HU183442B - Method and apparatus for reusing hard metal waste by application of plasmatechnic - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés keményfém hulladékanyag újrafelhasználására.

Ismeretes, hogy a keményfém szerszámok nagy többsége alapvetően wolfram-karbidból és kismennyiségű kobaltból készül. Ezekből az anyagokból világviszonylatban is jelentős mennyiségű hulladékanyag képződik. A hulladékok alapvetően tartalmazzák a keményfém alapanyag valamennyi komponensét, de újrafelhasználásukhoz ezeket megfelelő diszperzitásra kell porítani. Ismeretes azonban, hogy a hulladék keményfém alapanyag jól törhető, azonban hagyományos módszerekkel nem poritható. Ennek a problémának a megoldására nem alakultak még ki széleskörben hatékony megoldások.

A találmány célja olyan technológja létesítése, amely a hulladékot — az alapanyag minőségének megtartásával — újrafelhasználható por előállítására alkalmassá teszi.

A találmány alapja az a felismerés, hogy az ismert atmoszférában (pl. N₂ gáz) végrehajtott impulzusszerű, termikus-shock-hatást kiváltó plazmakezelés a μ-fázist képező kobalt kötőanyag szövetszerkezetében olyan jellegű diszlokációkat és vakanciákat hoz létre, amelyek a β-fázis elridegedését eredményezik és így a keményfémanyagok jól porithatóvá válnak. A plazmakezelés során a hulladékfém kobalt tartalmának egy kis része elgőzölög. Ugyanakkor a keményfém a és β karbid-fázisa csak minimális változást szenved, ami azt jelenti, hogy a karbidos fázisok keménysége, ill. mechanikai tulajdonságai gyakorlatilag teljes mértékben megmaradnak. A plazmahőkezelés következtében elridegedett 0-fázis a színterelési hőmérséklet újbóli elérése esetén rekrisztallizálódik és ezáltal visszanyeri eredeti kötőképességét.

Fentiek alapján a találmány szerinti eljárás lényege, hogy inért atmoszférájú technikai plazmát állítunk elő, a hulladékanyagot a plazmába adagoljuk, ezzel a kötőanyag és a karbidok közötti adhéziót csökkentjük és így a hulladékanyagot porithatóvá tesszük. Itt technikai plazmán az anyagnak azt az állapotát értjük, amelyben az anyagi részecskéknek legalább 0,15%-a ionizált állapotban van és így különféle technológiai feladatok elvégzésére alkalmas.

Az eljárás azzal az előnnyel jár, hogy a keményfém hulladékok a plazmaképző generátor villamos teljesítményétől függő hökezelési időtartam alatt alapszövet szerkezetüknek és vegyi összetételüknek gyakorlatilag változatlan megtartása mellett - viszonylag kevés energiafelhasználással és nagyfokú termelékenységgel — poríthatóvá válnak.

Mivel a kemenyfémanyag mechanikai tulajdonságait meghatározó karbidos a és γ-fázis (WC, TiC stb.) szövetszerkezete alapvetően változatlan marad, a keményanyag eredeti tulajdonságai biztosítottak (kopásállóság, keménység stb.). Az eljárás szerint kezelt hulladékok hagyományos őrlőberendezésekben tetszés szerinti mértékben (1 μ alatti szemcseméret is elérhető) poríthatók.

Célszerű a plazmával kezelt hulladékanyagot a nagyhőmérsékletű reaktorból való eltávolítása után hirtelen lehűteni, mivel így az anyag nagyobb mértékű oxidálódása és szövetszerkezetének eldurvulása elkerülhető. A gyors hűtéssel csökkenthető a hulladék kötőanyagvesztesége is. A plazmakezelés hatására a Co kötőanyag a karbidszemcsék felületét a hőkezelés előtti állapothoz képest nagyobb mértékben nedvesíti és így eredményesebben használható fel plazmaszóráshoz és felrakóhegesztéshez. Mivel a technológia során a hulladékanyag egy része elpárolog, előnyös az elgőzölgő kötőanyagnak a távozó fonógázokból kondenzálással történő visszanyerése.

A találmány szerinti eljárás foganatosításához olyan berendezést alkalmazhatunk, amely a hulladékanyagnak a reaktorban való tartózkodási idejét folyamatosan szabályozó mechanikus segédberendezéssel van ellátva. A hulladékanyagnak a reaktorban történő áthaladása például szabályozható frekvenciájú vibrátorral a reaktor dőlésszögének változtatásával, vagy forgó aszta] szögsebességének változtatásával állítható be.

A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük, ahol az 1. ábra a technológia szabályozható frekvenciájú vibrátorral történő megoldásának folyamatábráját a 2. ábra a technológia forgó asztallal történő példakénti megoldását mutatja be.

Amint az 1. ábrán látható, a nitrogénplazmát szolgáltató 10 plazmagenerátor vízzel hűtött 12 és 14 kábeleken kap egyenáramú energiaellátást. A 10 plazmagenerátor által létrehozott 16 plazmafáklya 18 reaktorban ég. A hőkezelendö alapanyag 20 adagolótorkon keresztül jut a 16 plazmafáklya égőterébe. A 10 plazmagenerátor és a 18 reaktor 32 csatlakozókarokkal rögzíthető 30 vibrátoregységhez. A 18 reaktor meredeksége 21 forgáspont körül mozgó 31 emelőszerkezettel változtatható. A 18 reaktorból a hőkezelt alapanyag 22 kivezető csúzdán távozik vízzel hűtött 34 gyűjtőkádba, amelynek a folyamatos vízellátását 36 csőcsonkon érkező hidegvíz és 38 csőcsonkon távozó melegvíz biztosítja. A 22 kivezető csúzdán távozó forró gázokat a 34 gyűjtőkádra erősített 40 védőlemez fékezi és hűti le. A 18 reaktorból távozó forró gázok nagy része 23 hűtőzónán keresztül áramlik. A kondenzált kobaltrészecskék 25 gyűjtőedénybe, a hűtött plazmagáz 24 elvezető csatornába kerül, ahonnan 26 gázkivezető szelepen eltávolítható, ill. egy része 28 gázszelepen a távozó alapanyag szárítására fordítható.

A 34 gyűjtőkádba hullott anyagot 42 kiemelő lánc 44 szárítóláncra továbbítja, ahonnan az anyag 46 tárolóba és onnan 48 örlőberendezésbe kerül.

A példaként bemutatott berendezés működésmódja a következő:

A 12 és 14 kábeleken villamos energiával táplált 10 plazmagenerátor inért atmoszférát biztosító 16 plazmafáklyát hoz létre, amely a 18 reaktor felső végén nagyhőmérsékletű teret alakít ki. A 20 adagolótorkon kérésziül egyenleges adagolással jut a hulladékanyag — amelynek az útját a technológiai folyamat során nyilakkal jelöljük - a 18 reaktor 16 plazmafáklyájába. A hulladékanyag a 18 reaktorban a 10 plazmagencrátor villamos teljesítményétől függő ideig tartózkodik. Továbbhaladása a 30 vibrátoregységgel, valamint a 31 emelőszerkezettel szabályozható, amely a 32 csatlakozókarokon keresztül merev kapcsolatban van a 10 plazmagenerátorral és a 18 reaktorral. A 32 csatlakozókarok a rezgésátvitelen kívül alkalmasak a 18 reaktor dőlésszögének változtatására is. Az izzó hulladékanyag a 22 kivezető csúzdán keresztül gravitációs erő hatására azonnal a vizzel hűtött 34 gyűjtőkádba kerül és így elkerülhető a hulladékanyag esetleges oxidációja. A 22 kivezető csúzdán kisebb mennyiségben távozó forró gázok a 40 védőlemezbe ütköznek, amely fémes, jó hővezető kapcsolatban van a 34 gyűjtőkáddal. A 34 gyűjtőkád folyamatos hűtőhatását a 36 csőcsonkon érkező hideg-21

183 442 víz biztosítja. A felmelegedett víz a 38 csőcsonkon át távozik. A 18 reaktorból távozó fonó gázok nagyrésze a 23 hűtőzónába kerül, amelyet például hűtővízzel a kötőanyag kondenzálási hőmérséklete alatt tartunk. Itt a plazmagázban jelenlevő kobaltgőzök kondenzálódnak és a 25 gyűjtőedénybe jutnak. A meleg gázok a 24 elvezető csatornán és a 26 gázkivezető szelepen keresztül elvezethetők. A 24 elvezető csatornához tartozó 28 gázszelepen keresztül szabályozható mennyiségű forró gázt vezethetünk a 34 gyűjtőkádból a 42 kiemelő lánc segítségével a 44 szárítóláncra érkező nedves anyag szárítására. A száraz anyag a 46 tárolóba, majd a 48 őrlőberendezésbe jut, ahol a plazmával kezelt keményfémanyag tetszőleges szemcsefinomságra porítható.

A 2. ábrán a találmány szerinti berendezés más példaként! megoldását mutatjuk be:

A keményfémhulladék a 20 adagolótölcséren keresztül forgó 50 grafitkorongra jut, ahonnan a forgási sebességtől függő idő múlva a 10 plazmagenerátor plazmafáklyájába, majd 58 leszedőlaphoz kerül. A leszedett anyag 60 csúzdán távozik el a berendezésből. Ehhez a megoldáshoz az 1. ábrán részletezett segédberendezések (23 hűtőzóna, 34 gyűjtőkád stb.) változtatás nélkül illeszthetők.

Példaként egy átlagos összetételű keményfém hulladékanyag hőkezelését vizsgáljuk meg.

A kiindulási anyag összetétele a következő:
W:	81,0%
Co:	11,0%
C:	5,4%
Ti:	2,6%
A fenti összetételű keményfém hulladékanyagot egy

grafitreaktorban nitrogén munkagázzal üzemelő plazmagenerátorral sokkszerűen hőkezeltük. A hőkezelés után készített mikroszövetfelvétel szerint a plazmával hőkezelt keményfém a fázisának szövetszerkezete gyakorlatilag nem tér el a szokásos szabvány szerinti szövetszerkezettől.

A β-kötőanyag fázisról készült mikroszövetfelvétel viszont jól mutatta azokat a vakanciákat, anyagszerkezeti hibákat, amelyek a sokkszerű plazmakezelés hatására bekövetkeztek. A hőkezelt keményfém hulladékanyag összetétele a következő volt:

W: 84,0%

Co: 7,8%

C: 5,32%

Ti: 2,88%

Megállapítható, hogy a hőkezelt keményfém összetétele csak kis mértékben változott az eredetihez képest.

A plazmával kezelt keményfém hulladékanyagot golyósmalomban porrá őröltük, majd a szemcsékről mikroszkóp] felvételt készítettünk. Ennek alapján megállapítható volt, hogy a szemcsék egyenesekkel határolt geometikus formájú WC-kristályokra jellemző felépítésűek.

Megállapítható volt továbbá az is, hogy a Co kötőanyag egy része a WC szemcsékre rátapad, körülveszi azokat.

Mivel a WC-szemcséket burkoló kötőanyagréteg a rövid hőkezelési időtartam miatt megakadályozza a por karbontartalmának kiégését, a találmány szerinti eljárással előállított porok különösen alkalmasak fémszórási technológiához és felrakóhegesztéshez. Ismeretes, hogy a fémszórásra, ill. felrakóhegesztéshez használt porok jelenleg alkalmazott előállításánál a Co-kötőanyagot kü0 lönböző speciális módszerekkel viszik fel a WC-szemcsékre. Ezek a technológiák ezért a keményfém szerszámok gyártásához felhasznált porokhoz képest jóval drágábban állítják elő a felszóró porokat.

Kísérleteink szerint a találmány szerinti eljárással po15 rított keményfém hulladék értékemelkedése 75—250%.

Claims (7)

1. Eljárás kötőanyagból és karbidokból álló keményfém hulladékanyagok újrahasznosítására, azzal jellemezve, hogy inért atmoszférájú technikai plazmát állítunk elő, a hulladékanyagot a plazmába adagoljuk, ezzel a kötőanyag és a karbidok közötti adhéziót csökkentjük és így a hulladékanyagot poríthatóvá tesszük.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a plazmával kezelt hulladékanyagot hirtelen lehűtjük és ezzel a hulladékanyag oxidációját és szöveteldurvulását csökkentjük.

3. Az 1. vagy 2. igénypon szerinti eljárás foganatosítási módja azzal jellemezve, hogy a hulladékanyagból elgőzölgő kötőanyagot a távozó forró gázokból kondenzálással visszanyerjük.

4. Berendezés az 1—3. igénypont bármelyike szerinti eljárás foganatosítására, amelynek plazmagenerátora, reaktora, valamnt a reaktorhoz csatlakoztatott adagolószerkezete, valamint a keletkező termékeket és gázokat elvezető szerkezete van, azzal jellemezve, hogy a hulladékanyagnak a reaktorban (18) való tartózkodási idejét folyamatosan szabályozó mechanikus segédberendezése (30,31,32, 50,58) van.

5. A 4. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a mechanikus segédberendezés a plazmagenerátorral (10) és reaktorral (18) csatolt (32) szabályozható frekvenciájú vibrátor (30,32).

6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a mechanikus segédberendezés a reaktor (18) dőlésszögét szabályozó emelőszerkezet (31).

7. A 4. vagy 5. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a mechanikus segédberendezés az adagolószerkezet (20) és a plazmagenerátor (10) alatt elrendezett forgó grafitkorong (50), amely leszedőlappal (58) van társítva (2. ábra).