FR2505875A1 - Procede de traitement et de recyclage de dechets d'alliages durs ou de carbures et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION A POUR OBJET UN PROCEDE DE TRAITEMENT ET DE RECYCLAGE DE DECHETS D'ALLIAGE DUR CONSTITUE ESSENTIELLEMENT D'UN LIANT ET DE CARBURES. CE PROCEDE EST CARACTERISE EN CE QU'IL CONSISTE A PRODUIRE UN PLASMA TECHNIQUE A PARTIR D'UN GAZ INERTE, A INTRODUIRE LESDITS DECHETS DANS LE PLASMA D'UNE MANIERE DOSEE, AFIN DE REDUIRE AINSI L'ADHESION ENTRE LE LIANT ET LES CARBURES ET DE RENDRE DE CE FAIT LESDITS DECHETS PULVERISABLES. APPLICATION DANS L'INDUSTRIE DES METAUX DURS TELS QUE CARBURES, ET ANALOGUES.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT ET DE RECYCLAGE DE DECHETS
D'ALLIAGES DURS OU DE CARBURES ET DISPOSITIF POUR
SA MISE EN OEUVRE
La présente invention concerne un procéde de traitement de déchets d'alliages durs ou de carbures en vue de leur réutilisation (ou recyclage). L'inven tion vise en outre un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.

On sait que les outils en alliage dur sont formés en très grande partie de carbure de tungstène et de faibles quantités de cobalt. On obtient des quanti considérables de dechets de ces matériaux coûteux. Les déchets renferment tous les composants de l'alliage dur de base; or, pour pouvoir réutiliser, ou recycl les substances intéressées, on devrait être en mesure de réduire les déchets en une poudre d'une finesse granulometrique convenable.

On sait qu'il est facile de concasser les déchets de métal ou d'alliage d par contre, l'on ne connaît aucun procedé permettant de les pulvériser.

La presente invention a pour but de creer un procedé et un dispositif per mettant de produire a partir des déchets.d'alliages durs et analogues une poudr qui peut être réutilisée (ou recyclée), cependant que la quantité du materiau d départ est conservée.

L'invention est basée sur la découverte du fait que lorsqu'on soumet les matériaux considéres à un traitement au plasma par impulsions, provoquant des effets de choc thermique, en atmosphère inerte (tel qu'azote), il se produit da la structure du cobalt faisant fonction de liant et formant la phase bêta des dislocations et des vides qui rendent la phase beta fragile (cassante), grâce a quoi l'alliage dur interesse peut être facilement pulvérisé. Pendant le traitem au plasma, une faible partie de la teneur en cobalt des dechets d'alliage dur est vaporisée. Les phases alpha et gamma de carbure ne subissent que des modifi cation mineures et, par conséquent, les caractéristiques mécaniques, dont notam ment la dureté, des phases de carbures sont sensiblement conservée intactes.La phase bêta fragilisée sous l'effet du traitement au plasma se recristallise lor la temperature de frittage est atteinte a nouveau et récupère de ce fait son pouvoir liant initial.

La presente invention a pour but un procéde de traitement de dechets d'alliages durs, tels que carbures et analogues. Le procédé faisant l'objet de l'invention est remarquable notamment en ce qu'il consiste à produire, à partir d'une atmosphère de gaz inerte, un plasma technique, a introduire des quantites dosées des dechets dans le plasma afin de réduire ainsi l'adhésion entre le liant et les,carbures et à rendre de ce fait les déchets pulvérisables.

Le terme "plasma technique" désigne ici une matière dans un état dans lequel au moins 0,15% des particules de matiere sont presentes sous forme ionisée et se prêtent à diverses utilisations propres a résoudre différents problèmes technologiques.

Un des avantages du procédé selon l'invention réside dans le fait que les déchets d'alliages durs conservent pratiquement intégralement leur structure et leur composition chimique pendant toute la durée du traitement, qui est fonction de la puissance électrique du générateur de plasma, et dans le fait que ces déchets peuvent néanmoins être pulvérises avec une consommation d'énergie relativement faible et dans des conditions de rendement élevé.

Etant donné que les phases de,carbures alpha et gamma (WC, TiC etc.) conservent sensiblement leur structure originale, les caractéristiques initiales de l'alliage dur intéresse, telles que la résistance a l'usure ou a l'abrasion et la dureté, sont également conservées. Les déchets d'alliages durs traités au plasma conformement a la presente invention peuvent ensuite être pulvérisés a tout degré de finesse granulométrique désiré, (dimensions granulométriques inferieurs a l pm), à l'aide de tout dispositif classique de broyage, de pulvéri- sation ou analogue.

Avantageusement les déchets traites au plasma sont refroidis brusquement après leur sortie du réacteur chaud, car on empêche ainsi, dans une large mesure, toute oxydation et tout grossissement de la structure. Par ailleurs, le refroidissement rapide permet de réduire les pertes de cobalt. Etant donne que pendant le traitement au plasma, une partie du cobalt se vaporise, il est avantageux de recupérer par condensation la substance vaporisée a partir des gaz chauds effluents,
Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comporte un ensemble mécanique auxiliaire de réglage continu du temps de séjour des déchets dans le réacteur.Le temps de sejour, ou temps de passage des dechets a travers le rédacteur, peut être réglé, par exemple, a l'aid e d'un vibrateur a fréquence variable, par variation de l'angle d'inclinaison du réacteur ou encore par variation de la vitesse angulaire de la table rotative.

L'invention sera décrite ci-après de manière plus détaillee notamment en référence aux figures annexées qui sont données à titre d'illustration, mal non pas de limitation.

La figure 1 illustre schématiquement le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention comportant un vibrateur de reglage à fréquence variable.

La figure 2 represente un mode de réalisation du dispositif comportant une table rotative.

Ainsi qu'il ressort de la figure 1, un générateur de plasma 10 produisa le plasma d'azote est alimenté en courant continu par des câbles 12 et 14 refr dis à l'eau.La flamme de plasma 16 produite par le générateur 10 brûle dans un réacteur 18. L'alliage dur (ou analogue) à traiter est amene par un puits d'al mentation 20 vers la zone de combustion de la flamme de plasma 16. Le générate de plasma 10 et le réacteur 18 peuvent être fixés à un ensemble de vibrateur 30 au moyen de bras de liaison 32. Un mecanisme de levage 31 déplaçable angula rement autour d'un centre de pivotement 21 permet de modifier l'angle dlincli- naison du réacteur 18.Après avoir subi le traitement thermique, la matiere intéressée quitte le reacteur 18 en passant par un glissoir 22 et pénètre dans bac collecteur 34 refroidi à l'eau; de l'eau froide est introduite dans ce bac collecteur par un raccord tubulaire inférieur 36, et l'eau echauffée quitte l bac en passant par un raccord tubulaire supérieur 38. Les gaz chauds sortant ég ment par le glissoir 22 sont freinés et refroidis par un déflecteur de protect 40 fixe sur le bac collecteur 34. Toutefois, la majeure partie des gaz sortant du reacteur traverse une zone de refroidissement 23.Les particules condensées due cobalt pénètrent dans un bac récepteur 25, cependant que le gaz de plasma re froidi s'écoule dans une conduite d'evacuation 24 d'où il peut etre évacue par une valve d'évacuation 26; par ailleurs, une fraction de gaz peut être déviee par une valve 28 et utilisée pour le séchage de la matière traitée.

La matiere se trouvant dans le bac collecteur 34 est amenée par une ban transporteuse 42 ascendante vers une bande de séchage 44 à partir de laquelle elle est transportee vers un récipient d'emmagasinage 46, puis vers un broyeur 48.

Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne comme suit
Le générateur de plasma 10 alimenté en courant électrique par les câble 12 et 14 produit une flamme de plasma 16 formée de gaz inerte, qui provoque un forte augmentation de la température dans la partie supérieure du rédacteur.

Des déchets d'alliage dur sont amenes vers la flamme de plasma 16 du réacteur 18 à travers le puits d'alimentation 20, à une vitesse d'écoulement uniforme; le trajet de la matière traitée est indiqué par des fleches, sur le schéma de la figure 1. Les déchets à traiter restent dans le réacteur 18 pendant une dur qui est fonction de la puissance électrique du générateur de plasma 10. La vitesse découlement ou d'acheminement de la matière peut etre réglee à l'aide de l'ensemble vibrateur 30 et du mécanisme de levage 31 qui sont liés rigidement par les bras de liaison 32 au générateur de plasma 10 et au réacteur 18.Les bras de liaison 32 ne servent pas seulement à transmettre les vibrations, mais permettent en outre de faire varier l'angle d'inclinaison du réacteur 18.La matière incandescente tombe par gravité directement du glissoir 22 dans le bac collecteur 34, ce qui permet d'éliminer le risque d'oxydation de ladite matiere. De l'eau froide, pénètre de manière continue dans le bac collecteur 34 en passant par le raccord tubulaire 36, tandis que l'eau échauffée est evacuée par le raccord tubulaire 38. La majeure partie des gaz chauds sortant du réacteur 18 s'écoule vers la zone de refroidissement 23 qui est maintenue, par exemple par refroidissement à l'eau, à une température inférieure à la temperature de condensation du cobalt. Les vapeurs de cobalt présentes dans le gaz de plasma sont condensées et pénètrent dans le bac récepteur 25.Les gaz chauds peuvent être évacués par la conduite d'évacuation 24 et la valve 26 Une quantité réglable de gaz peut être déviée par la valve 28 placée sur la conduite d'évacuation 24 pour servir au séchage de la matière humide amenée par la bande transporteuse ascendante 42 vers la bande de séchage 44. La matière séchée est amenée vers le récipient d'emmagasinage 46, puis vers le broyeur 48. Dans ce dernier, l'alliage dur traité au plasma peut être pulvérisée à toute finesse granulométrique désirée.

La figure 2 représente un outre mode de réalisation du dispositif selon l'invention.

Dans cet exemple, les déchets d'alliage dur sont amenés par une trémie doseu, 20 sur un disque rotatif (ou table rotative) 50 en graphite. Après un laps de temps dont la durée est fonction de la vitesse de rotation de la table 50, les déchets pénètrent dans la zone de la flamme de plasma produite par le générateur l et atteignent ensuite un racloir 58. La matière râclée quitte le dispositif en passant par le glissoir 60. Ce dispositif peut être associé également aux dispositifs et organes auxiliaires décrits en référence à la figure 1, tels que zone de refroidissement 23, bac collecteur 34, etc., sans modification notable desdits dispositifs ou organes auxiliaires.

Le procédé selon l'invention sera illustré ci-dessous par plusieurs exemples d'exécution.

EXEMPLE 1.

On désire traiter un alliage dur dont la composition est la suivante
W 81,0%
Co ll,O.C,,
C 5,4JD
Ti 2?6
On soumet l'alliage dur a un traitement de choc thermique dans un réacteur en graphite associé a un générateur de plasma utilisant; comme gaz de travail, de l'azote. Des microphotographies de l'alliage dur, prises après le traitement thermique montrent que la structure de la phase alpha n'est pratiquement pas différente de la structure habituelle. Cependant, les microphotographies de la phase bêta mettent bien en évidence les failles et défauts de structure qui résultent du traitement au plasma.Apres le traitement thermique, les déchets d'alliage dur présentent la composition suivant w 84,0S
Co 7,8%
C 5,32%
Ti 2,88%
Il s'en suit que le traitement thermique n'a pas provoqué de modifies tion sensible (ou n'a provoqué qu'une modification négligeable) de la compost tion de l'alliage dur.

Les dechets d'alliage dur sont pulvérisés dans un broyeur à boulets, et l'on produit ensuite des clichés microscopiques (microphotographies) des particules resultantes. Ces clichés montrent que les particules présentent la configuration géométrique definie par des drpites, qui est caractéristique de! cristaux de WC. On constate en outre qu'une partie du cobalt adhere aux parti cules de WC et entoure celles-ci.

Etant donné que, pendant la durée réduite du traitement thermique, la couche de liant entourant les particules de WC empêche la combustion du carbone contenu dans la poudre, les poudres produites par le procédé selon l'invention se prêtent particulièrement à l'utilisation dans le cadre des pro cédés d'atomisation (pulverisation) de métaux, ou encore dans les procédés de soudage par rechargement.

On sait que les poudres utilisées actuellement pour la pulvérisation de métal ou pour le soudage par rechargement sont pourvues spécialement d'une couche de cobalt, lors de leur fabrication. Cette méthode exige le recours supplémentaire à des techniques spéciales et, par conséquent, les poudres pro duites de cette manière, en vue de la fabrication d'outils en alliage dur, so.

très onéreuses
Des calculs montrent, en effet, que le traitement d'alliages, confort à l'invention, permet de réaliser des gains de 75 à 250%.

L'invention n'est pas limitée aux modes de realisation décrits et re sentes;elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1.- Procédé de traitement et de recyclage de déchets d'alliage dur cons titué essentiellement d'un liantet de carbures, caractérisé en ce qu'il consiste à produire un plasma technique à partir d'un gaz inerte, à introduire lesdits déchets dans le plasma d'une manière dosée, afin de réduire ainsi l'adhésion entre le liant et les carbures et de rendre de ce fait lesdits dechets pulvérisables.

2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on refroidit brusquement les déchets traités au plasma, afin de réduire leur oxydation et le grossissement de leur structure.

3.- Procedé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on récupère par condensation le liant échappe de l'alliage dur par vaporisation.

4.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3, comportant un générateur de plasma, un réacteur, des moyens de dosage associés audit réacteur, ainsi qxrr des moyens pour évacuer la matière traitée et les gaz, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens auxiliaires mécaniques (30,31,50, 58) de réglage continu du temps de sejour des déchets d'alliage dur dans ledit réacteur (18).

5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens auxiliaires mécaniques comportent un vibrateur (30) lié audit générateur de plasma (10) et audit réacteur (18).

6.--Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits moyens auxiliaires mécaniques comportent un mécanisme (31) de reglage de l'angle d'inclinaison dudit réacteur (185.

7;- Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits moyens auxiliaires mécaniques comportent une table rotative (50) en graphite disposée au-dessous desdits moyens de dosage (20) et du générateur de plasma (10), et associée à un râcloir (58).