粉末冶金课程设计最终版图文自然科学

1/1粉末冶金课程设计最终版-图文-自然科学

1

昆明理工高校设计（论文）专用纸

粉末冶金材料工艺与设备

课程设计

题目：年产180吨YG，20吨YT硬质合金生产线的设计

指导老师：鲍瑞

专业班级：材料xxx班

姓名：xxx

学号：20231160xxxx

1

昆明理工高校设计（论文）专用纸

粉末冶金材料工艺与设备

课程设计任务书

题目：年产150吨YG，YT硬质合金生产线的设计要求：

（1）确定产品方案

（2）设计工艺路线

（3）计算物料平衡

（4）计算和选定设备

（5）设计车间平面布置、并绘制平面布置图

（6）确定工厂所需电、水、气的供应

12

昆明理工高校设计（论文）专用纸

名目

粉末冶金材料工艺与设备1名目2第一章概述4

1.1粉末冶金41.2硬质合金5

1.2.1硬质合金进展概况61.3国外硬质合金的讨论进展71.4我国硬质合金的讨论进展81.5先进硬质合金材料9

1.51超粗硬质合金9

其次章工艺流程的选择与论证11

2.1工艺流程图见图11

2.11YG12的工艺流程图112.12YT15的工艺流程图12

第三章物料平衡计算13

3.1年产200吨YG合金的平衡计算13

3.1.1烧结加工工序133.1.2压制半检工序143.1.3混合工序153.1.4碳化钨的制备163.1.5钨粉的制备163.2年产20吨YT15合计的物料平衡的计算18

3.2.1烧结加工工序193.2.2压制半检工序203.2.3混合工序203.2.4复式碳化物的制备213.2.5碳化钨的制备223.2.6钨粉的制备23

第四章设备的选型和计算25

4.1选型原则25

4.1.1生产车间及设备简述254.1.2设备的选型原则254.1.3设备的分类254.1.4设备计算264.2年产180吨YG12的设备选择26

4.2.1还原电炉26

2

13

昆明理工高校设计（论文）专用纸

4..2.2碳化炉28

4.2.3球磨机304.2.4振动过筛机314.2.5成型压力机324.2.6真空烧结炉334.3年产20吨YT15合金的设备选择与计算35

4.3.1还原电炉354.3.2碳化炉364.3.3球磨机384.3.4振动过筛机394.3.5成型压力机40

第五章工厂用电量43

5.1还原炉用电量435.2炭化炉用电量435.3球磨机用电量435.4过筛机用电量435.5压力机用电量445.6烧结炉用电量445.7全产一年的用电量44第六章总结与体会45附录46

3

14

昆明理工高校设计（论文）专用纸

第一章概述

1.1粉末冶金

粉末冶金是一门既古老又现代的材料制备技术。古代炼块铁技术和陶瓷制备技术是粉末冶金的雏形，18～19世纪欧洲采纳粉末冶金法制铂,是古老粉末冶金技术的复兴和近代粉末冶金技术的开端，近代粉末冶金兴起于19世纪末20世纪初，20世纪,粉末冶金进入蓬勃进展时期,各种新材料和新技术层出不穷。至20世纪30年月，粉末冶金整套技术逐步形成，工业生产初具规模，对工艺过程及其机理的讨论也取得了肯定成果。20世纪中期，粉末冶金生产技术进展快速，产品应用领域不断扩大，成为现代工业的重要组成部分。并在此基础上，为适应科学技术飞速进展对材料性能和成形技术提出的更高要求，开发了多项粉末冶金新工艺，包括:热等静压、燃烧合成、快速凝固、喷射成形、机械合金化、粉末注射成形、温压成形、快速全向压制、粉末锻造、热挤压、爆炸固结、大气压力烧结、微波烧结等等。

至今，粉末冶金已成为新材料科学和技术中最具有进展活力的领域之一。粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金的进展曾给人类社会带来一些重要变革，如1909年用粉末冶金制造的钨丝装配成白炽灯，给人类带来了光明；20世纪20年月典型的粉末冶金制品硬质合金问世，使金属切削效率提高了几十倍，引起了机械加工的一次革命；含油轴承的普遍使用引起了机械设计和机械制造业的变革和进步。随着全球工业化的蓬勃进展。粉末冶金行业进展快速,粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航天、航空等领域。粉末冶金材料粉末冶金技术具有显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，适合于大批量生产。此外，部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和难以加工的零件也可用

4

101

昆明理工高校设计（论文）专用纸

粒合金硬度的下降速度远低于晶粒较细或者更不匀称的合金。

在含钴量相同的条件下，与传统的中、粗粒硬质合金相比，超粗、特粗晶粒硬质合金具有极高的导热率，较高的断裂韧性与红硬性，较好的抗疲惫与抗热冲击性能，主要用于极端工况条件下软岩的连续开采与现代化大路、桥梁的连续作业。

铝热法是一种生产超粗晶粒WC的特别方法。它将钨精矿（黑钨精矿和白钨精矿）、扎钢铁鳞、铝粉、CaC2等配料混合，加入少量的高氯酸钾做引燃物。物料发生放热反应，温度高达2500~3000度，反应结束后随炉冷却。生成物上层为铝酸钙渣等，下层为含WC的金属铁块。铁块中含WC65%左右，铁块经清洗破裂后，用热硫酸和盐酸溶液除铁，得到超粗晶WC颗粒。

超粗晶粒硬质合金已广泛应用于矿用凿岩工具、轧辊和冲压模具领域。凿岩用硬质合金的工作环境恶劣．工作对象岩层的状况简单多变，因此其损坏和失效的方式也不一样．讨论发觉凿岩时合金发生失效有下述几种主要形式：冲击疲惫、磨粒磨损和热疲惫。对于硬岩层来说，磨粒磨损程度相对低一些，比如花岗岩(采纳冲击式或旋转冲击式钻机)，合金失效主要由冲击和冲击疲惫导致。合金的抗压强度和抗弯强度直接与合金抗冲击疲惫性能相关；此外，还与合金纯洁度、WC晶粒度和Co相平均自由程相关。

10

111

昆明理工高校设计（论文）专用纸

其次章工艺流程的选择与论证

2.1工艺流程图见图

2.11YG12的工艺流程图

11

121

昆明理工高校设计（论文）专用纸

2.12YT15的工艺流程图

12

131

昆明理工高校设计（论文）专用纸

第三章物料平衡计算

3.1年产200吨YG合金的平衡计算

计算年产180吨YG类硬质合金的烧结车间设计，其中YG类硬质合金为WC-Co(其中Co含量为12%)硬质合金。采纳“自下而上”的方法计算。

日产量的计算：依据硬质合金厂主要设备的特点，除去设备的检修及停炉时间，每年实际工作日数定为330天。

180?1000?545.45(kg)则日产量为：330

产品的产出率及损失率见表。

YG12合金的产出率、损失率表

工序损失率工序总

序

工序名称损失率可返回损

号不行返回损失率（%）

（%）失率（%）123

4567

钨粉的的制备碳化钨的制备混合料的制备压制、半检烧结、加工总损失率（%）总出产率（%）

1.21.21.3

1.21.46.1—

0.30.30.40.20.11.3—

1.51.51.71.41.57.4—

产出率（%）98.998.498.398.698.5—92.6

注：为了简化计算过程，可返回残料的损失率没有单独列出，而把它作为可返回率一同计算。3.1.1烧结加工工序

工序产出量为545.45kg，烧结加工工序的损失量为1.5%，其中可返回量为1.4%，不行返回量为0.1%

计算可得：545.45÷98.5%=553.76（kg）

13

141

昆明理工高校设计（论文）专用纸

不行返回料?553.76?0.1%?0.55(kg)

可返回料?553.76?1.4%?7.75(kg)

实际进入本工序不含胶压坯量=553.76-7.75=546.01(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的重量为：13.57?0.613?8.318(kg)。8.318kg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量：546.01?546.01?0.848?550.64(kg)100546其中橡胶挥发物：.02?0.848?4.63(kg)

100

YG12合金烧结工序物料平衡表见下表

YG12合金烧结工序物料平衡表

进料出料

序

物料名称物料量（kg）序号

号

1干燥压坯（含胶）550.6412可返回料7.7523——34——45合计558.3953.1.2压制半检工序

工序产出量为550.64kg，工序总损失率为1.4%；

其中，可返回损失率1.2%，不行返回损失率0.2%，工序出产率为98.6%。则进入本工序的料量：550.64?100?558.57(kg)98.6可返回料量：558.57?1.2%?6.70(kg)；不行返回料量：558.57?0.2%?1.23(kg)；实际进料量：558.57-6.70=551.87(kg）；

14

物料名称产品产出量

可返回料损失料橡胶挥发物合计

物料量（kg）

545.457.750.554.63558.39

；

151

昆明理工高校设计（论文）专用纸

YG12合金压制半检工序物料平衡表见表

YG12合金压制半检工序物料平衡表

进料出料

序

物料名称物料量（kg）物料名称物料量（kg）

号

混合料551.871产品产出量550.64可返回料6.702可返回料6.70——3损失料1.23合计558.574合计558.57

序

号1234

3.1.3混合工序

工序产出量551.87kg，工序总损失率为1.7；

其中，可返回损失率为1.3%，不行返回损失率为0.4%，工序产出率为98.3%。则进去本工序的料量：551.87?100?561.41(kg)98.3可返回料量：561.41?1.3%?7.30(kg)

不行返回料量：561.41?0.4%?2.24(kg)0.848?561.23?4.76?kg?混合料中含橡胶量：

100混合粉末实际总进料量：561.41-7.30-4.76=549.35（kg）YG12合金中，含钴量为12%，

故，钴粉进料量：549.35?12%?65.92(kg)碳化钨进料量：549.35-65.92=483.43（kg）

YG12合金混合料工序物料平衡表见表。

YG12合金混合料工序物料平衡表

进料出料

序

号12345

15

物料名称金属钴粉

碳化钨粉橡胶可返回料合计

物料量（kg）

65.92484.434.767.30561.41

序号12345

物料名称混合料可返回料损失料—合计

物料量（kg）

551.877.302.24—561.41

161

昆明理工高校设计（论文）专用纸

3.1.4碳化钨的制备

工序产出量484.43kg，工序总损失率为1.5；

其中，可返回损失率为1.2%，不行返回损失率为0.3%，工序产出率为98.5%则进去本工序的料量：484.43?100

?491.81(kg)98.5可返回料量：491.81?1.2%?5.90(kg)不行返回料量：491.81?0.3%?1.48(kg)实际进入的WC的量：491.81-5.90=485.91(kg)

所需的钨的含量：.91?184?456.16(kg)485196

所需的碳的含量485.91?12?29.75(kg)196

YG12合金碳化钨制备工序物料平衡表见表。

YG12合金碳化钨制备工序物料平衡表

进料出料

序

物料名称物料量（kg）物料名称物料量（kg）

号

钨粉456.161产品产出量484.43碳29.752可返回料5.90可返回料5.903损失料1.48合计491.814合计491.81

序

号1234

3.1.5钨粉的制备

工序产出量456.16kg，工序总损失率为1.5；

其中，可返回损失率为1.2%，不行返回损失率为0.3%，工序产出率为98.5%则进去本工序的料量：456.16?100

?463.11(kg)98.5可返回料量：463.11?1.2%?5.56(kg)不行返回料量：463.11?0.3%?1.39(kg)

实际所需的钨粉的量：463.11-5.56=457.55(kg)184所需的三氧化钨的含量：.55?457?576.91(kg)184?16?3

16

171

昆明理工高校设计（论文）专用纸

3?2所需氢气的含量：576.91??14.92(kg)232

3?18576.91??134.28(kg)生成的水的含量：232

YG12合金钨粉是制备工序物料平衡表见表。

YG12合金钨粉的制备工序物料平衡表

进料出料

序

物料名称物料量（kg）物料名称物料量（kg）

号

三氧化钨576.911产品产出量456.16可返回料5.562可返回料5.56氢气14.923损失料1.39——4损失的水134.28合计597.395合计597.39

序

号12345

YG12合金生产物料平衡总表见表。编号

工序名称

YG12合金生产物料平衡总表

进料出料物料名称物料量（kg）物料名称物料量（kg）干燥压坯（含

550.64产品产出量545.45

胶）可返回料7.75可返回料7.75——损失料0.55——橡胶挥发物4.63合计558.39合计558.39混合料551.87产品产出量550.64可返回料6.70可返回料6.70——损失料1.23合计558.57合计558.57碳化钨粉484.43混合料551.87金属钴粉65.92可返回料7.30

17

1烧结

2压制

3

混料

181

昆明理工高校设计（论文）专用纸

橡胶

可返回料合计钨粉碳可返回料合计三氧化钨可返回料氢气—合计

4.767.30561.41456.1629.755.90491.81576.915.5614.92—597.39

损失料—合计产品产出量可返回料损失料合计产品产出量可返回料损失料损失的水合计

2.24—561.41484.435.901.48491.81456.165.561.39134.28597.39

4

碳化钨的制备

5

钨的制备

3.2年产20吨YT15合计的物料平衡的计算

计算年产20吨YT类硬质合金的烧结车间设计，其中YT类硬质合金为WC-TiC-Co(其中TiC的含量为15%，Co含量为6%)硬质合金。采纳“自下而上”的方法计算。

日产量的计算：依据硬质合金厂主要设备的特点，除去设备的检修及停炉时间，每年实际工作日数定为330天。

20?1000?60.61(kg)则日产量为：330

产品的产出率及损失率见表。

YT15合金的产出率、损失率表序

号12

工序名称三氧化钨还原碳化钨的制备

工序总损产出率

可返回损

（%）（%）不行返回损失率（%）失率

失率（%）

1.31.2

18

工序损失率

0.40.3

1.71.5

98.398.5

191

昆明理工高校设计（论文）专用纸

345

678

碳化物制备混合料的制备压制、半检烧结、加工总损失率（%）总出产率（%）

1.11.41.31.47.7—

0.30.30.20.21.7—

1.41.71.51.69.4—

98.698.398.598.4—90.6

注：为了简化计算过程，可返回残料的损失率没有单独列出，而把它作为可返回率一同计算。

3.2.1烧结加工工序

工序产出量为60.61kg，烧结加工工序的损失量为1.6%，其中可返回量为1.4%，不行返回量为0.2%计算可得：60.61÷98.4%=61.60（kg）

不行返回料?61.60?0.2%?0.12(kg)可返回料?61.60?1.4%?0.86(kg)

实际进入本工序不含胶压坯量=61.60-0.86=60.74(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的重量为：13.57?0.613?8.318(kg)。8.318kg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量：60.74?60.74?0.848?61.26(kg)10060其中橡胶挥发物：.74?0.848?0.52(kg)

100

YT8合金烧结工序物料平衡表见下表

YT15合金烧结工序物料平衡表

进料

序号1

出料

物料量（kg）序号

物料名称产品产出量

物料量（kg）

物料名称干燥压坯（含胶）

61.26

1

19

60.61

201

昆明理工高校设计（论文）专用纸

2345

可返回料

—

—

合计

0.86——62.12

2345

可返回料损失料橡胶挥发物合计0.860.120.5262.12

3.2.2压制半检工序

工序产出量为61.26kg，工序总损失率为1.5%；

其中，可返回损失率1.3%，不行返回损失率0.2%，工序出产率为98.5%。则进入本工序的料量：61.26?100?62.20(kg)98.5可返回料量：62.20?1.3%?0.81(kg)；不行返回料量：61.26?0.2%?0.13(kg)；实际进料量：62.20-0.81=61.39(kg）；

YT15合金压制半检工序物料平衡表见表

YT15合金压制半检工序物料平衡表

进料

序号1234

物料名称混合料可返回料—合计

物料量（kg）

61.390.81—62.20

序号1234

出料

物料名称产品产出量可返回料损失料合计

物料量（kg）

61.260.810.1362.20

；

3.2.3混合工序

工序产出量61.39kg，工序总损失率为1.7；

其中，可返回损失率为1.4%，不行返回损失率为0.3%，工序产出率为98.3%。则进去本工序的料量：61.39?100?62.45(kg)98.3

可返回料量：62.45?1.4%?0.87(kg)

不行返回料量：62.45?0.3%?0.19(kg)0.848?62.45?0.53?kg?混合料中含橡胶量：

100混合粉末实际总进料量：62.45-0.87-0.53=61.05（kg）

YT15合金中，TiC的含量为15%，含钴量为6%，

20

211

昆明理工高校设计（论文）专用纸

故，钴粉进料量：61.05?6%?3.66(kg)碳化钛进料量：61.05×15%=9.16（kg）

由于进入工序的是TiC饱和度为28.75%的WC-TiC复式碳化物，可知WC的量是不足的，我们必需额外添加WC的量。

进入工序的WC-TiC的量：9.16÷28.75%=31.86（kg）WC-TiC中的WC的量：31.86-9.16=22.70（kg）所以额外加的WC的量：61.05-3.66-31.86=25.53（kg）YT15合金混合料工序物料平衡表见表。

YT15合金混合料工序物料平衡表

进料

序号12

3456

物料名称金属钴粉复式碳化物

橡胶碳化钨可返回料合计

物料量（kg）

3.6631.860.5325.530.8762.45

序号123456

出料

物料名称混合料可返回料损失料——合计

物料量（kg）

61.390.870.19——62.45

3.2.4复式碳化物的制备

工序的复式碳化物产出量31.86kg，工序总损失率为1.4；

其中，可返回损失率为1.1%，不行返回损失率为0.3%，工序产出率为98.6%则进去本工序的料量：31.86?100?32.31(kg)98.6可返回料量：32.31?1.1%?0.36(kg)不行返回料量：32.31?0.3%?0.10(kg)实际反应生成的料量：32.31-0.36=31.95(kg)要生产31.95kg的复式碳化钨所需要的原料的量复式碳化物中TiC的量：.95?28.75%?9.19(kg)31复式碳化物中WC的量：.95?71.25%?22.76(kg)3180原料中所需的TiO2的量：9.19??12.25(kg)60

12?2原料中所需的碳的含量：9.19??3.68(kg)60

449.19??6.75(kg)60

21

221

昆明理工高校设计（论文）专用纸

生成的二氧化碳的量：

YT15合金复式碳化物的制备工序物料平衡表见表。

YT15合金复式碳化物制备工序物料平衡表

进料

序号1234

5

物料名称碳黑二氧化钛碳化钨可返回料合计

物料量（kg）

3.6812.2522.760.3639.05

序号12345

出料

物料名称复式碳化物可返回料损失料二氧化碳合计

物料量（kg）

31.860.360.106.7539.05

3.2.5碳化钨的制备

工序产出量分为两部分生成复式碳化物的和额外添加的所以有：22.76+25.53=48.29(kg)

工序产出量为48.29，工序总损失率为1.5；,其中，可返回损失率为1.2%，不行返回损失率为0.3%，工序产出率为98.5%。则进去本工序的料量：48.29?100?49.03(kg)98.5可返回料量：49.03?1.2%?0.59(kg)不行返回料量：49.03?0.3%?0.15(kg)实际进入的WC的量：49.03-0.59=48.44(kg)

184所需的钨的含量：

48.44??45.47(kg)196

所需的碳的含量：48.44?12?2.97(kg)196

YT15合金碳化钨制备工序物料平衡表见表。

YT15合金碳化钨制备工序物料平衡表

进料

序号1

出料

序号1

22

物料名称钨粉

物料量（kg）

45.47

物料名称产品产出量

物料量（kg）

48.29

231

昆明理工高校设计（论文）专用纸

23

4

碳可返回料合计

2.970.5949.03

234

可返回料损失料合计

0.590.1549.03

3.2.6钨粉的制备

工序产出量45.47kg，工序总损失率为1.3；

其中，可返回损失率为1.3%，不行返回损失率为0.4%，工序产出率为98.3%则进去本工序的料量：45.47?100?46.26(kg)98.3可返回料量：46.26?1.3%?0.60(kg)