SE448633B - Forfarande och anordning for upparbetning av hardmetallskrot genom legering - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 448 633 diffusionshastighet mellan dessa zoner. Koncentrations- fallet bestäms genom temperaturfallet i den för förfa- randet behövliga anordningen, under det att avdunst- ningsgraden bestäms genom zinkmolekylernas diffusions- hastighet i inertgasatmosfären.

Vid det kända förfarandet anbringas hårdmetall- skrotet tillsammans med zinkgranulatet i en uppåt öppen degel. För att undvika skadliga reaktioner mellan zin- ken och degelmaterialet består degeln av i förhållande till zinken resistent grafit. Denna åtgärd är dock för- bunden med två väsentliga nackdelar: Först har man, trots stora trycksänkningar i recipienten i anslutning till legeringsbildningen, inte kunnat sänka zinkinne- hållet till nämnvärda värden under 400 ppm. En så stor zinkhalt är dock för hög för det upparbetade skrotets återanvändning, då man med en sådan andel zink inte kan nå upp till tillräcklig hâllfasthet och livslängd hos de nya hårdmetallverktygen. Till följd därav var man tvungen att vidarebehandla de spröda resterna med yt- terligare komplicerat förfarande i avsikt att nå en lägre zinkhalt än 400 ppm. I En annan stor nackdel med den kända förfarande- styrningen beror på siktförbindningen mellan degelinne- hållet och innerytorna respektive recipientens inbygg- nad. Till följd därav kunde inte förhindras att zinket delvis kondenserade på recipientens innerytor. Dessa kondensatmängder gick emellertid inte bara förlorade med avseende på de~i den egentliga kondensatorn av- skiljda mängderna utan de orsakade också en icke öns- kad förorening av recipienten och dess delar. Av sär- skild stor betydelse är härvid zinkens tendens till att ingå i oönskade reaktioner med kondensationsytorna och bilda legeringar som i slutänden för med sig stör- ningar hos ifrågavarande byggelement.

Genom zinkens egenskaper att med sina berö- ringsytor ingå i en regelrätt förbindning, används 10 15 20 25 30 35 3 s 448 ass 's.k. varmförzinkning. Under det att zinkskiktets ext- rema kohesion är utomordentligt önskvärd vid på detta sätt framställda slutprodukter, bildar den nära nog olösbara förbindningen mellan zink och kondensations- yta ett icke önskat biresultat, då exempelvis reci- pientväggarna måste rengöras från kondenserat zink.

Detta är ett praktiskt taget olösligt problem.

Uppfinningens syfte är att anvisa ett förfa- rande av i ingressen angivet slag, genom vilket rest- andelen av den lågsmältande metallen i en arbetspro- cess kan sänkas till mindre än 100 ppm, företrädes- vis mindre än 50 ppm och vid vilket inga metallångor fälls ut på recipientens innerytor eller byggelement.

Lösningen på det uppställda problemet sker därigenom att man legerar hårdmetallskrotet och den lågsmältande metallen med varandra i en i recipien- ten anordnad inre kammare, från vilken man leder me- tallângan och inertgasen till kondensationsytor och att man för den från metallångorna befriade inertgasen i ett kretslopp genom den inre kammaren.

Den nämnda, inre kammaren är en anordningsmäs- sig förutsättning för att genomföra det uppfinningsen- liga förfarandet. Härunder förstås recipientens inbygg- nadsdel, som inte släpper igenom metallångorna någon annan väg än den som för till kondensationsytorna. Det rör sig om en med avseende på metallångorna väsentli- gen på alla sidor tillsluten inre kammare, som uppvi- sar uteslutande en utloppsöppning för metallângor, genom vilken öppning metallångan direkt leds till kon- densationsytor. Därvid bör den inre kammaren med av- seende på den i recipienten förhandenvarande inertga- sen uppvisa en tillräcklig genomsläpplighet på så sätt, att inertgasen styrs i ett cirkulationslopp genom den inre kammaren. För det ändamålet kan den inre kammaren förses med utomordentligt små öppningar eller spalter, som utesluter en siktförbindning av innehållet i den 10 15 20 25 30 35 448 653 inre kammaren med innerytorna hos recipienten eller dess inbyggnadsdelar. Samtidigt skall strömningsvä- garna för inertgasen till den inre kammarens väggar = dimensioneras så trångt att en motsatt riktning för metallångströmmen är utesluten, N Genom den uppfinningsenliga åtgärden rör sig de förångade metallmolekylernå i en föredragen rikt- ning, nämligen i riktning mot kondensationsytorna.

Därigenom kommer en transportmekanism i gång, som styr innertgasen inom anordningen i ett kretslopp mellan den inre kammaren och kondensationsytorna.

Denna effekt är jämförbar med en diffusions- pumps verkningsmekanism. Då inertgasen åter försvin- ner från kondensatorn och kommer in i den inre kam- maren genom de redan beskrivna störmningskanalerna, bringas inertgasen i ett kretslopp utan mekaniska medel såsom cirkulationspumpar och endast genom ver- kan av metallångströmmen. Denna inertgasströmning för- hindrar samtidigt att metallångorna strömmar i motsatt riktning.

Då det genom ändamålsenlig utformning av kon- densationsytorna utan vidare är möjligt att kondense- ra metallångan i sådan omfattning att inertgasen vid inträde i recipienten är helt fri från metallångor, förhindras på detta sätt att metallångor tränger in i riktning mot recipeintens innerytor och inbyggnadsde- lar. Inertgasen fungerar i viss utsträckning som spol- gas för mellanrummet mellan den inre kammaren och re- cipientväggarna och medför att anordningen får en myc- ket lång livslängd.

Genom den beskrivna transportmekanismen upp- nås också, att man i en enda arbetscykel kan sänka resthalten av lågsmältande metall till mindre än 100 ppm, företrädesvis till mindre än 50 ppm.

Inertgascirkulationen stör i positiv bemärkel- se det temperaturdifferensen motsvarande partialtryck- 10 15 20 25 30 35 448 ess fallet hos metallångan. Inom den inre kammaren utbil- das en zon med mindre inertgaskoncentration varigenom en praktiskt taget obehindrad metallförångning är möj- lig. Utanför den inre kammaren råder en högre inertgas- täthet och därmed ett bättre skydd för recipientväggar- na med avseende på angrepp av metallânga. Den beskrivna transportmekanismen förstärks när totaltrycket i konden- gsatorn motsvarar metallångans partialtryck i den inre kammaren.

*Vid det kända förfarandet finns - vid alltför snabb trycksänkning betingad av den alltför stora av- gången av förångningsvärme - faran att den bildade le- geringens soliduslinje underskrides och därmed skapar förutsättningar för att den inre kammaren respektive degeln eller behållaren, av vilken den inre kammaren är uppbyggd, sprängs.

För att verksamt förhindra detta föreslås en- ligt uppfinningen att man reglerar legeringens tempe- ratur över trycket i recipienten. Detta sker på ett föredraget sätt så, att man direkt eller indirekt be- stämmer legeringens temperatur exempelvis genom tempe- raturen hos den inre kammarens väggbeklädnad och däri- genom vid förutbestämd värmeeffekt reglerar vakuumpum- parnas sugeffekt på så sätt, att_innerbehållarens tem- peratur hålles ovanför en förutbestämd inställd tempe- ratur. Regleringen av pumparnas sugeffekt, som skall förstås med avseende på recipienten, kan påverkas så, att enfrämmandegas släpps in i sugledningen över en regleringsventil. Den inre kammarens temperatur för- blir därvid i stor utsträckning konstant, då små tem- peraturändringar förorsakar stora ändringar i ångtryc- ket, under det att avdunstningsgraden är proportionell mot den tillförda värmemängden. Faran att legerings- smältan stelnar är på detta sätt i stor utsträckning utesluten.

Uppfinningen avser också en anordning för att LI! 10 15 20 25 30 35 448 633 6 genomföra förfarandet och den kännetecknas av att den inre kammaren består av stapelbara, ringspârsformiga deglar, som under kvarlämnande av kapillär- respekti- ve diffusionsspalter är orienterade ovanpå varandra och uppvisar centrala, med varandra fluktande ångka- naler, vilka uteslutande är öppna i riktning mot kon- densationsytor och att utanför den inre kammaren finns en âterströmningskanal för inertgasen.

Slutligen avser uppfinningen en regleringsan- ordning för att genomföra förfarandet och som känne- tecknas av en den inre kammaren tillordnad temperatur- kännare och en till temperaturkännaren efterkopplad tryckreglerare, som så reglerar vakuumet i recipien- ten, att innerbehållarens temperatur hålles ovanför en förutbestämd börtemperatur.

Andra fördelaktiga utformningar av ansöknings- föremålet anges i underkraven.

Ett utföringsexempel av uppfinningen beskrivas närmare i det följande under hänvisning till ritnings- figuren, som visar ett vertikalsnitt genom en komplett anordning med de erforderliga periferiinstrumenten samt ett regleringssystem.

I figuren visas en basplatta 1 på vilken en re- cipient 3 vilar under förmedling av en tätning 2. Re- cipienten 3 är nedtill utbildad som en hålcylinder. Bas- plattan 1 har en med recipienten koaxiell öppning 4 till vilken nedåt en stuts 5 med en fläns 6 ansluter sig.

En kondensator 8 med en kondensationsyta 8a är förbunden med flänsen 6 över en tätning 7. Kondensa- torn 8 består av en hålcylindrisk topp med en utanpå anbragt kylslang 9.Stutsens5 och kondensatorns inner- tvärsnitt är ungefär lika. Recipienten 3 omsluter ett värmeutrymme 10 under det att kondensatorn 8 omsluter ett kondensationsutrymme 11. De båda utrymmena står i förbindelse med varandra men bildar en utåt sett slu- 10 15 20 25 30 35 448 633 ten enhet.

Recipienten 3 är omgiven av en koaxiell vär- mekâpa 12, som vid sin undre ände vilar på recipien- tens inte närmare beskrivna ringformiga fläns under förmedling av en tätning 13 och relativt recipienten innesluter ett gastätt rum 14. Värmekåpan 12 är på insidan klädd med en värmeisolering 15 och utrustad med en värmeanordning, symboliserad genom värmeele- mentet 16. Värmeeffekten är reglerbar medelst en ef- fektomställare 17. >I recipientens undre del finns en väsentligen som rotationskropp utbildad stödkropp 18, som stöder mot basplattan 1 på så sätt, att öppningens 4 tvär- snitt inte är helt slutet. Detta sker medelst ett flertal öppningar i området för stödkroppens 18 yttre, undre kanter och dessa öppningar bildar radiella ur- tag och friger tillräckliga tvärsnitt för utbildning av ett kretslopp för en ädelgas. Öppningarna bildar tillsammans en âterströmningskanal 19. Stödkroppen 18 har i sitt inre ett ungefär trattformigt hålrum 18a, till vilket en koaxiell ångledningsanordning 21 ansluter sig nedtill.

På stödkroppen 18, som för detta ändamål upp- visar en cirkulär kant, vilar en innerkammare 20, som är sammansatt av ett flertal stapelbara, spårförsedda och ringformiga deglar 22, vilka samtliga har samma ytterdiameter som stödkroppen 18. Deglarna har en botten 23, en yttre sarg 24 med konstant höjd och en inre sarg 25, som omsluter en ångkanal 26. Den inre sargen 25 är - vid plan botten 23 - höjdmässigt mind- re än den yttre sargen 24, så att man säkrar en ra- diell spalt med tillräcklig höjd för den ångströmning som bildas. Samtliga deglar 22 är utbildade som rota- tionskroppar så att också samtliga ångkanaler 26 lig- ger i flukt med varandra och med ângledningsanordning- en 21. Den översta degeln 22 är tillsluten genom ett 10 15 20 30 35 448 633 lock 27, som också täcker ångkanalen.

Stödkroppen 18, deglarna 22 och locket 27 be- står av ett mot de material som skall bearbetas resis- tent material, exempelvis grafit. Genom deglarnas be- skrivna stapelbarhet bildas mellan beröringsytorna, som är cirkelformiga ytor, så kallade kapillärspal- F; ter, som tillåter ett ädelgasflöde genom den cylind- riska höljesytan till alla deglarna i riktning uti- från-inåt, dock inte en ångströmning i motsatt rikt- ning.

Av ritningsfiguren framgår, att ånglednings- anordningen 21 mynnar i kondensatorn 8. Den streckade linjen 29 antyder den övre ytan av det i kondensatorn utfällda kondensatet, varvid den övre ytan är den för- handenvarande kondensationsytan. Blandningen av hård- metallskrot och lågsmältande metall befinner sig un- der anordningens drift i ett åtminstone delvis smält tillstånd i de ringformiga utrymmena mellan de yttre sargarna 24 och de inre sargarna 25. På grund av så- väl den ângström som bildas i ångkanalerna 26 och ång- ledningsanordningen 21 som av ângans partialtryck i riktning mot kondensatorns 8 kondensationsytor uppstår en verksam cirkulationsströmning av den inte kondensa- tionskapabla ädelgasen, som följer med metallångan in i kondensatorn, som den dock via återströmningskanalen 19 lämnar, fri från metallånga, och styrs in i den ringformiga spalten mellan recipienten 3 och den inre kammaren 20. Härifrån tränger ädelgasen åter in i den inre kammaren via den redan beskrivna kapillärspalten, så att kretsloppet återupprepas.

Erforderligt drifttryck i recipienten 3 uppnås genom en sugstuts 30 i vakuumområdet, vilken sugstuts :m står i förbindelse med en vakuumpump 36 via en ledning 31 med en manometer 32 och via en ledning 33, ett fil- ter 34 samt en ventil 35.

För tryckutjämning av recipienten 3 skapas un- 10 15 20 25 30 35 448 633 gefär lika stora tryck i värmeutrymmet 10 och i det gastäta utrymmet 14. Detta sker genom att värmekåpan 12 är försedd med en anslutningsstuts 37, varifrån en rörledning 38 över en ventil 39 leder till en and- ra vakuumpump 40. Vakuumpumparnas 36 och 40 sugsidor är förbundna med varandra över en ledning 41, vilken -inkluderar en backventil 42.

I det gastäta rummet finns en temperaturkän- nare 43, som över en temperaturbegränsare 44 och en styrledning 45 påverkar effektomställaren 17 i tem- 'peraturbegränsningssyfte. _ Inom recipienten 3 finns i omedelbar närhet av den inre kammaren 20 en ytterligare temperaturkän- nare 46, som över en omkopplare 47 antingen påverkar effektomställaren 17 eller en tryckregleringsanord- ning 48. På detta sätt gör man det möjligt att i be- roende av trycket reglera smältans temperatur, då små temperaturändringar åstadkommer stora ändringar i ång- trycket. Ångbildningsgraden är härvid proportionell mot den tillförda värmemängden. Om nu smältans res- pektive deglarnas temperatur bestäms medelst tempe- raturkännaren 46 uppnår man genom en tryckreglering att trycket intesjunkerså lång att smältan i deglar- na 22 stelnar. Fastmer kan temperaturen i deglarna i stort sett hållas konstant.

Exempel Deglar av angivet slag beskickas med halva viktsandelar hårdmetall och zinkgranulat och staplas på varandra på sätt som visas i figuren. Efter det att receipienten 3 och värmekåpan påsatts och konden- satorn 8 anbragts evakueras anordningen till lägsta möjliga syrgaspartialtryck.

Därefter införes över regleringsventilen 49 argon genom sugstutsen 30 till dess att ett tryck på 1.500 mbar råder i recipienten (ventilen 35 är här- vid tillslutencxflibackventilen 42 verkar i denna tryck- 10 15 20 30 35 448 633 10 pâdragsriktning som spärr). Värmen kopplas in och in- ställes på 850°C över en programgivare. Temperaturhöj- ningen sker efter en trappstegsfunktion. Vid uppnåen- de av den maximala temperaturen inträder en isoterm diffusionstid, som i beroende av storleken av skrot- delarna kan uppgå till timmar. Efter det att zink helt trängt igenom skrotdelarna ökas legeringens temperatur till 920oC och samtidigt sänkes argontrycket. Om vid denna temperatur argontrycket i recipienten svarar mot zinkens ångtryck så påbörjas en zinktransport från deglarna in i kondensatorn över ångledningen 21. Denna fas kan mättekniskt fastställas över kondensatorns 8 värmebelastning.

Från detta ögonblick drivs värmen med kons- tant effekt under det att temperaturen regleras över argontrycket. En konstant temperatur har som förutsätt- ning en konstant sänkning av trycket. En sjunkande tem- peratur påverkar ett konstant tryck respektive en ökning av trycket med ett visst värde med definierad hålltid.

En korrigering av effekten, som är erforderlig genom förändringen av värmeövergången mellan deglar och le- gering, företas medelst en programgivare. Trycket kont- rolleras på detta sätt tillsdet nått högvakuumområdet på ca 5 x 10“2 mbar.

Vid slutet av förfarandet fanns i deglarna s.k. "kakor" av en böjd massa, vari en resthalt av zink i storleksordningen 45 ppm kunde fastställas. Av ifråga- varande pulver kunde man medelst konventionell bear- betningsprocess framställa nyahårdmetallverktygav full- god kvalitet.

Under uttrycket kapillärspalt förstås ett spalt- formigt mellanrum mellan den yttre sargen och lockkanten, när locket, med vanliga ytojämnheter (bearbetsningsräff- lor) ligger på degelkanten. Detsamma gäller för kapil- lärspalten när den bildas mellan två deglar. Kapillär- spalten kan också förlängas genom en gänga, labyrint _._,......_._..__._.,....._ï.,.._._.._ _

Claims (6)

10 15 20 25 30 448 633 11 e;d. Spaltbredden bör inte uppgå till mer än ca 0,1 mm. Gränsvärdet kan bestämmas genom försök och har uppnåtts när metallen kondenserar på recipientväg- garna. Patentkrav

1. Förfarande för upparbetning av hârdmetall- skrot genom att i en recipient behandla skrotet med en lågsmältande, hårdmetallmatrisen upplösande metall vid temperaturer över smältpunkten för den bildade le- geringen i närvaro av en inertgas, varvid legerings- processen först genomföres vid tryck överstigande unge- fär det dubbla partialtrycket för den lâgsmältande metallen, och att därefter den lågsmältande metallen förångas och kondenseras på kondensationsytor vid tryck under 1 mbar, k ä n n e t e c k n a t därav, att man legerar hârdmetallskrotet och den lågsmältan- de metallen med varandra i en i recipienten anordnad inre kammare, från vilken man leder metallångan och inertgasen till kondensationsytor och att man för den från metallângor befriade inertgasen i ett kretslopp genom den inre kammaren.

2. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e - t e c k n a t temperatur över trycket i recipienten. därav, att man reglerar legeringens

3. Förfarande enligt kravet 1 under användan- de av zink som lågsmältande metall, k ä n n e - t e c k n a t cessen vid ett tryck mellan 1200 och 2000 mbar, före- trädesvis mellan 1400 och 1600 mbar, och att man efter därav, att man genomför legeringspro- avslutad legeringsbildning vid i övrigt isoterm pro- cesstyrning sänker trycket till ett värde under 1 mbar, företrädesvis till under 10'1 mbar och att behandlingen 10 15 20 25 30 35 448 1633» 12 fortsätter till dess återstoden uppvisar en zinkhalt under 100 ppm. _

4. Förfarande enligt kravet 3, k ä n n e - t e c k n a t därav, att man genomför legeringsbild- ningen vid ungefär 85OOC och att därefter legeringen upphettas till ungefär 92000 och att man vid denna temperatur genomför zinkens isoterma förångning till dess en zinkhalt under 50 ppm uppnåtts.

5. Anordning för genomförande av ett förfaran- de för upparbetning av hårdmetallskrot genom att i en recipient (3) behandla skrotet med en lågsmältande, hârdmetallmatrisen upplösande metall vid temperaturer över smältpunkten för den bildade legeringen i närva- ro av en inertgas, varvid legeringsprocessen först ge- nomföres vid tryck överstigande ungefär det dubbla par- tialtrycket för den lågsmältande metallen och att där- efter den lågsmältande metallen förångas och kondense- ras på kondensationsytor vid tryck under 1 mbar, k ä n n e t e c k n a d därav, att en inre kammare (20) består av stapelbara ringspârsdeglar (22), som under bildande av kapillär- respektive diffusionsspal- ter (28) är orienterade ovanpå varandra och uppvisar centrala, med varandra fluktande ångkanaler (26) som är öppna uteslutande i riktning mot kondensationsytor (Sa) och att under den inre kammaren (20) finns en återströmningskanal (19) för inertgasen.

6. Regleringsanordning för genomförande av förfarandet enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av en den inre kammaren (20) tillordnad temperaturkän- nare (46) och en temperaturkännaren (46) efterkopplad tryckreglerare (48), som så reglerar vakuumet i reci- pienten (3), att innerbehållarens temperatur hâlles över en förutbestämd börtemperatur. u»