EP4240881A1 - Verfahren zum aufbereiten von hartmetall - Google Patents

Verfahren zum aufbereiten von hartmetall

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Publication number
EP4240881A1
EP4240881A1 EP21790841.7A EP21790841A EP4240881A1 EP 4240881 A1 EP4240881 A1 EP 4240881A1 EP 21790841 A EP21790841 A EP 21790841A EP 4240881 A1 EP4240881 A1 EP 4240881A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inert gas
line
reaction chamber
condenser
receiving
Prior art date
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Pending
Application number
EP21790841.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Philipp
Alexander Haller
Tobias Hilgert
Manuel Much
David Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Betek GmbH and Co KG
Original Assignee
Betek GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Betek GmbH and Co KG filed Critical Betek GmbH and Co KG
Publication of EP4240881A1 publication Critical patent/EP4240881A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B34/00—Obtaining refractory metals
    • C22B34/30—Obtaining chromium, molybdenum or tungsten
    • C22B34/36—Obtaining tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/001—Dry processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/04—Crucible or pot furnaces adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/02—Supplying steam, vapour, gases or liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B19/00—Obtaining zinc or zinc oxide
    • C22B19/04—Obtaining zinc by distilling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/02—Supplying steam, vapour, gases or liquids
    • F27D2007/023—Conduits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the invention relates to a method for processing hard metal, in particular hard metal scrap, the hard metal being alloyed with a low-melting alloy metal in a reaction space of a reactor with the supply of heat, the alloy metal then being converted into a vapor phase in the presence of inert gas, and the alloy metal then being converted is condensed in a condensation step.
  • Such a method is known from DE 31 44 284 C2.
  • a plurality of crucibles are arranged one above the other in a receiving space.
  • the hard metal scrap and zinc material to be processed are kept in the crucibles.
  • the receiving space is sealed from the environment and connected to vacuum lines that lead to vacuum pumps.
  • Inert gas for example argon, is then blown into the receiving space and the receiving space is then heated, so that the zinc material melts and changes into the liquid phase.
  • the zinc material diffuses into the hard metal matrix and reacts with the cobalt of the hard metal material. In this way, the hard metal is alloyed.
  • a porous hard metal structure remains in the receiving space, which can be ground into a fine powder and then reused.
  • the zinc material that has condensed out can be used for a new recycling process.
  • the inert gas is supplied to the reaction chamber at least temporarily during the condensation phase permanently from an inert gas source arranged outside of the reaction chamber via an inert gas supply line, and that the inert gas is discharged out of the condenser into the environment at least in phases during the condensation phase.
  • the reaction space is continuously flushed during the condensation phase with inert gas supplied from the outside.
  • the rinsing can be carried out continuously over the entire condensation phase.
  • flushing it is also conceivable for flushing to be carried out at intervals. It is important that during the condensation phase inert gas supplied from the outside is passed over the hard metal to be treated, with the inert gas absorbing the vaporous zinc material.
  • the zinc material can then be sent in vapor form to the condenser and deposited therein.
  • the mass flow resulting from the temperature gradient between the hot and cold side is thus supported by the inert gas flow.
  • the inert gas, free of zinc material, then leaves the condenser.
  • the inert gas can be expanded to ambient pressure outside the reactor and outside the condenser and released into the environment. It is also conceivable for the inert gas to be fed back into the reaction space, with the pressure then increasing. This can be done with a suitable pump, for example.
  • continuous flushing is carried out, which takes place at overpressure compared to the ambient pressure in the reaction space. In this way, the use of vacuum pumps can be dispensed with.
  • inert gas is introduced from the inert gas source into the reaction chamber in a flushing phase, with the inert gas driving out the air in the reaction chamber and this being blown out into the environment via a closable opening, and that then the opening is closed again.
  • the closable opening can be formed by a pressure valve.
  • it can be a regulated pressure valve which is connected to a control device.
  • an air sensor for example an oxygen sensor, is connected to the control device, with a signal pick-up of the air sensor preferably being arranged in the reaction space or in the condenser or in another gas-carrying area of the system.
  • the vapor mixture comprising the inert gas and the zinc vapor is discharged from the reaction chamber via a vapor line and fed into the condenser via a heating line to which a heater is assigned.
  • This heating associated with the heating line can preferably be provided and operated separately from the heating device that heats the reaction chamber. This allows the heat level in the heating cable to be influenced in a targeted manner in order to reliably prevent or specifically bring about condensation of the zinc in the heating cable.
  • a method according to the invention can be designed in such a way that the main quantity of zinc separates out in the condenser and is collected. Any remaining residual zinc content in the inert gas flow can be separated using a separator.
  • the separator reliably prevents zinc material from being discharged from the condenser in vapor form and condensing in subsequent plant components.
  • the separator can be used to the invention, at least phased derivation of the inert gas stream during the condensation phase out of the condenser into the environment.
  • the zinc material that has separated out can either be collected separately or, preferably, fed back into the condenser and added to the zinc material collected there that has already condensed out.
  • one or more receiving containers are arranged in the reaction chamber, each of which has a receiving space for receiving the hard metal, that the receiving containers have at least one flow channel or that at least one flow channel is assigned to the receiving containers, that the flow channel has a spatial connection between the receiving space and a gas routing area of the reactor running outside the receiving space, and that a discharge channel is provided which leads out of the receiving space, so that inert gas is supplied via the at least one flow channel and the inert gas is supplied together with the alloy metal in the vapor phase derived from the recording room.
  • this represents a significant advantage.
  • the cross section of the flow channel is at least 1-30 mm 2 .
  • the receptacles, the crucible, the vapor line and/or the collection container preferably consist of a material which is inert to zinc vapor, for example graphite or ceramic.
  • the receptacles can be easily manufactured if it is provided that they have a base and a peripheral wall rising therefrom, and that the wall has recesses on its edge facing away from the base, which form the flow channels.
  • the discharge channels of the receptacles are aligned with one another, and that the steam line is guided through the aligned discharge channels with a line section, with a channel between the outer wall of the line section and the discharge channels is left for discharging the vapor phase of the alloy metal from the accommodating space of the accommodating vessel.
  • the steam line facilitates the structural assignment of the individual receptacles to one another. It is also the case that the mixture of inert gas and vaporous zinc conducted in the duct heats the vapor line during the condensation phase and condensation within the vapor line is thereby reliably prevented.
  • a compact design is achieved by the selected arrangement.
  • a line section of the inert gas supply line opens out in the upper area of the reaction space, and that a line inlet of the steam line is arranged in the reaction space at a geodetic height below the opening of the inert gas supply line, then at the beginning of the processing process, the targeted gas flow in the reaction space can Air can be effectively displaced from the reaction space.
  • Figure 1 in side view and in section a plant for processing hard metal
  • FIG. 2 a receiving container in a perspective view
  • FIG. 3 shows the receiving container according to FIG. 2 in a side view and in section
  • Figure 4 shows a detail marked IV in Figure 3
  • FIG. 5 shows a detail marked in FIG. 3 with a V.
  • FIG. 1 shows a processing plant according to the invention, with which hard metal, in particular hard metal scrap, can be processed.
  • the processing plant has a reactor 10 with a crucible 14 .
  • the crucible 14 can be pot-shaped. It has a lower floor from which a wall rises. At its upper end the crucible 14 forms an opening which can be closed with a cover 17 . With the cover 17 removed, the crucible 14 can be loaded with receiving containers 20, as will be explained in more detail later.
  • the crucible 14 is at least partially surrounded by a heating device 15 with heating elements 15.1.
  • the heating elements 15.1 can be formed by known resistance heaters.
  • the cover 17 has a passage 17.1 through which a vapor line 11 is introduced into the reaction space enclosed by the crucible 14. Furthermore, the cover 17 has a second passage 17.2. An inert gas supply line 61 opens out in the region of this second passage 17.2. Insulation 16, which can consist of fireclay bricks, is provided on the side of the heating device 15. Above the cover 17 further heating elements 15.2 are arranged. About this further Heating elements 15.2 is an insulation 16 consisting of, for example, firebrick arranged.
  • the inert gas supply line 61 leads to an inert gas source 60 and is connected to it.
  • the inert gas source 60 can be, for example, a high-pressure inert gas reservoir, the inert gas preferably being argon.
  • the flow of inert gas emitted by the inert gas source 60 in the inert gas supply line 61 can be controlled by a control device, not shown in FIG.
  • this control device has a pressure reducer and a volume flow controller.
  • the inert gas line 61 leads with a line section 62 into the reaction space enclosed by the crucible 14 .
  • the line section 62 is preferably guided with an end section 63 through the passage 17.2 in the cover 17.
  • the vapor line 11 has a line inlet 11 . 1 which is arranged in the area of the bottom of the crucible 14 . From this line inlet 11.1, a line section 11.2 leads vertically upwards through the cover 17 and out of the reaction chamber. The line section 11.2 merges into a heating line 11.3. The heating line 11.3 leads to an end piece 11.4 of the steam line 11. The end piece 11.4 has an outlet opening 11.5. This outlet opening 11.5 opens into a condenser 30.
  • the condenser 30 is preferably designed in the form of a pot-shaped collecting container 31 .
  • the sump 31 has a bottom from which a wall rises.
  • the collection container 31 is closed with a cover 32 in its upper area.
  • the steam line 11 is guided through this cover 32 with its end piece 11.4.
  • the collection container 30 is assigned a heating device 33 with one or more heating elements 33.1.
  • the heating elements 33.1 are designed as resistance heaters.
  • the heating elements 33.1 are covered on the side by means of insulation, for example consisting of fireclay bricks.
  • a heater 50 is assigned to the heating line 11.3. This heater 50 surrounds the heating line 11.3 at least in certain areas and is arranged over at least part of the length of the heating line 11.3. Heat can be generated by means of the heater 50 and transferred to the heating line 11.3.
  • FIG. 1 also shows that the reactor 10 can have a separator 40 .
  • This separator 40 is preferably assigned to the condenser 30 .
  • the separator 40 is spatially connected to the collection space enclosed by the collection container 31 . It has condensation surfaces that are not shown in detail in the drawing. These condensation surfaces are part of a guide area of the separator 40.
  • the separator 40 also has an inert gas discharge line 42.
  • receptacles 20 can be stacked one on top of the other in the reaction space of the crucible 14 .
  • the receptacles 20 are dimensioned in such a way that they can be inserted into the reaction chamber when the cover 17 is removed. All receptacles 20 are preferably of identical design in order to reduce the number of parts.
  • FIG. 2 shows that a receiving container 20 has a base 21 from which a peripheral wall 22 rises.
  • the wall 22 has an edge 22.1 facing away from the bottom 21. Recesses that form flow channels 23 are introduced into the edge 22.1. It is also conceivable that there are openings in the wall 22 that form flow channels 23 .
  • the base 21 has a line section 24 which protrudes from the base 21 in the same direction as the wall 22.
  • the line section 24 forms a drainage channel 25 which passes through the receptacle 20, as shown in FIG illustrated.
  • the discharge channel 25 forms a channel opening 25.1 at its upper end facing away from the base 21.
  • a further channel opening 25.2 of the discharge channel 25 is provided in the area of the bottom 21.
  • FIG. 4 shows that the channel opening 25.1 is arranged set back towards the bottom 21 in relation to the edge 22.1.
  • FIG. 4 also shows that the upper edge of the line section 24 can be provided with recesses 27 .
  • the cross section of the flow channels 23 is shown in FIG. As this representation illustrates, the flow channels 23 are preferably designed in the form of rectangular recesses or openings. They have a width B and a depth T.
  • the flow cross-section of the flow channels 23 is in the range from 1 to 30 mm 2 inclusive
  • the receptacles 20 are preferably made of graphite.
  • the receptacle 20 has a peripheral inner surface 21.1 and a peripheral outer surface 26.
  • the inner surface 21.1 and the outer surface 26 are arranged at a distance from one another, resulting in an upper annular edge.
  • the underside 21.2 of the base 21 has a shoulder 21.3 at the edge.
  • This paragraph 21.3 can be used to stack the receiving containers 20 on top of one another in an aligned manner.
  • an upper receiving container 20 with paragraph 21.3 is placed on the edge 22.1 of a receiving container 20 underneath.
  • the receptacles 20 are thus fixed in a form-fitting manner relative to one another in the direction of the plane of the base 21 .
  • the receiving container 20 is sealed with a receiving container 20 placed above it, the bottom 21 of the upper receiving container 20 being seated in a sealed manner on the edge 22.1 of the receiving container 20 underneath.
  • a receiving space is thus formed on the receiving container 20 lying underneath, which is spatially connected via the flow channels 23 to the area adjoining the outer surface 26 .
  • this receiving space is spatially connected via the discharge channel 25 to a discharge channel 25 of an upper receiving container 20 arranged above it and a discharge channel 25 of a lower receiving container 20 arranged below it.
  • This is possible in particular because, as can be seen in FIG. 4, the upper edge of the line section 24 is set back slightly and/or because the line section 24 has recesses 27 .
  • FIG. 1 shows, a large number of receptacles 20 can be stacked one on top of the other in the reaction space in the manner explained above, with the discharge channels 25 of the individual receptacles 20 being aligned with one another.
  • the bottom receiving container 20 is supported with its bottom 21 on a support surface of the crucible 14 .
  • the upper receiving container 20 can be closed with a lid 28 .
  • the steam line 11 is led through the mutually aligned drainage channels 25, as shown in FIG. It is so that between the outside of the steam line 11 and the line sections 24, which form the discharge channel 25, a remaining cross section is formed as a channel 12.
  • the individual receptacles 20 are filled with the hard metal material to be machined and with zinc material. Then the receiving containers 20 are placed one above the other in the reaction space of the crucible 14 . The steam line 11 is then inserted into the aligned discharge channels 25 until the line enters 11.1 is in the area of the bottom of the crucible 14. The crucible 14 can then be closed with the cover 17.
  • a gas routing area 13.1 is formed between the outer surfaces 26 of the receiving container 20 and the inner wall of the crucible 14, a gas routing area 13.1 is formed.
  • This gas guiding area 13.1 is spatially connected to a supply area 13 on the deck side, into which the inert gas supply line 61 also opens.
  • the inert gas source 60 is opened. Inert gas then flows from the inert gas source 60 through the inert gas feed line 61 into the reaction chamber.
  • the air in the reaction space is displaced from top to bottom, with the inert gas flowing through the gas-guiding area 13 and the flow channels 23 into the receiving spaces of the receiving containers 20 .
  • the air is thereby displaced from the receiving spaces and guided through the channel 12 in the direction of the line inlet 11.1 of the steam line 11.
  • the air in the area of the gas guide area 13.1 is displaced in the direction of the line inlet 11.1.
  • the air then flows into the condenser 30 via the vapor line 11.
  • the separator 40 has a valve which is open. Then the air can be expelled from the condenser 30 out. The air flows out of the separator 40 into the environment via the inert gas discharge line 42 or some other discharge line.
  • the heating phase begins in a first heating phase.
  • the reaction chamber is brought to a temperature above the solidus temperature of the zinc material by means of the heating device 15 .
  • the zinc material liquefies and diffuses into the hard metal matrix.
  • the zinc material reacts with the cobalt of the hard metal material.
  • a reaction product is formed with a considerable increase in volume. Due to the increase in volume, the bond between the carbidic hard material phase and the metallic binder is broken up. This Alloying process can take several hours. After the end of the alloying process, when preferably all of the cobalt has reacted with the zinc material, the second heating phase takes place.
  • the temperature in the reaction space of the crucible 14 is further increased to a temperature at which the zinc material vaporizes.
  • inert gas is fed from the inert gas source 60 via the inert gas supply line 61 into the reaction space, the inert gas flows through the flow channels 23 into the receiving spaces of the receiving containers 20.
  • the gas routing area 13.1 ensures that all receiving spaces are filled with inert gas as evenly as possible.
  • the sum of the cross sections of the flow channels 23 is preferably dimensioned smaller than or the same as the cross section of the inert gas supply line 61.
  • the inert gas takes zinc material in the vapor phase in the receiving spaces of the receiving containers 20 with it and guides it into the discharge channels 25.
  • the mixture of inert gas and zinc vapor is transported through the channel 12 towards the bottom of the crucible 14.
  • an overpressure arises compared to the pressure in the collecting container 31 of the condenser 30. This supports the gas mixture being pushed out of the reaction chamber through the vapor line 11 .
  • the vapor mixture flows via the heating line 11.3 into the collection container 31.
  • the heating device 15 prevents zinc material from the zinc vapor from condensing in the area of the heating line 11.3. It is thus reliably ensured that the zinc material reaches the collection container 31 in the vapor phase.
  • the temperature level is adjusted by means of the heating device 33 of the condenser 30 in such a way that the zinc material precipitates and collects in the collection container 31 .
  • the heating device 33 controls the temperature in such a way that the zinc material is collected in the condenser 30 in liquid form as far as possible.
  • the pressure in the condenser 30 also increases as a result of the permanent inflow of inert gas into the reaction chamber.
  • a pressure valve is provided in order to prevent excessive back pressure from accumulating in the collection container 31, a pressure valve is provided. When an upper threshold is reached, this pressure valve opens, so that inert gas from the Collection container 31 can be derived into the environment.
  • the pressure valve is preferably part of the separator 40. When the pressure in the collection container 31 drops again to a lower threshold value, the pressure valve is closed again. The inert gas leaves the separator 40 via the inert gas discharge line 42.
  • a temperature sensor is preferably assigned to the steam line 11 .
  • This temperature sensor measures the temperature of the gas mixture carried in the vapor line 11 directly or indirectly. As long as zinc vapor is carried along with the stream of inert gas through the vapor line 11, the temperature in the heating line 11.3 is high. If the zinc content carried along with the inert gas stream decreases, the temperature in the heating line 11.3 drops. If the temperature drops, additional heat is introduced into the heating line 11.3 with the heater 50 in order to prevent condensation of the zinc. A conclusion can be drawn from the drop in temperature as to whether zinc material is still being transported away from the receptacles 20 . If no more zinc material is transported away, flushing with inert gas can preferably take place and the process can then be brought to an end in a controlled manner.
  • the split hard metal can be removed from the receptacles 20 and sent for further treatment.
  • the hard metal can then be ground in a suitable mill. It can then be used again for the production of new carbide bodies.
  • Hard metal with a residual zinc content of less than 50 ppm can be recycled with the method according to the invention.
  • a method for processing hard metal scrap is provided, the hard metal being alloyed with a low-melting alloy metal, for example zinc, in the reaction chamber of the reactor 10 with supply of heat.
  • the resulting alloy metal is then converted into a vapor phase in the presence of inert gas, and the alloy metal is then at least partially condensed in a condensation step.
  • the process is carried out in such a way that the reaction space is at an overpressure compared to the ambient pressure, at least during the condensation phase.
  • inert gas is supplied to the reaction chamber at least temporarily from the inert gas source 60 arranged outside the reaction chamber via the inert gas feed line 61 .
  • the inert gas is discharged from the condenser 30 into the environment at least in phases during the condensation phase.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Hartmetall, insbesondere Hartmetallschrott, wobei das Hartmetall in einem Reaktionsraum eines Reaktors (10) unter Wärmezufuhr mit einem niedrig schmelzenden Legierungsmetall legiert wird, wobei dann das Legierungsmetall unter Anwesenheit von Inertgas in eine Dampfphase überführt wird, und wobei anschließend das Legierungsmetall in einem Kondensationsschritt zumindest teilweise kondensiert wird, und wobei im Reaktionsraum zumindest während der Kondensationsphase ein Überdruck gegenüber Umgebungsdruck vorliegt. Erfindungsgemäß ist es dabei insbesondere vorgesehen, dass das Inertgas dem Reaktionsraum zumindest temporär während der Kondensationsphase permanent von einer außerhalb des Reaktionsraums angeordneten Inertgasquelle (60) über eine Inertgaszuleitung (61) zugeleitet wird und dass das Inertgas zumindest phasenweise während der Kondensationsphase aus dem Kondensator (30) heraus in die Umgebung abgeleitet wird. Auf diese Weise kann der Anlagenaufwand gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Hartmetall-Aufschlussverfahren deutlich verringert werden.

Description

Verfahren zum Aufbereiten von Hartmetall
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Hartmetall, insbesondere Hartmetallschrott, wobei das Hartmetall in einem Reaktionsraum eines Reaktors unter Wärmezufuhr mit einem niedrig schmelzenden Legierungsmetall legiert wird, wobei dann das Legierungsmetall unter Anwesenheit von Inertgas in eine Dampfphase überführt wird, und wobei anschließend das Legierungsmetall in einem Kondensationsschritt kondensiert wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 31 44 284 C2 bekannt. Hierbei sind in einem Aufnahmeraum mehrere Schmelztiegel übereinander angeordnet. In den Schmelztiegeln sind der zu bearbeitende Hartmetall-Schrott und Zinkmaterial gehalten. Der Aufnahmeraum ist gegenüber der Umgebung abgedichtet und an Vakuumleitungen angeschlossen, die zu Vakuumpumpen führen. Zur Bearbeitung des Hartmetall-Materials wird zunächst der Aufnahmeraum evakuiert, um den darin befindlichen Sauerstoff zu entfernen. Anschließend wird in den Aufnahmeraum Inertgas, beispielsweise Argon eingeblasen und dann der Aufnahmeraum beheizt, so dass das Zinkmaterial schmilzt und in die flüssige Phase übergeht. Das Zinkmaterial diffundiert in die Hartmetall-Matrix ein und reagiert mit dem Kobalt des Hartmetall- Materials. Auf diese Weise wird das Hartmetall legiert. Bei der Reaktion des Kobaltmaterials mit dem Zinkmaterial entsteht, unter erheblicher Volumenvergrößerung, ein Reaktionsprodukt. Durch die Volumenvergrößerung wird der Verbund zwischen karbidischer Hartstoffphase und dem metallischen Binder aufgebrochen. Anschließend kann das Zink in einer Kondensationsphase destilliert und in einem Kondensator abgeschieden werden. Hierfür wird die Temperatur im Aufnahmeraum soweit erhöht, dass das Zink verdampft. Das dampfförmige Zinkmaterial strömt zusammen mit dem Inertgas zu einem Kondensator. Im Kondensator wird das Zinkmaterial auskondensiert und das Inertgas strömt zurück zum Hartmetall. Es kann hier dann wieder Zinkdampf aufnehmen, sodass sich ein geschlossener Kreislauf ergibt. Um diese Kreislaufströmung aufrechterhalten zu können, wird zwischen dem Aufnahmeraum, in dem das Hartmetall aufgenommen ist, und dem Kondensator mittels der Vakuumpumpen ein empfindliches Druckgefälle eingestellt. Hierfür ist ein erheblicher Anlagenaufwand erforderlich. Insbesondere die Abdichtung des Aufnahmeraums und die Verwendung und Regelung der Vakuumpumpen beeinflussen den Kostenaufwand erheblich. Darüber hinaus ist eine aufwändige Anlagensteuerung notwendig.
Nach Beendigung der Kondensationsphase verbleibt eine poröse Hartmetall-Struktur im Aufnahmeraum, die zu feinem Pulver zermahlen und anschließend wieder verwendet werden kann. Ebenso kann das auskondensierte Zinkmaterial für einen erneuten Recyclingprozess verwendet werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem der erforderliche Anlagenaufwand erheblich reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Inertgas dem Reaktionsraum zumindest temporär während der Kondensationsphase permanent von einer außerhalb des Reaktionsraums angeordneten Inertgasquelle über eine Inertgaszuleitung zugeleitet wird, und dass das Inertgas zumindest phasenweise während der Kondensationsphase aus dem Kondensator heraus in die Umgebung abgeleitet wird. Erfindungsgemäß wird mithin der Reaktionsraum während der Kondensationsphase mit von außen zugeführtem Inertgas permanent gespült. Im Sinne der Erfindung kann dabei die Spülung durchgängig über die gesamte Kondensationsphase vorgenommen werden. Denkbar ist es jedoch auch, dass eine Spülung in Intervallen durchgeführt wird. Wichtig ist es, dass während der Kondensationsphase von außen zugeführtes Inertgas über das zu behandelnde Hartmetall geleitet wird, wobei das Inertgas das dampfförmige Zinkmaterial aufnimmt. Das Zinkmaterial kann dann in Dampfform dem Kondensator zugeleitet und darin abgeschieden werden. Der durch den Temperaturgradient zwischen der Heiß- und Kaltseite entstehende Massenstrom wird so durch den Inertgasstrom unterstützt. Anschließend verlässt das von Zinkmaterial freie Inertgas den Kondensator. Das Inertgas kann außerhalb des Reaktors und außerhalb des Kondensators auf Umgebungsdruck entspannt und in die Umgebung abgegeben werden. Denkbar ist es auch, dass das Inertgas wieder in den Reaktionsraum zurückgeführt wird, wobei dann eine Druckerhöhung stattfindet. Dies kann beispielsweise mit einer geeigneten Pumpe erfolgen. Erfindungsgemäß wird eine kontinuierliche Spülung vorgenommen, die gegenüber Umgebungsdruck im Reaktionsraum mit Überdruck stattfindet. Auf diese Weise kann auf die Verwendung von Vakuumpumpen verzichtet werden. Auch müssen keine hohen Anforderungen an die Abdichtung des Reaktionsraums gegenüber der Umgebung erfüllt werden, da erfindungsgemäß auf Betriebszustände im Vakuum, also Betriebszustände, bei denen ein Unterdrück gegenüber der Umgebung vorherrschen muss, verzichtet werden kann. Mit der Erfindung kann insbesondere auf die beim Stand der Technik erforderliche initiale Vakuumbildung verzichtet werden, um den Sauerstoff aus dem Reaktionsraum abzuführen. Gemäß der Erfindung wird vielmehr die Luft aus dem Reaktionsraum unter Verwendung von Inertgas und unter Zuhilfenahme eines Druckgefälles zu Umgebungsdruck in einer ersten Phase ausgespült. Dies kann beispielsweise mit einem Luftsensor, insbesondere einem Sauerstoffsensor überwacht werden. Ist der Reaktionsraum ausreichend frei von Sauerstoff, so kann dieser aufgeheizt werden und das Hartmetall mit dem Legierungsmaterial legiert werden. Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass der Überdruck gegenüber Umgebungsdruck im Bereich zwischen 1 bis 90 mbar beträgt. Bei diesem Druck ist ein sicherer Anlagenbetrieb möglich.
Wie dies vorstehend bereits erwähnt wurde, kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass in einer Spülphase Inertgas von der Inertgasquelle in den Reaktionsraum eingeleitet wird, wobei das Inertgas die im Reaktionsraum befindliche Luft austreibt und diese über eine verschließbare Öffnung in die Umgebung ausgeblasen wird, und dass anschließend die Öffnung wieder verschlossen wird. Die verschließbare Öffnung kann dabei von einem Druckventil gebildet werden. Insbesondere kann es sich um ein geregeltes Druckventil handeln, welches an eine Steuerungseinrichtung angeschlossen ist. Dabei kann es vorgesehen sein, dass an die Steuerungseinrichtung ein Luftsensor, beispielsweise ein Sauerstoffsensor angeschlossen ist, wobei vorzugsweise ein Signalaufnehmer des Luftsensors im Reaktionsraum oder im Kondensator oder in einem sonstigen gasführenden Bereich der Anlage angeordnet ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Erfindungsvariante kann es vorgesehen sein, dass das Dampfgemisch, aufweisend das Inertgas und den Zinkdampf, über eine Dampfleitung aus dem Reaktionsraum abgeleitet und über eine Heizleitung, der eine Heizung zugeordnet ist, in den Kondensator geleitet wird. Diese der Heizleitung zugeordnete Heizung kann dabei vorzugsweise separat von der Heizeinrichtung vorgesehen und betrieben sein, die den Reaktionsraum beheizt. Hierdurch lässt sich gezielt das Wärmeniveau in der Heizleitung beeinflussen, um eine Kondensation des Zinkes in der Heizleitung sicher zu verhindern oder gezielt herbeizuführen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann derart gestaltet sein, dass die Hauptmenge an Zink im Kondensator ausscheidet und aufgefangen wird. Eventuell verbliebene Restzinkgehalte im Inertgasstrom können über einen Abscheider abgesondert werden. Der Abscheider verhindert zuverlässig, dass Zinkmaterial in Dampfform aus dem Kondensator herausgeführt wird und in anschließenden Anlagenkomponenten kondensiert. Insbesondere kann der Abscheider dazu verwendet werden, die erfindungsgemäße, zumindest phasenweise Ableitung des Inertgasstroms während der Kondensationsphase aus dem Kondensator heraus in die Umgebung vorzunehmen. Das abgeschiedene Zinkmaterial kann entweder separat gesammelt oder vorzugsweise in den Kondensator zurückgeleitet und dem dort gesammelten, bereits auskondensierten Zinkmaterial zugeführt werden.
Gemäß einer weiteren Erfindungsvariante kann es vorgesehen sein, dass im Reaktionsraum ein oder mehrere Aufnahmebehälter angeordnet sind, die jeweils einen Aufnahmeraum zur Aufnahme des Hartmetalls aufweisen, dass die Aufnahmebehälter zumindest einen Strömungskanal aufweisen oder den Aufnahmebehältern zumindest ein Strömungskanal zugeordnet ist, dass der Strömungskanal eine räumliche Verbindung zwischen dem Aufnahmeraum und einem außerhalb des Aufnahmeraums verlaufenden Gas-Führungsbereich des Reaktors bildet, und dass ein Ableitkanal vorgesehen ist, der aus dem Aufnahmeraum herausführt, so dass Inertgas über den zumindest einen Strömungskanal zugeführt und das Inertgas zusammen mit dem in der Dampfphase befindlichen Legierungsmetall aus dem Aufnahmeraum abgeleitet wird. Gegenüber der aus dem Stand der Technik nach der DE 31 44 284 C2 bekannten Lösung stellt dies einen erheblichen Vorteil dar. Bei der DE 31 44 284 C2 sind keine Strömungskanäle sondern vielmehr nur Verbindungswege in Form von Kapillaren vorgesehen. Mit diesen Kapillaren soll verhindert werden, dass Zinkdampf aus dem Aufnahmeraum in den Gas-Führungsbereich gelangt. Die Erfinder haben erkannt, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Strömungsführung des Inertgases, anstelle der Kapillaren nunmehr Strömungskanäle vorgesehen werden können, über die große Volumenströme in den Aufnahmeraum gelangen können. Hierdurch wird eine deutlich effektivere Anströmung des Aufnahmeraumes möglich. Die Strömungskanäle sind vorzugsweise so ausgebildet, dass eine Sichtverbindung vom Aufnahmeraum durch die Strömungskanäle hindurch in den Bereich des Gas- Führungsbereichs möglich ist, um der Strömung einen geringen Strömungswiderstand entgegenzusetzen.
Im Rahmen der Erfindung kann es dabei insbesondere auch vorgesehen sein, dass der Querschnitt des Strömungskanals mindesten 1 - 30 mm2 beträgt. Die Aufnahmebehälter, der Tiegel, die Dampfleitung, und/oder der Sammelbehälter bestehen vorzugsweise aus einem, gegenüber Zinkdampf inertem Material, beispielsweise Graphit oder Keramik.
Die Aufnahmebehälter lassen sich dann einfach fertigen, wenn vorgesehen ist, dass sie einen Boden und eine davon aufsteigende umlaufende Wand aufweisen, und dass die Wand an ihrem dem Boden abgewandten Rand Aussparungen aufweist, die die Strömungskanäle bilden.
Erfindungsgemäß kann es weiterhin auch vorgesehen sein, dass mehrere Aufnahmebehälter derart übereinander angeordnet sind, dass die Ableitkanäle der Aufnahmebehälter miteinander fluchten, und dass durch die fluchtenden Ableitkanäle die Dampfleitung mit einem Leitungsabschnitt hindurch geführt ist, wobei zwischen der Außenwandung des Leitungsabschnitts und den Ableitkanälen ein Kanal belassen ist zum Ableiten der Dampfphase des Legierungsmetalls aus dem Aufnahmeraum des Aufnahmebehälters. Die Dampfleitung erleichtert die bauliche Zuordnung der einzelnen Aufnahmebehälter zueinander. Weiterhin ist es so, dass das im Kanal geführte Gemisch aus Inertgas und dampfförmigem Zink die Dampfleitung während der Kondensationsphase erwärmt und dadurch eine Kondensation innerhalb der Dampfleitung zuverlässig verhindert ist. Zudem wird durch die gewählte Anordnung eine kompakte Bauweise erreicht.
Wenn vorgesehen ist, dass ein Leitungsabschnitt der Inertgaszuleitung in dem oberen Bereich des Reaktionsraums mündet, und dass in geodätischer Höhe unterhalb der Mündung der Inertgaszuleitung ein Leitungseintritt der Dampfleitung im Reaktionsraum angeordnet ist, dann kann zu Beginn des Bearbeitungsprozesses durch die gezielte Gasführung die im Reaktionsraum befindliche Luft effektiv aus dem Reaktionsraum verdrängt werden.
Für den Kondensator ergibt sich dann ein einfacher Aufbau, wenn vorgesehen ist, dass er einen topfförmigen Sammelbehälter aufweist, der deckseitig mit einer abnehmbaren Abdeckung gasdicht verschlossen ist, und dass ein Endstück der Dampfleitung in eine Durchführung der Abdeckung eingeführt ist. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in Seitenansicht und im Schnitt eine Anlage zum Aufbereiten von Hartmetall,
Figur 2 einen Aufnahmebehälter in perspektivischer Ansicht,
Figur 3 den Aufnahmebehälter gemäß Figur 2 in Seitenansicht und im Schnitt,
Figur 4 ein in Figur 3 mit IV markiertes Detail und
Figur 5 einen Figur 3 mit V markiertes Detail.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Aufbereitungsanlage, mit der Hartmetall, insbesondere Hartmetall-Schrott aufbereitet werden kann. Die Aufbereitungsanlage weist einen Reaktor 10 mit einem Tiegel 14 auf. Der Tiegel 14 kann topfförmig ausgebildet sein. Er weist einen unteren Boden auf, von dem eine Wandung aufsteigt. An seinem oberen Ende bildet der Tiegel 14 eine Öffnung, die mit einer Abdeckung 17 verschlossen werden kann. Bei abgenommener Abdeckung 17 kann der Tiegel 14 mit Aufnahmebehältern 20 beschickt werden, wie dies später näher erläutert wird.
Der Tiegel 14 ist von einer Heizeinrichtung 15 mit Heizelementen 15.1 zumindest bereichsweise umgeben. Die Heizelemente 15.1 können von bekannten Widerstandsheizungen gebildet werden.
Die Abdeckung 17 weist eine Durchführung 17.1 auf, durch die eine Dampfleitung 11 in den von dem Tiegel 14 umschlossenen Reaktionsraum eingeführt ist. Weiterhin besitzt die Abdeckung 17 eine zweite Durchführung 17.2. Im Bereich dieser zweiten Durchführung 17.2 mündet eine Inertgaszuleitung 61. Seitlich der Heizeinrichtung 15 ist eine Isolierung 16 vorgesehen, die aus Schamottsteinen bestehen kann. Oberhalb der Abdeckung 17 sind weitere Heizelemente 15.2 angeordnet. Über diesen weiteren Heizelementen 15.2 ist eine Isolierung 16, bestehend aus beispielsweise Schamottstein, angeordnet.
Die Inertgaszuleitung 61 ist zu einer Inertgasquelle 60 geführt und an diese angeschlossen. Die Inertgasquelle 60 kann beispielsweise ein unter hohem Druck stehendes Inertgas-Reservoir sein, wobei das Inertgas vorzugsweise von Argon gebildet ist.
Über eine in Figur 1 nicht dargestellte Regeleinrichtung kann der von der Inertgasquelle 60 abgegebene Inertgasstrom in der Inertgaszuleitung 61 geregelt werden. Insbesondere weist diese Regeleinrichtung einen Druckminderer und einen Volumenstromregler auf.
Die Inertgasleitung 61 führt mit einem Leitungsabschnitt 62 in den von dem Tiegel 14 umschlossenen Reaktionsraum. Vorzugsweise ist, wie Figur 1 dies zeigt, der Leitungsabschnitt 62 mit einem Endabschnitt 63 durch die Durchführung 17.2 in der Abdeckung 17 geführt.
Die Dampfleitung 11 besitzt einen Leitungseintritt 11.1 , der im Bereich des Bodens des Tiegels 14 angeordnet ist. Von diesem Leitungseintritt 11.1 führt ein Leitungsabschnitt 11 .2 vertikal nach oben durch die Abdeckung 17 hindurch aus dem Reaktionsraum. Der Leitungsabschnitt 11.2 geht in eine Heizleitung 11.3 über. Die Heizleitung 11.3 führt zu einem Endstück 11.4 der Dampfleitung 11. Das Endstück 11.4 besitzt eine Austrittsöffnung 11.5. Diese Austrittsöffnung 11.5 mündet in einen Kondensator 30.
Der Kondensator 30 ist vorzugsweise in Form eines Sammelbehälters 31 topfförmig ausgebildet. Der Sammelbehälter 31 besitzt einen Boden, von dem eine Wand aufsteigt. In seinem oberen Bereich ist der Sammelbehälter 31 mit einer Abdeckung 32 verschlossen. Durch diese Abdeckung 32 hindurch ist die Dampfleitung 11 mit ihrem Endstück 11.4 geführt. Wie Figur 1 erkennen lässt, ist dem Sammelbehälter 30 eine Heizeinrichtung 33 mit einem oder mehreren Heizelementen 33.1 zugeordnet. Die Heizelemente 33.1 sind als Widerstandsheizungen ausgebildet. Seitlich sind die Heizelemente 33.1 mittels einer Isolierung, beispielsweise bestehend aus Schamottsteinen, abgedeckt.
Der Heizleitung 11.3 ist eine Heizung 50 zugeordnet. Diese Heizung 50 umgibt die Heizleitung 11.3 zumindest bereichsweise und ist zumindest über einen Teil der Länge der Heizleitung 11 .3 angeordnet. Mittels der Heizung 50 kann Wärme erzeugt und in die Heizleitung 11 .3 übertragen werden.
Figur 1 zeigt weiterhin, dass der Reaktor 10 einen Abscheider 40 aufweisen kann. Dieser Abscheider 40 ist vorzugsweise dem Kondensator 30 zugeordnet. Der Abscheider 40 steht in räumlicher Verbindung mit dem von dem Sammelbehälter 31 umschlossenen Sammelraum. Er weist Kondensationsflächen auf, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind. Diese Kondensationsflächen sind Teil eines Führungsbereichs des Abscheiders 40. Weiterhin weist der Abscheider 40 eine Inertgas-Ableitung 42 auf.
Wie dies vorstehend beschrieben wurde, können im Reaktionsraum des Tiegels 14 Aufnahmebehälter 20 übereinandergestapelt angeordnet werden. Dabei sind die Aufnahmebehälter 20 so dimensioniert, dass sie bei abgenommener Abdeckung 17 in den Reaktionsraum eingesetzt werden können. Vorzugsweise sind alle Aufnahmebehälter 20 baugleich ausgebildet, um den Teileaufwand zu verringern.
Figur 2 zeigt, dass ein Aufnahmebehälter 20 einen Boden 21 aufweist, von dem eine umlaufende Wand 22 aufsteigt. Die Wand 22 weist, dem Boden 21 abgewandt, einen Rand 22.1 auf. In den Rand 22.1 sind Aussparungen eingebracht, die Strömungskanäle 23 bilden. Denkbar ist es auch, dass in der Wand 22 Durchbrüche vorhanden sind, die Strömungskanäle 23 bilden.
Der Boden 21 weist einen Leitungsabschnitt 24 auf, der in die gleiche Richtung vom Boden 21 absteht, wie die Wand 22. Der Leitungsabschnitt 24 bildet einen Ableitkanal 25, der den Aufnahmebehälter 20 durchsetzt, wie Figur 3 veranschaulicht. Somit bildet der Ableitkanal 25 an seinem oberen, dem Boden 21 abgewandten Ende eine Kanalöffnung 25.1. Im Bereich des Bodens 21 ist eine weitere Kanalöffnung 25.2 des Ableitkanals 25 vorgesehen.
Figur 4 zeigt, dass die Kanalöffnung 25.1 in Richtung zum Boden 21 gegenüber dem Rand 22.1 zurückversetzt angeordnet ist. Figur 4 zeigt weiterhin, dass der obere Rand des Leitungsabschnitts 24 mit Ausnehmungen 27 versehen sein kann.
In Figur 5 ist der Querschnitt der Strömungskanäle 23 gezeigt. Wie diese Darstellung veranschaulicht, sind die Strömungskanäle 23 vorzugsweise in Form von rechteckförmigen Aussparungen oder Durchbrüchen ausgebildet. Sie weisen eine Breite B und eine Tiefe T auf.
Der Strömungsquerschnitt der Strömungskanäle 23 beträgt im Bereich von 1 bis einschließlich 30 mm2
Die Aufnahmebehälter 20 bestehen vorzugsweise aus Graphit.
Der Aufnahmebehälter 20 besitzt eine umlaufende Innenfläche 21.1 und eine umlaufende Außenfläche 26. Die Innenfläche 21.1 und die Außenfläche 26 sind zueinander beabstandet angeordnet, sodass sich ein oberer ringförmiger Rand ergibt.
Der Boden 21 begrenzt zusammen mit der Innenfläche 21.1 und der Außenseite des Leitungsabschnitts 24 einen Aufnahmeraum.
Die Unterseite 21.2 des Bodens 21 besitzt randseitig einen Absatz 21.3. Dieser Absatz 21.3 kann genutzt werden, um die Aufnahmebehälter 20 zueinander ausgerichtet übereinander zu stapeln. Entsprechend wird ein oberer Aufnahmebehälter 20 mit dem Absatz 21.3 auf den Rand 22.1 eines darunterliegenden Aufnahmebehälters 20 aufgesetzt. Damit sind die Aufnahmebehälter 20 in Richtung der Ebene des Bodens 21 gegeneinander formschlüssig fixiert. Der Aufnahmebehälter 20 wird mit einem darüber gestellten Aufnahmebehälter 20 abgedichtet, wobei der Boden 21 des oberen Aufnahmebehälters 20 abgedichtet auf dem Rand 22.1 des darunterliegenden Aufnahmebehälters 20 aufsitzt. Somit bildet sich an dem unten liegenden Aufnahmebehälter 20 ein Aufnahmeraum, der über die Strömungskanäle 23 mit dem an die Außenfläche 26 anschließenden Bereich in räumlicher Verbindung steht. Weiterhin steht dieser Aufnahmeraum über den Ableitkanal 25 mit einem darüber angeordneten Ableitkanal 25 eines oberen Aufnahmebehälters 20 und einem darunter angeordneten Ableitkanal 25 eines unteren Aufnahmebehälters 20 in räumlicher Verbindung. Dies wird insbesondere deswegen möglich, weil, wie Figur 4 dies erkennen lässt, der obere Rand des Leitungsabschnitts 24 leicht zurückversetzt ist und/oder weil am Leitungsabschnitt 24 Ausnehmungen 27 vorhanden sind.
Wie Figur 1 zeigt, können in der vorstehend erläuterten Weise eine Vielzahl von Aufnahmebehältern 20 im Reaktionsraum übereinander gestapelt werden, wobei die Ableitkanäle 25 der einzelnen Aufnahmebehälter 20 miteinander fluchten. Der unterste Aufnahmebehälter 20 ist dabei mit seinem Boden 21 an einer Stützfläche des Tiegels 14 abgestützt. Unterhalb des Bodens 21 des unteren Aufnahmebehälters 20 ist ein Sammelbereich im Tiegel gebildet, in dem der Leitungseintritt 11.1 angeordnet ist. Der obere Aufnahmebehälter 20 kann mit einem Deckel 28 verschlossen werden.
Die Dampfleitung 11 ist durch die zueinander fluchtenden Ableitkanäle 25 hindurchgeführt, wie dies Figur 1 zeigt. Dabei ist es so, dass zwischen der Außenseite der Dampfleitung 11 und den Leitungsabschnitten 24, welche den Ableitkanal 25 bilden, ein verbleibender Querschnitt als Kanal 12 ausgebildet ist.
Nachfolgend wird die Funktion des Reaktors 10 näher erläutert. Zunächst werden die einzelnen Aufnahmebehälter 20 mit dem zu bearbeitenden Hartmetall-Material und mit Zink-Material befüllt. Dann werden die Aufnahmebehälter 20 in dem Reaktionsraum des Tiegels 14 übereinander gestellt. Anschließend wird die Dampfleitung 11 in die fluchtenden Ableitkanäle 25 eingesetzt, bis der Leitungseintritt 11.1 im Bereich des Bodens des Tiegels 14 steht. Der Tiegel 14 kann dann mit der Abdeckung 17 verschlossen werden.
Zwischen den Außenflächen 26 der Aufnahmebehälter 20 und der Innenwandung des Tiegels 14 bildet sich ein Gas-Führungsbereich 13.1. Dieser Gas- Führungsbereich 13.1 steht in räumlicher Verbindung mit einem deckseitigen Zuführbereich 13 in den auch die Inertgaszuleitung 61 mündet. Nachdem die Abdeckung 17 aufgesetzt und die deckseitige Isolierung 16 aufgebracht wurde, wird die Inertgasquelle 60 geöffnet. Dann strömt Inertgas von der Inertgasquelle 60 durch die Inertgaszuleitung 61 in den Reaktionsraum.
Die im Reaktionsraum befindliche Luft wird von oben nach unten verdrängt, wobei das Inertgas durch den Gas-Führungsbereich 13 und die Strömungskanäle 23 in die Aufnahmeräume der Aufnahmebehälter 20 strömt. Die Luft wird dabei aus den Aufnahmeräumen verdrängt und durch den Kanal 12 in Richtung zum Leitungseintritt 11.1 der Dampfleitung 11 geführt. Weiterhin wird die Luft im Bereich des Gas- Führungsbereich 13.1 in Richtung zum Leitungseintritt 11.1 verdrängt. Die Luft fließt dann über die Dampfleitung 11 in den Kondensator 30.
Der Abscheider 40 besitzt ein Ventil, welches geöffnet ist. Dann kann die Luft aus dem Kondensator 30 heraus verdrängt werden. Die Luft fließt über die Inertgas- Ableitung 42 oder eine sonstige Ableitung aus dem Abscheider 40 heraus in die Umgebung.
Sobald die Luft aus der Anlage ausgetrieben ist, wird das Ventil wieder geschlossen. Anschließend beginnt die Aufheizphase in einer ersten Heizphase. Mittels der Heizeinrichtung 15 wird der Reaktionsraum auf eine Temperatur oberhalb der Solidustemperatur des Zink-Materials gebracht. Das Zink-Material verflüssigt sich und diffundiert in die Hartmetall-Matrix hinein. Dabei reagiert das Zink-Material mit Kobalt des Hartmetall-Materials. Bei der Reaktion des Kobaltmaterials mit dem Zinkmaterial entsteht, unter erheblicher Volumenvergrößerung, ein Reaktionsprodukt. Durch die Volumenvergrößerung wird der Verbund zwischen karbidischer Hartstoffphase und dem metallischen Binder aufgebrochen. Dieser Legierungsprozess kann mehrere Stunden dauern. Nach Abschluss des Legierungsprozesses, wenn vorzugsweise sämtliches Kobalt mit dem Zinkmaterial reagiert hat, erfolgt die zweite Aufheizphase. In der zweiten Aufheizphase wird die Temperatur im Reaktionsraum des Tiegels 14 weiter erhöht, auf eine Temperatur, die das Zinkmaterial verdampft. Wird Inertgas von der Inertgasquelle 60 über die Inertgaszuleitung 61 in den Reaktionsraum geführt so strömt das Inertgas durch die Strömungskanäle 23 in die Aufnahmeräume der Aufnahmebehälter 20. Der Gas- Führungsbereich 13.1 sorgt dafür, dass alle Aufnahmeräume möglichst gleichmäßig mit Inertgas gefüllt werden. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise die Summe der Querschnitte der Strömungskanäle 23 kleiner oder gleich dimensioniert, wie der Querschnitt der Inertgaszuleitung 61. Das Inertgas nimmt Zinkmaterial in der Dampfphase in den Aufnahmeräumen der Aufnahmebehälter 20 mit und führt dieses in die Ableitkanäle 25. In den Ableitkanälen 25 wird das Gemisch aus Inertgas und Zinkdampf durch den Kanal 12 in Richtung zum Boden des Tiegels 14 transportiert. Infolge des permanenten Zustroms von Inertgas aus der Inertgasquelle 60 entsteht gegenüber dem Druck in dem Sammelbehälter 31 des Kondensators 30 ein Überdruck. Dieser unterstützt, dass das Gasgemisch durch die Dampfleitung 11 aus dem Reaktionsraum herausgedrückt wird.
Das Dampfgemisch fließt über die Heizleitung 11.3 in den Sammelbehälter 31. Die Heizeinrichtung 15 verhindert, dass Zinkmaterial aus dem Zinkdampf im Bereich der Heizleitung 11.3 kondensiert. Somit ist zuverlässig sichergestellt, dass das Zinkmaterial in der Dampfphase in den Sammelbehälter 31 gelangt.
Mittels der Heizeinrichtung 33 des Kondensators 30 wird das Temperaturniveau so eingestellt, dass das Zink-Material ausfällt und sich im Sammelbehälter 31 sammelt. Die Heizeinrichtung 33 steuert die Temperatur dabei so, dass das Zinkmaterial möglichst in flüssiger Form im Kondensator 30 gesammelt wird.
Durch den permanenten Zustrom von Inertgas in den Reaktionsraum erhöht sich auch der Druck im Kondensator 30. Um zu verhindern, dass sich im Sammelbehälter 31 ein zu hoher Gegendruck aufstaut, ist ein Druckventil vorgesehen. Bei Erreichen eines oberen Schwellwerts öffnet dieses Druckventil, sodass Inertgas aus dem Sammelbehälter 31 in die Umgebung abgeleitet werden kann. Vorzugsweise ist das Druckventil Teil des Abscheiders 40. Wenn der Druck im Sammelbehälter 31 wieder auf einen unteren Schwellwert absinkt, so wird das Druckventil wieder geschlossen. Das Inertgas verlässt den Abscheider 40 über die Inertgas-Ableitung 42.
Der Dampfleitung 11 ist vorzugsweise ein Temperaturfühler zugeordnet. Dieser Temperaturfühler misst direkt oder indirekt die Temperatur des in der Dampfleitung 11 geführten Gasgemischs. Solange mit dem Inertgasstrom Zinkdampf durch die Dampfleitung 11 mitgeführt wird, ergibt sich eine hohe Temperatur in der Heizleitung 11.3. Wird der mit dem Inertgasstrom mitgeführte Zinkgehalt kleiner, so fällt die Temperatur in der Heizleitung 11 .3. Sinkt die Temperatur ab, so wird mit der Heizung 50 zusätzlich Wärme in die Heizleitung 11.3 eingebracht, um eine Kondensation des Zinkes zu verhindern. Über den Temperaturabfall kann ein Rückschluss dahingehend getroffen werden, ob noch Zinkmaterial aus den Aufnahmebehältern 20 abtransportiert wird. Wird kein Zinkmaterial mehr abtransportiert, so kann vorzugsweise eine Spülung mit Inertgas erfolgen und danach der Prozess geregelt zu Ende gefahren werden.
Abschließend lässt sich das aufgespaltene Hartmetall aus den Aufnahmebehältern 20 entnehmen und einer weiteren Behandlung zuführen. Beispielsweise kann das Hartmetall dann in einer geeigneten Mühle gemahlen werden. Es lässt sich dann wieder für die Fertigung neuer Hartmetallkörper einsetzen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich Hartmetall mit einem Restgehalt an Zink kleiner 50 ppm recyceln.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Aufbereiten von Hartmetallschrott bereitgestellt, wobei das Hartmetall in dem Reaktionsraum des Reaktors 10 unter Wärmezufuhr mit einem niedrig schmelzenden Legierungsmetall, beispielsweise Zink, legiert wird. Das dabei entstehende Legierungsmetall wird dann unter Anwesenheit von Inertgas in eine Dampfphase überführt, und anschließend das Legierungsmetall in einem Kondensationsschritt zumindest teilweise kondensiert. Die Verfahrensführung ist dabei so, dass im Reaktionsraum zumindest während der Kondensationsphase ein Überdruck gegenüber Umgebungsdruck vorliegt. Während der Kondensationsphase wird Inertgas dem Reaktionsraum zumindest temporär von der außerhalb des Reaktionsraums angeordneten Inertgasquelle 60 über die Inertgaszuleitung 61 zugeleitet. Zusätzlich wird dabei das Inertgas zumindest phasenweise während der Kondensationsphase aus dem Kondensator 30 heraus in die Umgebung abgeleitet.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Aufbereiten von Hartmetall, insbesondere Hartmetallschrott, wobei das Hartmetall in einem Reaktionsraum eines Reaktors (10) unter Wärmezufuhr mit einem niedrig schmelzenden Legierungsmetall, legiert wird, wobei dann das Legierungsmetall unter Anwesenheit von Inertgas in eine Dampfphase überführt wird, und wobei anschließend das Legierungsmetall in einem Kondensationsschritt zumindest teilweise kondensiert wird, und wobei im Reaktionsraum zumindest während der Kondensationsphase ein Überdruck gegenüber Umgebungsdruck vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas dem Reaktionsraum zumindest temporär während der Kondensationsphase permanent von einer außerhalb des Reaktionsraums angeordneten Inertgasquelle (60) über eine Inertgaszuleitung (61 ) zugeleitet wird und dass das Inertgas zumindest phasenweise während der Kondensationsphase aus dem Kondensator (30) heraus in die Umgebung abgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck gegenüber Umgebungsdruck im Bereich zwischen 1 und 90 mbar beträgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Spülphase Inertgas von der Inertgasquelle in den Reaktionsraum eingeleitet wird, wobei das Inertgas die im Reaktionsraum befindliche Luft austreibt und diese über eine verschließbare Öffnung in die Umgebung ausgeblasen wird, und dass anschließend die Öffnung wieder verschlossen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfgemisch, aufweisend das Inertgas und den Zinkdampf, über eine Dampfleitung (11 ) aus dem Reaktionsraum abgeleitet und über eine Heizleitung, der eine Heizung zugeordnet ist, in den Kondensator (30) geleitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Kondensator (30) herausgeleitete Inertgas auf Umgebungsdruck entspannt wird oder dass das aus dem Kondensator (30) herausgeleitete Inertgas mittels eines Verdichters verdichtet und dem Reaktionsraum im Kreislauf wieder zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas aus dem Kondensator (30) heraus zu einem Abscheider (40) geführt wird, und dass das Inertgas in dem Abscheider (40) an Kondensationsflächen des Kondensators (40) vorbeiströmt, um verbliebene Restmengen an Zink aus dem Inertgas abzuscheiden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktionsraum ein oder mehrere Aufnahmebehälter (20) angeordnet sind, die jeweils einen Aufnahmeraum zur Aufnahme des Hartmetalls aufweisen, dass die Aufnahmebehälter (20) zumindest einen Strömungskanal (23) aufweisen oder den Aufnahmebehältern (20) zumindest ein Strömungskanal (23) zugeordnet ist, dass der Strömungskanal (23) eine räumliche Verbindung zwischen dem Aufnahmeraum und einem außerhalb des Aufnahmeraums verlaufenden Gas-Führungsbereich (13.1 ) des Reaktors (10) bildet, und dass ein Ableitkanal (25) vorgesehen ist, der aus dem Aufnahmeraum herausführt, so dass Inertgas über den zumindest einen Strömungskanal (23) zugeführt und das Inertgas zusammen mit dem in der Dampfphase befindlichen Legierungsmetall aus dem Aufnahmeraum abgeleitet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebehälter (20) einen Boden (21 ) und eine davon aufsteigende umlaufende Wand (22) aufweisen, und dass die Wand (22) an ihrem dem Boden (21 ) abgewandten Rand (22.1 ) Aussparungen aufweist, die die Strömungskanäle (23) bilden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Querschnitt des Strömungskanals (23) im Bereich von 1 - 30 mm2 beträgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Aufnahmebehälter (20) derart übereinander angeordnet sind, dass die Ableitkanäle (25) der Aufnahmebehälter (20) miteinander fluchten, und dass durch die fluchtenden Ableitkanäle (25) die Dampfleitung (11 ) mit einem Leitungsabschnitt (11.2) hindurch geführt ist, wobei zwischen der Außenwandung des Leitungsabschnitts (11.2) und den Ableitkanälen ein Kanal (12) belassen ist, zum Ableiten der Dampfphase des Legierungsmetalls aus dem Aufnahmeraum des Aufnahmebehälters (20).
11 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitungsabschnitt (62) der Inertgaszuleitung (61 ) in dem oberen Bereich des Reaktionsraums mündet, und dass in geodätischer Höhe unterhalb der Mündung der Inertgaszuleitung (61 ) ein Leitungseintritt (11.1 ) der Dampfleitung (11 ) im Reaktionsraum angeordnet ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (30) einen topfförmigen Sammelbehälter (31 ) aufweist, dass ein Endstück (11.4) der Dampfleitung (11 ) in den Reaktionsraum mündet und dass in geodätischer Höhe unterhalb der Mündung der Dampfleitung (11 ) ein Leitungseintritt (11.1 ) der Dampfleitung im Reaktionsraum angeordnet ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet ,dass ein Druckventil vorgesehen ist, das eine Verbindung zwischen einem gasführenden Bereich und der Umgebung oder einer Kreislaufleitung herstellt, dass bei Erreichen eines Druck-Schwellwertes im gasführenden Bereich das Druckventil öffnet und Inertgas in die Umgebung oder in die Kreislaufleitung abgeleitet wird, wobei das Druckventil vorzugsweise im Strömungsrichtung nach dem Abscheider (40) angeordnet ist.
14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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