Thermal recycling VK6M hard alloy wastes when heating by concentrated radiation
A problem of energy and resource safety is actual and scientists and specialists in many countries are presently busy at the decision of it. Processing of industrial wastes with the use of the concentrated solar energy is one of the directions of the problem decision. Wastes of the ВК6М alloy were t...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/117 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871102972694364160 |
|---|---|
| author | Pasichnyi, V. Ostapenko, S. Rohozynskyi, A. Frolov, H. Korchemna, V. |
| author_facet | Pasichnyi, V. Ostapenko, S. Rohozynskyi, A. Frolov, H. Korchemna, V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. Pasichnyi",
"institution": "Frantsevych Institute for Problems of Materials Science, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "S. Ostapenko",
"institution": "Frantsevych Institute for Problems of Materials Science, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "A. Rohozynskyi",
"institution": "Frantsevych Institute for Problems of Materials Science, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "H. Frolov",
"institution": "Frantsevych Institute for Problems of Materials Science, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "V. Korchemna",
"institution": "Frantsevych Institute for Problems of Materials Science, NAS of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Pasichnyi, V. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:10Z |
| description | A problem of energy and resource safety is actual and scientists and specialists in many countries are presently busy at the decision of it. Processing of industrial wastes with the use of the concentrated solar energy is one of the directions of the problem decision. Wastes of the ВК6М alloy were the detail which used before as a matrix in the process of receipt of artificial diamonds.In was exposed for thermal transformation by the radiant flux heating, imitating the concentrated solar radiation, in the optical (arc) furnace of URAN-1. The feature of experiments methodology consisted of that heating of sample was periodically stopped and after cooling scraped off mechanically from his surface layer of oxides, that screens the radiant flux.It is assumed that in case of commercial realization of the process the automatic purging will be organized from oxides, for example, by the method of mutual friction of details at the rotationof them in the crucible.The temperature of the sample was controlled with a help of IR pyrometer in the center of the working zone (focal spot) and supported on the level of 1080±30оС, shutting out a visible melting and evaporation of oxides appearing on a surface.Kinetic descriptions of the process of thermal transformation of material in oxides are got as dependencies of decrease of speed of mass and of linear sizes of detail on a duration of heating in case of periodic stopping of the process for scraping off of oxides from the surface of the sample. The estimation of power expenses and efficiency of the process is conducted. So, the specific expenses of energy on the decrease of the sample average Нмас= 84,4 kJ/kg, on the receipt of the processing product (oxides) of Нокс= 90 kJ/kg.The estimation of the coefficient of efficiency of process ξ квп is offered as an attitude of the amount of the actually got product of material processing toward in theory possible. Іn this case appeared ξ квп = 81,53 %, accordingly losses (shortage of product) were 19,47 %. Size of losses testifies to the necessity of perfection of experiment methodology.Obtained quantitative kinetic and power data relatively transformation of material under the action of the concentrated radiation, in the opinion of authors of work, can serve as a referencepoint for the planning of the economically justified technological process with the use of solar furnaces. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:36:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ НВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 27
УДК 621.762
В.В.Пасічний, канд.техн.наук, С.О.Остапенко, А.А.Рогозинський, Г.О.Фролов, докт.техн.наук,
В.С.Корчемна (Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України, Київ)
Термічна переробка відходів твердого сплаву ВК6М при нагріванні
концентрованим випромінюванням
При нагріванні променистим потоком, що імітує концентроване сонячне випромінювання, в оптичній (дуговій) печі УРАН-1
отримані кінетичні характеристики процесу термічного перетворення в оксиди відходів сплаву ВК6М у вигляді деталі, що
використовувалася раніше як матриця у процесі отримання штучних алмазів. Вивчено швидкості зменшення маси і лінійних
розмірів деталі залежно від тривалості нагріву при періодичній зупинці для скобління оксидів із поверхні зразка. Проведено
оцінку енергетичних витрат і ефективності процесу. Бібл. 6, рис. 4.
Ключові слова: енергозбереження, сонячна енергія, переробка відходів, оптична піч.
Вступ. Утилізація промислових відходів та
енергозбереження – дві взаємно пов’язані про-
блеми сучасної науки та інженерії, над вирішен-
ням яких працює велика кількість вчених і спеці-
алістів різних країн світу. Одним із напрямків
пошукових робіт у цій тематиці є дослідження
можливості використання концентрованої соняч-
ної енергії для термічної переробки промислових
відходів. З цією метою в Інституті проблем мате-
ріалознавства (ІПМ) НАН України впродовж пе-
вного часу використовують високотемпературні
геліоустановки – сонячні печі та їх імітатори –
дугові оптичні печі. Найбільш поширеним
об’єктом дослідження були сплави, що містять
W, Mo, Ni, Cu, Co та інші цінні складові, продук-
ти переробки яких у вигляді оксидів знаходять
застосування в різних галузях промисловості.
В попередніх дослідженнях процесів терміч-
ного перетворення твердих та важких сплавів
відмічалось, що кінетика руйнування матеріалу
залежить у певній мірі не тільки від його хіміч-
ного складу, а й від габаритів та геометричних
форм зразків, технології їх виготовлення та ін-
ших факторів [1–3].
Мета роботи та об’єкт дослідження. Мета
даної роботи полягала у вивченні кінетики тер-
мічного перетворення деталі з твердого сплаву
ВК6М, габарити якої утричі перевищували зону
нагріву концентратора випромінювання. Деталь
належала до оснащення процесу отримання
надтвердих матеріалів (матриця), мала форму
диска діаметром 33,8 мм і товщиною 15,4 мм, з
одного боку якого виготовлено осесиметричне
поглиблення на 5,5 мм по центру з плавним ви-
ходом "на поверхню" на діаметрі 20 мм (рис. 1).
Згідно з даними [4], хімічний склад сплаву ВК6М
наступний: WC – 94%, Co – 6%.
Методика та результати експериментів.
Методика термічної переробки зразка в даному
підрозділі мало чим відрізнялася від раніше опи-
саної [1–3, 5] для зразків інших габаритів та хімі-
чного складу: окиснення без випаровування плюс
періодичне скобління оксидів. Враховуючи роз-
міри зразка, експерименти проводили з викорис-
танням оптичної печі УРАН-1, розмір робочої
зони якої (фокальної плями концентратора про-
меневого потоку) дорівнює 10-12 мм. Зразок ро-
зміщували в зоні нагріву на підкладці з плитки
оптично прозорого кварцу.
Рис. 1. Схема зразка відходів сплаву ВК6М.
© В.В.Пасічний, С.О.Остапенко, А.А.Рогозинський, Г.О.Фролов, В.С.Корчемна, 2016
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ НВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 28
Дослідження термічного перетворення твер-
дих сплавів показали, що на початковому етапі
нагріву процес окиснення зразка протікає досить
активно, але при збільшенні тривалості нагріву
внаслідок об’ємної невідповідності вихідних інг-
редієнтів сплаву продуктам їх окиснення зміню-
ється конфігурація зразка з появою і зростанням
тріщин, розшаруванням оксидів та екрануванням
променевої енергії. Останній фактор після певно-
го накопичення продуктів перетворення матеріа-
лу починає зменшувати швидкість та ефектив-
ність процесу (ефект парасольки). Тож виникає
потреба системного видалення оксидів із поверх-
ні деталі, що піддається термічній обробці.
В даній роботі тривалість циклів нагріву зра-
зка обмежувалась у середньому 30 хвилинами,
після чого проводили примусове очищення пове-
рхні зразка від оксидів скоблінням їх, маючи на
увазі, що в разі реалізації технологічного процесу
переробки відходів операція автоматичного очи-
щення буде передбачена одним із відомих мето-
дів [1] (в іншому випадку процес може не витри-
мати вимог економічності).
На рис. 2 наведені характеристики зменшен-
ня маси зразка після нагріву та накопичення маси
оксидів у залежності від тривалості нагріву.
Зменшення маси зразка показано у вигляді
ступеневої залежності, де кожен ступінь
відповідає в часі операції скобління – очищення
зразка від оксидів і початку чергового циклу його
нагріву. Результати вимірювань маси як зразка,
так і оксидів додавалися послідовно у відпо-
відності з тривалістю нагріву зразка, яка
підсумовувалась.
Рис. 2. Зменшення маси зразка (о) та накопичення
маси оксидів (х) у залежності від тривалості нагріву, яка
послідовно підсумовується; ох – маса зразка після
чергового скобління.
Звертає на себе увагу регулярне підвищення
маси зразка за період кожного циклу від початку
нагріву зразка до його охолодження перед черго-
вим скоблінням за рахунок окиснення металічних
складових сплаву. Дещо значиме збільшення ма-
си зразка після першого циклу пояснюється вихі-
дною "чистотою" поверхні сплаву на відміну від
наступних циклів, коли ручне скобління не до-
зволяло зняти з поверхні зразка всі 100% оксидів.
Аналізуючи умовну криву зміни маси зразка,
можна виділити три зони, де помітно змінюється
швидкість процесу (нахил кривої). Перша зона –
початкова (до 25-30 хв), у якій вихідний матері-
ал зразка більш активно окислювався з поверхні
та ближчих до неї шарів, маючи майже вільний
доступ повітряного кисню. Найбільш стабіль-
ною є зона між сумарними 50-60 та 200 хвили-
нами, де тривалість нагріву після скобління ок-
сидів не перевищувала 30 хв (найчастіше цикли
витримували в межах 25-30 хв). Швидкість зме-
ншення маси зразка в цій зоні дорівнювала бли-
зько 0,27 г/хв. Дещо вище цей показник в остан-
ній зоні: матеріал зразка почав давати тріщини,
що приводило до збільшення площі окислення і
утворення оксидів.
Окремо слід зупинитись на температурному
режимі процесу. Як було зазначено вище, мето-
дика переробки сплаву передбачала недопущення
поверхневого плавлення оксидів, що обмежувало
температуру зразка в робочій зоні. З іншого боку,
ефективність процесу перетворення матеріалу
потребує максимально допустимої температури.
В даному випадку вимірювання температури
поверхні зразка в центрі його робочої зони (фо-
кальної плями дзеркального концентратора) про-
водили за допомогою інфрачервоного швидкоді-
ючого пірометра IGA-100 IMPAC Electronic
GMBH (Німеччина) та з використанням обтюра-
торного пристрою для короткочасного затінення
зразка в момент заміру (більш детальний опис
методики є, наприклад, в [6]). Коефіцієнт чорно-
ти задавали постійним 0,8. Враховуючи, що
розмір робочої зони установки УРАН-1 в межах
потрібної температури дорівнює 10-12 мм, що в 3
рази менше розміру зразка, вважалось доцільним
оцінити, хоча б грубо, розподіл температури за
межами фокальної плями. Заміри проводили кон-
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ НВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 29
тактним способом за допомогою термопари типу
ХА діаметром 0,2 мм при візуальному контролі
недопущення можливого оплавлення в робочій
зоні. Регулювання температури проводили
шляхом зміни вольт-амперного режиму дугової
лампи, що характерно для установки УРАН-1.
Заміри температури проводили 2-3 рази впро-
довж кожного циклу нагріву в трьох точках: на
краю верхньої і нижньої кромок перетину пло-
щин із циліндром та посередині циліндричної
частини зразка (рис. 1).
Вимірювання температур дозволило зробити
певне їх узагальнення. Так, пірометричні заміри в
центрі променевого нагріву показали 1080±30оС.
Термопарні заміри на "периферії" зразка показа-
ли наступне: а) верхня кромка – 1050±30оС; б)
середина циліндричної поверхні – 1040±30оС; в)
нижня кромка – 1000±30оС. Таким чином, можна
зробити висновок, що завдяки досить високій
теплопровідності сплаву ВК6М температура в
об’ємі всього зразка допускала протікання окис-
нення матеріалу, зрозуміло, при наявності кисню.
Це підтвердили очищення поверхні зразка від
оксидів: їх наявність була навіть на донній пове-
рхні, хоч у значно тоншому шарі, незважаючи на
тісний контакт із кварцовою підкладкою.
Певний вплив на інтенсивність перетворення
матеріалу може мати фактор "стартового" нагрі-
ву, тобто тривалість періоду виходу температури
зразка від холодного до робочого (заданого) рів-
ня. Однак чим довший період безперервного на-
гріву, тим менший вплив "старту", до того ж ра-
діаційний нагрів може бути підведений миттєво
(безінерційно). Порівняльний аналіз отриманих
результатів показав, що в даному випадку вплив
тривалості "стартового" нагріву присутній пос-
тійно, оскільки кожному циклу нагріву передува-
ло очищення поверхні зразка від оксидів, а вихід
температури на робочий рівень тривав 3-5 хви-
лин при тривалості циклів від 25 до 60 хв. Інши-
ми словами, в методиці дослідження присутня
постійна величина, яку, можливо, слід врахову-
вати при переносі результатів на інші умови.
На рис. 3 наведено залежність маси оксидів,
що накопичувалась у результаті безперервного
одноциклічного нагріву зразка та скобління його
після охолодження. Тривалість циклів нагріву
була в межах від 7 до 60 хв. Отримана залежність
демонструє досить чітку закономірність розмі-
щення експериментальних точок. На погляд ав-
торів роботи, це свідчить про те, що в межах об-
раної тривалості нагріву (до 60 хв) і температур-
ного режиму протікав однотипний процес перет-
ворення матеріалу зразка в оксиди.
Рис. 3. Накопичення маси оксидів у залежності від
тривалості одноциклового нагріву.
На рис. 4 показано кінетику зміни основних
розмірів зразка – діаметра при вершині та тов-
щини (висоти) після операції скобління.
Рис. 4. Зміна розмірів зразка – діаметра (1) та товщини
(2) в залежності від тривалості нагріву.
Видно, що в результаті перших двох циклів
нагріву обидва розміри дещо збільшились (у се-
редньому на 0,6 мм) – як результат поглибленого
проникнення кисню. Товщина шару оксидів, зня-
того з поверхні зразка після першого і другого
циклів, була в межах 0,3-0,5 мм у залежності від
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ НВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 30
місця розташування. Застосування подальших
циклів нагріву в межах від 100 до 300 хвилин по-
казало досить рівномірне зменшення розмірів
зразка та відповідне збільшення маси оксидів, що
накопичувалась (рис. 2). При подальшому
нарощуванні кількості циклів зменшення
розмірів зразка прискорюється. Причиною цього,
очевидно, є зменшення маси зразка після
чергового скобління і його діаметра в порівнянні
з вихідним розміром на 23% та завдяки цьому –
наближення основної маси зразка до центра
гарячої зони. Таким чином, сумарні 400 хвилин
нагріву дозволили довести, що триразове
збільшення діаметра деталі з твердого сплаву
ВК6М відносно розміру зони нагріву не є
пересторогою для здійснення процесу термічної
переробки в оптичних та сонячних печах.
Зауважимо, що при термічній переробці тве-
рдих сплавів відбувається два взаємно протилеж-
них із точки зору збереження маси процеси: ви-
далення в газовій фазі двоокису вуглецю, що
зменшує кінцеву масу, та накопичення твердих
оксидів металу, маса яких складає корисний за-
лишок процесу і характеризує його ефективність.
Як показав рентгенофазовий аналіз, основними
продуктами термічної переробки твердого сплаву
типу ВК6М є оксиди вольфраму WO3 і WO2,9 та
вольфрамат кобальту СоWO4 такої структури:
WO3 – кристалічна гратка триклінна з
періодами: а = 7,30А, в = 7,52А, с = 7,69А;
WO2,9 – гратка тетрагональна, а = 5,30А,
с = 3,83А;
СоWO4 – гратка моноклінна, а = 4,67А,
в = 5,69А, с = 4,95А, β = 90о.
Аналіз ефективності процесу. Оскільки пе-
реробка відходів від початку націлена на проми-
слово-комерційний характер процесу, доцільно
оцінити його ефективність. Важливими характе-
ристиками процесу перетворення матеріалу є
питомі енерговитрати на отримання корисних
продуктів Нокс та винос матеріалу (зменшення
маси об’єкта) Нмас. Для визначення цих величин
були проведені калориметричні виміри
потужності концентрованого випромінювання за
допомогою приладу ТПИ-2М, що викори-
стовується у практиці лазерних технологій.
Оскільки такі характеристики теплових процесів
залежать від значної кількості супроводжуючих
факторів, то подальше практичне їх використан-
ня може носити більше орієнтовне значення. Роз-
рахунки проводили за формулами (1) та (2), об-
равши середні значення складових величин із
використанням найбільш стабільної частини за-
лежностей, наведених на рис. 2, що відповідають
показникам між 100 і 200 хвилинами тривалості
нагріву:
Нокс = Ne /Vокс , (1)
Hмас = Ne /Vмас , (2)
де Ne = 0,45 кВт – середня потужність
випромінювання; Vокс = 0,3 г/хв – швидкість
накопичення продуктів термічного перетворен-
ня матеріалу; Vмас = 0,32 г/хв – швидкість
зменшення (виносу) маси зразка. Підставляючи
цифрові значення у формули (1) і (2) та узгод-
жуючи розмірності величин, отримали такі
значення питомих затрат: Нокс = 90 кДж/кг;
Hмас = 84,4 кДж/кг.
Серед характеристик ефективності процесу
можуть бути коефіцієнти виходу корисних
продуктів та їх втрати. Чисельно перший із них
дорівнює відношенню суми отриманих продуктів
переробки до теоретично можливої величини.
Різниця між ними буде характеризувати втрати.
Для визначення цих коефіцієнтів потрібно знати
матеріальний баланс хімічних процесів, що
протікають. Виходячи з цього, окиснення сплаву
можна умовно представити двома реакціями, які
в сумі охоплюють весь процес:
WC + 2,5 O2 = WO3 + CO2 , (3)
Co + 0,5 O2 = CoO. (4)
Враховуючи, що сплав ВК6М складається з
94%WC і 6%Co (по масі) [4], знаходимо теоре-
тично можливі вихідні значення маси карбіду
вольфраму GWС і кобальту GСо, які можуть взяти
участь у реакціях: GWС = 0,94 Go г і GСо = 0,06 Go,
де Go – вихідна маса зразка, підданого повній
(без залишку) термічній переробці. В даному ви-
падку за Go приймається різниця між вихідною
масою зразка та його залишком після останнього
циклу нагріву і скобління, тобто маса матеріалу,
втрачена зразком внаслідок термічної обробки.
Використовуючи відомий прийом пропорцій та
реакції (3) і (4), знаходимо вирази для визначення
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ НВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 31
теоретично можливої маси одержуваних оксидів
вольфраму GWO3 і GCoO:
GWO3 = GWС ∙МWO3/МWC = 0,94 Go МWO3/МWC, (5)
GCoO = GCo
.MCoO/MCo = 0,06 Go MCoO/MCo, (6)
де буквою М позначені молекулярні маси
хімічних сполук відповідних індексів.
Підставляючи їх числові значення з таблиці
Менделєєва, а також замінюючи цифри 0,94 і
0,06 на коефіцієнти АWC і АCo, відповідні
хімічному складу зразка матеріалу і, нарешті,
підсумовуючи вирази (3) і (4), отримуємо вираз
для оцінки теоретично можливої сумарної маси
продукту Gтеор як результат термічної переробки
відходів твердого сплаву типу ВК6М:
Gтеор = GWO3 + GCoO = Go (1,18 АWC + 1,27 АCo). (7)
Використовуючи вираз (7) і знаючи величину
початкової маси даного зразка сплаву ВК6М
(Go = 111,48 г), було отримано таке значення:
Gтеор = 132,1484 г. При отриманій експеримента-
льно сумарній масі оксидів Gексп = 107,74 г кое-
фіцієнт корисного виходу продуктів переробки
ξквп = Gексп/Gтеор був обчислений як 81,53%.
Відповідно втрати склали 19,47%. Вони могли
бути викликані селективним випаровуванням
WO3, не затриманим технічними засобами, що
були застосовані, а також втратами при
зважуванні та інших операціях.
Даний підхід дозволяє, очевидно, запропону-
вати узагальнену формулу для визначення теоре-
тично можливого виходу продуктів і
ефективності переробки сплавів більш складного
складу, але досить близьких за характером і
механізмом термічного перетворення:
Gтеор = Go ΣАi MMeOi / MMei, (8)
де Аi – частка i-го металу в складі матеріалу; MMei
– молекулярна маса i-го металу; MMeOi – молеку-
лярна маса оксиду i-го металу.
Висновки. Підсумовуючи результати
проведеної роботи, можна сказати наступне.
Сплав ВК6М, як представник групи твердих
вольфрам-кобальтових сплавів, за механізмом
термічного перетворення під дією концентрова-
ного випромінювання, що імітує сонячний нагрів,
не проявив принципових відмінностей від
поведінки інших сплавів цієї групи, в достатній
мірі близьких за хімічним складом. Доведено, що
триразове перевищення габаритних розмірів
об’єкта нагріву відносно "гарячої" (робочої) зони
при досить високій теплопровідності матеріалу
не є пересторогою для успішної його термічної
переробки. Отримані кількісні кінетичні та
енергетичні дані відносно перетворення
матеріалу під дією концентрованого
випромінювання, що імітує сонячну енергію, на
погляд авторів роботи, можуть служити
орієнтиром для проектування економічно ви-
правданого технологічного процесу з викори-
станням сонячних печей.
Примітка. Рентгенографічний аналіз було
виконано науковим співробітником Рогозинсь-
кою А.О., за що автори висловлюють їй щиру
подяку.
1. Пасичный В.В., Остапенко С.А., Рогозинский А.А.
Особенности переработки отходов мелких деталей из сплава
ВК-8 при концентрированном лучистом нагреве // Сб. Совре-
менные проблемы физич. материаловедения. Вып. 21. – Тру-
ды ИПМ НАН Украины. Серия "Физико-химические основы
технологии порошковых материалов". – Киев : ИПМ НАН
Украины. – 2012. – С. 164–170.
2. Пасічний В.В. Особливості термічної переробки в
сонячній печі відходів із важкого сплаву "великих" розмірів.
// Відновлювана енергетика. – 2013. – № 2. – С. 45–48.
3. Пасичный В.В. О термической переработке отходов
твёрдого сплава ВК8 при нагреве концентрированным сол-
нечным излучением // Альтернативная энергетика и экология.
– 2013. – № 10. – С. 33–37.
4. Андриевский Р.А., Спивак И.И. Прочность туго-
плавких соединений и материалов на их основе // М.: Метал-
лургия, 1989. – 368 с.
5. Пасичный В.В., Остапенко С.А. Термическая пере-
работка в оптической печи отходов твёрдого сплава ВН10.//
Сб. Современные проблемы физич. материаловедения. Вып.
22. – Труды ИПМ НАН Украины. Серия "Физико-химические
основы технологии порошковых материалов". – Киев: ИПМ
НАН Украины. – 2013. – С. 50–55.
6. Пасичный В.В., Паничкина В.В, Радченко П.Я., Ос-
тапенко С.А.,. Гетьман О.И.Методика определения термо-
стойкости керамики с использованием лучистого нагрева //
Проблемы прочности. – 2012. – № 4. – С. 79–87.
REFERENCES
1. Pasichnyy V.V., Ostapenko S.A., Rogozinskiy A.A. Fea-
tures of recycling BK-8 alloy small parts at concentrated radiant
heating // Collection. Modern problems of physical material
studying. Issue. 21. – Trudy IPM NAN Ukrainy. Seriya "Fiziko-
khimicheskie osnovy tekhnologii poroshkovykh materialov"
– Kyiv: IPM NAN Ukrainy. – 2012. – Pp. 164–170. (Rus)
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ НВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 32
2. Pasichnyi V.V. Features of thermal processing of waste of
hard alloy "large" size in a solar furnace // Vidnovliuvana enerhe-
tyka. – 2013. – № 2. – Pp. 45–48. (Ukr)
3. Pasichnyy V.V. About thermal waste carbide BK8 when
heated by concentrated solar radiation // Alternative Energy and
Ecology. – 2013. – № 10. – Pp. 33–37. (Rus)
4. Andrievskiy R.A., Spivak I.I. The strength of refractory
compounds and materials based on them. – М.: Metallurgiya,
1989. – 368 p. (Rus)
5. Pasichnyy V.V., Ostapenko S.A. Thermal processing of
hard alloy waste in an optical furnace HV 10.// Collection Modern
problems of physical material studying. Issue. 22. – Trudy IPM
NAN Ukrainy. Seriya "Fiziko-khimicheskie osnovy tekhnologii
poroshkovykh materialov". – Kiev: IPM NAN Ukrainy. – 2013. –
Pp. 50–55. (Rus)
6. Pasichnyy V.V., Panichkina V.V, Radchenko P.Ya.,
Ostapenko S.A., Getman O.I. Method for determining heat resis-
tance of ceramics with the use of radiant heat // Problemy
prochnosti. – 2012. – № 4. – Pp. 79–87. (Rus)
В.В.Пасечный, канд.техн.наук, С.О.Остапенко, А.А.Рого-
зинский, Г.О.Фролов, докт.техн.наук, В.С.Корчемная
(Институт проблем материаловедения им. И.Н.Францевича
НАН Украины, Киев)
Термическая переработка отходов твердого сплава
ВК6М при нагреве концентрированным излучением
При нагреве лучистым потоком, имитирующим концентри-
рованное солнечное излучение, в оптической (дуговой) печи
УРАН-1 получены кинетические характеристики процесса
термического превращения в оксиды отходов сплава ВК6М
в виде детали, использовавшейся ранее в качестве матрицы
в процессе получения искусственных алмазов. Изучены ско-
рости уменьшения массы и линейных размеров детали в
зависимости от длительности нагрева при периодической
остановке процесса для соскабливания оксидов с поверхно-
сти образца. Проведена оценка энергетических затрат и
эффективности процесса. Библ. 6, рис. 4.
Ключевые слова: энергосбережение, солнечная энергия,
переработка отходов, оптическая печь.
Pasichnyi V.V., Ostapenko S.O., Rohozynskyi A.A., Fro-
lov H.O., Korchemna V.S. (Frantsevych Institute for Problems
of Materials Science, NAS of Ukraine, Kyiv)
Thermal recycling VK6M hard alloy wastes when heating by
concentrated radiation
When heated by radiant flux simulating concentrated solar
radiation in an optical (arc) furnace URANIUM-1 there were
obtained kinetic characteristics of the process of thermal
conversion of oxides wastes of VK6M alloy into the form of an
element previously used as a template when producing artificial
diamonds. There were studied rates of weight decrease and
linear dimensions of the element depending on the duration of
the heating process when the process was recurrently stopped for
scraping oxides off the sample surface. The estimation of energy
costs and process efficiency were done. References 6, figures 4.
Keywords: energy saving, solar energy, wastes recycling, optical
furnace.
SYNOPSES
Problem of energy and resource safety is actual and scien-
tists and specialists in many countries are presently busy at the
decision of it. Processing of industrial wastes with the use of the
concentrated solar energy is one of directions of the problem
decision. Wastes of ВК6М alloy were the detail which used
before as a matrix in the process of receipt of artificial diamonds.
In was exposed for thermal transformation by the radiant flux
heating, imitating the concentrated solar radiation, in the optical
(arc) furnace of URAN-1. The feature of experiments methodol-
ogy consisted of that heating of sample was periodically stopped
and after cooling scraped off mechanically from his surface layer
of oxides, that screens the radiant flux.
It is assumed that in case of commercial realization of
process the automatic purging will be organized from oxides, for
example, by the method of mutual friction of details at the rota-
tion of them in crucible.
The temperature of the sample was controlled with a help
of IR pyrometer in the center of working zone (focal spot) and
supported on the level of 1080±30оС, shutting out a visible melt-
ing and evaporation of oxides appearing on a surface.
Kinetic descriptions of process of thermal transformation
of material in oxides are got as dependences of decrease of speed
of mass and of linear sizes of detail on duration of heating in
case of periodic stopping of process for scraping off of oxides
from the surface of the sample. The estimation of power ex-
penses and efficiency of process is conducted. So, the specific
expenses of energy on the decrease of sample average
Нмас= 84,4 kJ/kg, on the receipt of the processing product
(oxides) of Нокс= 90 kJ/kg.
The estimation of coefficient of efficiency of process ξ квп
is offered as attitude of amount of the actually got product of
material processing toward in theory possible. Іn this case ap-
peared ξ квп = 81,53 %, accordingly losses (shortage of product)
were 19,47 %. Size of losses testifies to the necessity of perfec-
tion of experiment methodology.
Obtained quantitative kinetic and power data relatively
transformation of material under the action of the concentrated
radiation, in opinion of authors of work, can serve as a reference-
point for planning of the economically justified technological
process with the use of solar furnaces.
Стаття надійшла до редакції 18.01.16
Остаточна версія 20.04.16
|
| id | veorgua-article-117 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:00:48Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/56/b53652e14c3757667259e9210c714256.pdf |
| spelling | veorgua-article-1172026-07-18T06:32:10Z Thermal recycling VK6M hard alloy wastes when heating by concentrated radiation Термическая переработка отходов твердого сплава ВК6М при нагреве концентрированным излучением Термічна переробка відходів твердого сплаву ВК6М при нагріванні концентрованим випромінюванням Pasichnyi, V. Ostapenko, S. Rohozynskyi, A. Frolov, H. Korchemna, V. energy saving solar energy wastes recycling optical furnace енергозбереження сонячна енергія переробка відходів оптична піч энергосбережение солнечная энергия переработка отходов оптическая печь A problem of energy and resource safety is actual and scientists and specialists in many countries are presently busy at the decision of it. Processing of industrial wastes with the use of the concentrated solar energy is one of the directions of the problem decision. Wastes of the ВК6М alloy were the detail which used before as a matrix in the process of receipt of artificial diamonds.In was exposed for thermal transformation by the radiant flux heating, imitating the concentrated solar radiation, in the optical (arc) furnace of URAN-1. The feature of experiments methodology consisted of that heating of sample was periodically stopped and after cooling scraped off mechanically from his surface layer of oxides, that screens the radiant flux.It is assumed that in case of commercial realization of the process the automatic purging will be organized from oxides, for example, by the method of mutual friction of details at the rotationof them in the crucible.The temperature of the sample was controlled with a help of IR pyrometer in the center of the working zone (focal spot) and supported on the level of 1080±30оС, shutting out a visible melting and evaporation of oxides appearing on a surface.Kinetic descriptions of the process of thermal transformation of material in oxides are got as dependencies of decrease of speed of mass and of linear sizes of detail on a duration of heating in case of periodic stopping of the process for scraping off of oxides from the surface of the sample. The estimation of power expenses and efficiency of the process is conducted. So, the specific expenses of energy on the decrease of the sample average Нмас= 84,4 kJ/kg, on the receipt of the processing product (oxides) of Нокс= 90 kJ/kg.The estimation of the coefficient of efficiency of process ξ квп is offered as an attitude of the amount of the actually got product of material processing toward in theory possible. Іn this case appeared ξ квп = 81,53 %, accordingly losses (shortage of product) were 19,47 %. Size of losses testifies to the necessity of perfection of experiment methodology.Obtained quantitative kinetic and power data relatively transformation of material under the action of the concentrated radiation, in the opinion of authors of work, can serve as a referencepoint for the planning of the economically justified technological process with the use of solar furnaces. При нагреве лучистым потоком, имитирующим концентрированное солнечное излучение, в оптической (дуговой) печи УРАН-1 получены кинетические характеристики процессатермического превращения в оксиды отходов сплава ВК6М в виде детали, использовавшейся ранее в качестве матрицы в процессе получения искусственных алмазов. Изучены скорости уменьшения массы и линейных размеров детали в зависимости от длительности нагрева при периодической остановке процесса для соскабливания оксидов с поверхности образца. Проведена оценка энергетических затрат и эффективности процесса. При нагріванні променистим потоком, що імітує концентроване сонячне випромінювання, в оптичній (дуговій) печі УРАН-1 отримані кінетичні характеристики процесу термічного перетворення в оксиди відходів сплаву ВК6М у вигляді деталі, що використовувалася раніше як матриця у процесі отримання штучних алмазів. Вивчено швидкості зменшення маси і лінійних розмірів деталі залежно від тривалості нагріву при періодичній зупинці для скобління оксидів із поверхні зразка. Проведено оцінку енергетичних витрат і ефективності процесу. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2016-06-23 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/117 Vidnovluvana energetika ; No. 2 (45) (2016): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 27-32 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2 (45) (2016): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 27-32 Відновлювана енергетика; № 2 (45) (2016): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 27-32 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/117/73 Copyright (c) 2016 V. Pasichnyi, S. Ostapenko, A. Rohozynskyi, H. Frolov, V. Korchemna https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | energy saving solar energy wastes recycling optical furnace Pasichnyi, V. Ostapenko, S. Rohozynskyi, A. Frolov, H. Korchemna, V. Thermal recycling VK6M hard alloy wastes when heating by concentrated radiation |
| title | Thermal recycling VK6M hard alloy wastes when heating by concentrated radiation |
| title_alt | Термическая переработка отходов твердого сплава ВК6М при нагреве концентрированным излучением Термічна переробка відходів твердого сплаву ВК6М при нагріванні концентрованим випромінюванням |
| title_full | Thermal recycling VK6M hard alloy wastes when heating by concentrated radiation |
| title_fullStr | Thermal recycling VK6M hard alloy wastes when heating by concentrated radiation |
| title_full_unstemmed | Thermal recycling VK6M hard alloy wastes when heating by concentrated radiation |
| title_short | Thermal recycling VK6M hard alloy wastes when heating by concentrated radiation |
| title_sort | thermal recycling vk6m hard alloy wastes when heating by concentrated radiation |
| topic | energy saving solar energy wastes recycling optical furnace |
| topic_facet | energy saving solar energy wastes recycling optical furnace енергозбереження сонячна енергія переробка відходів оптична піч энергосбережение солнечная энергия переработка отходов оптическая печь |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/117 |
| work_keys_str_mv | AT pasichnyiv thermalrecyclingvk6mhardalloywasteswhenheatingbyconcentratedradiation AT ostapenkos thermalrecyclingvk6mhardalloywasteswhenheatingbyconcentratedradiation AT rohozynskyia thermalrecyclingvk6mhardalloywasteswhenheatingbyconcentratedradiation AT frolovh thermalrecyclingvk6mhardalloywasteswhenheatingbyconcentratedradiation AT korchemnav thermalrecyclingvk6mhardalloywasteswhenheatingbyconcentratedradiation AT pasichnyiv termičeskaâpererabotkaothodovtverdogosplavavk6mprinagrevekoncentrirovannymizlučeniem AT ostapenkos termičeskaâpererabotkaothodovtverdogosplavavk6mprinagrevekoncentrirovannymizlučeniem AT rohozynskyia termičeskaâpererabotkaothodovtverdogosplavavk6mprinagrevekoncentrirovannymizlučeniem AT frolovh termičeskaâpererabotkaothodovtverdogosplavavk6mprinagrevekoncentrirovannymizlučeniem AT korchemnav termičeskaâpererabotkaothodovtverdogosplavavk6mprinagrevekoncentrirovannymizlučeniem AT pasichnyiv termíčnapererobkavídhodívtverdogosplavuvk6mprinagrívanníkoncentrovanimvipromínûvannâm AT ostapenkos termíčnapererobkavídhodívtverdogosplavuvk6mprinagrívanníkoncentrovanimvipromínûvannâm AT rohozynskyia termíčnapererobkavídhodívtverdogosplavuvk6mprinagrívanníkoncentrovanimvipromínûvannâm AT frolovh termíčnapererobkavídhodívtverdogosplavuvk6mprinagrívanníkoncentrovanimvipromínûvannâm AT korchemnav termíčnapererobkavídhodívtverdogosplavuvk6mprinagrívanníkoncentrovanimvipromínûvannâm |