粉末冶金材料工艺与设备课程设计指导书

粉末冶金材料工艺与设备课程设计指导书指导教师：鲍瑞职称：讲师所在部门：材料科学与工程学院学年学期：2013—2014学年第二学期专业班级：无机非材料学系粉末冶金-1-一、本课程设计的目的与任务该课程设计属于粉末冶金原理及工艺课程，通过典型粉末冶金产品的工艺模拟设计，训练学生综合运用前期所学专业知识的能力，并让学生掌握粉末冶金工艺设计的一般方法，养成从整体上把握、思考工程问题的习惯。为学生实际工程能力的形成打下坚实基础。二、课程设计的基本要求掌握粉末冶金典型工艺设计基本方法，以及工艺配套的附属设施设计选型基本原则，并了解车间、工厂设计的一般原则。三、课程设计选题原则根据课程内容，结合生产选择粉末冶金工程的典型工艺，进行工艺的模拟设计。四、所需具备的基础知识工程制图、粉末冶金原理、机械设计五、设计所需工具和准备工作制图板、绘图工具等，或安装有制图软件的计算机。查阅工厂设计的手册和相关资料。六、粉末冶金工艺课程设计一般方法（一）概论设计是任何一项工程在动工前必先完成的一项技术性很强、而又非常仔细的技术工作。工厂设计的内容一般包括厂址选择、厂区总图及运输，工艺流程的选择，产品方案的设计，物料平衡计算，设备的选型与数量的计算，生产检查与质量控制，理化检测，房屋建筑，工厂动力，采暖通风，劳动组织及定员，工厂经济概算与成本的预算，技术安保与环境保护，及有关生活设施。对所作设计的要求是投资少、建厂快，布局合理，经济技术指标先进，经济效益好。设计任务的来源一般由上级主管部门或地方政府或工矿企业予以委托，以设计任务书的形式下达给设计单位。设计单位接收任务后，指定工程设计的总负责人，会同各有关专业科室的工程负责人组成设计组，开展设计工作。工厂设计一般分为三个阶段进行，即初步设计，技术设计和施工图纸。初步设计是按照工厂设计的有关内容和章节，进行初步的设计和计算，概算其建厂投资是否合理，并对设计中有关的一些基本技术问题作出决策。在初步设计作完之后，必要时，可召开有关专家参加的设计审定会予以审定。技术设计是在批准了初步设计的基础上进行的。其内容和章节与初步设计基本相同。但对初步设计中所提出的问题应当予以修改。各章节比初步设计编制得更详尽、更完善、更准确。要求能作为施工图纸的基础。施工图纸的编制是在初步设计和技术设计的基础上进行的，是前面设计的具体化，其深度以满足施工要求为原则。其内容包括房屋建筑图，设备安装图，各种设施，如电气、供排水、采暖通风收尘等系统安装图，非标准设备的制作加工图。设计者应注意，如有标准设计的，应尽量采用标准设计，而不需另行设计。粉末冶金的工艺设计人员，除了参加粉末冶金工厂的正规设计外，往往还需作一些粉末-2-冶金的车间设计，与主机所需的粉末冶金零件配套生产，如纺织机械厂常设立铁、铜基粉末冶金零件生产车间，刃具量具厂常设立硬质合金生产车间等。粉末冶金的车间设计与工厂设计基本相类似，但又有差别。说它们很相似，是指工厂设计的基本的、主要的内容，车间设计都需要，如工艺流程的选择，产品方案的设计，设备的选型与计算，物料衡算，水、电、汽、气等设施都需要进行设计。说它们有差别，是指车间仅是一个企业的组成部分，设计内容只管车间内部的生产工艺及所需设施，而不牵涉到外部条件和生活福利设施。（二）产品方案制定产品方案的设计包括产品产量、品种、质量、牌号及规格的设计。是粉末冶金工厂设计的重要内容。产品的总产量由设计任务书规定，产品质量按国家标准规定(或企业标准、或用户要求)。具体的产品品种、牌号、规格及数量由工艺设计人员确定。其确定的原则是：1．国内外的现状，生产水平及发展趋势。2．要适合国情，根据市场的需求。3．根据工厂条件，尽量采用新技术，提高质量、增加品种，满足用户的需要。产品方案设计的好坏，直接关系到将来产品的综合利用，产品销售和工厂的经济效益。（三）工艺流程的选择（1）工艺流程及其表示方法所有产品的生产，均需要经过若干个加工工序才能完成。为了清晰和表达的方便，往往将产品加工的各个工序及相应工序的半成品，按加工顺序进行排列，然后，用箭头将它们联系起来，而绘制成图。这种按各工序组成的顺序图，称之为生产工艺流程图。有时将进料中的原料和辅助材料以及出料中的半成品和反应物与返回料的处理方法都一一在图上标明。在图中，流程的开头是待加工的物料或半成品，最末尾是成品。为了使流程图中的加工工序与中间产品能区别开来，可以采用不同的图示符号来表示。其具体表示方法如图一所示。除了“图一”的表示方法之外，还有将工艺流程中各工序所使用的主要设备示意图画出，以形象地表示该工序加工的名称和内容，这种以设备组成的流程图叫设备工艺流程图。（2）工艺流程的选择原则选择工艺流程应采用多种方案，全面地进行技术经济的比较是很有必要的，在比较时应考虑下列原则及要求：1．原材料的特点和性质2．辅助材料的来源、特点和性质3．各项重要的技术经济指标的比较4．原始资料及数据的可靠性5．设备的选型、机械化、自动化-3-6．新老工艺的比较总之，对新工艺流程的要求是，应力争生产效率高、投资少、建厂快、成本低、质量高、技术指标先进、设备容易解决，经济效益好，设计产量能保证。简言之，就是要达到技术上先进、经济上合理、投产后可靠。（3）工艺流程的说明在工艺流程选定和论证之后，除用图示法表示外，还要对流程的各个工序依次作详细的说明，即从流程的第一个工序开始，到流程最终的成品结束。所需要说明的内容大致如下：1．设置该工序的目的和用途。2．对原辅材料的性质、成分、规格及其他要求。3．简单叙述工序的过程实质及物理化学原理。4．简单叙述生产的工艺条件，如温度、压力、保温时间、气体和冷却水的流量，电流密度、电流、电压、功率的大小，溶液浓度、装料量、混合物的成分等。5．简单地叙述加工设备及对设备的要求。6．指出过程及质量控制的因素。7．指出过程中存在的危害性及危险性。在工艺流程叙述之后，常需要拟出生产工艺规程和各工序设备操作规程。不同的产品，其工艺规程也不一样。目前尚无统一的标准格式。但大致的内容包括：1．产品图及技术要求。2．产品生产的详细工艺流程图。3．所用原辅材料的牌号、化学成分、配方及技术要求。4．各工序使用的主辅设备型号、数量，量程范围、精度等级等。5．各工序的工艺控制参数，质量控制指标和控制措施。6．成品性能检查的内容及对包装的要求。所谓操作规程，一般指设备的操作顺序。所制定的操作规程一般包括如下内容：1．设备开动前应检查的内容和注意事项。2．设备启动时的动作顺序。3．设备运行的安全及额定操作指标，如电流、电压、温度、压力、转速、功率、加料量、装料量等。4．设备运行的工艺参数，以满足产品质量的要求。5．设备的正确维护，以保证设备的安全和使用寿命。所写操作规程一般以条文形式列出，避免冗长繁杂，力求简明扼要，易学易记。（四）物料平衡计算（1）物料平衡计算所需的原始资料-4-1．详细的工艺流程图流程图是物料平衡计算的基本依据。由流程图可以看出，整个生产过程中物料运行的路线，生产工序的数量及其相互关系。2．日产量又叫昼夜处理量。该数据的来源，是由设计任务书所规定的该厂的年产量，再除以全年的工作日数即得日产量。这是因为全年任务的完成，必须是每昼夜按计划完成的任务积累所得。日产量=年产量/全年工作日数单位：公斤/日，或吨/日全年工作日数可分为两种情况来考虑。在连续生产的情况下，全年工作日数等于365天减去设备的检修日数。设备的修理一般分为大修、中修、小修与检查。不同的设备其检修的量也不一样。因此，修理日数应根据设备的寿命和生产的实际情况而定，一般的修理日数定为两个月左右，即年工作日数定为280天到330天。粉末冶金工厂大多取300天或330天。在间断生产时，则年工作日数等于365天减去全年的星期天（52天）、国家法定假日及其他停工事件，约为300天左右。不论采用何种工作制度，都应合理地组织生产，充分发挥人的积极因素，例如，采用假日检修，临时抢修等措施，尽量减少检修停工的时间，增加全年工作日数，从而，提高设备的利用率，减少固定资产的投资。3．各工序的产出率和损失率这些数据一般应根据同类企业生产实践中的实际数据，有关文献资料的报道及科学实验的结果，综合考虑确定。在经过努力可以达到的情况下，所定指标应尽量先进。因为，这些指标，是衡量一个设计是否经济合理先进的重要指标之一，但也要根据实际情况，不能盲目追求高指标。工序产出率为某一工序的产量与进入该工序的原料量之比，即%100工序进料量工序产量工序产出率工序的损失率分为两种，因为在生产实践中，各道工序的加工总会有这样或那样的损失，而这些损失，有的是可以在本工序返回处理的，如压制废品，其损失量，即可返回料量与该工序进料量之比称为可返回损失率，其计算公式是：%100该工序进料量工序可返回料量可返回损失率有的损失则是在本工序或本车间不能处理的物料，如烧结废品。或者是本工序不可避免的损失，如还原粉末时的化学损失，操作过程中的机械损失等统称为不可返回损失，其损失量与该工序进料量之比，称为不可返回损失率，即：-5-%100该工序进料量不可返回损失量不可返回损失率由上可知，工序的产出率总大于零而小于1。工序的总损失率等于可返回损失率与不可返回损失率之和。在同一工序中，工序损失率与该工序产出率之和恒为100%。将以上数据按各道工序经过换算或者计算之后，再进行整理，以表格的形式列出，以利查找，例如表1所示。表1YG合金的产出率、损失率（以YG8为例）序号工序名称工序损失率%工序总损失率%工序产出率%可返回损失率不可返回损失率1W粉的制备1.90.42.397.72WC的制备1.90.42.397.73混合料的制备1.30.51.898.24压制、半检1.30.21.598.55烧结、加工1.50.11.698.46总产出率%90.57总损失率%7.91.69.5（2）物料平衡计算的方法、步骤及注意事项首先介绍“自下而上”的计算步骤与方法：1．按实际情况确定年工作日数，根据任务书中规定的年产量计算出日产量（公斤或吨），该日产量即为工艺流程中最后一道工序的产出量。2．由本工序的产出量和产出率计算出本工序的进料量（公斤或吨）。本工序产出率本工序产出量本工序进料量（公斤或吨）3．由本工序已知的可返回损失率与不可返回损失率，计算出本工序可返回损失量、不可返回损失量。即：可返回损失率=本工序进料量×本工序可返回损失率（公斤）不可返回损失量=本工序进料量×本工序不可返回损失率（公斤）4．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，即本工序实际进料量=本工序进料量－本工序可返回料量（公斤）5．如果本工序实际进料为多组成分，则应按每一组分的百分量分别计算出它们的进料量，如例1所示。例1：YT合金生产流程中的复杂碳化物生产工序假设已知条件为：工序产出量：48.69公斤复杂碳化物-6-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%由此可计算：kg33.497.9810069.48本工序的进料量可返回料量=49.33×1%=0.49kg不可返回料量=49.33×0.3%=0.15kg本工序实际进料量=49.33-0.49=48.84kg（复杂碳化物）以上计算所得48.84kg为本工序的实际进料量，其中，0.15kg在生产中被损失掉，故实际产出量为48.69kg。但是，本工序的实际进料不是复杂碳化物，而是由碳化钨、二氧化钛、炭黑按一定比例混合后经本工序加工后所得。因此，以上三种物料要加入的量应分别加以计算，其计算过程如下：所需TiO2量的计算：设复杂碳化物钛含量为23%Ti在TiO2中的含量为60%48.84kg复杂碳化物中含Ti量为：48.84×23%=11.23kg11.23kgTi换算成TiO2量为：11.23×100/60=18.72kg所需炭黑量的计算，根据化学反应式，TiO2+3C=TiC+2CO8036605618.72xc80:36=18.72:xc故，c..kgx36187284280炭黑量同理，.TiC.kg