阅读说明：本技术 一种废旧硬质合金辊环循环回收再利用的方法 (Method for recycling waste hard alloy roll collars ) 是由 赵勇 刘和平 于 2020-04-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种废旧硬质合金辊环循环回收再利用的方法,将辊环进行超声波清洗,将放置有整体废旧硬质合金辊环的石墨舟皿一层一层堆放到加热炉中,向抽真空后的加热炉中通入流量为0.3～2.0m<Sup>3</Sup>/h氮气,加热到2000～2200℃,保温1～10h,冷却。用空气锤敲击成≤3cm的碎块放入球磨机中球磨1～3h,球料比为(4～8)：1,圆球直径为10～50mm。用双重筛网将球磨成的过筛料分级,粒径≤180目的细筛料作为低粘接相含量的硬质合金辊环用料,120目≥粒径＞180目的中筛料作为高粘接相含量的硬质合金辊环用料,不能过筛料重新处理。采用有大加热区的加热炉和自主研发的石墨舟皿,可进行整体处理,节约生产成本,使用、更换方便,实用价值高。(The invention discloses a method for recycling waste hard alloy roll collars, which comprises the steps of carrying out ultrasonic cleaning on the roll collars, stacking graphite boats with integral waste hard alloy roll collars in a heating furnace layer by layer, and adding the graphite boats after vacuumizingThe flow rate of the hot furnace is 0.3-2.0 m 3 Heating to 2000-2200 ℃ with nitrogen, preserving heat for 1-10 h, and cooling. And (3) knocking the mixture into fragments less than or equal to 3cm by using an air hammer, and putting the fragments into a ball mill for ball milling for 1-3 h, wherein the ball-material ratio is (4-8): 1, the diameter of the round ball is 10-50 mm. And classifying the ball-milled screened materials by using a double screen, wherein fine screened materials with the grain size of less than or equal to 180 meshes are used as the hard alloy roll collar material with low bonding phase content, medium screened materials with the grain size of more than 120 meshes are used as the hard alloy roll collar material with high bonding phase content, and the screened materials cannot be reprocessed. The heating furnace with a large heating area and the graphite boat which is independently researched and developed are adopted, so that the whole treatment can be carried out, the production cost is saved, the use and the replacement are convenient, and the practical value is high.)

一种废旧硬质合金辊环循环回收再利用的方法

技术领域

本发明涉及一种废旧物的回收/再利用方法，尤其涉及一种应用于高速棒线材轧机机架上的已至报废尺寸不能再使用的废旧硬质合金辊环循环回收再利用的方法。

背景技术

在大中型钢铁企业的高速、高效生产螺纹钢或其它品种钢棒线材的生产线上，硬质合金辊环是目前最好、运用最为普遍的轧辊，它大量配套于预轧机及精轧机机架上，最大特点是抗冲击性能好，耐磨性优秀，已基本取代铸钢、铸铁和高速钢轧辊。

但硬质合金辊环是由昂贵的碳化钨（WC）、镍（Ni)和钴（Co）等贵重金属、采用成本高的粉末冶金工艺制作而成的，因硬质合金辊环使用工况恶劣，原材料为原生料，等级和质量要求高，导致生产成本极高。如何回收或再生利用这些废旧的硬质合金辊环，对硬质合金辊环生产企业或使用单位是一个需解决的难题，更是硬质合金行业的一大痛点和需求。

目前对废旧的硬质合金辊环，第一是使用电解法来处理废旧的硬质合金辊环，此方法存在两大问题：①硬质合金辊环抗冲击性极强，破碎成本高，采用循环多次的“水淬+冲击破碎”方法，生产效率低，碎块大，氧化严重，且引入杂质，人工劳动强度大；②多次球磨剥离碎块表面的碳化钨，碳化钨晶粒细化，并引入了钛、铁等杂质，使杂质成分高，晶粒度差，粒径分布差；③生产成本高，产量低，污染高。第二是采用锌熔法，这是对废旧硬质合金辊环处理方法的次第选择，目前很少使用，它的问题在于：①必须先破碎，成本高，用循环多次的“水淬+冲击破碎”方法，生产效率低，碎块大，引入杂质料，氧化严重；②锌熔过程只能处理表层，需多次球磨剥离表层，循环的“锌熔+球磨”，导致锌、硅、铁含量高，晶粒破碎细化；③虽然此方法生产成本较低，但因原料含锌高，不能作为生产硬质合金辊环的原料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种创新的可将废旧硬质合金辊环循环处理后其回收料满足制造新硬质合金辊环的质量要求及生产的硬质合金辊环循环满足高速棒线材使用要求的废旧硬质合金辊环循环回收再利用的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述的一种废旧硬质合金辊环循环回收再利用的方法，包括辊环超声波清洗、装舟、高温处理、表面清理、机械破碎、球磨、过筛、氧化处理、烧结脆化、再次破碎及过筛、回收，及化验入库。

超声波清洗废旧硬质合金辊环的内外表面，去除内外表面的油物。

把经超声波清洗后的废旧硬质合金辊环装入石墨舟皿中。其过程在于：先在石墨舟皿的内腔底部布置垫层，在垫层的上表面放置第一隔绝板，在第一隔绝板上放有待处理的废旧硬质合金辊环，放置时使废旧硬质合金辊环的轴向中心线与石墨舟皿的轴向中心线重合。在废旧硬质合金辊环的外侧面置有第二隔绝板，将废旧硬质合金辊环与石墨舟皿隔绝。在石墨舟皿和第二隔绝板之间有阻隔层，所述阻隔层选用炭黑粉或石墨粉。阻隔层同废旧硬质合金辊环顶端有高度差为W₂，取W₂=10～30mm。其中垫层为20～30mm厚度的炭黑粉/或石墨粉层，第一隔绝板和第二隔绝板均选用厚度为1～4mm的纸板。

将装有废旧整体硬质合金辊环的石墨舟皿一层一层堆放到加热炉中，堆放时做到使下一层废旧硬质合金辊环的上表面与上一层装有待处理的废旧硬质合金辊环的石墨舟皿间有间隔W₁，取W₁=10～40mm。

将堆放有数量大于等于1的石墨舟皿的加热炉炉门关闭，抽真空。对抽真空后的加热炉通入氮气至大气压，氮气流量控制在0.3～2.0m³/h。将加热炉快速升温至2000～2200℃，保温1～10h，随炉冷却。

经高温处理后膨胀多孔的废旧硬质合金辊环从加热炉中取出，用空气锤敲击成粒径小于等于3cm的碎块，将碎块放入球磨机中球磨，球磨机中的圆球直径等于10～50mm，球料比控制在（4～8）：1，球磨时间1～3h，将碎块球磨成过筛料。

将球磨成的过筛料用双重筛网进行过筛成为粉末料，分级使用：凡粉末料粒径小于等于180目的细筛料作为低粘接相含量的硬质合金辊环用料，而粒径小于等于120目又大于180目的中筛料作为高粘接相含量的硬质合金辊环用料，对于粒径大于120目的不能过筛网的粗料进行氧化+高温处理或电解法处理。所述粘接相含量为（Co+Ni+Cr）Wt%含量。

采用如上技术方案提供的一种废旧硬质合金辊环循环回收再利用的方法，与现有技术相比技术效果在于：①此方法采用了有大加热区的中频感应真空/气氛加热炉，在传统中频感应加热炉基础上，将测温系统更改为光学+热电偶测温，用高抗氧化陶瓷进行电极保护，采用高强石墨制作组装式石墨舟皿，形成封闭加热区；②采用了自主研发的组装式石墨舟皿，用于承载整体式的待高温处理的废旧硬质合金辊环，使用方便，降低了石墨舟皿的成本；③改进了辊环的装舟方式，在加热炉中可以装载多个待处理的废旧硬质废旧硬质合金辊环，节约了处理成本。

附图说明

图1为装有待处理的废旧硬质合金辊环的石墨舟皿一层一层堆放在加热炉中的装炉示意图。

图2为所采用的石墨舟皿外观（立体）示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

本发明所述的一种废旧硬质合金辊环循环回收再利用的方法是将废旧的硬质合金辊环经过一系列处理制成回收料粉末，化验合格后采用粉末冶金方法将合格粉末再利用制成新的硬质合金辊环。其方法包括：将废旧（报废）的硬质合金辊环2进行超声清洗，将清洗好的废旧又待高温处理的硬质合金辊环2装舟、高温处理，除去表面的污物，其后进行机械破碎敲击成碎块，碎块粒度≤3cm，在大直径球磨机中球磨成粉料，将粉料过筛，得到所需回收粉末料，化验入库待用。

如图2所示为石墨舟皿1，是一种自主研发的组装式石墨舟皿，专用于承载待高温处理的废旧硬质合金辊环2。在高温处理过程中如果发生粘舟现象导致石墨舟皿1损坏时，只需更换相应的模块，不需整体更换，既使用方便，又降低了处理成本。

图1所示出为装载有经超声波清洗处理后的废旧（报废）硬质合金辊环2的石墨舟皿1一层一层堆放在加热炉中的位置状态，为局部剖视图，此处所述加热炉可选用有大加热区的中频感应真空气氛炉。先在石墨舟皿1的底部置布垫层3，所述垫层3为撒布在石墨舟皿1内腔底部、厚度为20～30mm的一层炭黑/石墨粉。在垫层3的上表面放置有第一隔绝板4，所述第一隔绝板4可选用1～4mm厚度的纸板，在第一隔绝板4上表面放置有待处理的(圆筒型)废旧硬质合金辊环2。放置废旧硬质合金辊环2时，使废旧硬质合金辊环2的轴向中心线与石墨舟皿1的轴向中心线重合，实现二线合一。

如图1，在废旧硬质合金辊环2的外侧面置有第二隔绝板6，所述第二隔绝板6可选用厚度为1～4mm纸板，第二隔绝板6的作用在于将废旧硬质合金辊环2与石墨舟皿1隔绝。在石墨舟皿1同第二隔绝板6之间有阻隔层5，所述阻隔层5是用石墨粉或炭黑粉填充压实而成的，其作用在于防止高温下废旧硬质合金辊环2部分液化导致粘结石墨舟皿1，因这种粘结可损害石墨舟皿1上的石墨板（即石墨模块）。在第二隔绝板6同石墨舟皿1之间的阻隔层5同废旧硬质合金辊环2的顶端间有高度差W₂，取W₂=10～30mm。

如图1，将装有废旧硬质合金辊环2的石墨舟皿1一层一层堆放到加热炉7的炉膛中，堆放时使下一层废旧硬质合金辊环2的上表面与上一层装有待处理的废旧硬质合金辊环2的石墨舟皿1底板间有间隔W₁，取W₁=10～40mm,确保高温下废旧硬质合金辊环2体积膨胀不与其它的石墨舟皿发生粘结现象。

将堆放有数量大于等于1石墨舟皿1的加热炉7的炉门关闭，抽真空。对抽真空后的加热炉7通入氮气（N）至大气压，氮气流量为0.3～2.0m³/h。所述氮气流量与加热炉门的密封性相关，以废旧硬质合金辊环2经处理后表面为金属光泽、不出现黄绿等颜色为佳。

当通入氮气至大气压后，将加热炉7快速升温至2000～2200℃，保温1～10h，随炉冷却。加热炉7中的温度检测采用光学+热电偶测温，用高抗氧化陶瓷进行电极保护，用高强石墨制作成的石墨舟皿1做封闭加热区，既可防止高温（如2000～2200℃）下镍（Ni）、钴（Co）的挥发而污染加热炉7的炉体，又可实现废旧硬质合金辊环2和炉膛的双加热，保证加热快速，传热迅速。最为重要的是，采用大炉膛的加热炉7后，可在自主研发的石墨舟皿1中直接装载整支待高温加热处理的废旧硬质合金辊环2，不需先行破碎，可大幅度降低电耗。如电耗由碳管炉的6～10Kw.h/kg降低至3Kw.h/kg左右。根据不同牌号的待高温处理的废旧硬质合金辊环2其处理温度略微不同。一般来说，粘接相含量高的废旧硬质合金辊环2，处理温度偏低（如2000℃左右），但处理时间偏长（如4～10h）。所述粘接相含量为（Co+Ni+Cr）Wt%含量。

将高温处理（2000～2200℃/1～10h）冷却后膨胀多孔的废旧硬质合金辊环2从加热炉中取出清理表面后（如除去表面上的石墨或炭黑灰等），用空气锤敲击成碎块（如碎块粒径为≤3cm球体和颗粒），其后将碎块置于（大直径）球磨机中，球磨机中的圆球采用直径为10～50mm的硬质合金圆球，保持球料比为（4～8）：1，球磨时间1～3h,将碎块球磨成过筛料。

用双重筛网将球磨后的过筛料进行过筛，成为粉末料，对粉末料进行分级使用，用于不同牌号的硬质合金辊环用料：凡粒径≤180目的细筛料当作低粘接相含量的硬质合金辊环用料，而粒径介于120目至180目的中筛料当作高粘接相含量的硬质合金辊环用料。所述低粘接相含量为（Co+Ni+Cr）的质量百分含量小于20%，而高粘接相含量为（Co+Ni+Cr）的质量百分含量大于20%。

对于粒径＞120目的不能过筛网的粗料进行氧化+高温处理，即放置于马弗炉升温至800～1000℃氧化1～2h。在进行表面氧化的同时，不至于将碳化钨晶粒粉末化。可将氧化高温处理的处理料与下一批待将处理的废旧硬质合金辊环一同置于加热炉中进行高温处理。另外，对于粒径＞120目（如粒径为10mm左右）的不能过筛的粗料也可采用传统电解/锌熔法进行再处理，因此部分料的内部富含孔洞，粘接相含量高且碳化钨晶粒粗大，非常容易电解/锌熔剥离，所以电解效率高，电解/锌熔产量也高，不易出现钝化现象。

将粒径小于等于180目的细筛料及粒径小于等于120目的又大于180目的中筛料进行成分和碳量分析，包装入库待用。

将粒径大于120目的粉料、颗粒料和细块料(120目筛网筛上料)在马弗炉，大气环境下升温至800～900℃、保温0.5～1.0h，将此部分料进行预氧化，随炉冷却，然后与待处理的废旧辊环一起进行再次高温处理。经过预氧化+高温处理后的筛上料，因其颗粒内部产生了大量的、脆性极强的(CoNi)3W3C及(CoNi)6W6C相，且保留了疏松多孔结构，极易破碎。

将预氧化+高温处理的料块及颗粒，与经过高温处理的废旧硬质合金辊环一起，再经过破碎、球磨、过筛后，按能否过180目、120目筛网，分开使用，当作硬质合金辊环的生产原料。

细筛料和中筛料在经成分和碳量析测后，即可用于硬质合金辊环的生产，对于粒径≤180目的细筛料，因质量较好，晶粒相对较细，通常用于粘接相含量在20%（Wt）以下的（即低粘接相含量）硬质合金辊环的生产，在生产过程中补充所缺物料，调准碳量，即可按正常工艺生产硬质合金辊环；而对粒径小于等于120目而大于180目的中筛料，一般用于高粘接相牌号的硬质合金辊环的生产，在生产过程可以适当掺入一部分（如按质量比在0～50%之间）原生料，以改善硬质合金辊环性能。

成型剂可选择PEG、橡胶或石蜡，但为了提升压坯质量，最佳适用PEG或橡胶作为成型剂。

用如上所述细筛料或中筛料生产的硬质合金辊环，其性能为：密度=12.6～14.5±0.05g/cm³、硬度=78～88HRA、抗弯强度=2100～2800MPa、抗压强度=3000～3400MPa、过钢量=700～8000t(不同牌号，不同轧机架次，过钢量差异较大)，粘接相含量（Co+Ni+Cr）=10～30%，可见，其性能并不亚于用原生料制作的硬质合金辊环。

实施例1

将废旧硬质合金辊环2进行超声波清洗处理，整体放置到石墨舟皿1内腔中的第一隔绝板4上。将装有废旧硬质合金辊环2的石墨舟皿1一层一层堆放到加热炉7中。关闭炉门，向抽真空后的加热炉7通入氮气至大气压，氮气流量控制在0.6m³/h，升温至2000℃，保温时间4h，随炉冷却。把经高温处理后的废旧硬质合金辊环2用空气锤敲击成粒径≤3cm的碎块，放入球磨机中球磨，选用直径为10～50mm的圆球，球料比控制在4：1，球磨时间3h。对球磨后的过筛料用双重筛网过筛，取粒径小于等于120目而大于180目中细筛料再利用制作硬质合金辊环，这种硬质合金辊环的材质密度为13.5g/cm³、硬度=82HRA、抗弯强度=2280MPa、抗压强度=3120MPa及粘接相含量（Co+Ni+Cr）Wt%=20，过钢量达1342t,满足使用要求。

实施例2

将废旧硬质合金辊环2进行超声清洗处理，整体放置到石墨舟皿1内腔中的第一隔绝板4上。将装有废旧硬质合金辊环2的石墨舟皿1一层一层堆放到加热炉7中，同时，将经过了高温处理和破碎过筛时120目筛网的筛上颗粒料放置于此辊环的内孔处，关闭炉门，向抽空后的加热炉7中通入氮气至大气压，氮气流量控制在1.1m3/h,升温至2200℃，保温2h随炉冷却。把经高温处理后的废旧硬质合金辊环2用空气锤敲击成粒径≤3cm的碎块，放入球磨机中球磨，选用直径为20～40mm的圆球，球料比控制在5：1，球料时间2h。对球磨后的过筛料用双重筛网过筛，取粒径小于等于180目的细筛料再利用制作硬质合金辊环，这种硬质合金辊环的材质密度为14.0g/cm³、硬度=84HRA、抗弯强度=2410MPa、抗压强度=3300MPa、粘接相含量（Co+Ni+Cr）Wt%=15，过钢量达3472t，满足使用要求。