DE3216859C2

DE3216859C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufarbeitung von Hartmetallabfällen für ihre erneute Verwendung

Info

Publication number: DE3216859C2
Application number: DE3216859A
Authority: DE
Inventors: Ottó Dipl.-El.-Ing. Bodai; Bálint Budapest Hajdu; Lájos Dipl.-Metallurg. Tatabánya Hedai; Ferenc Dipl.-Metallurg. Dr. Krajcovics; Imre Dipl.-Metallurg. Levai; István Dipl.-El-Ing.- Dr. Neveri; Attila Dipl.-El.-Ing. Nyiri; István Dipl.- Metallurg. Dr. Budapest Pentek
Original assignee: VASIPARI KUTATO INTEZET BUDAPEST HU
Current assignee: VASIPARI KUTATO INTEZET BUDAPEST HU
Priority date: 1981-05-18
Filing date: 1982-05-05
Publication date: 1985-12-05
Also published as: FR2505875A1; DD202404A5; DE3216859A1; FR2505875B3; CS235017B2; HU183442B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung und erneuten Verwertung von Hartmetallabfällen. Die zur Herstellung von Hartmetallwerkzeugen verwendeten Hartmetalle bestehen zum großen Teil aus Wolframcarbid und enthalten auch Kobalt. Die Abfälle lassen sich schlecht pulverisieren, können jedoch nur in Form von Pulver erneut verwendet werden. Erfindungsgemäß werden die Hartmetallabfälle in einer Plasmaflamme einer schockartigen Wärmebehandlung unterzogen, in deren Verlauf die Struktur des die β-Phase bildenden Kobalts so verändert wird, daß sich das Hartmetall später gut mahlen und pulverisieren läßt. Die chemische Zusammensetzung des Hartmetalls und auch die Struktur der Carbidphasen ändern sich dabei kaum, und wenn das Material bei der erneuten Verwendung die Sintertemperatur erreicht, rekristallisiert auch die gestörte Kobaltphase und nimmt ihre ursprüngliche Struktur wieder an. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Diese Vorrichtung hat einen Reaktor, einen Plasmagenerator sowie eine Dosiervorrichtung und Vorrichtungen zum Ableiten des heißen Gases und des Endproduktes. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist kennzeichnend, daß sie eine mechanische Hilfsvorrichtung zur Regulierung der Verweilzeit des Hartmetallabfalls in dem Reaktor hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem Hartmetallabfälle ausgearbeitet und für eine Wiederverwendung aufbereitet werden können. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, daß Hartmetallwerkzeuge zum größten Teil aus Wolframcarbid und geringen Mengen Kobalt bestehen. Von diesen teuren Werkstoffen fallen beträchtliche Mengen an Abfall an. In dem Abfall sind sämtliche Komponenten des Hartmetallgrundwerkstoffes enthalten. Für eine Wiederverwendung des Grundwerkstoffes müßte jedoch aus dem Abfall ein entsprechend feiner Staub hergestellt werden.

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

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Technologie, mit der aus Hartmetallabfällen unter Bewahrung der Qualität des Grundwerkstoffes ein für eine erneute Verwendung geeignetes Pulver hergestellt werden

kann.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine in einer inerten Atmosphäre (z. B. Stickstoff) vorgenommene impulsartige, eine thermische Schockwirkung auss lösende Plasmabehandiung in dem Gefüge des als Bindemittel die /?-Phase bildenden Kobalts Versetzucgen und Leerstellen hervorruft, die die/?-Phase spröde machen, wodurch das Hartmetall gut pulverisierbar wird. Während der Plasmabehandlung verdampft ein geringer Teil des Kobaltgehaltes der Hartmetallabfälle. Die x- und die ;>-Carbidphase erleiden nur geringe Veränderungen, was bedeutet, daß die Härte und damit die mechanischen Eigenschaften der Carbidphasen praktisch in vollem Umfang erhalten bleiben. Die infolge der Plasmabehandlung spröde gewordene /i-Phase rekristallisiert bei erneutem Erreichen der Sintertemperatur und erlangt dadurch ihre ursprüngliche Bindefähigkeit zurück.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Aufarbeitung von Hartmetallabfällen. Für das Verfahren ist kennzeichnend, daß man aus einer inerten Gasatmosphäre technisches Plasma erzeugt, die Hartmetallabfälle in das Plasma dosiert, dadurch die Adhäsion zwischen dem Bindemittel und den Carbiden verringen und auf diese Weise den Abfall pulverisierbar macht. Unter technischem Plasma wird hier ein Stoffzustand verstanden, in dem wenigstens 0,15% der Materieteilchen in ionisiertem Zustand vorliegen und zum Einsatz für verschiedene technologische Probleme geeignet sind.

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

Da für die mechanischen Eigenschaften der Hartmetalle bestimmte λ- und ^-Carbidphasen (WC, TiC usw.) in ihrem Gefüge praktisch unverändert bleiben, sind die ursprünglichen Eigenschaften des Hartmetalls (Verschleißfestigkeit, Härte) gewährleistet. Die erfindungsgemäß plasma-behandelten Hartmetallabfälle können später in jeder herkömmlichen Zerkleinerungsvorrichtung auf beliebige Feinheit (unter 1 μπι) pulverisiert werden.

Es ist vorteilhaft, den mit Plasma behandelten Abfall nach dem Austritt aus dem heißen Reaktor plötzlich abzukühlen, da auf diese Weise eine Oxydation und eine

so Vergröberung des Gefüges weitgehend vermieden werden kann. Auch die Kobaltverluste werden durch das schnelle Abkühlen geringer. Da bei der Plasmabehandlung ein Teil des Kobalts verdampft, ist es vorteilhaft, 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 Abfalls im Reaktor versehen ist. Die Durchlaufzeit des Hartmetallabfalls durch den Reaktor kann z. B. 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. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 ein Fließschema des erfindungsgemäßen Ver-

fahrens für den Fall, daß für die Regelung der Durchlaufzeit ein Vibrator veränderlicher Frequenz vorgesehen ist, und

F i g. 2 eine mit einem Drehtisch ausgestattete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, wird der das Stickstoffplasma liefernde Piasmagenerator 10 über wassergekühlte Kabel 12 und 14 mit Gleichstrom versorgt Die von dem Plasmagenerator 10 erzeugte Plasmaflamme 16 wird im oberen Teil eines Reaktors derart ausgebildet, daß das zu behandelnde Hartmetall durch einen ELniüllschacht 20 in den Brennraum der Plasmaflamme 16 gelangt. Der Plasmagenerator 10 und der Reaktor 18 können über Verbindungsarme 32 an einer Vibratoreinheit 30 befestigt werden. Der Neigungswinkel des Reaktors 18 kann mittels einer beweglichen Hubkonstruktion 31 verändert werden, durch die der Reaktor 18 um den Drehpunkt 21 verschwenkt wird. Der wärmebehandelte Abfall tritt aus dem Reaktor 18 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 den Sammelbehälter 25, das abgekühlte Plasmagas in einen Ableitungskanal 24, von wo aus es durch das Gasableitventil 26 abgezogen bzw. ein durch ein Gasventil 28 geleiteter Teil zur Trocknung des behandelten Metalls genutzt werden kann.

Der in der Sammelwanne 34 befindliche Hartmetallabfall wird mit einem Kettenförderband 42 auf ein Trokkenband 44 gehoben, von wo aus es in den Speicher 46 und von dort in die Mahlvorrichtung 48 gelangt.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Der durch die Kabel 12 und 14 mit elektrischer Energie versorgte Plzsmagenerator 10 erzeugt eine aus einem Inertgas bestehende Plasmaflamme 16, durch welche die Temperatur im Bereich der Mündung des Einfüllschachtes 20 in den Reaktor 18 stark ansteigt. Durch den Einfüllschacht 20 gelangt der Hartmetallabfall mit gleichmäßiger Geschwindigkeit in die Plasmaflamme 16 des Reaktors 18 (der Weg des Abfalls ist in dem Fließschema durch Pfeile gekennzeichnet). In dem Reaktor 18 verweilt der Hartmetallabfall eine von der elektrischen Leistung des Plasmagenerators 10 abhängende Zeit. Die Wandungsgeschwindigkeit des Materials kann mit der Vibratoreinheit 30 sowie der Hubkonstruktion 31 geregelt werden, die über die Verbindungsarme 32 mit dem Plasmagenerator 10 und dem Reaktor 18 starr verbunden ist. Die Verbindungsarme 32 dienen nicht nur der Übertragung der Schwingungen, sondern ermöglichen auch die Verstellung des Neigungswinkels des Reaktors 18. Der glühende Abfall fällt durch die Wirkung der Schwerkraft aus der Rutsche 22 sofort in die wassergekühlte Sammelwanne 34, wodurch eine eventuelle Oxidation des HartmetallabfalU 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 z. B. durch Wasserkühlung unterhalb der Kondensationstemperatur des Kobalts gehalten werden kann. Die im Plasmaeas befindlichen Kobaltdämofe 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 Gasmenge zum Trocknen des aus der Sammelwanne 34 durch die Förderkette 42 auf das Trockenband 44 gehobenen nassen Abfalls abgeleitet werden. Der getrocknete Abfall gelangt in den Speicher 46 und von dort in die Mahlvorrichtung 48. Dort kann das plasrnabehandelte Hartmetall auf beliebige Feinheit pulverisiert werden.

Anhand 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 Piasmafiamme des Plasmagenerators 10 und später den Abstreifer 58. Das abgestreifte Material tritt über eine Rutsche 60 aus der Vorrichtung aus. Die in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Hilfsvorrichtungen (Kühlzone 23, Sammelwanne 34 usw.) können ohne Modifizierung auch an diese Vorrichtung angeschlossen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert.

Beispiel

Hartmetall der folgenden Zusammensetzung soll behandelt werden:

Das Hartmetall wird in einem Graphitreaktor mit einem als Arbeitsgas Stickstoff benutzenden Plasmagenerator schockartig wärmebehandelt. Nach der Wärmebehandlung angefertigte Mikroaufnahmen des Hartmetalls zeigen, daß das Gefüge der oc-Phase vom gewöhnlichen Gefüge praktisch nicht abweicht. Die Mikroaufnahmen der /?-Phase zeigen jedoch gut die Fehlstellen und Gefügefehler, die durch die Plasmabehandlung entstanden sind. Nach der Wärmebehandlung hat der Hartmetallabfall die folgende Zusammensetzung:

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

Der plasmabehandelte Hartmetallabfall wird in einer Kugelmühle zu Pulver gemahlen, dann werden von den Teilchen mikroskopische Aufnahmen angefertigt. Aus diesen war 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.
b5 D¹ die die WC-Teilchen umgebende Bindemittel· schicht für die Dauer der kurzen Wärmebehandlung verhindert, daß der Kohlegchiilt des Pulvers verbrennt, sind die crfinduneseemäß hergestellte!! Pulver beson-

W	81,0%
Co	11,0%
C	5,4%
Ti	2.6%

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

ders für Metallsprühverfahren und Auftragsschweißen geeignet. Es ist bekannt, daß die gegenwärtig zum Metallsprühen oder AuftragsschweiQen verwendeten Pulver bei der Herstellung speziell mit einem Überzug aus Kobalt versehen werden. Da dazu eine zusätzliche 5 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 Hartmetallabfälle ein Wert- io Zuwachs von 75—250% ergibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

20

30

35

40

45

50

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufarbeitung von aus Bindemittel und Carbiden bestehenden Hartmetallabfällen für ihre erneute Verwendung, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Inertgas technisches Plasma hergestellt und die Hartmetallabfälle in das Plasma dosiert werden, wodurch die Adhäsion zwischen dem Bindemittel und den Carbiden verringert und der Hartmetallabfall auf diese Weise pulverisierbar wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der plasmabehandelte Hartmetallabfall plötzlich abgekühlt und so die Oxidation und Gefügevergröberung des Hartmetalls verringert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Hartmetall durch Verdampfen entweichende Bindemittel durch Kondensation aus den heißen Abgasen zurückgewonnen wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 —3, ausgerüstet mit einem Plasmagenerator, einem Reaktor, einer an den Reaktor angeschlossenen Dosiervorrichtung und Vorrichtungen zum Ableiten des Produktes und der Gase, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine die Verweilzeit der Hartmetallabfälle im Reaktor (18) kontinuierlich regulierende mechanische Hilfsvorrichtung (30,31,50,58) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Hilfsvorrichtung ein mit dem Plasmagenerator (iO) und dem Reaktor (18) verbundener Vibrator (30) ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Hilfsvorrichtung eine den Neigungswinkel des Reaktors (18) regulierende Einrichtung (31) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Hilfsvorrichtung eine unter der Dosiervorrichtung (20) und dem Plasmagenerator (10) angeordnete, sich drehende Graphitscheibe (50) ist, die einen Abstreifer (58) aufweist.