PL241473B1

PL241473B1 - Method for producing powders in the nickel chips recycling process

Info

Publication number: PL241473B1
Application number: PL417490A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Dudziak
Original assignee: Instytut Odlewnictwa; Sieć Badawcza Łukasiewicz-Krakowski Instytut Technologiczny
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2022-10-10
Also published as: PL417490A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania proszków w procesie recyclingu wiórów niklowych, powstałych jako produkt uboczny obróbki skrawaniem stopów niklowych o wysokiej zawartości pierwiastków krytycznych: Cr, Co, Mo, Mn, Ti, Al, I, Si. Sposób ten polega na tym, że wióry poddaje się prasowaniu na zimno w czasie od 5 do 10 minut, przy czym nacisk prasy na wióry wynosi od 100 do 160 T. Następnie sprasowane wióry zanurza się w rozpuszczalniku organicznym na okres od 25 do 35 minut w temperaturze od 40 do 50 stopni C. Po wyjęciu sprasowanych i umytych wiórów z rozpuszczalnika umieszcza się je w piecu komorowym w temperaturze od 100 do 200 stopni C, a następnie w piecu indukcyjnym w temperaturze od 1400 do 1550 stopni C i doprowadza się do całkowitego stopienia. Tak uzyskany stop wlewa się do form odlewniczych i pozostawia do wystudzenia, a po wystudzeniu odlany materiał poddaje się procesowi śrutowania, usuwając w jego efekcie warstwę tlenkową. Następnie odlew poddaje się atomizacji, uzyskując proszek o średnicy od 50 do 150 µm.The subject of the application is a method of producing powders in the process of recycling nickel chips, formed as a by-product of machining of nickel alloys with a high content of critical elements: Cr, Co, Mo, Mn, Ti, Al, I, Si. In this method, the chips are cold pressed for 5 to 10 minutes, the pressure of the press on the chips is from 100 to 160 T. Then the pressed chips are immersed in an organic solvent for a period of 25 to 35 minutes in temperature from 40 to 50 degrees C. After removing the pressed and washed chips from the solvent, they are placed in a chamber furnace at a temperature of 100 to 200 degrees C, and then in an induction furnace at a temperature of 1400 to 1550 degrees C and brought to complete melting . The alloy obtained in this way is poured into casting molds and allowed to cool, and after cooling, the cast material is subjected to the shot-blasting process, which removes the oxide layer. The casting is then atomized to give a powder with a diameter of 50 to 150 µm.

Description

PL 241 473 B1PL 241 473 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania proszków w wyniku recyclingu wiórów niklowych o wysokiej zawartości pierwiastków krytycznych: Cr, Co, Mo, Mn, Ti, Al, i Si, uzyskanych jako produkt uboczny obróbki skrawaniem, będącym elementem procesów produkcji materiałów ze stali.The subject of the invention is a method of producing powders by recycling nickel chips with a high content of critical elements: Cr, Co, Mo, Mn, Ti, Al, and Si, obtained as a by-product of machining, which is part of the production of steel materials.

Wytwarzanie różnego rodzaju zaawansowanych technologicznie produktów na bazie stopów niklu wiąże się nieodzownie z powstawaniem wiórów odpadowych, które najczęściej są magazynowane, a następnie oddawane do hut jako złom i tam przetapiane. Proces przygotowania wiórów do stopienia w piecu polega przede wszystkim na ich oczyszczeniu.The production of various types of technologically advanced products based on nickel alloys is inevitably associated with the formation of waste chips, which are most often stored and then sent to smelters as scrap and remelted there. The process of preparing the chips for melting in the furnace consists primarily in their cleaning.

Z polskiego opisu patentowego do zgłoszenia P. 409149 znany jest sposób recyclingu wiórów metalowych, który polega na tym, że bezpośrednio wydalane z obrabiarki wraz z emulsją chłodząco-smarującą metalowe wióry wprowadza się do kruszarki wiórów, w której wióry rozdrabnia się korzystnie do długości poniżej 20 mm, następnie rozdrobnione wióry wraz z emulsją chłodząco-smarującą kieruje się do podajnika ślimakowego podającego wióry do prasy hydraulicznej, w której są brykietowane, przy czym emulsja chłodząco-smarująca z dna obudowy podajnika ślimakowego, na które opada oraz jej cześć odseparowana od wiórów podczas prasowania w prasie hydraulicznej odprowadzana jest do wanny ociekowej skąd przepuszczając ją przez moduł filtracyjny przepompowywana jest pompą bezpośrednio do ponownego użycia do obrabiarki CNC. Separator wiórów z emulsji chłodząco-smarującej wyposażony w kruszarkę wiórów charakteryzuje się tym, że zbudowany z jest z zasobnika wiórów od spodu zespolonego z kruszarką wiórów złączoną z umiejscowionym pod nią podajnikiem ślimakowym połączonym z prasą hydrauliczną oraz wanny ociekowej połączonej poprzez moduł filtracyjny z pompą, przy czym w dolnej części obudowy podajnika ślimakowego oraz w prasie hydraulicznej utworzone są kanały odprowadzania emulsji chłodząco-smarującej do wanny ociekowej.From the Polish patent description to the application P. 409149 there is known a method of metal shavings recycling, which consists in the fact that the metal shavings excreted directly from the machine tool together with the cooling-lubricating emulsion are introduced into a chip crusher, in which the shavings are preferably crushed to a length below 20 mm, then the crushed chips together with the cooling-lubricating emulsion are directed to the screw feeder that feeds the chips to the hydraulic press, where they are briquetted, while the cooling-lubricating emulsion from the bottom of the screw feeder housing, on which it falls, and its part separated from the chips during pressing in the hydraulic press it is discharged into the dripping tub, from where it is pumped through the filter module directly to the CNC machine for re-use. A chip separator made of a cooling-lubricating emulsion equipped with a chip crusher is characterized by the fact that it consists of a chip hopper combined with a chip crusher at the bottom, connected with a screw feeder located underneath, connected to a hydraulic press, and a drip tray connected through a filter module with a pump, whereby, in the lower part of the screw feeder housing and in the hydraulic press, channels for draining the cooling-lubricating emulsion to the dripping tub are created.

Celem wynalazku było przetworzenie wiórów i uzyskanie z nich proszków, które mogą być następnie nanoszone na stale niskostopowe lub stale konstrukcyjne w celu podniesienia ich odporności na korozję poprzez metody natrysku cieplnego, zimnego, laserowego czy też naddźwiękowego.The aim of the invention was to process the chips and obtain powders from them, which can then be applied to low-alloy steels or structural steels in order to increase their corrosion resistance by thermal, cold, laser or supersonic spraying methods.

Istota rozwiązania polega na tym, że powstałe jako produkt uboczny obróbki skrawaniem wióry niklowe poddaje się prasowaniu na zimno w czasie od 5 do 10 minut, przy czym nacisk prasy na wióry wynosi od 100 do 160 T. Następnie sprasowane wióry zanurza się w rozpuszczalniku organicznym na okres od 20 do 35 minut w temperaturze od 40 do 50 stopni C. Po wyjęciu sprasowanych i umytych wiórów z rozpuszczalnika umieszcza się je w piecu komorowym w temperaturze od 100 do 200 stopni C. Następnie wióry umieszcza się w piecu indukcyjnym w temperaturze od 1400 do 1550 stopni C i doprowadza się do całkowitego stopienia, po czym tak uzyskany stop wlewa się do form odlewniczych i pozostawia się do wystudzenia przez okres co najmniej 30 h. Po wystudzeniu odlany materiał poddaje się procesowi śrutowania przy użyciu śrutu o średnicy 2-2,5 mm przez okres od 15 do 20 minut, uzyskując w jego efekcie usunięcie warstwy tlenkowej. Następnie odlew poddaje się atomizacji gazowej lub wodnej, uzyskując proszek o średnicy od 50 do 150 μm.The essence of the solution lies in the fact that the nickel chips formed as a by-product of machining are subjected to cold pressing for 5 to 10 minutes, with the pressure of the press on the chips ranging from 100 to 160 T. Then the pressed chips are immersed in an organic solvent for a period of 20 to 35 minutes at a temperature of 40 to 50 degrees C. After removing the compressed and washed chips from the solvent, they are placed in a chamber furnace at a temperature of 100 to 200 degrees C. Then the chips are placed in an induction furnace at a temperature of 1400 to 1550 degrees C and is brought to complete melting, after which the alloy obtained in this way is poured into casting molds and left to cool for at least 30 hours. mm for a period of 15 to 20 minutes, resulting in the removal of the oxide layer. Then the casting is subjected to gas or water atomization, obtaining a powder with a diameter of 50 to 150 μm.

Korzystnie w piecu komorowym wióry przetrzymuje się przez okres co najmniej 24 h w atmosferze powietrza atmosferycznego.Preferably, in the chamber furnace, the chips are held for a period of at least 24 hours in an atmosphere of atmospheric air.

Korzystnie wielkość ziaren proszku w procesie atomizacji reguluje się szybkością przepływu gazu lub wody.Preferably, the particle size of the powder in the atomization process is controlled by the gas or water flow rate.

Główną zaletą rozwiązania według wynalazku jest zagospodarowanie ogromnych ilości odpadów poprodukcyjnych i uzyskanie z nich pełnowartościowych produktów w postaci proszków wykorzystywanych następnie jako powłoki o właściwościach antykorozyjnych i wzmacniających oraz jako półprodukt do stosowania w drukarkach 3D. Przedstawiony proces jest tani, stosunkowo prosty w realizacji nie mający skutków niekorzystnych dla środowiska. Pozwala na uzyskanie produktów o różnych właściwościach, poprzez łatwą modyfikację ich składu chemicznego.The main advantage of the solution according to the invention is the management of huge amounts of post-production waste and obtaining full-value products from them in the form of powders, which are then used as coatings with anti-corrosion and reinforcing properties and as an intermediate product for use in 3D printers. The presented process is cheap, relatively easy to implement and has no adverse effects on the environment. It allows to obtain products with different properties by easily modifying their chemical composition.

Przedmiot wynalazku został zilustrowany przykładami wykonania.The subject of the invention has been illustrated with examples of embodiments.

P r z y k ł a d IEXAMPLE I

Wióry niklowe pochodzące z zaawansowanych stopów niklowych zawierających wysoką zawartość pierwiastków krytycznych: Cr, Co, Mo, Mn, Ti, Al, i Si poddaje się prasowaniu za zimno za pomocą prasy o nacisku 160 ton w czasie 5 minut. Sprasowane wióry umieszcza się następnie w rozpuszczalniku organicznym na okres 30 minut w temperaturze 45 stopni C. Po oczyszczeniu sprasowanych wiórów z różnego rodzaju zanieczyszczeń przenosi się je do pieca komorowego, w którym ustawia się temperaturę 125 stopni C i pozostawia tam na okres 24 h w celu odparowaniaNickel chips derived from advanced nickel alloys containing a high content of critical elements: Cr, Co, Mo, Mn, Ti, Al, and Si are subjected to cold pressing using a press with a pressure of 160 tons for 5 minutes. The compressed chips are then placed in an organic solvent for 30 minutes at a temperature of 45 degrees C. After cleaning the compressed chips from various types of impurities, they are transferred to a chamber furnace, where the temperature is set to 125 degrees C and left there for 24 hours to evaporate

Claims

EN 241 473 B1 residual solvent and water. Then the chips are melted in an induction furnace at a temperature of 1400 degrees C, and then the raw material is poured into a prepared mold 20 cm high and 8 cm wide. After 30 h, the castings are shot blasted to remove the oxide layer from their surface using a shot blasting machine with a shot diameter of 2.25 mm for a period of 20 minutes. The purified nickel cast is subjected to the gas atomization process and a powder with a diameter of 50-150 μm is obtained.

EXAMPLE II

Nickel chips derived from advanced nickel alloys with a high content of critical elements: Cr, Co, Mo, Mn, Ti, Al and Si are subjected to cold pressing using a press with a pressure of 150 tons in 7 minutes. The compressed chips are then placed in an organic solvent for 25 minutes at a temperature of 50 degrees C. After cleaning the compressed chips from various types of impurities, they are transferred to a chamber furnace, where the temperature is set at 175 degrees C and left there for 12 hours to evaporate residual solvent and water. Then the chips are melted in an induction furnace at a temperature of 1450 degrees C, and then the raw material is poured into a prepared mold 20 cm high and 10 cm wide. After 35 h, the castings are shot blasted to remove the oxide layer from their surface using a shot blasting machine with a shot diameter of 2.00 mm for a period of 15 minutes. The cleaned steel casting is subjected to the gas atomization process and a powder with a diameter of 50-150 μm is obtained.

Patent claims

1. The method of producing powders in the recycling process of nickel chips formed as a by-product of machining nickel alloys with a high content of critical elements: Cr, Co, Mo, Mn, Ti, Al, and Si, in which the chips are cleaned of post-production impurities, + pressed cold and subjected to atomization, characterized in that the chips are subjected to cold pressing for 5 to 10 minutes, the press pressure on the chips being 100 to 160 T, and then the compressed chips are immersed in an organic solvent for a period of 25 up to 35 minutes at a temperature of 40 to 50 degrees C, and after removing the compressed and washed chips from the solvent, they are placed in a chamber furnace at a temperature of 100 to 200 degrees C and kept for at least 24 hours in the atmosphere of atmospheric air, and then in an induction furnace at a temperature of 1400 to 1550 degrees C and lead to complete melting, in turn the alloy obtained in this way is poured into casting molds and after it is left to cool down, and after cooling down, the cast material is subjected to the shot-blasting process, removing the oxide layer as a result, and then the casting is subjected to gas or water atomization, obtaining a powder with a diameter of 50 to 150 μm.

2. The method of claim The process according to claim 1, characterized in that the powder grain size in the atomization process is controlled by the gas or water flow rate.