[发明专利]高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法

说明书

本发明提出一种高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法，通过将紫铜圆筒坯料经过一次热反挤压和一次扩孔即可得到前端帽体成品，具体包括以下步骤：(1)高炉风口前端帽体的热反挤压工艺设计；(2)高炉风口前端帽体的扩孔工艺设计；(3)高炉风口前端帽体的热反挤压工艺优化与模具设计；(4)高炉风口前端帽体的分瓣扩孔模具设计；(5)将紫铜空心圆筒坯料加热至热成形温度，放入反挤压模具中，一次反挤压得到半成品；(6)利用所设计的分瓣扩孔模具，对其中心孔挤压扩孔。该工艺优化设计方法针对性强，使得具有高度差内外锥度筒类的高炉风口用前端帽体成型工艺简单、流程短、成品质量有保障、使用寿命长。

技术领域

本发明属于高炉风口用前端帽体的成型工艺的技术领域，尤其涉及一种高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法。

背景技术

高炉风口用前端帽体，是保证高炉正常生产的关键部件(一般采用紫铜制造,价格较昂贵)，是高炉内鼓风的必经之道，其使用环境极端恶劣,不但要承受约1000℃以上的高温热风，还要承受高温铁流的冲刷和炉料的磨损，因此经常被烧坏，一旦烧坏需要休风更换。这不仅需要大量的备件，也极大的增加工艺成本，并且一旦休风时间过长，会直接影响高炉的的正常工作和生产量。

目前，高炉风口用前端帽体的成型工艺有两种：铸造与挤压。虽然铸造的工艺简单，但是成品有诸多缺陷、质量无法保证、使用寿命短等缺点。目前对于高炉风口用前端帽体的挤压工艺，没有具体的工艺设计方法；也没有利用有限元软件进行数值模拟分析；都是需要要经过2-3次挤压得到半成品，工艺流程冗长；然后采用传统的扩孔方法使得成品尺寸无法保证、成型载荷过大；没有提供一种可靠、短流程的成型工艺及通用的设计方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法，只需要一次反挤压和一次扩孔即可得到前端帽体成品。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：高炉风口前端帽体的短流程挤压成型工艺的优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)高炉风口前端帽体的热反挤压工艺设计，确定挤压件的形状及尺寸参数，得出圆筒坯料的尺寸参数；

S2)高炉风口前端帽体的扩孔工艺设计，对扩孔变形程度进行校核，并计算扩孔变形力的大小；

S3)高炉风口前端帽体的热反挤压模具设计，用有限元软件对高炉风口前端帽体的挤压成型过程进行数值模拟，根据挤压件的形状及尺寸、数值模拟中所确定的模具结构设计热反挤压模具；

S4)高炉风口前端帽体的分瓣扩孔模具设计，根据高炉风口前端帽体成品设计分瓣扩孔模具。

按上述方案，所述步骤S1)中包括如下内容：

S11)挤压件形状的设计，根据高炉风口前端帽体成品的形状，确定挤压件为双层套筒，外层为锥形套筒与帽体成品一致，内层为内孔为圆锥孔的圆柱套筒结构，壁厚从底端到顶端逐渐增加，其高度满足条件：h₁≥h+20，其中，h₁为挤压件内层套筒高度，h为帽体成品内层套筒高度；

S12)挤压件尺寸的计算，挤压件外层锥形套筒尺寸与帽体成品外层套筒一致，内层套筒高度由体积相等原则求得：

D_min＝D_1max，t₀＝t_min

h₁＝y₁-y₀，y₁＝kx₁+b