as cheaply as their aluminum counterparts in these forums, though competitive prices for sheet still await the inauguration of a modern tandem rolling mill for magnesium, such as has already been demonstrated.

Jan 1, 1949

By Alessandro Martins Duarte

O forno elétrico a arco é dos equipamentos mais versátil para produção de aço e representa os principais processos para reciclagem de sucata. A Aperam South America Timóteo possui dois fornos elétricos, dedicados à produção dos aços inoxidáveis, onde praticamente 90% da sucata de inoxidáveis gerada na planta é reciclada neste processo, com o adicional de sucata adquirida no mercado de inoxidáveis. Este projeto teve como objetivo o incremento de produtividade nos fornos elétricos através de ajustes no programa de potência dos fornos na fase de fusão, objetivando a redução do tempo de forno ligado, redução de paradas por engaiolamentos de forno, redução do consumo de energia elétrica e eletrodos. O incremento de produtividade nos fornos elétricos permitiu uma maior produção de aços inoxidáveis da série austenítica, ofertando um volume maior de aços para os processos posteriores de refino no AODL. Para a modificação do programa de potência foram necessárias adequações no processo de confecção de carga e ajustes no modelo térmico do forno, baseados na temperatura final da carga, estimada para cada fase. Além dos ganhos de produtividades auferidos com o projeto, o mesmo proporcionou uma economia significativa no consumo de energia elétrica e eletrodos, próxima a kR$ 3700 por ano.

Oct 30, 2017

By A. L. Service

Idaho has nearly 6 billion tons of potential sources of phosphorite, 10 to 31 percent P2O5' above and within 100 feet below entry level, the largest potential of any State in the United States. In 1963 Idaho ranked third after Florida and Tennessee in total mine and marketable production of phosphate rock; Montana ranked fourth. This report describes phosphate deposits, mines, and prospects in 10 districts covering most of the Idaho phosphate field. All mine production of phosphate rock in Idaho comes from surface mines and is processed to phosphate fertilizers, phosphoric acid, and elemental phosphorus. Producing districts are Fort Hall (Gay mine), Trail Creek (Conda and Ballard mines), and Crow Creek (Georgetown Canyon mine). FMC Corp. and J. R. Simplot Co. at Pocatello have the largest elemental phosphorus and fertilizer production facilities, respectively, in the State, followed by Monsanto Co. and El Paso Natural Gas Products Co. (formerly Central Farmers Fertilizer Co.). The only other major phosphate processing plant in the State is the phosphoric acid and phosphate fertilizer complex at Kellogg operated by the Bunker Hill Co. In 1963 a plant was constructed and put on line at Monsanto, Idaho, to recover vanadium from ferrophosphorus produced by electric furnace operations in the area. El Paso Natural Gas Products Co. completed construction of a fertilizer and phosphoric acid plant near Conda in 1965. There is a small fertilizer plant producing phosphate fertilizers for local consumption in Soda Springs.

Jan 1, 1966

By Veerendra Singh, NILAMADHABA SAHU, ARIJIT BISWAS

Manganese alloys are important raw materials for steelmaking. However, selective mining of high-grade manganese ore resources has resulted in a scarcity of these high-grade Mn ores (Mn: >42; Mn/Fe: >5). The present research work is carried out to explore a new smelting reduction process to produce high-Mn/Fe syntheticMn ore from low-grade ferruginous manganese ores. Representative samples of low-grade ores (Mn: 25–30%; Mn/Fe: ~1) were collected and smelting reduction studies were carried out using variable smelting power (20–30 kWh), carbon rate (10–20% of ore) and slag basicity (0.1–0.3) to produce high-MnO slag and manganese pig iron. Studies have shown that different-grade high-MnO slags (MnO: 38.57–58.24%; Mn/Fe: >15) and manganese pigs (Mn: 5.16–24%) can be produced at optimum process conditions. The high-MnO slag can be used as synthetic ore for the ferroalloy production process. The developed process is capable to effectively segregate the iron and manganese in the metal and slag, respectively. The optimum Mn and Fe separation (>95%) was achieved by smelting of 10 kg Mn ore batch in a 50-kVA electric arc furnace using 30 kWh smelting power and 0.16 kg of coke. The slag basicity was maintained at 0.3 and the optimum slag SiO2 was ~30%. The studies indicated that the upgrading of low-grade ferruginous manganese ores is a promising solution for achieving high-Mn/Fe-ratio synthetic ores for ferroalloy production. It can help the manganese alloy industry to overcome challenges associated with the scarcity of high-Mn/Fe-ratio Mn ores and efficient utilization of low-grade resources.

Aug 3, 2020

By José Marcelino dos Reis

Com o empobrecimento das jazidas minerais, os novos projetos industriais e as expansões das atuais usinas de tratamento de minério de ferro, em sua grande maioria, têm sido concebidos/ adaptados para processar itabiritos pobres para produção de pellet feed. Neste contexto, a otimização dos processos já existentes e/ou a implantação de projetos mais eficazes, são medidas fundamentais para a redução do teor de ferro no rejeito; consequentemente, maximiza-se a produção e a vida útil da jazida, além de reduzir os custos operacionais. O processo de flotação reversa de minério de ferro da usina de concentração de Brucutu responde por expressiva parcela de produção, sendo constituído por quatro estágios de concentração: rougher, cleaner, recleaner e scavenger. O concentrado final é produzido no estágio recleaner e o rejeito final no estágio scavenger, cujo teor médio atual é de 18% Fe. Objetivando reduzir o teor de Fe no rejeito scavenger da flotação para teores próximos a 10%, foi realizada uma série de testes exploratórios em bancada em diferentes faixas de pH, com adição de soda caustica e/ou amido gelatinizado. Os resultados obtidos em escala de bancada se mostraram bastante satisfatórios apresentando considerável ganho de recuperação mássica/ metalúrgica, o que motivou a realização de um projeto para viabilizar a implementação desta proposta.

Aug 1, 2018

By H. W. C. Prommel

The increase in the price of gold in 1933 was the cause of starting many activities in gold prospecting and mining; it led to investigations of many of the so-called desert placers in the Southwest, which heretofore had not been deemed of commercial importance. Among these, attention was called to some of the gravel beds in the vicinity of the Randsburg-Atolia mining districts of Kern and San Bernardino Counties, Calif., in which gold and scheelite, (calcium tungstate, CaW04) were said to be present. Following a partial sampling and testing of the gravel, large-scale operations were begun in 1935. During the same year more detailed sampling and testing of the gravel beds were done by the author. During 147 days, 1,239 test holes 28 inches in diameter were drilled; their total depth amounted to 16,705 feet. These test holes furnished 2,495 samples of an average volume of 1.0583 cubic yards bank run each; all of the material was run through a sample mill constructed on the property. Original and rather unusual sampling and testing methods had to be used; milling and mining methods for large-scale operations also offered difficulties. The primary purpose of this drilling and sampling campaign was to determine, over a large area, the amounts of gold and scheelite recovered by placer methods such as were already in use on the property. This paper describes sampling and testing methods employed by the author during the 1935 drilling campaign. LOCATION The gold and scheelite placer deposit is in the Atolia tungsten mining district about one-half mile west of the small mining town of Atolia and about 5 miles south of Randsburg in the Randsburg gold-mining district. The deposit lies near the foot of the Rand Hills, in the Mojave desert. The territory is served by hard-surfaced roads from the north and south; Los Angeles is 150 miles to the southwest. A branch of the Southern Pacific Railroad passes within 5 miles of Randsburg.

Jan 1, 1937

By David Schlain

"IntroductionThe purpose of this investigation was to study the characteristics of the high-acid electrolytic manganese cell with the idea of fitting it into one of the flow sheets being worked out by the Metallurgical Division of the Bureau of Mines for the recovery of manganese from low-grade domestic ores.In construction, the high-acid cell 3/ differs from the low-acid type in that the cathode and anode compartments are separated by a diaphragm of relatively low porosity, such as alundum. This is necessary because in the high-acid cell the two electrolytes are circulated separately. The anolyte is 15 to 30 percent H2SO4. The catholyte consists of a solution of ammonium sulfate and manganese sulfate with a OH of 4 to 3. The only mixing of electrolytes is that resulting from flow through the diaphragms. In the low-acid cell the two electrolytes are not circulated separately and do not differ so widely in hydrogen-ion concentration. Hence, the canvas diaphragm is sufficient.During operation of the cell, manganese is deposited on the cathode, and sulfuric acid is produced in the anode compartments. Various other reactions take place in the cell. There is considerable decomposition of water; hydrogen is evolved at the cathode, and oxygen is liberated at the anode. When lead anodes are used, some hydrated oxides of manganese are formed at the anodes. The quantity of oxides formed is not as great as it is in the low-acid cell, because fewer Mn++ reach the vicinity of the anodes."

Jul 1, 1942

By Dwight L. Sawyer, Roy T. Sorensen

The Bureau of Mines has investigated the recovery of alumina by hydrochloric acid leaching of calcined kaolinitic clay . Bench- scale studies indicated that horizontal belt filtration was a pprraaccttiiccaall method for separating the siliceous residue from aluminum chloride liquor generated in the leaching step . Miniplant -scale continuous testing was performed to evaluate the filter circuits and to compare filtration response of different calcined kaolin feed materials and of different agitatorbaffle designs in the leaching reactors . Soluble alumina recovery with a single filter ranged from 94 pct with minus 10 -mesh feed more than 96 pct with minus 35-mesh or misted feed . Process advantages were confirmed for the calcined misted kaolin feed material prepared by a Bureau-developed misting process . With two filters in series , an overall filtration rate of 100 lb solids /hr.ft - 2 of filter area was attained with a soluble alumina recovery of more than 99 pct . More than 99.5 pct alumina recovery was obtained with a thickener and a two - filter circuit for either the minus 35-mesh or the misted feed . Modifications in leaching reactor design made to decrease particle- toparticle attrition were successful and significantly increased filtration rates and decreased flocculant requirements .

Jan 1, 1965