CN110608063A - 煤炭综采工作面用立柱以及包含其的支架 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤炭开采领域，提供一种煤炭综采工作面用立柱及包含其的支架，所述立柱包括立柱活柱、立柱中缸、立柱外缸，其中，立柱中缸底部有立柱中缸底，立柱外缸底部有立柱外缸底，中上方设有立柱接头，其中，所述立柱外缸使用30CrMo制备，所述立柱中缸使用S890Q制备，所述立柱接头使用YTS600E制备。本发明提供的立柱和支架提高了各部件的强度和耐腐蚀性，使立柱和支架的安全性得以提高。
Description
技术领域
本发明属于煤炭开采领域，涉及煤炭综采工作面用立柱。
背景技术
煤炭行业中，在对某一综采工作面进行开采后，在对工作面支架和其它综采工具进行回撤过程中，需要用回撤专用支架来支护和确保所有综采工具安全撤出。随着行业的发展，目前已有多种形式的回撤专用支架，如CN101270668A即公开了一种包括底座、顶梁、液压支柱机构等的回撤专用支架，以安全、高效地回撤综采工作面。
回撤专用支架的一个主要结构是立柱，如各种类型的液压立柱，用于支撑支架的顶梁和底座。目前常用的立柱采用伸缩套筒式结构，从内到外包括立柱活柱、立柱中缸、立柱外缸以及缸体之间的导向套和活塞，立柱中缸底部有立柱中缸底，立柱外缸底部有立柱外缸底，中上方设有立柱接头。除活塞和导向套等，立柱的其它结构均采用合金制造，以保证其强度和耐用度。但是，由于不同地区矿井下有不同程度的腐蚀，需要使用不同的合金以满足不同地区的要求。例如，神东地区矿井下的金属腐蚀较重，目前各种立柱均无法满足此地区的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用新材料的立柱以及包含所述立柱的支架，以解决上述问题。
第一个方面，本发明提供一种煤炭综采工作面用立柱，所述立柱包括立柱活柱、立柱中缸、立柱外缸，其中，立柱中缸底部有立柱中缸底，立柱外缸底部有立柱外缸底，中上方设有立柱接头，其中，所述立柱外缸使用30CrMo制备，所述立柱中缸使用S890Q制备，所述立柱接头使用YTS600E制备。
优选地，所述中缸底、外缸底和立柱活柱使用30CrMo制备。
优选地，所述30CrMo的碳当量CE为0.55％～0.77％。
优选地，所述30CrMo的标准性能为：屈服强度为785，抗拉强度为930，延伸率为12％，收缩率为50％，冲击功为63。
优选地，所述S890Q的标准性能为：屈服强度为934，抗拉强度为976，延伸率为18.5％，收缩率为68.5％，冲击功为105。
优选地，所述YTS600E的标准性能为：屈服强度为653，抗拉强度为853，延伸率为13.5％，收缩率为60％。
第二个方面，本发明提供一种煤炭综采工作面用支架，所述支架包括本发明的立柱。
本发明提供的立柱和支架，提高了各部件的强度和耐腐蚀性，使立柱和支架的安全性得以提高。
附图说明
图1为含有新材料的立柱结构；
图2为30CrMo、30CrMnSi、27SiMn淬透性试验结果比较折线图；
图3为S890Q、30CrMnSi、27SiMn淬透性试验结果比较折线图。
具体实施方式
以下将通过具体实施方式说明本发明，但本发明的范围不限于此。
本发明中涉及的立柱和支架，其结构和作用方式为本领域常识。
依据神东地区水质特点和神东地区矿井下金属主要腐蚀形式，神东地区回撤专用支架立柱材料的选用应使用高强度的耐腐蚀材料。该材料对容易发生腐蚀的硅、锰元素含量不能过高，对影响焊接性的碳、硅、锰、铝元素含量也需严格控制；另外，在满足高强度和耐腐蚀性要求的同时，还需对各合金元素的影响和整体经济性进行综合考虑，尽量对稀有元素如钛、钒等使用替代元素。
本发明中，涉及各合金结构钢，如27SiMn、30CrMo、30CrMnSi、S890Q、35钢、Q460板、20CrMo、YTS600E均依照本领域常识理解。其中YTS600E购自郑州永通特钢有限公司，牌号为S600E。
本发明中的立柱结构如图1所示。该立柱包括立柱活柱1、立柱中缸2、立柱外缸3，立柱中缸2底部有立柱中缸底4，立柱外缸3底部有立柱外缸底5，立柱外缸3中上方设有立柱接头6，其中，立柱中缸2使用S890Q制备，立柱外缸3使用30CrMo制备，立柱接头6使用YTS600E制备，以及，立柱中缸底4、立柱外缸底5和立柱活柱1使用30CrMo制备。
经过多次实验，申请人发现以不同材料制备立柱的不同部件，有助于提高立柱的使用性，具体如下：
实施例1：外缸选材与传统材料的比较分析
外缸传统材料为27SiMn，前几年又陆续开发出了30CrMnSi材料做为高端支架的缸筒选材，和这两种材料相比，30CrMo具有如下特点：
1)因为Mo元素有细化晶粒的作用，Si元素有容易过热的缺点，因此30CrMo热处理后拥有较其他几种材料更细的晶粒组织；
2)30CrMo材料中的碳元素含量高于27SiMn，与30CrMnSi的碳元素含量一样，因此30CrMo拥有不低于30CrMnSi、高于27SiMn的淬硬性；
3)因30CrMo材料中Cr、Mo元素均有增强淬透性的作用，因此拥有相较于其他几种元素更高的淬透性；
4)因30CrMo的碳当量CE＝0.55％～0.77％，与30CrMnSi相当，高于27SiMn。考虑到细晶粒的影响，其焊接性能应略强于30CrMnSi，逊于27SiMn；
5)30CrMo材料具有良好的耐腐蚀性能。
进一步地，对30CrMo、30CrMnSi、27SiMn进行材料淬透性试验，结果如图2所示。从图中可以看出27SiMn的淬透性明显较30CrMnSi和30CrMo差。30CrMnSi的淬透性较30CrMo略差，厚度越大，差距越明显。
对外缸选材30CrMo进行了热处理性能验证试验和随炉性能验证试验，然后与传统材料性能进行了比较，由表1可见30CrMo材料综合机械性能优于27SiMn、30CrMnSi。
表1：30CrMo材料性能验证结果
根据上述对30CrMo的研究，其在淬透性和机械性能方面均具有明显优势。结合分析可知，30CrMo材料具有较传统材料更好的热处理工艺性、更高的综合机械性能及更强的耐腐蚀性能。
实施例2：中缸选材与传统材料的比较分析
中缸传统材料也是27SiMn和30CrMnSi，其中30CrMnSi是近年开发的高端支架选材。和这两种材料相比S890Q具有如下特点：
1)S890Q材料中主要合金元素为C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni。因为Mo元素有细化晶粒的作用，Si元素有容易过热的缺点，因此S890Q热处理后有较其他几种材料更细的晶粒组织；
2)S890Q材料中碳元素含量很低，因此焊接性较好；
3)S890Q材料中含有Ni元素，由于Ni是一种优异的合金元素，在提高钢材强度的同时并不降低其塑性，因此S890Q材料具有较好的低温韧性；
4)S890Q材料中含有的合金元素总量高于传统元素，且这些元素都有增强淬透性的作用，因此该材料拥有较高的淬透性；
5)Cr元素的存在使S890Q材料具有良好的耐腐蚀性能。
进一步地，对S890Q、30CrMnSi、27SiMn进行材料淬透性试验比较，结果如图3所示。从图中可以看出27SiMn的淬透性明显较30CrMnSi和S890Q差。30CrMnSi的淬透性略逊S890Q。
对中缸选材S890Q进行了热处理性能验证试验和随炉性能验证试验，然后与传统材料性能进行了比较。由表2可见S890Q材料综合机械性能优于27SiMn、30CrMnSi。
表2：S890Q材料性能验证结果
根据上述对S890的研究，其在淬透性和机械性能方面均具有明显优势。结合分析可知，S890Q做为中缸材料具有较传统材料更好的热处理工艺性、更高的综合机械性能及更强的耐腐蚀性能。
实施例3：接头选材与传统材料的比较分析
接头传统材料为35钢，有时用Q460板加工，近年高端支架为提高接头耐锈蚀性，开发了新材料20CrMo。将这几种材料和YTS600E进行比较分析：
1)YTS600E经沉淀强化后具有更高的力学性能。
2)YTS600E材料中Cr元素含量达到13％，因为Cr在高合金范围内，能使钢材具有对强氧化性酸类腐蚀介质的耐腐蚀能力，因此该材料具有良好的耐锈蚀性。
进一步地，对不锈钢接头选材YTS600E进行了热处理性能验证试验，然后与传统材料35钢、Q460板、20CrMo性能进行了比较。由表3的结果可见，YTS600E材料综合机械性能优于传统材料。
表3：YTS600E材料性能验证结果
根据上述对YTS600E的研究，其在淬透性和机械性能方面均具有明显优势。结合分析可知，YTS600E做为不锈钢材料在做接头时具有较传统材料更好的热处理工艺性、较好的综合机械性能及优良的耐腐蚀性能。
通过分析和试验验证可知，选定的几种材料较传统材料在机械性能、热处理工艺性、耐锈蚀性等方面均有所提高。因此在经过层层筛选之后，选定30CrMo为立柱外缸筒、外缸底、中缸底和活柱用材料，选用S890Q为中缸筒材料，选用YTS600E做接头材料。由此制备的立柱和支架，耐蚀性更强，寿命更长，使用更安全。
Claims (7)
1.一种煤炭综采工作面用立柱，所述立柱包括立柱活柱、立柱中缸、立柱外缸，其中，立柱中缸底部有立柱中缸底，立柱外缸底部有立柱外缸底，中上方设有立柱接头，其中，所述立柱外缸使用30CrMo制备，所述立柱中缸使用S890Q制备，所述立柱接头使用YTS600E制备。
2.根据权利要求1所述的立柱，其中，所述立柱中缸底、立柱外缸底和立柱活柱使用30CrMo制备。
3.根据权利要求1或2所述的立柱，其中，所述30CrMo的碳当量CE为0.55％～0.77％。
4.根据权利要求1或2所述的立柱，其中，所述30CrMo的标准性能为：屈服强度为785，抗拉强度为930，延伸率为12％，收缩率为50％，冲击功为63。
5.根据权利要求1或2所述的立柱，其中，所述S890Q的标准性能为：屈服强度为934，抗拉强度为976，延伸率为18.5％，收缩率为68.5％，冲击功为105。
6.根据权利要求1或2所述的立柱，其中，所述YTS600E的标准性能为：屈服强度为653，抗拉强度为853，延伸率为13.5％，收缩率为60％。
7.一种煤炭综采工作面用支架，所述支架包括权利要求1～6任一项所述的立柱。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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