DD202404A5 - METHOD AND DEVICE FOR REPRODUCING AND REUSE OF HARD METAL DEVICES - Google Patents
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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.The carbides used for the production of carbide tools consist to a large extent of tungsten carbide and also contain cobalt. The wastes can be pulverized poorly, but can only be reused in the form of powder. According to the invention, the hard metal waste in a plasma flame is subjected to a shock-like heat treatment, in the course of which the structure of the beta phase-forming cobalt is changed so that the hard metal can be ground well and pulverized later. The chemical composition of the cemented carbide and also the structure of the carbide phases hardly change, and when the material reaches the sintering temperature when reused, the disturbed cobalt phase also recrystallizes and resumes its original structure. The invention further relates to a device for carrying out this method. The apparatus has a reactor, a plasma generator and a metering device and devices for discharging the hot gas and the final product. It is characteristic of the device according to the invention that it has an auxiliary mechanical device for regulating the residence time of the cemented carbide waste in the reactor.
Description
23 99 5 623 99 5 6
Verfahren und Vorrichtung zur Aufarbeitung und erneuten Verwendung von HartmetallabfällenProcess and device for processing and reuse of tungsten carbide waste
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.The invention relates to a method by which hard metal waste can be worked up and made suitable for reuse. The invention further relates to an apparatus for carrying out this method.
Es ist bekannt, daß die Hartmetaixwerjczeuge zumIt is known that the Hartmetaixwerjczeuge for
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.consist mainly of tungsten carbide and small amounts of cobalt. Of these expensive materials, considerable amounts of waste accumulate. The waste contains all the components of the cemented carbide base material, but for reuse it would be necessary to produce a correspondingly fine dust from the waste.
A 2511-1219 Br/toA 2511-1219 br / to
-7 CT. λ Q ο η * η ο ο η Λ η -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 existiertIt is known that the cemented carbide scrap can be broken easily, a method of pulverization exists
jedoch nichtHowever not
Ziel der ErfindungObject of the invention
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.The aim of the invention is to provide a technology with which from the hard metal waste while maintaining the quality of the base material suitable for reuse powder can be produced.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eineThe invention is based on the finding that a
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»In a inert atmosphere (nitrogen, for example) pulsed plasma thermal shocking action in the structure of cobalt binder forming the beta phase causes dislocations and vacancies which brittle the beta phase, rendering the cemented carbide well pulverizable. During the plasma treatment, a small part of the cobalt content of the cemented carbide waste evaporates. The cc and Γ * carbide phases undergo only minor changes, which means that the hardness and mechanical properties of the carbide phases are virtually fully retained. The brittle phase, which has become brittle as a result of the plasma treatment, recrystallizes when the sintering temperature is reached again, thereby regaining its original binding capacity »
Γ' Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren The subject of the invention is therefore a method
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 0f15 % der Materieteilchen in ionisiertem Zustand vorliegen und zum Einsatz für verschiedene technologische Probleme, geeignet sind.for the processing of carbide waste. Pur the process is characterized in that one generates from an inert gas atmosphere technical plasma, dosed the hard metal waste into the plasma, thereby reducing the adhesion between the binder and the carbides and in this way makes the waste material pulverizable. By "technical plasma" is meant here a state of matter in which at least 0 f 15% of the matter particles are present in an ionized state and are suitable for use for various technological problems.
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.The method has the advantage that during the treatment time dependent on the electrical power of the plasma generator, the cemented carbide waste retains its structure and chemical composition virtually unchanged but can be pulverized with relatively little energy and high productivity.
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.Since the cc and ^ carbide phases determining the mechanical properties of the cemented carbides (WCι TiC, etc.) remain virtually unchanged in their structure, the original properties of the cemented carbide (wear resistance, hardness) are ensured. The hard-metal waste plasma-treated according to the invention can later be pulverized to any fineness (less than 1 μm) in any conventional comminuting device.
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 kannIt is expedient to cool the plasma treated waste material suddenly after leaving the hot reactor, since in this way oxidation and coarsening of the structure can be largely avoided
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. The cobalt losses are reduced by the rapid cooling. Since some of the cobalt evaporates during the plasma treatment, it is expedient to recover the vaporized substance by condensation from the exiting hot gases.
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.The process according to the invention is carried out with a device provided with an auxiliary mechanical device for the continuous control of the residence time of the waste material in the reactor. The flow time of the material through the reactor may be adjusted, for example, by a variable frequency vibrator, by varying the angle of inclination of the reactor or by varying the angular speed of the turntable.
Die Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will be explained in more detail with the aid of the drawings with reference to preferred embodiments.
Fig. 1 zeigt das Fließschema der Technologie für den Fall, der Regelung mit einem Vibrator verän-1 shows the flow chart of the technology in the event that the control with a vibrator change
derlicher Frequenz, während Fig. 2 eine Ausführungsform mit Drehtisch darstellt'.frequency, while Fig. 2 illustrates an embodiment with turntable '.
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 einerAs can be seen from FIG. 1, the plasma generator 10 supplying the nitrogen plasma is supplied with direct current via water-cooled cables 12 and 14. The plasma flame 16 generated by the plasma generator 10 burns in a reactor 18. The hard metal to be treated passes through a feed shaft 20 into the combustion chamber of the plasma flame} .6. The plasma generator 10 and the reactor 18 can be attached to a vibrator unit 30 by means of connecting arms 32. The angle of inclination of the reactor 18 can by means of a
r um den Drehpunkt 21 beweglichen Hubkonstruktion 31 verändert r changed around the fulcrum 21 movable lifting structure 31
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 durchbecome. The heat-treated material exits the reactor via a chute 22 and enters a water-cooled sump 34 into which cold water enters through a pipe stub 36 at the top and warm water exits through a pipe stub 38 at the top. The also emerging from the chute 22 hot gases are 40-braked and cooled by a mounted on the sump 34 protective plate. However, the majority of the gases leaving the reactor flows through the cooling zone 23. The condensed cobalt particles pass into a collecting container 25, the cooled plasma gas in a discharge channel 24, from where it withdrawn through the gas discharge valve 26 and a through
(^ ein Gasventil 28 geleiteter Teil zur Trocknung des behan(^ a gas valve 28 led part for drying the behan
delten Metalls genutzt werden kann.metal can be used.
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«The material contained in the collecting trough 34 is lifted by a chain conveyor 42 onto a drying belt 44, from where it is transferred to the storage 46 and from there to the grinding device 48 ".
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen;The device described operates as follows;
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-The plasma generator 10 supplied by the cables 12 and 14 with electrical equipment ™ generates a plasma flame 16 consisting of an inert gas, through which the upper end of the reactor greatly raises the temperature. "Through the feed chute 20, the waste metal waste reaches the same temperature.
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.at a moderate rate into the plasma flame 16 of the reactor 18 (the path of the material is indicated in the flow chart by arrows). In the reactor 18, the hard metal waste lingers a time dependent on the electrical power of the plasma generator 10. The rate of migration of the material can be controlled with the vibrator unit 30 and the lifting structure 31, which are rigidly connected via the connecting arms 32 with the plasticizer 10 and the reactor 18. The connecting arms 32 are not only used to transmit the vibrations, but also allow the adjustment of the angle of inclination of the reactor 18. The glowing material falls by the action of gravity from the chute 22 immediately into the water-cooled sump 34, thereby avoiding any oxidation of the material can. In the collecting trough 34 passes through the pipe socket 36 continuously cold water, while the heated water exits through the pipe socket 38. The majority of the hot gases removed from the reactor 18 pass into the cooling zone 23, which can be kept below the condensation temperature of the cobalt, for example by water cooling. The cobalt vapor present in the plasma gas condense and pass into the collecting tank 25. The hot gases can be discharged through the discharge channel 24 and the valve 26. By means of the gas valve 28 located on the discharge channel 24, an adjustable quantity of C ash can be discharged for drying the wet material lifted from the collecting trough 34 by the conveyor chain 42 onto the drying belt 44. The dried material passes jja the memory 46 and from there into the grinding device 48. There, the plasma-treated carbide can be pulverized to any fineness.
An Hand von Fig. 2 wird eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.With reference to FIG. 2, a further embodiment of the device according to the invention will be described.
Der Hartmetallabfall gelangt durch einen Dosiertrichter 20 auf eine sich drehende Graphitscheibe 50. NachThe hard metal waste passes through a metering hopper 20 onto a rotating graphite disc 50
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.a time dependent on the rotational speed of the disc, the hard metal waste reaches the plasma flame of the plasma generator 10 and later the scraper 58. The stripped material exits the device via the chute 60. The pig associated with. I described auxiliary devices (cooling zone 23, sump 34 us *.) Can be closed without modification also to this device.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand desThe inventive method is based on the
folgenden Beispiels näher erläutert.following example explained in more detail.
Hartmetall der folgenden Zusammensetzung soll behandelt werden;Carbide of the following composition should be treated;
W 81,0 %W 81.0%
Co 11,0 %Co 11.0%
C 5,4 % C 5.4 %
Ti 2,6 %. 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 ;The cemented carbide is heat-treated in a graphite reactor with a plasma generator using nitrogen as working gas. Micrographs of the cemented carbide prepared after the heat treatment show that the structure of the Α phase is practically devoid of the usual structure. However, the micrographs of the β phase show well the defects and structural defects that have arisen due to the plasma treatment. After the heat treatment, the cemented carbide waste has the following composition;
W 84,0 %W 84.0%
Co 7,8 % Co 7.8 %
C 5,32%C 5.32%
11 2,B8£.11 2, B8 pounds.
Die Zusammensetzung des Hartmetalls hat sich demnach durch die: .Wärmebehandlung nur geringfügig geändert.The composition of the cemented carbide has thus changed only slightly by the heat treatment.
Dsr plasmabehandelte Hartmetsllsbfall wird in einer Kugelmühle zu Pulver gemahlen, dann werden von den TeilchenDsr plasma-treated Hartmetsllsbfall is ground in a ball mill to powder, then from the particles
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.made microscopic pictures. From these it can be seen that the particles are constructed in a characteristic manner for the geometric shape of WC crystals formed by straight lines. Further, it was seen that a part of the cobalt adhered to and surrounded the WC particles.
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.Since the binding agent surrounding the WC particles prevents the coal content of the powder from burning for the duration of the short heat treatment, the powders prepared according to the invention are particularly suitable for metal spraying and build-up welding. It is known that the powders currently used for metal spraying or build-up welding are specially provided with a coating of cobalt during manufacture. Since this requires additional technology, the powders produced in this way are much more expensive for producing carbide tools.
Berechnungen zeigen, daß sich durch die erfindungsgemäße Behandlung für die Harttaetallabfalle ein Wertzuwachs von 75-250 % ergibt.Calculations show that the treatment according to the invention for the Harttaetallabfalle an increase in value of 75-250 % results.
Claims (7)
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.7. Device according to item 4 or 5 »by
characterized in that the mechanical auxiliary device is a rotating graphite disk (50) arranged below the metering device (20) and the plasticizer (10) and comprising a stripper (58).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |