车间设计—粉末冶金

1、物料平衡计算说明书 计算说明书课 题 年产130吨硬质合金物料平衡计算院（系） 冶金工程学院 专 业 金属材料与热处理技术 班 级 金属101 姓 名 学 号 2012 年 11 月第1章 前 言物料平衡计算是进行硬质合金生产前必不可少的一部分。物料平衡计算的目的是用数学分析的方法计算每一道工序产品与生产该产品所需的原料、辅助材料之间的数量平衡关系。物料平衡计算是确定设备、劳动力、生产面积、运输工具和各种动力等需要量的计算依据。在冶金物料平衡计算中，通常采用两种方法：一种是按工序工艺流程“自上而下”的计算方法，另一种是“自下而上”的计算方法。若规定出工厂的产品数量或在生产过程中若所以返回料和进

2、行残料处理时，一般采用“自下而上”的方法，若规定出原材料处理量则采用“自上而下”的方法比较好。“自上而下”的方法是根据生产过程的工序顺序，从第一个工序开始顺次计算各个工序的成品产量与损失量，最后综合整个生产过程中各个工序的产品数量和所以损失。在这里，我采用的是“自下而上”的计算方法，即根据工艺流程从最终的成品产量开始向上逐步计算出整个生产过程开始所需要的原料为止。工艺流程是：制粉制备混合料压制、半检烧结、加工。所以从产品量开始逐步向上计算。其具体步骤为：（1）由本工序已知的产出量和产出率计算出本工序的进料量。（2）由本工序的可返回损失率和不可返回损失率，计算出本工序的可返回损失量和不可返回损失

3、量。（3）由本工序的进料量和可返回料量计算出本工序的实际进料量。（4）如果本工序实际进料量为多元组分，则应按每一组元的成分的百分数分别计算出它们的进料量。（5）当原材料中金属含量不是100%时，一般应按原料成分直接进行计算。为了简化计算过程也可首先按原料中所含纯金属量进行计算，然后将其计算结果根据金属在原料中的含量换算成原料的进料量。（6）所需数字全部计算完毕后，为了清楚和验算的差错，应分别列出各工序的平衡列表。在平衡表中，进料量总和与出料量总和应该相等。否则说明计算有差错应予以改正使之平衡。整个生产工艺计算完毕后，汇编物料平衡总表，这样既简单又清楚地表示出在每个生产工序甚至整个生产过程中原材

4、料量与产品产量的平衡关系。整个生产过程的物料平衡一目了然。第2章 生产工艺流程2.1生产工艺流程2.1.1生产工艺流程选择硬质合金生产工艺：制粉配料湿磨过滤沉淀干燥过筛掺胶混合干燥擦筛制粒过筛压制干燥半成品加工半检装舟烧结喷砂成品检验包装入库最终工艺流程：YG8：制粉制备混合料压制、半检烧结、加工YS25：制粉制备混合料压制、半检烧结、加工2.1.2生产设备球磨机：用于硬质合金的混合料研磨与混匀，靠电机带动，筒内装有硬质合金球和研磨液，内壁为不锈钢衬板。根据性能，以一定的研磨时间、球料比、装填系数来完成细化粉末与混合均匀。振动干燥器：不锈钢内胆，带蒸气加热、水冷套，偏心轴振动方式；主要用于硬质

5、合金湿磨料的干燥，亦可用于金属、非金属粉湿料的干燥；可为用户配冷凝回收装置。 振动筛：干燥后的混合料要及时过筛，以使混合料松散均匀，便于散热，同时也可除去干燥器壁上落下的少量结块料等筛上物。螺旋混料器：有搅拌混合料的作用，在参胶拌和时使用，目的是使橡胶溶液与混合料按一定的比例均匀的混合。蒸汽干燥柜：参胶混合料中残留大部分溶剂汽油，不能马上制粒，采用蒸汽间接加热一定温度与时间，使汽油挥发。擦碎机：参胶后的混合料团块于擦碎机中进行擦碎过筛，使粉末以颗粒状通过具有一定目数的筛网。制粒机：自动压力机成型时，由于压制速度快，当模腔装料高度一定时，只有混合料的松装密度稳定才能保证制品单重，所以对于自动压力

6、机，粉末必须进行制粒。杠杆压力机和凸轮压力机：在单位功率下所产生的压制压力一般比油压机小，而且行程往往也较油压机小，但单位时间往复次数较油压机多且易实现自动化，适宜生产量大、产品尺寸小的零件制品大规模生产，生产操作简单，操作方便，因此用来生产质量较轻、高度较矮、批量较大的产品。40t、100t油压机：由油泵、阀门、管道系统、主油缸及机架等几部分组成，由电机带动工作，根据产品的尺寸不同调整不同的压力。碳管电阻炉：主要用于钨等金属的碳化，也可用来进行烧结，碳管炉从加热方式来看，也是一种将电流通入碳管，靠其本身的电阻，将电能变成热能的炉子，碳管即是发热元件也是炉膛。真空烧结炉：真空的工作温度一般在6

7、002200，真空度一般在10.0001Pa。零件在真空炉中烧结的优点有易脱气、脱硫、脱氧、及使有害杂质蒸发分离，避免零件氧化。但其工作效率低，热损耗大、操作控制和维修困难。 喷砂机:是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到被需处理工件表面，使工件表面的外表面的机械性能发生变化的一种机器。 2.2原材料2.2.1产品要求YG8和YS25牌号合金的化学成分和性能要求如表2-1、2-2。表2-1 化学成分牌 号化 学 成 分 %CoCO2FeWCTaCYG8YS257.58.24.05.15.45.54.55.30.50.50.20.2余量余量7.58.0表2-2 YG8和YS25合

8、金性能要求合金牌号密度g/cm2抗弯强度不低于N/cm硬度不低于HRA推 荐 用 途YG814.5-14.9160089.5适于铸铁、有色金属等材料加工中，不平整断面和间断切削时的粗加工YS2512.8-13.2200091.0适应于碳素钢、铸钢、高锰钢、高强度钢及合金钢的粗车、铣削和刨削。2.2.2原材料要求原材料要求见表2-3、2-4、2-5、2-6。表2-1 碳化钨粉杂质含量 % 不大于CrCoMoCaSiAlSPAs0.030.010.010.0020.0030.0020.0020.0010.005FWC-1(总碳6.13±0.05，游离碳0.06)FWC-2(总碳5.95&

9、#177;0.05，游离碳0.06)表2-2 钴粉成分和性能牌号Co杂质含量 % 不大于松装密度g/3FSSSmNiCOFeCaFCo10FCo2099.499.40.20.60.030.100.550.500.030.100.010.030.750.851223表2-3 TiO2化学成分 % 不大于TiO2SiO2SO3Fe2O3P2O5CuPb99.50.250.050.10.050.020.001粒度0.1mm(160目)表2-4 炭黑技术条件S %H2O %灰分 %挥发物 %丙酮抽出物 %吸碘量mg/g杂质0.020.50.081.50.031015无第3章 物料平衡计算3.1基本数据

10、 现生产产品为YG80t, YT50t。在选择合理的生产流程后采用“自下而上”的计算方法。日产量的计算：全年工作日数：根据硬质合金厂主要设备的特点，除去设备的检修及停炉的时间，每年实际工作日数定为320天，则日产量为： YG=80×1000320=250（kg）YS=50×1000320=156.25kg表3-1 YG合金的产出率、损失率工序名称损失率（%）总损失率（%）产出率（%）可返回率不可返回率W粉制备WC粉制备混合料制备压制、半检烧结、加工合 计1.91.91.31.31.57.90.40.40.50.20.11.62.32.31.81.51.69.597.797.

11、798.298.598.490.5表3-2 YS合金的产出率、损失率工序名称损失率（%）总损失率（%）产出率（%）可返回率不可返回率CK料制备混合料制备压制、半检烧 结合 计1.04.63.53.712.80.30.50.50.51.81.35.14.04.214.698.794.996.095.885.43.2 YG合金物料平衡计算生产的整个工艺流程可分为五个大工序进行计算。3.2.1烧结加工工序工序产出量：250kg;工序总损失率：1.6%；其中：可回收的损失率1.5%；不可回收的损失率0.1%；工序产出率：98.4%。则：工序进料量=250×10098.4=254.07（kg）

12、可返回料=254.07×1.5%=3.81（kg）不可返回料=254.07×0.1%=0.25（kg）实际进入本工序不含胶压坯量=254.07-3.81=250.26（kg）橡胶量的计算：汽油橡胶溶液的浓度为10.2%，其比重为0.613kg/L。100kg料加入汽油橡胶溶液容量为13.57L。因此，100kg料加入汽油橡胶溶液重量为：13.57×0.613=8.318（kg)。8.313kg的汽油橡胶溶液中含橡胶重量为：8.318×10.2%=0.848（kg）。实际进入本工序的含胶压坯重量=250.26+250.26×0.848100=25

13、2.38（kg），其中橡胶挥发物=250.26×0.848100=2.12(kg)。YG合金烧结工序物料平衡表见表3-3表3-3 YG合金烧结工序物料平衡表5进 料出 料序号物料名称物料量（kg）序号物料名称物料量（kg）12345干燥压坯（含胶）可返回料合计252.383.81256.1912345产品产出量可返回料不可返回料橡胶挥发物合计2503.81 0.252.12256.193.2.2压制半检工序工序产出总量：252.38kg；工序总损失：1.5%；其中：可返回损失率1.3%； 不可返回损失率0.2%； 工序产出率：98.5%。则：进入本工序的的料量：=252.38

14、5;10098.5=256.22（kg）可返回料量：256.22×1.3%=3.33（kg）不可返回料量：256.22×0.2%=0.51（kg）实际进料量：256.22-3.33=252.89（kg）YG合金压制半检工序物料平衡表见表3-4表3-4 YG合金压制半检工序物料平衡表进 料出 料序号物料名称物料量（kg）序号物料名称物料量（kg）1234混合料可返回料合计252.893.33256.221234干燥压坯可返回料不可返回料合计252.383.33 0.51256.223.2.3混料工序工序产出量：252.89kg；工序总损失率：1.8%；其中： 可返回损失率1.

15、3%；不可返回损失率：0.5%。工序产出率：98.2%。则：进入本工序的料量：252.89×10098.2=257.53（kg）可返回料量：257.53×1.3%=3.35（kg）不可返回料量：257.53×0.5%=1.29（kg）混合料中含橡胶量：257.53×0.848100=2.18（kg）混合粉末实际总重量：257.53-3.35-2.18=252kgYG8合金中：含钴量为8.0%； 含碳化钨92%。因此，钴粉进料量：252×8.0%=20.16（kg）碳化钨进料量：245.7×92.0%=231.84（kg）YG合金混合料

16、工序物料平衡表见表3-5。表3-5 YG合金混料工序物料平衡表进 料出 料序号物料名称物料量（kg）序号物料名称物料量（kg）12345金属钴粉碳化钨粉橡胶可返回料合计20.16231.842.183.35257.5312345混合料可返回料不可返回料合计252.893.351.29257.533.2.4碳化钨的生产工序产出量：231.84kg工序总损失率：2.3%；其中：可返回损失率1.9%；不可返回损失率0.4%；工序产出率:97.7%.WC中C含量为6.05%，W含量为93.95%。则：本工序进料量：231.84×10097.7=237.30（kg）可返回料量：237.30&#

17、215;1.9%=4.51(kg)不可返回料量：237.30×0.4%=0.95（kg）实际进料量：237.30-4.51=232.79（kg）实际配碳量：232.79×6.05%=14.08（kg）实际配钨量：232.79×93.95%=218.71（kg）YG合金碳化钨生产物料平衡表见表3-6。表3-6 YG合金碳化钨生产物料平衡表进 料出 料序号物料名称物料量（kg）序号物料名称物料量（kg）1234钨炭黑可返回料合计218.7114.084.51237.301234碳化钨可返回料不可返回料合计231.844.510.95273.303.2.5钨粉生产工序工

18、序产出量：218.71kg；工序总损失率：2.3%其中：可返回损失率1.9%；不可返回损失率0.4%；工序产出率：97.7%。则：金属钨粉进料量：218.71×10097.7=223.86（kg）可返回料量：223.86×1.9%=4.25(kg)不可返回料量：223.86×0.4%=0.90（kg）实际进料量：223.86-4.25=219.61（kg）因为W在WO3中的含量为79%，将W换算成WO3时。WO3的需要量: 219.61×10079=277.99（kg）YG合金金属钨粉生产物料平衡见表3-7表3-7 YG合金金属钨粉生产物料平衡表进 料出

19、 料序号物料名称物料量（kg）序号物料名称物料量（kg）1234WO3中金属钨含量可返回料量合计219.614.25223.861234钨粉可返回料不可返回料合计218.714.25 0.90223.86YG8合金生产物料平衡总表见表3-8.表3-8 YG8合金物料平衡总表编号工序名称进料出料物料名称物料量（kg）物料名称物料量（kg）1烧结干燥压坯可返回料合计252.383.81256.19成品产出量可返回料量不可返回料量橡胶挥发物合计2503.810.252.12256.192压制混合料可返回料合计252.893.33256.22干燥压坯可返回料不可返回料合计252.383.330.512

20、56.223混料钴粉碳化钨粉橡胶可返回料合计20.16231.842.183.35257.53混合料可返回料不可返回料合计252.893.351.29257.534碳化钨生产钨粉炭黑可返回料合计218.7114.084.51237.30碳化钨可返回料不可返回料合计231.844.510.95273.305三氧化钨还原WO3中钨含量可返回料合计219.614.25223.86钨粉可返回料不可返回料合计218.714.250.9223.863.3 YS 合金物料平衡计算生产整个工艺流程分为四大工序进行计算。3.3.1烧结工序工序产出量：156.25kg；工序总损失率：4.2%；其中：可回收的损失率

21、3.7%；不可回收的损失率：0.5%；工序产出率95.8%。则：工序进料量=156.25×10095.8=163.10（kg）可返回料=163.10×3.7%=6.03（kg）不可返回料=163.10×0.5%=0.82（kg）实际进入本工序不含胶压坯量=163.10-6.03=157.07（kg）橡胶量的计算：汽油橡胶溶液的浓度为10.2%，其比重为0.613kg/L。100kg料加入汽油橡胶溶液容量为13.57L。因此，100kg料加入汽油橡胶溶液重量为：13.57×0.613=8.318（kg)。8.313kg的汽油橡胶溶液中含橡胶重量为：8.31

22、8×10.2%=0.848（kg）。实际进入本工序的含胶压坯重量=157.07+157.07×0.848100=158.40（kg），其中橡胶挥发物=157.07×0.848100=1.33(kg)。YS合金烧结工序物料平衡表见表3-9表3-9 YS合金烧结工序物料平衡表进 料出 料序号物料名称物料量（kg）序号物料名称物料量（kg）12345干燥压坯（含胶）可返回料合计158.406.03164.4312345产品产出量可返回料不可返回料橡胶挥发物合计156.256.03 0.821.33164.433.3.2压制半检工序工序产出量：158.40kg；工序总损失

23、量：4.0%；其中：可返回损失率3.5%；不可返回损失率0.5%。工序产出率：96%。则：进入本工序的料量：158.40×10096=165(kg)可返回料量：165×3.5%=5.78(kg)不可返回料量：165×0.5%=0.83（kg）实际进料量：165-5.78=159.22（kg）YS合金压制半检工序物料平衡表见表3-10表3-10 YS合金压制半检工序物料平衡表进 料出 料序号物料名称物料量（kg）序号物料名称物料量（kg）1234混合料可返回料合计159.225.781651234干燥压坯可返回料不可返回料合计158.405.78 0.831653.

24、3.3混料工序工序产出量：159.22kg；工序总损失率：5.1%；其中：可返回损失率4.6%；不可返回损失率0.5%。工序产出率：94.9%。则：进入本工序的料量：159.22×10094.9=167.78（kg）可返回料量：167.78×4.6%=7.72（kg）不可返回料量：167.78×0.5%=0.84（kg）混合料中含橡胶量：167.78×0.848100=1.42（kg）混合粉末实际总进料量：167.78-7.72-1.42=158.64kgYS25合金中，含钴量为8.6%；含钛量为4.8%；复式碳化物中含钛量为11%。因此，钴粉进料量：

25、158.64×8.6%=13.64kg复式碳化物进料量：4.8%×158.6411%=69.22（kg）碳化钨进料量：158.64-13.64-69.22=75.78（kg）YS合金混料工序物料平衡表见表3-11.表3-11 YS合金混料工序物料平衡表进 料出 料序号物料名称物料量（kg）序号物料名称物料量（kg）123456金属钴粉复式碳化物粉碳化钨粉橡胶可返回料合计13.6469.2275.781.427.72167.78123456混合料可返回料不可返回料合计159.227.720.84167.783.3.4 CK料生产工序复式碳化物化学成分技术要求及炉料组成表见表3

26、-12、3-13.表3-12 复式碳化物（CK料）化学成分技术要求表CK料类别化 学 成 分 %Ti总碳游离碳FeTaC4K324K244K294K114K4031.532.523.524.528.529.510.011.239.540.511.011.49.811.211.011.47.58.512.012.70.30.30.30.30.30.30.30.30.30.322.423.417.018.0表3-13 复式碳化物炉料组成牌号TiO2CWCTaC总量4K324K294K1178.0072.833.0034.5033.113.0087.5059.1118.0035.0036.00200

27、200200工序产出量：69.22kg；工序总损失率：1.3%；其中：可返回损失率1.0%;不可返回损失率：0.3%.工序产出率：98.7%。则：本工序的进料量：69.22×10098.7=70.13（kg）可返回料量：70.13×1%=0.70(kg)不可返回料量：70.13×0.3%=0.21（kg）本工序实际进料量：70.13-0.70=69.43（kg）YS25合金的CK料类别为4K11，所以有：TiO2: C: WC:TaC=33:13:118:36所需（TiO2）量的计算：CK料中钛含量为11%；Ti在TiO2中的含量为60%；69.43kgCK料中含

28、Ti量： 69.43×11%=7.64kg7.64kgTi折算成TiO2量：7.64×10060=12.73（kg）所需炭黑量的计算： TiO2+3C=TiC+2CO 80 36 60 56 12.73 xc yTiC zCO 80:36=12.73: xc xc=36×12.7380=5.73(kg) (含炭黑量)同理： yTiC=60×12.7380=9.55（kg） zCO=56×12.7380=8.91（kg）(化学损失)所需（TaC）量的计算：CK料中TaC含量为18%；66.67kgCK料中TaC含量：69.43×18%=

29、12.50（kg）所需 WC=69.43-12.50-9.55=47.38(kg)YS合金中复式碳化物（CK料）生产工序物料表见表3-14表3-14 YS合金复式碳化物生产工序物料平衡表进 料出 料序号物料名称物料量（kg）序号物料名称物料量（kg）123456碳化钨粉炭黑二氧化钛碳化钽可返回料合计47.385.7312.7312.500.7079.04123456复式碳化物可返回料不可返回料化学损失合计69.220.70 0.218.9179.04YS25合金生产物料平衡总表见表3-15表3-15 YS25合金物料平衡总表编号工序名称进料出料物料名称物料量（kg）物料名称物料量（kg）1烧结干燥压坯可返回料合计158.406.03164.43成品产出量可返回料量不可返回料量橡胶挥发物合计156.256.030.821.33164.432压制混合料可返回料合计159.225.78165干燥压坯可返回料不可返回料合计158.405.780.831653混料钴粉复式碳化物碳化钨粉橡胶可返回料合计13.6469.2275.781.427.72167.78混合料可返回料不可返回料合计159.227.720.84167.784复式碳化物生产碳化钨粉炭黑