Способ переработки кусковых отходов твердых сплавов

 

Использование: касается переработки кусковых отходов твердых сплавов. Сущность изобретения: цинковый способ переработки кусковых отходов твердых сплавов основан на экстрагировании в расплавленный цинк металла-связки (никеля или кобальта) и последующей отгонке и конденсации цинка. Остающийся продукт после измельчения пригоден для изготовления твердосплавного инструмента методами порошковой металлургии, а сконденсированный цинк повторно используется для экстрагирования металла-связки. Процесс ведут в циклическом режиме с периодическим механическим удалением прореагировавшего слоя твердосплавного отхода, т. е. с периодическим обновлением реагирующей поверхности, что позволяет в 2,5 раза сократить длительность процесса и энергозатраты на его реализацию.

Изобретение относится к вторичной металлургии цветных и редких металлов и, в частности, к переработке кусковых отходов твердых сплавов.

Известны способы переработки кусковых отходов твердых сплавов на основе карбидов вольфрама и титана с кобальтовой связкой /Никитина Л.С. Переработка отходов тугоплавких металлов. М. Цветметинформация, 1977 57 с./.

Ближайшим аналогом заявляемого способа является способ, описанный в работе /Gustison R.A. J. Metals, 1976, N 3, р. 22./. Поэтому способу кусковые отходы и цинк помещают в тигель, который нагревают в вакуумной печи сопротивления до 500-600^oC (точка плавления цинка 420^oC). Кобальт экстрагируется в цинк. Затем при 900^oC цинк отгоняют и конденсируют в приемнике. Оставшиеся после отгонки цинка карбид вольфрама (или вольфрамотитановые карбиды) вместе с кобальтом измельчают в шаровых мельницах, твердосплавную смесь используют для производства твердого сплава, а цинк компактируют и возвращают в процесс.

Техническим результатом, к достижению которого стремятся заявители в результате осуществления предложенного технического решения, является увеличение производительности оборудования и снижение энергозатрат на единицу продукции.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в способе, включающем загрузку цинка и кусковых отходов твердого сплава на поддон в вакуумную печь, расплавление цинка, экстрагирование в него металла-связки (кобальта или никеля), отгонку цинка и конденсацию его в приемнике-конденсаторе с поучением на поддоне легкоизмельчаемого спека, состоящего из карбида тугоплавкого металла, и порошка металла-связки, а на поверхности конденсатора слоя металлического цинка, охлаждение печи и выгрузку из нее поддона и конденсатора с цинком, измельчение содержимого поддона в шаровой мельнице с получением порошковой смеси, пригодной для производства твердого сплава, и очистку поверхности конденсатора от цинка, пригодного для повторного использования, переработку кусковых отходов твердого сплава ведут в циклическом режиме с периодической выгрузкой содержимого поддона, удалением спека с реакционной поверхности кусковых отходов путем механической обработки и возвратом их в процесс, а массу цинка расходуемого в каждом цикле, определяют, исходя из того, что длительность его конденсации должна задаваться равенством: где d -минимальное расстояние между поддоном и поверхностью конденсатора; a зазор между слоем цинка и поддоном, достаточный для относительного перемещения конденсатора и поддона; v линейная скорость нарастания слоя цинка на поверхности конденсатора, определяемая при выбранных режимах проведения процесса и конструкциях поддона и конденсатора экспериментально.

Сущность способа состоит в том, что осуществление процесса в циклическом режиме с периодическим обновлением реакционной поверхности кусковых отходов твердого сплава резко увеличивает производительность оборудования, так как при различном размере кусковых отходов из мелких кусков кобальт экстрагируется в течение нескольких минут, а из крупных в течение нескольких часов. Это связано с тем, что в процессе экстрагирования металла-связки в расплавленный цинк процесс начинает тормозить диффузия цинка через пористый слой карбида тугоплавкого металла. При этом скорость отгонки цинка из пор спека также резко падает. Периодическое удаление этого слоя механическим путем ведет к обновлению реакционной поверхности, а, следовательно, к резкому увеличению скорости экстрагирования металла-связки в цинк и скорости отгонки цинка. За счет этого при тех же энергозатратах значительно увеличатся производительность установки по конечной продукции -смеси порошков карбида тугоплавкого металла и металла-связки, пригодной для повторного производства твердого сплава. Для того чтобы удаление цинка из пор спека шло быстро, необходимо создать наибольший градиент температуры между поверхностью поддона с реакционной смесью и поверхностью конденсатора. При этом поддон и конденсатор должны легко перемещаться друг относительно друга, чтобы не затруднялась разборка реактора. Длительность конденсации, рассчитываемая по формуле: определяет оптимальный расход цинка при выбранной геометрии расположения поддона и конденсатора. Это минимизирует энергетические затраты не только на расплавление цинка, но и на его конденсацию.

Предложенное техническое решение, не будучи известным из технической литературы в рамках притязаний, по мнению авторов,соответствует критериям патентоспособности, а именно новизне изобретательского уровня и промышленной применимости.

Пример. Кусковые отходы сплава ВК-8 (основа карбид вольфрама, металл-связка 8% кобальта) в количестве 56 кг загружали на поддон вместе с кусками цинка (массой 38 кг). Отходы представляли собой отработавшие неперетачиваемые пластины, фрезы, куски резцов, буров и другого твердосплавного инструмента. Поддон помещали в компрессионно-вакуумный реактор, оборудованный конденсатором, расположенным внутри. Реактор вакуумировали, а затем заполняли азотом. При давлении азота 0,2 ати реактор разогревали до 850^oC и выдерживали при этой температуре в течение 3 ч для экстрагирования кобальта в расплавленный цинк. После этого реактор вновь вакуумировали с одновременной подачей воды в водоохлаждаемый конденсатор. При этом происходила отгонка цинка и конденсация его на поверхности холодильника. Процесс вакуумирования и отгонки цинка длился 7 часов. Длительность отгонки (конденсации) цинка определяли по формуле: где d минимальное расстояние между поддоном и поверхностью конденсатора; a зазор между слоем цинка и поддоном, достаточный для относительного перемещения конденсатора и поддона (выбрана равной 2 мм);
v средняя линейная скорость нарастания слоя цинка на поверхности конденсатора, определяемая при выбранных режимах проведения процесса и конструкциях поддона и конденсатора экспериментально (в выбранной геометрии поддона и конденсатора она составляла 7 мм/ч).

Затем реактор вновь заполняли азотом, охлаждали в течение 3 ч и демонтировали. Продукт спек и непрореагировавшие остатки твердого сплава (10 кг)- загружали в барабанную дробилку для самоизмельчения. Измельченный спек вместе с порошком металла-связки (кобальтом) отделяли на сите и отправляли на производство твердого сплава, а оставшиеся непрореагировавшие куски твердого сплава вновь загружали в реактор вместе с новой партией отходов и цинком, снятым с поверхности конденсатора. Производительность реактора составила 46 кг твердосплавной смеси порошков в час. Осуществление процесса в том же реакторе с такими же кусковыми отходами сплава ВК-8 по режимам ближайшего аналога, когда получают 100%-ный выход отходов в продукт в одну стадию, требует увеличения длительности экстрагирования кобальта до 7 ч, а длительности конденсации цинка до 22 ч.

Таким образом, осуществление процесса переработки кусковых отходов твердых сплавов по заявляемому способу увеличивает производительность реактора в ≈ 2,5 раза. Соответственно уменьшаются энергетические затраты на единицу продукции.

Формула изобретения

Способ переработки кусковых отходов твердых сплавов, включающий загрузку цинка и кусковых отходов твердого сплава на поддон в вакуумную печь, расплавление цинка, экстрагирование в него металла-связки кобальта или никеля, отгонку цинка и конденсацию его в приемнике-конденсаторе с получением на поддоне, легкоизмельчаемого спека, состоящего из карбида тугоплавкого металла, и порошка металла-связки, а на поверхности конденсатора-слоя металлического цинка, охлаждение печи и выгрузку из нее конденсатора с цинком и поддона, измельчение содержимого поддона в шаровой мельнице с получением порошковой смеси, пригодной для производства твердого сплава, и очистку поверхности конденсатора от цинка для его повторного использования, отличающийся тем, что переработку кусковых отходов ведут при длительности конденсации цинка, задаваемой равенством

где d зазор между поверхностями поддона и конденсатора;
а зазор между слоем цинка на конденсаторе и поверхностью поддона, достаточный для относительного перемещения конденсатора и поддона;
v линейная скорость нарастания слоя цинка на поверхности конденсатора, пропорциональная скорости и поверхности испарения цинка и определяемая для выбранной геометрии расположения поддона и конденсатора экспериментально, а получающийся на поддоне продукт выгружают, путем механической обработки отделяют от него легкоизмельчаемый спек, а неизмельченную часть вместе с новой порцией кусковых отходов возвращают в процесс.