1、物料平衡計算說明書 計算說明書課 題 年產130噸硬質合金物料平衡計算院（系） 冶金工程學院 專 業 金屬材料與熱處理技術 班 級 金屬101 姓 名 學 號 2012 年 11 月第1章 前 言物料平衡計算是進行硬質合金生產前必不可少的一部分。物料平衡計算的目的是用數學分析的方法計算每一道工序產品與生產該產品所需的原料、輔助材料之間的數量平衡關系。物料平衡計算是確定設備、勞動力、生產面積、運輸工具和各種動力等需要量的計算依據。在冶金物料平衡計算中，通常采用兩種方法：一種是按工序工藝流程“自上而下”的計算方法，另一種是“自下而上”的計算方法。若規定出工廠的產品數量或在生產過程中若所以返回料和進

2、行殘料處理時，一般采用“自下而上”的方法，若規定出原材料處理量則采用“自上而下”的方法比較好。“自上而下”的方法是根據生產過程的工序順序，從第一個工序開始順次計算各個工序的成品產量與損失量，最后綜合整個生產過程中各個工序的產品數量和所以損失。在這里，我采用的是“自下而上”的計算方法，即根據工藝流程從最終的成品產量開始向上逐步計算出整個生產過程開始所需要的原料為止。工藝流程是：制粉制備混合料壓制、半檢燒結、加工。所以從產品量開始逐步向上計算。其具體步驟為：（1）由本工序已知的產出量和產出率計算出本工序的進料量。（2）由本工序的可返回損失率和不可返回損失率，計算出本工序的可返回損失量和不可返回損失

3、量。（3）由本工序的進料量和可返回料量計算出本工序的實際進料量。（4）如果本工序實際進料量為多元組分，則應按每一組元的成分的百分數分別計算出它們的進料量。（5）當原材料中金屬含量不是100%時，一般應按原料成分直接進行計算。為了簡化計算過程也可首先按原料中所含純金屬量進行計算，然后將其計算結果根據金屬在原料中的含量換算成原料的進料量。（6）所需數字全部計算完畢后，為了清楚和驗算的差錯，應分別列出各工序的平衡列表。在平衡表中，進料量總和與出料量總和應該相等。否則說明計算有差錯應予以改正使之平衡。整個生產工藝計算完畢后，匯編物料平衡總表，這樣既簡單又清楚地表示出在每個生產工序甚至整個生產過程中原材

4、料量與產品產量的平衡關系。整個生產過程的物料平衡一目了然。第2章 生產工藝流程2.1生產工藝流程2.1.1生產工藝流程選擇硬質合金生產工藝：制粉配料濕磨過濾沉淀干燥過篩摻膠混合干燥擦篩制粒過篩壓制干燥半成品加工半檢裝舟燒結噴砂成品檢驗包裝入庫最終工藝流程：YG8：制粉制備混合料壓制、半檢燒結、加工YS25：制粉制備混合料壓制、半檢燒結、加工2.1.2生產設備球磨機：用于硬質合金的混合料研磨與混勻，靠電機帶動，筒內裝有硬質合金球和研磨液，內壁為不銹鋼襯板。根據性能，以一定的研磨時間、球料比、裝填系數來完成細化粉末與混合均勻。振動干燥器：不銹鋼內膽，帶蒸氣加熱、水冷套，偏心軸振動方式；主要用于硬質

5、合金濕磨料的干燥，亦可用于金屬、非金屬粉濕料的干燥；可為用戶配冷凝回收裝置。 振動篩：干燥后的混合料要及時過篩，以使混合料松散均勻，便于散熱，同時也可除去干燥器壁上落下的少量結塊料等篩上物。螺旋混料器：有攪拌混合料的作用，在參膠拌和時使用，目的是使橡膠溶液與混合料按一定的比例均勻的混合。蒸汽干燥柜：參膠混合料中殘留大部分溶劑汽油，不能馬上制粒，采用蒸汽間接加熱一定溫度與時間，使汽油揮發。擦碎機：參膠后的混合料團塊于擦碎機中進行擦碎過篩，使粉末以顆粒狀通過具有一定目數的篩網。制粒機：自動壓力機成型時，由于壓制速度快，當模腔裝料高度一定時，只有混合料的松裝密度穩定才能保證制品單重，所以對于自動壓力

6、機，粉末必須進行制粒。杠桿壓力機和凸輪壓力機：在單位功率下所產生的壓制壓力一般比油壓機小，而且行程往往也較油壓機小，但單位時間往復次數較油壓機多且易實現自動化，適宜生產量大、產品尺寸小的零件制品大規模生產，生產操作簡單，操作方便，因此用來生產質量較輕、高度較矮、批量較大的產品。40t、100t油壓機：由油泵、閥門、管道系統、主油缸及機架等幾部分組成，由電機帶動工作，根據產品的尺寸不同調整不同的壓力。碳管電阻爐：主要用于鎢等金屬的碳化，也可用來進行燒結，碳管爐從加熱方式來看，也是一種將電流通入碳管，靠其本身的電阻，將電能變成熱能的爐子，碳管即是發熱元件也是爐膛。真空燒結爐：真空的工作溫度一般在6

7、002200，真空度一般在10.0001Pa。零件在真空爐中燒結的優點有易脫氣、脫硫、脫氧、及使有害雜質蒸發分離，避免零件氧化。但其工作效率低，熱損耗大、操作控制和維修困難。 噴砂機:是采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到被需處理工件表面，使工件表面的外表面的機械性能發生變化的一種機器。 2.2原材料2.2.1產品要求YG8和YS25牌號合金的化學成分和性能要求如表2-1、2-2。表2-1 化學成分牌 號化 學 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、金性能要求合金牌號密度g/cm2抗彎強度不低于N/cm硬度不低于HRA推 薦 用 途YG814.5-14.9160089.5適于鑄鐵、有色金屬等材料加工中，不平整斷面和間斷切削時的粗加工YS2512.8-13.2200091.0適應于碳素鋼、鑄鋼、高錳鋼、高強度鋼及合金鋼的粗車、銑削和刨削。2.2.2原材料要求原材料要求見表2-3、2-4、2-5、2-6。表2-1 碳化鎢粉雜質含量 % 不大于CrCoMoCaSiAlSPAs0.030.010.010.0020.0030.0020.0020.0010.005FWC-1(總碳6.13±0.05，游離碳0.06)FWC-2(總碳5.95&

9、#177;0.05，游離碳0.06)表2-2 鈷粉成分和性能牌號Co雜質含量 % 不大于松裝密度g/3FSSSmNiCOFeCaFCo10FCo2099.499.40.20.60.030.100.550.500.030.100.010.030.750.851223表2-3 TiO2化學成分 % 不大于TiO2SiO2SO3Fe2O3P2O5CuPb99.50.250.050.10.050.020.001粒度0.1mm(160目)表2-4 炭黑技術條件S %H2O %灰分 %揮發物 %丙酮抽出物 %吸碘量mg/g雜質0.020.50.081.50.031015無第3章 物料平衡計算3.1基本數據

10、 現生產產品為YG80t, YT50t。在選擇合理的生產流程后采用“自下而上”的計算方法。日產量的計算：全年工作日數：根據硬質合金廠主要設備的特點，除去設備的檢修及停爐的時間，每年實際工作日數定為320天，則日產量為： YG=80×1000320=250（kg）YS=50×1000320=156.25kg表3-1 YG合金的產出率、損失率工序名稱損失率（%）總損失率（%）產出率（%）可返回率不可返回率W粉制備WC粉制備混合料制備壓制、半檢燒結、加工合 計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合金的產出率、損失率工序名稱損失率（%）總損失率（%）產出率（%）可返回率不可返回率CK料制備混合料制備壓制、半檢燒 結合 計1.04.63.53.712.80.30.50.50.51.81.35.14.04.214.698.794.996.095.885.43.2 YG合金物料平衡計算生產的整個工藝流程可分為五個大工序進行計算。3.2.1燒結加工工序工序產出量：250kg;工序總損失率：1.6%；其中：可回收的損失率1.5%；不可回收的損失率0.1%；工序產出率：98.4%。則：工序進料量=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）實際進入本工序不含膠壓坯量=254.07-3.81=250.26（kg）橡膠量的計算：汽油橡膠溶液的濃度為10.2%，其比重為0.613kg/L。100kg料加入汽油橡膠溶液容量為13.57L。因此，100kg料加入汽油橡膠溶液重量為：13.57×0.613=8.318（kg)。8.313kg的汽油橡膠溶液中含橡膠重量為：8.318×10.2%=0.848（kg）。實際進入本工序的含膠壓坯重量=250.26+250.26×0.848100=25

13、2.38（kg），其中橡膠揮發物=250.26×0.848100=2.12(kg)。YG合金燒結工序物料平衡表見表3-3表3-3 YG合金燒結工序物料平衡表5進 料出 料序號物料名稱物料量（kg）序號物料名稱物料量（kg）12345干燥壓坯（含膠）可返回料合計252.383.81256.1912345產品產出量可返回料不可返回料橡膠揮發物合計2503.81 0.252.12256.193.2.2壓制半檢工序工序產出總量：252.38kg；工序總損失：1.5%；其中：可返回損失率1.3%； 不可返回損失率0.2%； 工序產出率：98.5%。則：進入本工序的的料量：=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）實際進料量：256.22-3.33=252.89（kg）YG合金壓制半檢工序物料平衡表見表3-4表3-4 YG合金壓制半檢工序物料平衡表進 料出 料序號物料名稱物料量（kg）序號物料名稱物料量（kg）1234混合料可返回料合計252.893.33256.221234干燥壓坯可返回料不可返回料合計252.383.33 0.51256.223.2.3混料工序工序產出量：252.89kg；工序總損失率：1.8%；其中： 可返回損失率1.

15、3%；不可返回損失率：0.5%。工序產出率：98.2%。則：進入本工序的料量：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）混合料中含橡膠量：257.53×0.848100=2.18（kg）混合粉末實際總重量：257.53-3.35-2.18=252kgYG8合金中：含鈷量為8.0%； 含碳化鎢92%。因此，鈷粉進料量：252×8.0%=20.16（kg）碳化鎢進料量：245.7×92.0%=231.84（kg）YG合金混合料

16、工序物料平衡表見表3-5。表3-5 YG合金混料工序物料平衡表進 料出 料序號物料名稱物料量（kg）序號物料名稱物料量（kg）12345金屬鈷粉碳化鎢粉橡膠可返回料合計20.16231.842.183.35257.5312345混合料可返回料不可返回料合計252.893.351.29257.533.2.4碳化鎢的生產工序產出量：231.84kg工序總損失率：2.3%；其中：可返回損失率1.9%；不可返回損失率0.4%；工序產出率:97.7%.WC中C含量為6.05%，W含量為93.95%。則：本工序進料量：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）實際進料量：237.30-4.51=232.79（kg）實際配碳量：232.79×6.05%=14.08（kg）實際配鎢量：232.79×93.95%=218.71（kg）YG合金碳化鎢生產物料平衡表見表3-6。表3-6 YG合金碳化鎢生產物料平衡表進 料出 料序號物料名稱物料量（kg）序號物料名稱物料量（kg）1234鎢炭黑可返回料合計218.7114.084.51237.301234碳化鎢可返回料不可返回料合計231.844.510.95273.303.2.5鎢粉生產工序工

18、序產出量：218.71kg；工序總損失率：2.3%其中：可返回損失率1.9%；不可返回損失率0.4%；工序產出率：97.7%。則：金屬鎢粉進料量：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）實際進料量：223.86-4.25=219.61（kg）因為W在WO3中的含量為79%，將W換算成WO3時。WO3的需要量: 219.61×10079=277.99（kg）YG合金金屬鎢粉生產物料平衡見表3-7表3-7 YG合金金屬鎢粉生產物料平衡表進 料出

19、 料序號物料名稱物料量（kg）序號物料名稱物料量（kg）1234WO3中金屬鎢含量可返回料量合計219.614.25223.861234鎢粉可返回料不可返回料合計218.714.25 0.90223.86YG8合金生產物料平衡總表見表3-8.表3-8 YG8合金物料平衡總表編號工序名稱進料出料物料名稱物料量（kg）物料名稱物料量（kg）1燒結干燥壓坯可返回料合計252.383.81256.19成品產出量可返回料量不可返回料量橡膠揮發物合計2503.810.252.12256.192壓制混合料可返回料合計252.893.33256.22干燥壓坯可返回料不可返回料合計252.383.330.512

20、56.223混料鈷粉碳化鎢粉橡膠可返回料合計20.16231.842.183.35257.53混合料可返回料不可返回料合計252.893.351.29257.534碳化鎢生產鎢粉炭黑可返回料合計218.7114.084.51237.30碳化鎢可返回料不可返回料合計231.844.510.95273.305三氧化鎢還原WO3中鎢含量可返回料合計219.614.25223.86鎢粉可返回料不可返回料合計218.714.250.9223.863.3 YS 合金物料平衡計算生產整個工藝流程分為四大工序進行計算。3.3.1燒結工序工序產出量：156.25kg；工序總損失率：4.2%；其中：可回收的損失率

21、3.7%；不可回收的損失率：0.5%；工序產出率95.8%。則：工序進料量=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）實際進入本工序不含膠壓坯量=163.10-6.03=157.07（kg）橡膠量的計算：汽油橡膠溶液的濃度為10.2%，其比重為0.613kg/L。100kg料加入汽油橡膠溶液容量為13.57L。因此，100kg料加入汽油橡膠溶液重量為：13.57×0.613=8.318（kg)。8.313kg的汽油橡膠溶液中含橡膠重量為：8.31

22、8×10.2%=0.848（kg）。實際進入本工序的含膠壓坯重量=157.07+157.07×0.848100=158.40（kg），其中橡膠揮發物=157.07×0.848100=1.33(kg)。YS合金燒結工序物料平衡表見表3-9表3-9 YS合金燒結工序物料平衡表進 料出 料序號物料名稱物料量（kg）序號物料名稱物料量（kg）12345干燥壓坯（含膠）可返回料合計158.406.03164.4312345產品產出量可返回料不可返回料橡膠揮發物合計156.256.03 0.821.33164.433.3.2壓制半檢工序工序產出量：158.40kg；工序總損失

23、量：4.0%；其中：可返回損失率3.5%；不可返回損失率0.5%。工序產出率：96%。則：進入本工序的料量：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）實際進料量：165-5.78=159.22（kg）YS合金壓制半檢工序物料平衡表見表3-10表3-10 YS合金壓制半檢工序物料平衡表進 料出 料序號物料名稱物料量（kg）序號物料名稱物料量（kg）1234混合料可返回料合計159.225.781651234干燥壓坯可返回料不可返回料合計158.405.78 0.831653.

24、3.3混料工序工序產出量：159.22kg；工序總損失率：5.1%；其中：可返回損失率4.6%；不可返回損失率0.5%。工序產出率：94.9%。則：進入本工序的料量：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）混合料中含橡膠量：167.78×0.848100=1.42（kg）混合粉末實際總進料量：167.78-7.72-1.42=158.64kgYS25合金中，含鈷量為8.6%；含鈦量為4.8%；復式碳化物中含鈦量為11%。因此，鈷粉進料量：

25、158.64×8.6%=13.64kg復式碳化物進料量：4.8%×158.6411%=69.22（kg）碳化鎢進料量：158.64-13.64-69.22=75.78（kg）YS合金混料工序物料平衡表見表3-11.表3-11 YS合金混料工序物料平衡表進 料出 料序號物料名稱物料量（kg）序號物料名稱物料量（kg）123456金屬鈷粉復式碳化物粉碳化鎢粉橡膠可返回料合計13.6469.2275.781.427.72167.78123456混合料可返回料不可返回料合計159.227.720.84167.783.3.4 CK料生產工序復式碳化物化學成分技術要求及爐料組成表見表3

26、-12、3-13.表3-12 復式碳化物（CK料）化學成分技術要求表CK料類別化 學 成 分 %Ti總碳游離碳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 復式碳化物爐料組成牌號TiO2CWCTaC總量4K324K294K1178.0072.833.0034.5033.113.0087.5059.1118.0035.0036.00200

27、200200工序產出量：69.22kg；工序總損失率：1.3%；其中：可返回損失率1.0%;不可返回損失率：0.3%.工序產出率：98.7%。則：本工序的進料量：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）本工序實際進料量：70.13-0.70=69.43（kg）YS25合金的CK料類別為4K11，所以有：TiO2: C: WC:TaC=33:13:118:36所需（TiO2）量的計算：CK料中鈦含量為11%；Ti在TiO2中的含量為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）所需炭黑量的計算： 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）(化學損失)所需（TaC）量的計算：CK料中TaC含量為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合金中復式碳化物（CK料）生產工序物料表見表3-14表3-14 YS合金復式碳化物生產工序物料平衡表進 料出 料序號物料名稱物料量（kg）序號物料名稱物料量（kg）123456碳化鎢粉炭黑二氧化鈦碳化鉭可返回料合計47.385.7312.7312.500.7079.04123456復式碳化物可返回料不可返回料化學損失合計69.220.70 0.218.9179.04YS25合金生產物料平衡總表見表3-15表3-15 YS25合金物料平衡總表編號工序名稱進料出料物料名稱物料量（kg）物料名稱物料量（kg）1燒結干燥壓坯可返回料合計158.406.03164.43成品產出量可返回料量不可返回料量橡膠揮發物合計156.256.030.821.33164.432壓制混合料可返回料合計159.225.78165干燥壓坯可返回料不可返回料合計158.405.780.831653混料鈷粉復式碳化物碳化鎢粉橡膠可返回料合計13.6469.2275.781.427.72167.78混合料可返回料不可返回料合計159.227.720.84167.784復式碳化物生產碳化鎢粉炭黑