DD202404A5

DD202404A5 - Verfahren und vorrichtung zur aufarbeitung und erneuten verwendung von hartmetallabfaellen

Info

Publication number: DD202404A5
Application number: DD82239956A
Authority: DD
Inventors: Otto Bodai; Balint Hajdu; Lajos Hedai; Ferenc Krajcsovics; Imre Levai; Istvan Neveri; Attila Nyiri; Istvan Pentek
Original assignee: Vasipari Kutato Intezet
Priority date: 1981-05-18
Filing date: 1982-05-18
Publication date: 1983-09-14
Also published as: CS235017B2; DE3216859C2; FR2505875A1; FR2505875B3; HU183442B; DE3216859A1

Abstract

Die zur Herstellung von Hartmetallwerkzeugen verwendeten Hartmetalle bestehen zum grossen Teil aus Wolframcarbid und enthalten auch Kobalt. Die Abfaelle lassen sich schlecht pulverisieren, koennen jedoch nur in Form von Pulver erneut verwendet werden. Erfindungsgemaess werden die Hartmetallabfaelle in einer Plasmaflamme einer schockartigen Waermebehandlung unterzogen, in deren Verlauf die Struktur des die beta-Phase bildenden Kobalts so veraendert wird, dass sich das Hartmetall spaeter gut mahlen und pulverisieren laesst. Die chemische Zusammensetzung des Hartmetalls und auch die Struktur der Carbidphasen aendern sich dabei kaum, und wenn das Material bei der erneuten Verwendung die Sintertemperatur erreicht, rekristallisiert auch die gestoerte Kobaltphase und nimmt ihre urspruengliche Struktur wieder an. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens. Die Vorrichtung hat einen Reaktor, einen Plasmagenerator sowie eine Dosiervorrichtung und Vorrichtungen zum Ableiten des heissen Gases und des Endproduktes. Fuer die erfindungsgemaesse Vorrichtung ist kennzeichnend, dass sie eine mechanische Hilfsvorrichtung zur Regulierung der Verweilzeit des Hartmetallabfalls in dem Reaktor hat.

Description

23 99 5 6

Verfahren und Vorrichtung zur Aufarbeitung und erneuten Verwendung von Hartmetallabfällen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem Hartmetallabfälle aufgearbeitet und zur erneuten Verwendung geeignet gemacht werden können. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Charkateristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß die Hartmetaixwerjczeuge zum

größten Teil aus Wolframcarbid und geringen Mengen Kobalt bestehen. Von diesen teuren Materialien fallen beträchtliche Mengen an Abfall an. In dem Abfall sind sämtliche Komponenten des Hartmetallgrundmaterials enthalten, zur erneuten Verwendung müßte jedoch aus dem Abfall ein entsprechend feiner Staub hergestellt werden.

A 2511-1219 Br/to

-7 CT. λ Q ο η * η ο ο η Λ η

Es ist bekannt, daß die Hartmetallabfälle leicht gebrochen werden können, eine Methode zu ihrer Pulverisierung existiert

jedoch nicht

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Technologie, mit der aus den Hartmetallabfallen unter Bewahrung der Qualität des Grundmaterials ein zur erneuten Verwendung geeignetes pulver hergestellt werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine

in einer inerten Atmosphäre (zum Beispiel Stickstoff) vorgenommene impulsartige, eine thermische Schockwirkung auslösende Plasmabehandlung in der Struktur des als Bindemittel die ß-Phase bildenden Kobalts Dislokationen und Leerstellen hervorruft, die die ß-Phase spröde machen, wodurch das Hartmetall gut pulverisierbar wird. Während der Plasmabehandlung verdampft ein geringer Teil des Kobaltgehaltes der Hartmetallabfälle. Die cc- und die Γ*·-Carbidphase erleiden nur geringe Veränderungen, was bedeutet, daß die Härte, die mechanischen Eigenschaften der Carbidphasen praktisch in vollem Umfang erhalten bleiben. Die infolge der Plasmabehandlung spröde gewordene ß-Phsse rekristallisiert bei erneutem Erreichen der Sintertemperatur und erlangt dadurch ihre ursprüngliche Bindefähigkeit zurück»

Γ' Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren

zur Aufarbeitung von Hartmetallabfällen. Pur das Verfahren ist kennzeichnend, daß man aus einer inerten Gasatmosphäre technisches Plasma erzeugt, die Hartmetallabfalle in das plasma dosiert, dadurch die Adhäsion zwischen dem Bindemittel und den Carbiden verringert und auf diese Weise das Abfallmaterial pulverisierbar macht. Unter technischem Plasma wird hier ein Stoffzustand verstanden, in dem wenigstens 0_f15 % der Materieteilchen in ionisiertem Zustand vorliegen und zum Einsatz für verschiedene technologische Probleme, geeignet sind.

Das Verfahren hat den Vorteil, daß die Hartmetallabfalle während der von der elektrischen Leistung des Plasmagenerators abhängenden Behandlungsdauer ihre Struktur und chemische Zusammensetzung praktisch unverändert beibehalten, jedoch mit verhältnismäßig geringem Energieaufwand und hoher Produktivität pulverisierbar- sind.

Da die für die mechanischen Eigenschaften der Hartmetalle bestimmenden cc- und ^-Carbidphasen (WCι TiC usw.) in ihrer Struktur praktisch unverändert bleiben, sind die ursprünglichen Eigenschaften des Hartmetalls (Verschleißfestigkeit, Härte) gewährleistet. Die erfindungsgemäß plasmabehandelten Hartmetallabfälle können später in Jeder herkömmlichen Zerkleinerungsvorrichtung auf beliebige Feinheit (unter 1 ,um) pulverisiert werden.

Es ist zweckmäßig, das mit plasma behandelte Abfallmaterial nach dem Austritt aus dem heißen Reaktor plötzlich abzukühlen, da auf diese Weise eine Oxydation und eine Vergröberung der Struktur weitgehend vermieden werden kann

Auch die Kobaltverluste werden durch das schnelle Abkühlen geringer. Da bei der Plasmabehandlung ein Teil des Kobalts verdampft, .äst es zweckmäßig, die verdampfte Substanz durch Kondensieren aus den austretenden heißen Gasen zurückzugewinnen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einer Vorrichtung durchgeführt, die mit einer mechanischen Hilfsvorrichtung zur kontinuierlichen Regelung der Verweilzeit des Abfallmaterials im Reaktor versehen ist. Die Durchlaufzeit des Materials durch den Reaktor kann zum Beispiel mit einem Vibrator veränderlicher Frequenz, durch Veränderung des Neigungswinkels des Reaktors oder durch Veränderung der Winkelgeschwindigkeit des Drehtisches eingestellt werden.

Die Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Fließschema der Technologie für den Fall, der Regelung mit einem Vibrator verän-

derlicher Frequenz, während Fig. 2 eine Ausführungsform mit Drehtisch darstellt'.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird der das Stickstoffplasma liefernde Plasmagenerator 10 über wassergekühlte Kabel 12 und 14- mit Gleichstrom versorgt. Die von dem Plasmagenerator 10 erzeugte Plasmaflamme 16 brennt in einem Reaktor 18. Das zu behandelnde Hartmetall gelangt durch einen Einfüllschacht 20 in den Brennraum der Plasmaflamme }.6. Der Plasmagenerator 10 und der Reaktor 18 können mittels Verbindungsarmen 32 an einer Vibratoreinheit 30 befestigt werden. Der Neigungswinkel des Reaktors 18 kann mittels einer

r um den Drehpunkt 21 beweglichen Hubkonstruktion 31 verändert

werden. Das wärmebehandelte Material tritt aus dem Reaktor über eine Rutsche 22 aus und gelangt in eine wassergekühlte Sammelwanne 34, in die unten durch einen Rohrstutzen 36 kaltes Wasser ein- und oben durch einen Rohrstutzen 38 warmes Wasser austritt. Die ebenfalls aus der Rutsche 22 austretenden heißen Gase werden von einer an der Sammelwanne 34 befestigten Schutzplatte 40-gebremst und gekühlt. Der größte Teil der den Reaktor verlassenden Gase strömt jedoch durch die Kühlzone 23. Die kondensierten Kobaltteilchen gelangen in einen Sammelbehälter 25, das abgekühlte plasmagas in einen Ableitungskanal 24, von wo aus es durch das Gasableitventil 26 abgezogen beziehungsweise ein durch

(^ ein Gasventil 28 geleiteter Teil zur Trocknung des behan

delten Metalls genutzt werden kann.

Das in der Sammelwanne 34 befindliche Material wird mit einem Kettenförderband 42 auf ein Trockenband 44 gehoben, von wo aus es in den Speicher 46 und von dort in die Mahlvorrichtung 48«

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen;

Der durch die Kabel 12 und 14 mit elektrischer Euer™ versorgte Plasmagenerator 10 erzeugt eine aus einem Inertgas bestehende Plasmaflamme 16, durch die Ie oberen Ende des Reaktors die Temperatur stark ansteigt» Durch den Einfüllschacht 20 gelangt der Hsrtmetallabfall mit gleich-

mäßiger Geschwindigkeit in die Plasmaflamme 16 des Reaktors 18 (der Weg des Materials ist in dem Fließschema durch Pfeile gekennzeichnet.)· In äem Reaktor 18 verweilt der Hartmetallabfall eine von der elektrischen Leistung des Plasmagenerators 10 abhängende Zeit. Die Wanderungsgeschwindigkeit des Materials kann mit der Vibratoreinheit 30 sowie der Hubkonstruktion 31 geregelt werden, die über die Verbindungsarme 32 mit dem Plastnagenerator 10 und dem Reaktor 18 starr verbunden sind. Die Verbindungsarme 32 dienen nicht nur der Übertragung der Schwingungen, sondern ermöglichen auch die Verstellung des Neigungswinkels des Reaktors 18. Das glühende Material fällt durch die Wirkung der Schwerkraft aus der Rutsche 22 sofort in die wassergekühlte Sammelwanne 34, wodurch eine eventuelle Oxydation des Materials vermieden werden kann. In die Sammelwanne 34 tritt durch den Rohrstutzen 36 kontinuierlich kaltes Wasser ein, während das erwärmte Wasser durch den Rohrstutzen 38 austritt. Der Hauptteil der sich aus dem Reaktor 18 entfernenden heißen Gase · gelangt in die Kühlzone 23» die zum Beispiel durch Wasserkühlung unterhalb der Kondensationstemperatur des Kobalts gehalten werden kann. Die im plasmagas befindlichen Kobaltdämpfe kondensieren und gelangen in den Sammelbehälter 25. Die heißen Gase können durch den Ableitungskanal 24 und das Ventil 26 abgeleitet werden. Durch das an dem Ableitungskanal 24 befindliche Gasventil 28 kann eine regulierbare C-asmenge zum Trocknen des aus der Sammelwanne 34 durch die Förderkette 42 auf das Trockenband 44 gehobenen nassen Materials abgeleitet' werden. Das getrocknete Material gelangt jja den Speicher 46 und von dort in die Mahlvorrichtung 48. Dort kann das plasmabehandelte Hartmetall auf beliebige Feinheit pulverisiert werden.

An Hand von Fig. 2 wird eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.

Der Hartmetallabfall gelangt durch einen Dosiertrichter 20 auf eine sich drehende Graphitscheibe 50. Nach

einer von der Drehgeschwindigkeit der Scheibe abhängenden Zeit erreicht der Hartmetallabfall die Plasmaflamme des Plasmagenerators 10 und später den Abstreifer 58. Das abgestreifte Material tritt über die Rutsche 60 aus der Vorrichtung aus. Die in Zusammenhang mit Pig. I beschriebenen Hilfsvorrichtungen (Kühlzone 23, Sammelwanne 34 us*.) können ohne Modifizierung auch an diese Vorrichtung engeschlossen werden.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand des

folgenden Beispiels näher erläutert.

Beispiel 1

Hartmetall der folgenden Zusammensetzung soll behandelt werden;

W 81,0 %

Co 11,0 %

C 5,4 %

Ti 2,6 %.

Das Hartmetall wird in einem Graphitreaktor mit einem als Arbeitsgas Stickstoff benutzenden Plasmagenerator schockartig wärmebehandelt. Nach der Wärmebehandlung angefertigte Mikroaufnahmen- des Hartmetalls zeigen, daß die Struktur der Α-Phase von der gewöhnlichen Struktur praktisch nicht abweicht. Die Mikroaufnahmen der ß-Phase zeigen jedoch gut die Fehlstellen und Strukturfehler, die durch die Plasmabehandlung entstanden sind. Nach der Wärmebehandlung hat der Hartmetallabfall die folgende Zusammensetzung ;

W 84,0 %

Co 7,8 %

C 5,32%

11 2,B8£.

Die Zusammensetzung des Hartmetalls hat sich demnach durch die: .Wärmebehandlung nur geringfügig geändert.

Dsr plasmabehandelte Hartmetsllsbfall wird in einer Kugelmühle zu Pulver gemahlen, dann werden von den Teilchen

mikroskopische Aufnahmen angefertigt. Aus diesen wer ersichtlich, daß die Teilchen in der für die von Geraden gebildeten geometrischen Form der WC-Kristalle charakteristischen Weise aufgebaut sind. Ferner war ersichtlich, daß ein Teil des Kobalts an den WC-Teilchen haftete und diese umgab.

Da die die WC-Teilchen umgebende BindemittelsGhicht für die Dauer der kurzen Wärmebehandlung νerhindert,daß der Kohlegehalt des Pulvers verbrennt, sind die erfindungsgemäß hergestellten Pulver besonders für Metallsprühverfahren und Auftragsschweißen geeignet. Bs ist bekannt, daß die gegenwärtig zum Metallsprühen oder Auftragsschweißen verwendeten Pulver bei der Herstellung speziell mit einem Überzug aus Kobalt versehen werden. Da dazu eine zusätzliche Technologie erforderlich ist, sind die auf diese Weise hergestellten Pulver zur Fertigung von Hartmetallwerkzeugen wesentlich teurer.

Berechnungen zeigen, daß sich durch die erfindungsgemäße Behandlung für die Harttaetallabfalle ein Wertzuwachs von 75-250 % ergibt.

Claims

Erfindungsansprach :

1. Verfahren zur Aufarbeitung und erneuten Verwendung von aus Bindemittel und Carbiden bestehenden Hartmetallabfällen, dadurch gekennzeichnet, daß nan aus einem Inertgas technisches plasma herstellt, die Hartmetallabfälle in das Plasma dosiert, dadurch die Adhäsion zwischen dem Bindemittel und den Carbiden verringert und auf diese Weise den Hartmetallabfall pulverisierbar macht.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den plasmabehandelten Hartmetallabfall plötzlich abkühlt und dadurch die Oxydation und Strukturvergröberung des Kartmetallabfalls verringert.
3. Verfahren nach Punkt χ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus dem Hartmetall durch Verdampfen entweichende Bindemittel durch Kondensation aus den heißen Abgasen zurückgewinnt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Punkte 1-3, ausgerüstet mit einem Plasma·? generator, einem Reaktor, einer an den Reaktor angeschlossenen Dosiervorrichtung und Vorrichtungen zum Ableiten des Produktes und der Gase, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine die Verweilzeit der Hartmetallabfalle im Reaktor (18) kontinuierlich regulierende mechanische Hilfsvorrichtung (30, 31* 50, 58) aufweist.
5. Vorrichtung nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Hilfsvorrichtung ein mit dem Plasmagenerator (10) und dem Reaktor (18) verbundener Vibrator (30) ist.
6. Vorrichtung nach Punkt 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Hilfsvorrichtung eine den Neigungswinkel de3 Reaktors (18) regulierende Konstruktion (31) ist.
7. Vorrichtung nach Punkt 4 oder 5» dadurch
gekennzeichnet, daß die mechanische Hilfsvorrichtung eine unter der Dosiervorrichtung (20) und dem plastnagenerator (10) angeordnete, sich drehende Graphitscheibe (50) ist, die einen Abspreifer (58) aufweist.