СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ЗУБКОВ ИЗ ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ Российский патент 1994 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к переработке скрапа для разделения цветных и черных металлов и может быть использовано при извлечении твердосплавных зубков из буровых шарошечных долот и достижения высокой степени разделения металлов по маркам.

Известен способ извлечения зубков из отработанных шарошечных долот, включающий снятие прессовых напряжений в соединительных отверстиях под зубки корпуса шарошки и ударное воздействие на него путем заполнения шарошки с остатком цапфы жидкостью и последующего воздействия на жидкость взрывом через прокладку [1] .

К его недостаткам следует отнести то, что при этом все долото в целом не разбирается на отдельные марки металла, возникает необходимость отрезания шарошки от долота, что является трудоемким и энергоемким процессом, приводящим к тому, что полость шарошки оказывается частично заполненной остатками цапфы и замковым элементом. Это позволяет произвести взрыв только с наружной стороны шарошки, а поскольку при ударно-волновых процессах в отличии от квазистатических давлений в жидкости не передается равномерно во всех направлениях, то зубки испытывают нагрузки, и перпендикулярные их оси, что приводит их к нарушениям внутренней структуры, полному разрушению и невозможности повторного использования.

Известен способ извлечения твердосплавных зубков из отработанных шарошечных долот, включающий термическое и затем ударное воздействие на шарошечные долота и сбор выпавших из гнезд твердосплавных зубков. Перед термическим воздействием долото следует расколоть [2] .

К недостаткам данного способа следует отнести: большую энергоемкость, трудоемкость и сложность оборудования (высокочастотная нагревающая установка, дробилки, пресс, стол для удержания несимметричных кусков частично расколотого долота, чтобы добиться отделения шарошки), неполное выделение твердого сплава, повреждения внутренней структуры зубков из-за их нагрева и невозможность их повторного использования, неполное разделение металлов по маркам.

Цель изобретения - снижение энергоемкости и трудозатрат на извлечение зубков, повышение степени разделения металлов по маркам и сохранение исходных свойств зубков.

Это достигается тем, что разборку каждого долота осуществляют в две стадии, при этом на первой стадии полость долота заполняют жидкостью, вводят заряд взрывчатого вещества и производят его инициирование, разделяя между собой лапы, на второй стадии производят отделение шарошки от лапы, для чего размещают и инициируют между лапой и шарошкой у замкового элемента накладной сосредоточенный заряд, а ударное воздействие на корпус шарошки осуществляют взрывом заряда взрывчатого вещества, который размещают в полости шарошки, предварительно заполненной жидкостью.

Извлечение твердосплавных зубков по предложенному способу производят следующим образом.

Заполняют жидкостью, например, эластичный пакет, помещают в него заряд взрывчатого вещества. Пакет располагают во внутренней части (в полости) между лапами бурового долота и производят взрыв. Исходя из механических свойств бурового долота концентрация взрывной нагрузки в основном происходит на сварных соединениях между лапами. По линиям соединения лап бурового долота появляются трещины, которые затем под воздействием массовой скорости несжимаемой жидкости и продуктов детонации начинают расширяться и буровое долото разделяется на отдельные лапы без отколов.

Далее берут отдельную лапу с шарошкой, прикрепляют к боковой поверхности в нише на тыльной поверхности лапы у замкового элемента ограждение для накладного заряда. Затем со стороны ниши размещают несимметричный заряд, монтируют узел инициирования для обеспечения направленного отрыва шарошки, и производят взрыв. Первая волна формирует часть усилия отрыва шарошки с замковым элементом (подшипником) с цапфы. Отраженная от выступа лапы волна усиливает этот процесс, формируя вторую часть усилия отрыва и разрушая кольцевые буртики на цапфе, сбрасывает шарошку с цапфы. После взрыва полость шарошки оказывается освобожденной от имеющихся в ней в исходном состоянии деталей (шарики замка и ролики подшипника). Для ударного воздействия на корпус шарошки в полость шарошки, установленной, например, в песке, заливают жидкость, например воду, для лучшей передачи импульсной нагрузки и рассчитывают заряд, располагаемый в жидкости исходя из следующих параметров: толщина шарошки в местах расположения рядов зубков, ее диаметры в данных местах, углы, под которыми расположены зубки, высота полости, толщина слоя жидкости между поверхностью заряда и внутренней поверхностью шарошки, тип заряда и место его инициирования, скорость детонации, коэффициенты затухания в разных средах, энергетические характеристики взрывчатого вещества. Все эти параметры вместе влияют на конкретный зубок посредством энергетического воздействия и времени действия. Как показали теоретически и экспериментальные исследования, выделяемая большинством распространенных взрывчатых веществ энергия вполне достаточна для выбивания зубков, поэтому главный фактор - время действия нагрузки. Путем варьирования по расчету теми параметрами из перечисленных, которые можно изменять, достигают такого соотношения времени действия нагрузки на зубки и на гнезда шарошки, в которой они посажены, чтобы зубки успели вылететь из корпуса шарошки до того, как обратный процесс сжатия шарошки не привел к зажиму зубков. В противном случае наблюдается зажатие задних частей зубков и откол передних, имеющих значительную массовую скорость. Кроме того, рассчитывается оптимальная точка инициирования с тем, чтобы направление ударных волн к каждому зубку было к его оси достаточно близко для того, чтобы зубки могли без помех вылететь.
Главный фактор - время действия нагрузки - регулируется выбором формы и размера заряда по неравенству, описывающему поверхность заряда
l U(R₁(α))(R₂(α)) < (1) где α - угол в полярных координатах в системе координат с центром в точке инициирования заряда и осью, совпадающей с осью шарошки, а плоскость системы координат - любая, содержащая ось;
R - модуль радиуса-вектора поверхности заряда;
l - длина зубка;
С_о - скорость звука в жидкости;
С_м - скорость звука в материале шарошки;
С_т - скорость звука в твердом сплаве;
К - безразмерный коэффициент, зависящий от соотношения акустических жесткостей жидкости и материала шарошки;
V - стационарная скорость детонации взрывчатого вещества;
V₁ - скорость ударной волны в жидкости на границе с материалом шарошки;
β и β₁- безразмерные коэффициенты, учитывающие затухание волны из-за вязкости среды в жидкости и в материале шарошки соответственно;
R₁ - модуль радиуса-вектора внутренней поверхности шарошки;
R₂ - модуль радиуса-вектора внешней поверхности шарошки.

Левая часть неравенства (1) есть R_кр. (α)- критическая поверхность заряда. Поэтому форма заряда выбирается таким образом (как правило, цилиндрическая или соединение двух цилиндров с разными диаметрами - в целях обеспечения простоты изготовления), чтобы при любом значении αкритическая поверхность не выходила за границы заряда, т. е. содержалась внутри него.

Выражение для R_кр. получено на основе аппроксимирующей формулы для расчета временной ширины пика волны:
θ= B(X/R₃)^β, (2) где θ - временная ширина пика;
В и β - безразмерные коэффициенты, учитывающие акустическую жесткость и вязкость среды соответственно;
Х - текущая координата (расстояние от точки инициирования);
R₃ - радиус заряда;
c - скорость звука в данной среде.

Если формулу (2) написать для двух сред: жидкости и материала шарошки, учесть ширину пика детонационной волны, время прохождения волны по зубку, а также учесть все граничные условия, то нетрудно получить неравенство (1), причем β и β₁ в этом неравенстве имеют тот же физический смысл, что и β в (2), а К есть отношение значения В для материала шарошки к значению В для жидкости.

Пример расчета R_кр. (α) для некоторой шарошки (260 R0122), для α = 90^о и для заряда из аммонита 6ЖВ. В данном случае: R₁ = 0,031 м, R₂= 0,054 м, l = 0,01641 м, С_м = = 5500 м/с, С_о = 1500 м/с, С_т = 7500 м/с, V = = 2900 м/с, V₁ = 2200 м/с, β = 0,3, β₁ = 0,2, К = 1,5, тогда получаем R_кр. = 0,011 м = 11 мм.

Если по расчетам при некотором α получается, что R_кр. > R₁, то следует изменить тип взрывчатого вещества, жидкость или место инициирования.

После расчета заряд изготавливается, устанавливается в нужном месте полости и взрывается.

Наконец, путем просеивания песка извлекаются, а затем очищаются, например, промывкой зубки и возможные осколки черного металла и весь металл сортируется по маркам.

В зависимости от задач, которые стоят при извлечении зубков, выбирается окружающая среда для шарошек. Когда необходимо сохранить зубки целыми, то среда - вязкая. В случае, когда в качестве конечной продукции требуется порошок твердого сплава, используется жесткая преграда вокруг шарошки, при ударе о которую зубки приобретают нарушения внутренней структуры и трещины и легче поддаются дроблению до нужной фракции.

В зависимости от места проведения взрывных работ и ограничений, накладываемых на массу одновременно взрываемого взрывчатого вещества выбирается соответствующая условиям схема цепи подрыва нескольких зарядов (групп зарядов), что существенно повышает производительность труда.

Реализация указанного способа в экспериментальных условиях показала, что цели изобретения достигнуты, т. е. снижены энерго- и трудозатраты на извлечение зубков, повышена почти до 100% степень разделения металлов по маркам и сохраняются исходные свойства зубков (когда это необходимо), которые становятся пригодными для повторного использования. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1121374, кл. Е 21 В 10/16, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР N 1250593, кл. Е 21 В 10/08, 1984.

Использование: переработка скрапа с целью разделения цветных и черных металлов при извлечении твердосплавных зубков из буровых шарошечных долот, а также для достижения высокой степени разделения металлов по маркам. Сущность: в способе извлечения твердосплавных зубков из шарошечных долот разборку каждого долота осуществляют в две стадии. На первой стадии полость долота заполняют жидкостью. Затем вводят в жидкость заряд взрывчатого вещества и производят его инициирование для разделения между собой лап. На второй стадии размещают и инициируют между лапой и шарошкой у замкового элемента накладной сосредоточенный заряд для отделения шарошки от лапы, ударное воздействие на корпус шарошки осуществляют путем заполнения полости шарошки жидкостью. Затем в жидкости размещают и инициируют заряд взрывчатого вещества, форма и размер заряда, размещенного в полости шарошки, выбирается в соответствии с неравенством, описывающим поверхность заряда и приведенным в описании. Перед ударным воздействием шарошку могут помещать внутрь жесткой преграды или в вязкую среду. Заряды каждой стадии разборки долот и ударного воздействия на корпус шарошки нескольких долот могут быть соединены в единую цепь. Заряды могут быть взорваны последовательно или группами. 9 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ЗУБКОВ ИЗ ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ, включающий разборку долот, ударное воздействие на корпус шарошки и сбор выпавших из гнезд твердосплавных зубков, отличающийся тем, что разборку каждого долота осуществляют в две стадии, на первой из которых полость долота заполняют жидкостью, вводят в жидкость заряд взрывчатого вещества и производят его инициирование для разделения между собой лап, на второй стадии размещают и инициируют между лапой и шарошкой у замкового элемента накладной сосредоточенный заряд для отделения шарошки от лапы, а ударное воздействие на корпус шарошки осуществляют путем заполнения полости шарошки жидкостью с последующим размещением и инициированием в жидкости заряда взрывчатого вещества. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что форма и размер заряда, размещенного в полости шарошки, выбираются в соответствии с неравенством, описывающим поверхность заряда
l(α) ν^(2-β1⁾ν(1

^β1^-1)(R₁(α))^β(β1^-1) ×
× ν₁1^-1}(R1 ×(R₂(α)) < R(α)<R₁(α)
< R (α) < R₁ (α) ;
где α - угол в полярных координатах в системе координат с центром в точке инициирования заряда и осью, совпадающей с осью шарошки, а плоскость системы координат - любая, содержащая ось;
R - модуль радиус-вектора поверхности заряда;
l - длина зубка;
C_о - скорость звука в жидкости;
C_м - скорость звука в материале;
C_т - скорость звука в твердом сплаве;
K - безразмерный коэффициент, зависящий от соотношения акустических жесткостей жидкости и материала шарошки;
ν - стационарная скорость детонации взрывчатого вещества;
ν₁ - скорость ударной волны в жидкости на границе с материалом шарошки;
β и β₁ - безразмерные коэффициенты, учитывающие затухание волны из-за вязкости среды в жидкости и в материале шарошки соответственно;
R₁ - модуль радиуса-вектора внутренней поверхности шарошки;
R₂ - модуль радиуса-вектора внешней поверхности шарошки. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что перед ударным воздействием шарошку помещают в вязкую среду. 4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что перед ударным воздействием шарошку помещают внутрь жесткой преграды. 5. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что заряды каждой стадии разборки долот и ударного воздействия на корпус шарошки нескольких долот соединяют в единую цепь. 6. Способ по пп. 1,2 и 4, отличающийся тем, что заряды каждой стадии разборки долот и ударного воздействия на корпус шарошки нескольких долот соединяют в единую цепь. 7. Способ по пп. 1, 2, 3 и 5, отличающийся тем, что заряды взрывают последовательно. 8. Способ по пп. 1, 2, 4 и 6, отличающийся тем, что заряды взрывают последовательно. 9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что заряды взрывают группами. 10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что заряды взрывают группами.