способ извлечения твердосплавных зубков из шарошечных долот
| Классы МПК: | E21B10/16 отличающиеся формой или расположением зубьев |
| Автор(ы): | Брыгин Ю.П., Галкин В.Н., Жаравин П.И., Королев А.Н. |
| Патентообладатель(и): | Государственное научно-производственное предприятие взрывных технологий |
| Приоритеты: |
подача заявки:
1992-01-28 публикация патента:
15.01.1994 |
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.
Формула изобретения
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(
)
(2-
1)(11-1)(R1())(1-1) 
11-1}(R1
(R2())
< R()<R)< R (
) < R1 () ;где
- 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;
Cо - скорость звука в жидкости;
Cм - скорость звука в материале;
Cт - скорость звука в твердом сплаве;
K - безразмерный коэффициент, зависящий от соотношения акустических жесткостей жидкости и материала шарошки;
- стационарная скорость детонации взрывчатого вещества;1 - скорость ударной волны в жидкости на границе с материалом шарошки; и 1 - 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.
Описание изобретения к патенту
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())
(R2())
< (1) где - 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;
Со - скорость звука в жидкости;
См - скорость звука в материале шарошки;
Ст - 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;
и 1- 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 Rкр. (
)- 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 критическая поверхность не выходила за границы заряда, т. е. содержалась внутри него. Выражение для Rкр. получено на основе аппроксимирующей формулы для расчета временной ширины пика волны:
= B(X/R3) 
, (2) где - временная ширина пика;В и
- 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
и 1 в этом неравенстве имеют тот же физический смысл, что и в (2), а К есть отношение значения В для материала шарошки к значению В для жидкости. Пример расчета Rкр. () для некоторой шарошки (260 R0122), для = 90о и для заряда из аммонита 6ЖВ. В данном случае: R1 = 0,031 м, R2= 0,054 м, l = 0,01641 м, См = = 5500 м/с, Со = 1500 м/с, Ст = 7500 м/с, V = = 2900 м/с, V1 = 2200 м/с, = 0,3, 1 = 0,2, К = 1,5, тогда получаем Rкр. = 0,011 м = 11 мм. Если по расчетам при некотором получается, что Rкр. > 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.
Класс E21B10/16 отличающиеся формой или расположением зубьев
| буровое шарошечное долото - патент 2522608 (20.07.2014) | |
| буровое шарошечное долото - патент 2520974 (27.06.2014) | |
| буровое шарошечное долото с асимметричной схемой промывки - патент 2520656 (27.06.2014) | |
| зубок шарошечного долота для бурения непроницаемых пород - патент 2517656 (27.05.2014) |  |
| буровое шарошечное долото - патент 2515795 (20.05.2014) |  |
| буровое шарошечное долото - патент 2514021 (27.04.2014) | |
| многоступенчатый шарошечный буровой инструмент - патент 2513650 (20.04.2014) |  |
| буровое шарошечное долото - патент 2509198 (10.03.2014) | |
| буровое шарошечное долото - патент 2509197 (10.03.2014) | |
| шарошечное долото - патент 2508441 (27.02.2014) | |