专利名称：一种低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种制备蜂窝陶瓷蓄热体的模具及其制备方法。
背景技术：
蓄热式燃烧技术是目前广泛应用于钢铁冶金、机械、石化、建材、有 色冶金等行业工业炉上的节能环保新型燃烧技术。陶瓷蓄热体是蓄热式燃 烧器完成烟气余热回收利用的中间载体，通过蓄热体周期性地蓄热与释热， 将高温烟气的热量传递给常温助燃空气或煤气，实现烟气余热的回收和助 燃空气或煤气的高温预热，达到高效节能环保的目的。由此可见，蓄热体 是蓄热式燃烧器中的关键部件。目前国内外广泛使用的蓄热体主要有陶瓷 蓄热球和蜂窝陶瓷蓄热体，其中蜂窝陶瓷蓄热体主要有正方形和正六边形 两种格孔结构。在实际应用中，由于陶瓷球蓄热体间空隙通道不规则，长 时间使用后易粘渣，导致流动阻力大，降低了烟气余热的回收效率，同时， 由于单位体积换热面积小，增大了蓄热室的布置空间，给实际应用带来安
装困难。对于薄壁格孔结构蜂窝陶瓷蓄热体，其直通道结构，大幅度降低 了流动阻力，蓄热体的薄壁特征有效地提高了蓄热体的换热比表面积，由 于正方形结构更有利于单位体积换热面积的提高，因而，国内外早期使用
的蓄热体为正方形格孔，但通道孔壁的90°夹角加剧了局部的应力集中， 一方面是挤压成型过程泥料流变不均匀引起的加工内应力集中，导致蓄热 体成型合格率低，另一方面是在使用过程格孔夹角引起的热应力集中，导 致蓄热体热应力破损，降低了蓄热体的使用寿命，严重影响了蓄热体的生 产效率和实际使用效果。此外，由正方形格孔蜂窝陶瓷蓄热体的制作工艺 可知，蓄热体挤压成型模具结构决定了蓄热体格孔结构形式，在目前釆取 线切割方法进行蓄热体挤压成型模具制备的条件下，无法避免正方形格孔 蓄热体的孔壁90°夹角部位的应力集中问题。为此，从降低正方形格孔的 应力集中方面考虑，国内提出了正六边形格孔结构蓄热体，使格孔壁夹角 由正方形格孔的90°提高到120° ,从而，降低了格孔夹角的应力集中程 度，并在实际生产与应用中达到提高蓄热体制备成品率和延长使用寿命的目的，但与正方形格孔相比，正六边形格孔的换热比表面积相对较小，不 利于蓄热体换热性能的改善。由此可见，如何有效地发挥正方形格孔蓄热 体高换热比表面积的优点、克服格孔直角部位应力集中的不足是改善蜂窝 陶瓷蓄热体使用性能、提高制备成品率、延长使用寿命的重要研究内容。
发明内容
针对蜂窝陶瓷蓄热体的正方形格孔具有直角部分应力集中的问题，本 发明提供一种低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具及其制备方法，经该模具加 工出的蜂窝陶瓷蓄热体可以较好地解决上述问题。
本发明所述目的是通过如下方案实现的
一种低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具，包括若干个格孔成型柱和具有 一个通腔的边模，所有格孔成形柱的端头都均布在边模的通腔内且它们的 相对位置固定从而围成模具的出泥孔；出泥孔处的格孔成型柱的横截面是 具有圆角过渡的正方形等截面。
实现多个格孔成型柱之间以及格孔成型柱与边模之间相对位置固定的 方式是边模与基座固定，与边模上的通腔相对应位置的基座上均布有若 干小通孔，格孔成型柱的一端与小通孔紧配合连接；在基座底端加工有进
泥孔，进泥孔与小通孔间隔设置。
所述格孔成型柱由三段构成，位于两端的出泥端和进泥端是等截面段，
位于中间的是将两端平滑连接的变截面段；出泥端等截面段的横截面积大 于进泥端等截面段的横截面积。
位于进泥端的格孔成型柱的等截面段是与基座上的小通孔截面形状相 同的正方形截面或圆形截面。
进泥孔处设有喇叭形开口。
所述边模的通腔为正方形或长方形，截面夹角为自然加工倒角。
所述基座设有内凹空腔，内凹空腔的横截面与边模的通腔横截面相同， 小通孔的端头位于内凹空腔上；所述格孔成型柱穿过小通孔后，其端头与 基座的端面平行；在内凹空腔内进行堆焊实现基座与格孔成型柱之间的紧 密固定；在格孔成形柱之间的堆焊面上加工进泥孔。
低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具的制备方法，具体如下
a.分别制备各部件；加工格孔成型柱以方形截面钢条为原料，釆取单件机械加工的方式
进行格孔成型柱的加工位于两端的出泥端和进泥端是等截面段，位于中
间的是将两端平滑连接的变截面段，出泥端等截面段的横截面积大于进泥
端等截面段的横截面积；
加工金属基座釆用钢块料与机械加工的方式先加工金属基座，在底 面上开设内凹空腔，再在内凹空腔内开设略小于格孔成型柱进泥端横截面 积的通孔；
加工边模釆用钢块料与机械加工的方式进行边模的加工，在边模底 面上开设一个与金属基座内凹空腔面积相同的通腔； b.将各部件进行装配；
金属基座加热后，将进泥端的格孔成型柱穿过金属基座上的通孔，至 其端头与基座的端面平行，使格孔成型柱与金属基座形成紧配合连接； 固定边模与金属基座之间的相对位置；
在多个格孔成型柱之间以及格孔成型柱与边模之间构成的出泥通道内 插入整体的金属片进行定位，金属片厚度比相应的出泥通道宽度略小；
再在金属基座上的内凹空腔内进行堆焊，制备堆焊层，堆焊层厚度与 内凹空腔深度一致；堆焊后进行整体退火处理；退火后，拆除插入的金属 片，得到退火组件；
用钻头在退火组件上从堆焊面向出泥方向钻透金属基座，制得进泥孔， 再在堆焊面采用大钻头将进泥孔扩成喇叭形进泥口 ；
通过模具的微调处理和渣灰清理获得所需的低应力蜂窝陶瓷蓄热体挤 压成型模具。
本发明具有如下优点
1、 本专利通过正方形格孔成型柱边棱圆角过渡面结构的改进设计，缓 解了蓄热体正方形格孔壁90°夹角的应力集中问题，同时，保留了正方形 格孔蜂窝陶瓷蓄热体换热比面积大的优点。
2、 本专利通过格孔成型柱两端是等截面段、中间是变截面段的三段结 构设计，便于泥料成型的流变与横向挤压，提高了蜂窝陶瓷蓄热体的致密 度和抗破损能力。
3、 本专利的格孔成型柱是单体机械加工后与基座紧配合组装、堆焊连接，保证了模具的加工精度与质量，提高了蜂窝陶瓷蓄热体的致密度与挤 压成品率。
4、 本专利的低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具结构合理，满足了低应力
蜂窝陶瓷蓄热体挤压成型的要求；
5、 本专利各部件釆用单体机械加工方式，利于模具表面质量的提高，
同时保证了组装的初期强度，加工方法简单，容易操作，利于推广应用。
图i是本发明的主视图2是图1的后视图3是图1的A-A剖视图4是边模6的结构示意图5是图4的侧视图6是实施例l所述基座3的结构示意图7是实施例1所述格孔成形柱1与基座3配合连接结构示意图； 图8是格孔成型柱1的结构示意图； 图9是实施例2所述的基座3的结构示意图； 图IO是实施例2所述格孔成形柱1与基座3连接结构示意图； 图ll是进泥端具有圆弧倒角正方形截面的格孔成型柱1的侧视图； 图12是进泥端具有圆形截面的格孔成型柱1的侧视图。 其中，格孔成形柱l,出泥通道2，基座3,堆焊面4进泥孔5，边模6, 通腔6-1,内凹空腔8，小通孔9。
具体实施例方式
下面结合附图详细阐述本发明优选的实施方式。 实施例1:
本实施例提供一种低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具的结构。具体如下 它包括若干个格孔成型柱1 (见图8 )和具有一个通腔6-1的边模6 (见图 4、图5 )，边模6的通腔6-1为正方形或长方形，截面夹角为自然加工倒角。 所有格孔成形柱1的端头都均布在边模6的通腔6-1内且它们的相对位置 固定从而围成模具的出泥通道2，参照图1和图3，其中，中部为十字形出 泥通道，边部为长条形出泥通道。所述格孔成型柱1由三段构成，参照图8、图11和图12,分别是等截
面段a、变截面段c和等截面段b,其中，等截面段b为正方形截面，截面 边棱为圆角过渡面，处于边模6的通腔6-l内即模具的出泥端；等截面段a 为圆弧倒角正方形截面或圆形截面，处于模具的进泥端；出泥端的横截面 积大于进泥端的横截面积。变截面段c为等截面段a和等截面段b的平滑 过渡段，沿出料方向截面尺寸与形状由等截面段a逐步过渡到等截面段b, 三段长度大致相等。
上述格孔成型柱1出泥端的正方形截面结构，保留了正方形格孔蜂窝 陶瓷蓄热体换热比面积大的优点；通过正方形格孔成型柱1边棱圆角过渡 面结构的改进设计，缓解了蓄热体正方形格孔壁90°夹角的应力集中，提 高了蓄热体制作的成品率，延缓了蓄热体格孔应力破损进程，减轻了格孔 夹角的挂渣程度，延长了蓄热体的使用寿命；
格孔成型柱1等截面段a、变截面段c和等截面段b的三段结构设计， 便于泥料成型的流变与横向挤压，降低了格孔成型柱1表面粗糙引起的加 工应力，提高蜂窝陶瓷蓄热体的致密度与挤压成品率，改善了蓄热与释热 性能，并为增大进泥孔5的进泥通道面积提供了有利条件，便于蓄热体挤 压成型的稳定进行。
实现多个格孔成型柱1之间以及格孔成型柱1与边模6之间相对位置 固定的方式是边模6与基座3固定，基座3的结构参照图6、图7，与边 模6上的通腔6-1相对应位置的基座3上均布有若干正方形或圆形的小通 孔9，格孔成型柱1的一端与小通孔9紧配合连接，即此处的格孔成型柱l 的端头具有与小通孔9形状相同的正方形截面或圆形截面。
同时，在基座3的底端还加工有进泥孔5,参照图6和图7，此处的进 泥孔5与出泥孔相通。进泥孔5设置为喇吸形开口，可以降低成型泥料的 进料阻力；进泥孔5与小通孔9间隔设置。
实施例2:
本实施例与实施例1的区别仅在于，在基座3上设有内凹空腔8，参照 图9，内凹空腔8的横截面与边模6的通腔6-l横截面相同，小通孔9的端 头位于内凹空腔8上；所述格孔成型柱1穿过小通孔9后，其端头与基座3 的端面平行；在内凹空腔8内进行堆焊，参照图10;在格孔成形柱之间的堆焊面4上加工进泥孔。
设置内凹空腔8的目的在于可以使格孔成型柱1与基座3连接更加牢 固，具体实现结构为，在基座3的内凹空腔8内堆焊，即可增进格孔成型 柱1与基座3之间的连接强度，通过控制基座3的厚度和内凹空腔8的深 度，可以防止堆焊变形，从而保证模具的加工精度。
上述模具的制备方法如下
所有部件均采用模具钢制作。
以方形截面钢条为原料，釆取单件机械加工的方式进行格孔成型柱1 的加工。
采用钢块料与机械加工的方式先加工圆柱体的金属基座3，再进行内凹 空腔8和圆弧倒角正方形或圆形通孔9的加工，其中，通孔9的尺寸比格 孔成型柱1等截面段b小0. Olmm。
金属基座3加热后，将格孔成型柱1等截面段a穿过金属基座3上的 圆弧倒角正方形或圆形通孔9，进行格孔成型柱1与金属基座3的紧配合组 装，制成配合组件。
釆取机械加工的方式进行边模6的加工。
边模与金属基座通过螺钉进行固定，也可以通过夹子将二者固定，或 者将二者进行焊接，或用胶进行粘接都可。
在出泥通道2内插入金属片进行定位，金属片厚度比相应的出泥通道2 宽度小0. Olmm。再在金属基座3上的内凹空腔8内进行堆焊，制备堆焊层 4,堆焊厚度与内凹空腔8深度一致；堆焊后在保护气氛下进行整体退火处 理。退火后，拆除插入的金属片，得到退火组件。堆焊后保护气氛下的退 火处理，消除了焊接加工应力，方便了模具的进一步加工。本发明釆用模 具钢制作各种构件，提高了模具的抗磨损性能，延长了模具的使用寿命。
采用合适直径的钻头在退火组件上从堆焊面向出泥方向钻透金属基座 3,制得圆形进泥孔5，再在堆焊面釆用大钻头将圆形进泥孔5扩成喇口八形
进泥口。
通过模具的微调处理和渣灰清理获得所需的低应力蜂窝陶瓷蓄热体挤
压成型模具。
前述制备方法中，格孔成型柱1单体机械加工方式，便于边棱圆角过渡面和多段结构格孔成型柱1的加工和表面质量的提高；在金属基座3加 热条件下，将格孔成型柱1插入金属基座3上圆弧倒角正方形或圆形通孔9 内，保证了格孔成型柱1与金属基座3上圆弧倒角正方形或圆形通孔9之 间的紧密配合状态和格孔成型柱1组装的初期强度与刚度。 实施例3:
本实施例提供一种包括具体加工尺寸的低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模 具，参照图1、图2和图3,主要由格孔成型柱l、出泥通道2、金属基座3、 堆焊层4、进泥通道5、边模6组成。中部出泥通道2宽度为lmm,边部长 条形出泥通道2宽度为1.2mm。格孔成型柱1由三段构成，分别是等截面段 a、变截面段和等截面段b，其中，等截面段b为正方形截面，截面边棱为 圆角过渡面，边长4mm,倒角半径为1.5mm,处于模具的出泥端；等截面段 a为圆形截面，直径为3mm，处于模具的进泥端；变截面段为等截面段a和 等截面段b的过渡段，沿出料方向截面尺寸与形状由等截面段a逐步过渡 到等截面段b的截面尺寸与形状。进泥孔为圆形通孔，进泥端为喇叭形进 泥口。边模6内空等面为正方形，正方形夹角为自然加工倒角。堆焊层4 的厚度与金属基座3的内凹空腔8深度一致，为5mm。内凹空腔8底面加工 有圆形通孔9，直径为3+、Q1mm。低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具全部釆用 模具钢制作。具体利记博彩app是，模具部件均釆用模具钢制作。以方形截面 钢条为原料，釆取单件机械加工的方式进行格孔成型柱1加工。釆用钢块 料与机械加工方式的方式先加工金属基座3，再进行内凹空腔8和圆弧倒角 正方形或圆形通孔9的加工。金属基座3加热后，将格孔成型柱1等截面 段a穿过金属基座3上的圆形通孔9,进行格孔成型柱1与金属基座3的紧 配合组装，制成紧配合组件。釆取机械加工的方式进行边模6的加工。装 配边模6与紧配合组件，在出泥通道2内插入金属片进行定位，金属片厚 度比相应的出泥通道2宽度小0. Olmm。再在金属基座3上的内凹空腔8内 进行堆焊，制备堆焊层4，堆焊厚度与内凹空腔8深度一致；堆焊后在保护 气氛下进行整体退火处理。退火后，拆除插入的金属片，得到退火组件。 采用合适直径的钻头在退火组件上从堆焊面向出泥方向钻透金属基座3，制 得圆形进泥孔，再在堆焊面釆用大钻头将圆形进泥孔扩成喇叭形进泥口。 最后进行模具的微调和渣灰清理，获得所需的低应力蜂窝陶瓷蓄热体挤压成型模具。
实施例4:
本实施例提供另一种尺寸的低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具，中部出 泥通道2宽度为1.2,,边部长条形出泥通道2宽度为1. 3mm。格孔成型柱 l由三段构成，分别是等截面段a、变截面段和等截面段b，其中，等截面 段b为正方形截面，截面边棱为圆角过渡面，边长3mm，倒角半径为lmm， 处于模具的出泥端；等截面段a为圆弧倒角正方形截面，直径为2.5mm,自 然加工倒角，处于模具的进泥端；变截面段为等截面段a和等截面段b的 过渡段，沿出料方向截面尺寸与形状由等截面段a逐步过渡到等截面段b 的截面尺寸与形状。进泥孔为圆形通孔，进泥端为喇叭形进泥口。边模6 内空等面为正方形，截面夹角为自然加工倒角。堆焊层4的厚度与金属基 座3的内凹空腔8深度一致，为4mm。内凹空腔8底面加工有圆弧倒角正方 形9，直径为2.5,.。,mm。低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具全部釆用模具钢 制作。
权利要求
1.一种低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具，其特征在于包括若干个格孔成型柱和具有一个通腔的边模，所有格孔成形柱的端头都均布在边模的通腔内且它们的相对位置固定从而围成模具的出泥孔；出泥孔处的格孔成型柱的横截面是具有圆角过渡的正方形等截面。
2. 根据权利要求i所述的低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具，其特征在 于实现多个格孔成型柱之间以及格孔成型柱与边模之间相对位置固定的方式是边模与基座固定，与边模上的通腔相对应位置的基座上均布有若干小通孔，格孔成型柱的一端与小通孔紧配合连接；在基座底端加工有进泥孔，进泥孔与小通孔间隔设置。
3. 根据权利要求2所述的低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具，其特征在于所述格孔成型柱由三段构成，位于两端的出泥端和进泥端是等截面段，位于中间的是将两端平滑连接的变截面段；出泥端等截面段的横截面积大 于进泥端等截面段的横截面积。
4. 根据权利要求3所述的低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具，其特征在于位于进泥端的格孔成型柱的等截面段是与基座上的小通孔截面形状相同 的正方形截面或圆形截面。
5. 根据权利要求2所述的低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具，其特征在 于进泥孔处设有喇叭形开口 。
6. 根据权利要求l所述的低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具，其特征在 于所述边模的通腔为正方形或长方形，截面夹角为自然加工倒角。
7. 根据权利要求2-6任意一项所述的低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具, 其特征在于所述基座设有内凹空腔，内凹空腔的横截面与边模的通腔横截 面相同，小通孔的端头位于内凹空腔上；所述格孔成型柱穿过小通孔后， 其端头与基座的端面平行；在内凹空腔内进行堆焊实现基座与格孔成型柱 之间的紧密固定；在格孔成形柱之间的堆焊面上加工进泥孔。
8. —种低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具的制备方法，其特征在于 a.分别制备各部件；加工格孔成型柱以方形截面钢条为原料，釆取单件机械加工的方式 进行格孔成型柱的加工位于两端的出泥端和进泥端是等截面段，位于中间的是将两端平滑连接的变截面段，出泥端等截面段的横截面积大于进泥端等截面段的横截面积；加工金属基座采用钢块料与机械加工的方式先加工金属基座，在底 面上开设内凹空腔，再在内凹空腔内开设略小于格孔成型柱进泥端横截面 积的通孔；加工边模采用钢块料与机械加工的方式进行边模的加工，在边模底 面上开设一个与金属基座内凹空腔面积相同的通腔； b.将各部件进行装配；金属基座加热后，将进泥端的格孔成型柱穿过金属基座上的通孔，至 其端头与基座的端面平行，使格孔成型柱与金属基座形成紧配合连接； 固定边模与金属基座的相对位置；在多个格孔成型柱之间以及格孔成型柱与边模之间构成的出泥通道内 插入整体的金属片进行定位，金属片厚度比相应的出泥通道宽度略小；再在金属基座上的内凹空腔内进行堆焊，制备堆焊层，堆焊层厚度与 内凹空腔深度一致；堆焊后进行整体退火处理；退火后，拆除插入的金属 片，得到退火组件；用钻头在退火组件上从堆焊面向出泥方向钻透金属基座，制得进泥孔， 再在堆焊面釆用大钻头将进泥孔扩成喇叭形进泥口 ；通过模具的微调处理和渣灰清理获得所需的低应力蜂窝陶瓷蓄热体挤 压成型模具。
9. 根据权利要求8所述的低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具的制备方法， 其特征在于金属基座上的通孔尺寸比格孔成型柱进泥端横截面积小 0. Ol隱；出泥通道内插入的金属片厚度比相应的出泥通道宽度小0. Olmm。
10. 根据权利要求8或9所述的低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具的制 备方法，其特征在于所有部件均釆用模具钢制作。
全文摘要
针对常规蜂窝陶瓷蓄热体挤压成型过程中泥料流变不均匀、加工内应力大和使用过程中格孔夹角热应力集中的问题，提供了一种低应力蜂窝陶瓷蓄热体成型模具及其制备方法，它包括若干个格孔成型柱和具有一个通腔的边模，所有格孔成形柱的端头都均布在边模的通腔内且它们的相对位置固定从而围成模具的出泥孔；出泥孔处的格孔成型柱的横截面是具有圆角过渡的正方形等截面。本发明缓解了蓄热体正方形格孔壁90°夹角的应力集中问题，提高了蜂窝陶瓷蓄热体的致密度和抗破损能力，提高了蜂窝陶瓷蓄热体的致密度与挤压成品率。它结构合理，满足了低应力蜂窝陶瓷蓄热体挤压成型的要求，加工方法简单，容易操作，利于推广应用。
文档编号B28B7/34GK101306555SQ20081004811
公开日2008年11月19日 申请日期2008年6月20日 优先权日2008年6月20日
发明者丁翠娇, 刘占增, 杰 吴, 周章华, 宋中华, 张道明, 戴松玲, 彤 曾, 曾汉生, 朱善和, 李明晖, 欧阳德刚, 王海清, 蒋扬虎, 东 邵, 超 陈 申请人:武汉钢铁(集团)公司