摘 要

风口冒头作为炼钢炉送风系统中的重要的组成部件也是该系统中最容易损坏的部件之一，对于整个炼钢炉的正常工作起着至关重要的作用，因此，如何能够制造出高质量的风口冒头对于整个高炉炼铁行业有着重要的意义。挤压工艺作为当前金属加工的主要制造方式之一，已经大量的应用于有色金属的加工制造当中，为此，本文采用挤压工艺进行制造材料为纯铜的风口冒头，通过deform软件对风口冒头的反挤压工艺进行模拟，依据模拟结果，分析对反挤压工艺的重要参数如挤压力、挤压速度、摩擦系数、毛坯温度等对反挤压工艺的影响，经过模拟分析得到最后的最优的参数分别为上模圆角半径为10mm，挤压速度选择为15mm/s，温度选择为800℃，摩擦系数选择为0.18，选取以上最优的制造参数，优化风口冒头的反挤压制造工艺。

关键词：风口冒头；反挤压 ；纯铜 ；

Abstract

As an important component of the steelmaking furnace air supply system, the tuyere is also one of the most vulnerable parts of the system and plays a vital role in the normal work of the entire steelmaking furnace. So how can it produce high quality Of the tuyere for the entire blast furnace iron industry has an important significance. Extrusion process as one of the main manufacturing methods of metal processing, has been a large number of non-ferrous metals used in the manufacture of manufacturing, for this purpose, the use of extrusion technology for the production of pure copper tuyere, through the deformation software on the anti- The effects of extrusion pressure, extrusion speed, friction coefficient and rough temperature on the anti-extrusion process were analyzed. The results were analyzed by simulation. The results were as follows: The optimum parameters are as follows: the radius of the upper die is 10mm, the extrusion speed is 15mm / s, the temperature is 800 ℃, the friction coefficient is 0.18, and the above optimal manufacturing parameters are selected to optimize the extrusion process.

Key Words：tuyere；backward extrusion；Pure copper

目 录

第1章 绪论 1

第2章 工艺分析 4

2.1 零件分析 4

2.2 反挤压工艺设计 5

2.2.1 反挤压毛坯设计 5

2.2.2 反挤压模具设计 6

2.3 扩孔工艺说明 8

2.3.1 扩孔毛坯设计 8

2.3.2 扩孔工艺模具设计 9

第3章 反挤压数值模拟 13

3.1 反挤压过程模拟 13

3.1.1 反挤压毛坯的几何模型与网格划分 13

3.1.2 反挤压过程网格变形分析 14

3.2 反挤压过程应力应变分析 15

3.3 上模圆角对挤压力的影响 16

3.4 上模圆角半径对零件形状的影响 17

3.5 摩擦系数对挤压力的影响 18

3.6 摩擦系数对工件形状的影响 18

3.7 温度对挤压力的影响 19

3.8 温度对工件形状的影响 20

3.9 挤压速度对挤压力的影响 21

第4章 扩孔工艺模拟 22

4.1 扩孔毛坯的几何模型和网格划分 22

4.2 扩孔毛坯的屈服条件分析 22

4.3 扩孔模拟结果形状分析 24

4.4 扩孔模拟得到的扩孔力分析 24

第5章 结论 27

参考文献 28

致谢 29

第1章 绪论

本次课题是以风口冒头为设计对象，该风口冒头的制造材料为纯铜，拟采用的主要加工方式为挤压制造工艺中的反挤压制造工艺。

图1.1 炉送风系统模型^[2]

风口冒头是指高炉炼铁的送风系统中的送风管道的一部分，是送风管道与炼钢炉炉壁连接处的送风口，其工作的环境十分糟糕，由于其处在连接部位，风口冒头的一部分要与炉壁连接并且伸入炉内，这部分伸入炉内的一部分必将承受来自炼钢炉内部燃料燃烧所产生的的高温，另外，其输送的空气也难免携带热量，其鼓吹入炉腔内部的气流也可高达1000℃以上。为此，风口冒头一般会配有一套辅助散热系统，同时，对其本身的散热能力要求也很高。故此，选用散热性能优秀的铜作为其制造材料，为了保证其拥有更好的散热能力，一般要求材料的纯度很高，通常为99%以上。另外，除了炼钢炉本身燃烧的温度外，融化的材料也很有可能会低落到冒头上，其多携带的高温破坏完全不亚于炉子内部燃烧的高温所带来的影响，如何能够更好的散去风口冒头的热量是炼钢炉送风系统中最大的难题。与此同时，随着时代的发展，各种新型技术被应用，炼钢技术也自然随之发展，喷煤技术就是其中之一，为了保证燃料能够更加充分的燃烧，厂家将煤块磨成煤粉喷入炉腔内部，增大了燃料与空气的接触面积，是燃料更好的燃烧，这是炼钢技术的一项重要突破，然而，这个新技术也带来了很多难题，其中一个便是风口冒头的影响，本来风口冒头便要承受来自高温的影响，工作环境恶劣，现在更要面对喷入炉子内部的煤粉对其带来的冲刷破坏。通过风口冒头的工作环境我们不难分析到，目前风口冒头最主要的受损来源就是高温与煤粉的摩擦，其主要的受损方式为熔损与磨损两种^[1][2][4]。

面对如此严重的工作环境，风口冒头自然也就成为了整个高炉炼铁系统中最容易受损的一环，其质量的高低严重的影响着高炉炼铁的效率，甚至于整个高炉炼铁行业的产量高低。如何能够生产出一个高质量，生命周期长的风口对于整个炼铁行业都有着不同寻常的意义。既然我们知道了风口冒头的主要受损方式，我们对其加工方式便有了更加针对性，关于熔损，其主要是由高温引起，我们选用高纯度的铜与散热系统配合即可解决绝大部分问题，对于其磨损的问题，我们必须保证风口内部金属致密，表面光洁度高，各向应力均匀，没有集中应力的产生。

目前，风口冒头的主要加工方式为铸造、锻造、旋压和液态模锻等。其中一液态模锻最为适合。铸造为比较传统的制造方式。既然为铸造，其肯定难以避免很多一般铸造所产生的问题，尤其是制造材料为纯铜，纯铜的流动性比较好，这对于铸造工艺有很大的帮助，尤其是凝固区间小，铸造起来十分方便，如果只是这样，铸造可谓风口冒头最好的加工方式，但是纯铜的收缩率很大，这将导致金属在凝固的过程中产生缩松缩孔等缺陷，为此铸造工艺的效果很是一般。相比于铸造，锻造与旋压两种工艺则很轻易的避开了铜的收缩率大这个技术难题，但其也有着其各自的缺陷，锻造很难加工形状比较的复杂的工件，而旋压也很容易因为加工过程中其各个方向受力不均而留下参与应力，产生缺陷，严重影响着加工质量^[3]。