CS235017B2 - Method of hard metals waste treatment and equipment for application of this method - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu zpracování odpadů tvrdokovů a jejich úpravy pro nové použití. Tvrdokovy, používané pro výrobu nástrojů, sestávají převážně z karbidu wolframu a obsahují také kobalt. Odpady těchto materiálů se obtížně rozmělňují na prášek, přitom však mohou být nově použity pouze ve formě prášku.

Podle vynálezu se odpady tvrdokovů podrobí v plazmovém plameni rázovému tepelnému zpracování, v jehož průběhu se struktura kobaltu tvořícího _bčí-fázi mění tak, že tvrdokov se v dalším procesu může snadno rozemlít nebo rozmělnit na prášek. Chemické složení tvrdokovů a také struktura karbidové fáze se nemění a dosáhne-li materiál při novém použití slinovací teploty, rekrystaluje také rozrušená kobaltová fáze a dosáhne své původní struktury.

Vynález se dále týká zařízení к provádění tohoto způsobu. Zařízení je opatřeno reaktorem, plazmovým generátorem a dávkovacím ústrojím, jakož i ústrojím pro odvádění horkých plynů a konečných produktů. Podstata zařízení spočívá v tom, že je opatřeno mechanickým ústrojím pro regulaci doby pobytu odpadových tvrdokovů v reaktoru.

Vynález se. týká způsobu zpracování odpadů · tvrdokovů, zejména slinutých karbidů' a jejich úpravy pro nové použití. Vynález se dále týká zařízení k provádění tohoto způsobu.

Je známo, že nástroje s břitem ze slinutého karbidu se z největší 'části vyrábějí z karbidu wolframu a' v menší míře z kobaltu. Z těchto drahých materiálů připadá značný podíl na odpad. Odpad obsahuje všechny složky základního materiálu. slinutého karbidu, avšak pro opětné použití je třeba nejprve odpad rozmělnit na prášek odpovídající jemnosti.

Je také známo, že odpady tvrdokovů se snadno lámou, avšak dosud ' neexistuje metoda, kterou by se . tyto · materiály rozmělňovaly na prášek.

Úkolem vynálezu: je .vyřešit· technologii, kterou by bylo možno z odpadů tvrdokovů, zejména slinutých karbidů, 'vytvářet vhodný prášek pro · jejich nové použití při zachování kvality základního materiálu. Úkol byl vyřešen způsobem zpracování odpadů tvrdokovů ..podle. vynálezu a zařízením . podle vynálezu 'k provádění způsobu.

Podstata způsobu zpracování odpadů tvrdokovů, sestávajících z pojivá a karbidů, a jejich úpravy pro nové použití podle vynálezu spočívá v tom, že se odpady tvrdokovů dávkovaně. . . přivádějí .do technické plazmy, vytvořené z inertního plynu, k dosažení snížení adheze mezi ' pojivém a karbidy.

Výhodně . se technickou ' plazmou zpracovaný odpadový materiál z tvrdokovů náhle ochladí rychlostí 1000 až 1200°C/min.

Dále se výhodně pojivo tvrdokovů, unikající z odpadového materiálu z tvrdokovů odpařováním, zpětně získává kondenzací horkých odpadních plynů.

Podstata zařízení podle vynálezu, sestávající z plazmového generátoru, reaktoru, z dávkovacího ústrojí, napojeného na reaktor, a z odváděcího ústrojí pro odvádění produktu a plynů, spočívá v tom, že zahrnuje vibrační jednotku, spojenou s plazmovým ' generátorem nebo/a zvedací konstrukci pro regulaci úhlu sklonu reaktoru nebo/ /a otočný grafitový kotouč, umístěný pod násypnou šachtou a plazmovým generátorem a opatřeným stěračem.

Vynález je založen na poznatku, že impulsovým plazmovým zpracováním odpadu s . tepelným, ' rázovým a uvolňovacím působením se (-fáze materiálu, která působí jako pojivo. a je tvořena kobaltem a neobsazenými místy, stává drobivou, takže slinutý karbid se může dobře rozmělnit na prášek. Při plazmovém zpracování se část obsahu kobaltu vypaří. U fáze a a γ karbidu dochází jen k malým změnám, což znamená, že tvrdost a mechanické vlastnosti karbidové fáze zůstávají prakticky v plném rozsahu zachovány. Při opětném dosažení slinovací teploty /З-fáze rekrystaluj‘e a po předchozím zkřehnutí získává opět původní schopnost vázat.

Způsob' podle vynálezu má základní výhodu v tom, že odpady slinutých karbidů si po dobu . zpracování, . která je závislá na elektrickém výkonu plazmového generátoru, prakticky zachovávají svoji strukturu a 'chemické složení nezměněné, avšak. potom je možno zpracovaný odpad rozmělnit na prášek při nízkých nárocích na spotřebu energie a s vysokou produktivitou.

Struktura karbidových fází a' a γ, to znamená fází karbidu wolframu, karbidu titanu atd., které jsou rozhodující pro ' mechanické vlastnosti tvrdokovů, zůstává . prakticky nezměněna, . takže původní mechanické vlastnosti tvrdokovů, to znamená odolnost proti opotřebení a tvrdost, zůstávají zachovány. Odpady ' slinutých karbidů, zpracované a upravené způsobem podle vynálezu,. mohou být potom libovolným známým rozmělňovacím zařízením rozmělněny na prášek s libovolnou jemností a s velikostí zrna pod 1 ^m.

Podle konkrétního ' výhodného způsobu provedení vynálezu se odpadový materiál, na který se působilo plazmou, po výstupu ž horkého reaktoru náhle ochladí a tím se ' zamezí jeho okysličení a zhrubnutí struktury. Při náhlém ochlazení jsou také sníženy ztráty kobaltu. Protože při působení plazmou se část kobaltu odpaří, je výhodné ' podle dalšího konkrétního provedení způsobu ' podle vynálezu získávat odpařené substance kondenzací z vystupujících horkých plynů.

Příklady provedení zařízení podle ' vynálezu jsou zobrazeny. na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je znázorněno blokové schéma technologie pro příklad regulace doby . pobytu materiálu v reaktoru pomocí vibrátoru s proměnlivou frekvencí a obr. 2 znázorňuje provedení zařízení s otočným stolem.

Jak je patrno z' obr. 1, je plazmový generátor 10, dodávající dusíkovou plazmu, . zásobován .stejnosměrným proudem pomocí vodou chlazených kabelů 12 a 14. Plazmovým generátorem 10 vytvářený plazmový plamen 16 hoří v reaktoru 18. Odpadový slinutý karbid je . přiváděn ke zpracování násypnou šachtou 20, kterou padá do spalovacího prostoru plazmového plamene. 16. Plazmový generátor. 10 a . reaktor 18 mohou být pomocí spojovacích ramen 32 připojeny na . vibrační jednotku 30. Úhel sklonu reaktoru . 18 se může měnit pomocí zvedací konstrukce 31, . jejímž působením se může natáčet kolem otočného bodu 21. Tepelně zpracovaný materiál vystupuje z . reaktoru. 18 ' na skluz 22 a je veden do vodou .chlazené sběrné vany 34, do ' které je spodním nátrubkem 36 ' . .přiváděna studená . voda a . ze které . je horním nátrubkem 38 odváděna teplá voda. Skluzem .22 vystupují také horké plyny, . které narážejí na ochrannou desku 40,- . kterou jsou zbrzďovány a chlazeny. .Větší část plynů, opouštějících reaktor 18, však proudí chladicí oblastí 23. Kondenzované částice kobaltu jsou vedeny do sběrné' nádoby 25, ochlazený plazmový plyn do odváděcího kanálu 24, odkud ' jsou plynovým- odváděcím ventilem 26 odebírány, popřípadě je část plynu odváděna plynovým ventilem 28 a využívána k sušení zpracovaného kovu.

Materiál nacházející se ve sběrné vaně 34 se vynáší řetězovým dopravním pásem 42 na sušicí pás 44, z něhož padá do zásobníku 46 a odtud je veden do drtícího zařízení - 48.

Zařízení podle vynálezu pracuje následovně:

Plazmový generátor 10, zásobovaný elektrickou energií dvěma kabely 21 a 14, vytváří z inertního plynu plazmový plamen 16, který výrazně zvyšuje teplotu v oblasti horního konce reáktoru 18. Násypnou šachtou 20 je rovnoměrnou - rychlostí přiváděn do plazmového plamene 16 odpadový materiál ze slinutých karbidů, přičemž dráha materiálu je v blokovém schématu vyznačena šipkou. V reaktoru 18 zůstává materiál po dobu, která je závislá na elektrickém výkonu plazmového generátoru 10. Rychlost posuvu materiálu může být řízena vibrační jednotkou ' 30 . a také zvedací konstrukcí 31, která je prostřednictvím spojovacího ramena 32 pevně spojena s plazmovým generátorem 10 a s reaktorem 18. Spojovací rameno 32 neslouží jen k přenášení vibrací, ale umožňuje také nastavení úhlu sklonu reaktoru 18. Rozžhavený materiál padá působením vlastní tíže ze skluzu 22 ihned do vodou chlazené sběrné vany 34, takže se zamezuje eventuálnímu okysličení materiálu. Ve sběrné vaně 34 je trvale udržováno proudění vody, přičemž studená voda se přivádí spodním nátrubkem 36 a ohřátá voda se odvádí horním nátrubkem 38. Hlavní část plynů, vystupujících z reaktoru 18, je vedena do chladicí oblasti 23, která je například vodním chlazením udržována na teplotě nižší, než je kondenzační teplota kobaltu. Kobaltové páry, nacházející se v plazmových plynech, - kondenzují a jsou odváděny do sběrné nádoby 25. Horké plyny mohou být odváděny odváděcím kanálem 24 a plynovým odváděcím ventilem 26. Plynovým ventilem 28, nacházejícím se v odváděcím kanálu 24, může být odváděno regulovatelné množství plynu k sušení vlhkého materiálu, zvednutého ze sběrné vany - 34 řetězovým dopravním pásem 42 na sušicí pás 44. Sušený materiál se potom vede do zásobníku 46 a z něj potom do drtícího zařízení 48. V drticím zařízení 48 může být plazmou zpracovaný materiál rozdrcen na libovolnou velikost částic.

Další příkladné provedení zařízení podle vynálezu je zobrazeno na obr. 2.

Odpad slinutých karbidů se dopravuje dávkovači násypnou šachtou 20 na otáčející se grafitový kotouč 50. Po časovém intervalu, jehož délka je závislá na rychlosti otáčení grafitového kotouče 50, se dostává odpadový materiál - ze slinutých karbidů dol oblasti plazmového plamene plazmového generátoru 10 a potom ke stěrači 58. Shrnovaný - materiál vypadává skluzem 60 ze zařízení. Také toto příkladné provedení zařízení podle vynálezu může být opatřeno pomocnými ústrojími, zejména chladicí oblastí 23 a sběrnou vanou 34.

Způsob zpracování odpadových slinutých karbidů podle vynálezu je objasněn v následujícím příkladu - provedení.

Příklad

Postupem podle vynálezu se zpracovává slinutý - karbid následujícího složení:

W 81,0 %

Co 11,0 %

C 5,4 %

Ti . 2,6 %

Slinutý karbid se tepelnými - rázy - zpracovává v grafitovém reaktoru, doplněném plazmovým generátorem, využívajícím jako pracovního plynu dusíku při rychlosti zahřívání technické plazmy od 400 do 600 °C za minutu. Teplota odpadového - slinutého karbidu je maximálně 1700 až 1900 °C. Mikroanalýza provedená po tepelném zpracování ukazuje, že a-fáze materiálu se od normální struktury prakticky neodlišuje. - Mikroahalýza /-fáze však dobře ukazuje místa s vadami a strukturními - závadami, které vznikly plazmovým zpracováním. Po tepelném zpracování má odpadový materiál ze slinutých karbidů následující složení:

W	84,0 %
Co	7,8 %
C	5,32 %
Ti	2,88 %

Složení slinutých karbidů se tedy tepelným zpracováním změní jen nepatrně.

Plazmou zpracovaný odpadový slinutý karbid se mele v kulovém mlýně na prášeka potom se vyhotoví mikroskopická analýza jednotlivých částic. Z ní je patrno, že částice získaly přímkovou geometrickou formu, která je charakteristická pro - karbid wolframu v krystalické formě. - Dále se zjistilo, že část kobaltu se zachytila na částicích, tvořených karbidem wolframu, a obaluje je.

Protože vrstvička pojivá, obklopujícího části obsahující karbid wolframu, zamezuje po dobu - trvání krátkého tepelného zpracování shoření obsahu uhlíku v částicích, je prášek zhotovený způsobem podle vynálezu zvláště vhodný pro rozprašování kovu a navařování. Je známo, že dosud používané prášky, které se používaly pro rozprašování kovů a navařování, se musely opatřovat speciálním povlakem - kobaltu. Protože k přípravě takových prášků je nutná přídavná technologie, jsou způsobem podle dosavad

Propočty .ukazují, že se zpracováním odpadů . ze slinutých karbidů zhodnocuje tento materiál o 75 až 250 %.

ní technologie vyrobené práškové materiály pro hotovení nástrojů .ze slinutých karbidů podstatně dražší.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT

   1. Způsob zpracování odpadů. tvrdokovů, sestávajících z pojivá a karbidů, a jejich úpravy pro nové použití, vyznačující se ' tím, že se odpady tvrdokovů dávkovaně přivádějí do technické plazmy, vytvořené . z inertního plynu, k dosažení snížení. adheze mezi pojivém a karbidy.
2. 2. Způsob podle · bodu 1, vyznačující se tím, že plazmou zpracovaný odpadový materiál z . tvrdokovů se náhle ochladí rychlostí 1000 až 1200 'Vmin.
3. 3. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se pojivo tvrdokovů, unikající z odpadového materiálu z tvrdokovů od-

   VYNALEZU .

   pařováním, zpětně . získává kondenzací horkých odpadních plynů.
4. 4. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1 až 3, sestávající z. plazmového generátoru, reaktoru, z dávkovacího ústrojí, napojeného na reaktor, a z odváděcího ústrojí pro odvádění produktu a plynů, vyznačené tím, že zahrnuje vibrační jednotku (30), spojenou s plazmovým · generátorem (10) nebo/a zvedací konstrukci (31) pro regulaci úhlu sklonu reaktoru nebo/a otočný grafitový kotouč ’ (50), umístěný pod násypnou šachtou (20) a ' plazmovým generátorem (lOj a opatřený stěračem (58).