CN113083885A - 一种托梁钢材及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种托梁钢材，涉及轧钢技术领域，解决了托梁用钢采用两根钢材焊接而成，制造托梁的焊接量大、成本高、效率低，且托梁的焊接点多，其安全隐患相应地也多的问题。包括钢材主体，钢材主体呈柱状，钢材主体沿其长度方向的横截面形状均相同，横截面为对称结构，横截面具有相互垂直的横向中轴线和纵向中轴线；横截面包括第一变形部和第二变形部，第一变形部与第二变形部沿横向中轴线对称；第一变形部包括第一弧形部和第二弧形部，第一弧形部与第二弧形部沿纵向中轴线对称；第一弧形部的外缘朝远离第二变形部的方向凸起呈弧形。本发明还公开了一种托梁钢材生产方法，用于生产钢材主体。本发明结构稳定性强，能提升托梁的安全性能。

Description

一种托梁钢材及其生产方法
技术领域
本发明涉及轧钢技术领域，特别涉及一种托梁钢材及其生产方法。
背景技术
锚杆支护中需要使用托梁以支撑基岩，现有的托梁呈梯子状，托梁上的各连接杆均采用两根圆钢焊接而成，焊接量大，焊接成本高，且托梁的制造效率不高，且人工焊接水平不一，即使是同一人焊接，不同的焊接点之间也存在差异，焊接点易被腐蚀，进而导致托梁松动结构不稳，存在较大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种托梁钢材及其生产方法，以解决上述背景技术提出现有的托梁用钢采用两根钢材焊接而成，制造托梁的焊接量大、成本高、效率低，且托梁的焊接点多，其安全隐患相应地也多的问题。
为了实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种托梁钢材，其特征在于，包括：钢材主体，所述钢材主体为一体成型结构，所述钢材主体沿其长度方向的横截面形状均相同，所述横截面为对称结构，所述横截面具有相互垂直的横向中轴线和纵向中轴线；
所述横截面包括第一变形部和第二变形部，所述第一变形部与所述第二变形部沿所述横向中轴线对称；
所述第一变形部和所述第二弧形部均包括第一弧形部、第二弧形部以及连接部，所述第一变形部的第一弧形部的外缘的一侧和所述第二变形部的第一弧形部的外缘的同一侧连接，所述第一变形部的第一弧形部和所述第二弧形部沿所述纵向中轴线对称，所述第一变形部的第一弧形部的另一侧与所述第二弧形部的一侧通过所述连接部过渡连接，所述第一变形部的第二弧形部的外缘的另一侧和所述第二变形部的第二弧形部的外缘的同一侧连接；
所述第一弧形部的外缘朝远离所述第二变形部的方向凸起呈弧形。
优选地，所述第一弧形部外缘的弧形为圆弧。
优选地，所述第一弧形部外缘弧形的圆心位于所述横向中轴线上。
优选地，所述第一弧形部外缘弧形的圆心与所述纵向中轴线之间的间距等于所述第一弧形部外缘弧形的半径。
优选地，所述第一变形部的连接部为弧形，所述第一变形部的连接部的外缘朝所述第二变形部凹陷，所述第二变形部的连接部的外缘朝所述第一变形部凹陷。
优选地，所述第二变形部包括第四弧形部和第五弧形部，所述第四弧形部与所述第二五弧形部之间设有第二连接部，所述第二连接部的外缘朝所述第一变形部凹陷；
所述第一连接部的外缘与所述第二连接部的外缘之间的间距等于所述第一弧形部与所述横向对称轴的间距最大处的长度。
优选地，所述第一连接部的两端分别与所述第一弧形部和所述第二弧形部圆弧过渡。
一种托梁钢材生产方法，包括：
选取连铸坯；
加热连铸坯；
粗轧连铸坯，将所述连铸坯轧制成圆柱状的初级圆坯；
中轧初级圆坯，轧制并缩小所述初级圆坯的直径至目标圆坯；
精轧目标圆坯；
其中，所述精轧目标圆坯包括：
采用无孔型轧制，将所述目标圆坯轧制成扁坯，所述扁坯的高度不小于宽度的一半；
采用箱型孔型轧制，将所述扁坯轧制成矩形坯，所述矩形坯的宽度大于高度；
采用第一双葫芦异型孔型轧制，将所述矩形坯轧制成与钢梁主体近似的异形坯；
采用目标规格的双葫芦异型孔型轧制，将所述异形坯轧制成钢梁主体成品。
优选地，所述加热连铸坯步骤中，将连铸坯入加热炉加热至1050-1100℃，使连铸坯的开轧温度为1020±15℃。
优选地，所述粗轧连铸坯和中轧圆坯均采用微张力轧制，机组总体拉钢系数不超过1％。
本发明的有益效果：
本发明的钢材包括钢材主体，钢材主体横截面呈葫芦状，从而使使钢材整体的形状符合现有托梁所使用的圆钢组合的形状，另外，由于钢材主体为一体成型结构，即无需焊接，可直接应用在托梁的制造中，大幅减少焊接工作量，降低了焊接所耗费的人工成本和时间成本；
由钢材主体制成的托梁，在保证现有托梁结构的需求下，托梁的焊接点大幅减少，降低了焊接对托梁结构稳定性的影响，相应的提升了托梁的安全性能；
钢材主体可通过本申请的生产方法实现批量化生产，成本较低，外形统一且规整，且钢材主体的尺寸可根据需求定制；
托梁钢材的生产方法，通过多个步骤的轧制，且在精轧目标圆坯这一步骤中，通过不同孔型的轧机逐步实现对钢坯的塑形，轧制出的成品率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本现有技术中托梁的结构示意图；
图2为本图1中沿A-A向的剖视示意图；
图3为本发明实施例1的结构示意图；
图4为本发明实施例2的流程示意图；
图5为本发明实施例2中步骤502热轧孔型结构示意图；
图6为本发明实施例2中步骤503热轧孔型结构示意图；
图7为本发明实施例2中步骤504热轧孔型结构示意图；
图8为本发明实施例2中步骤505热轧孔型结构示意图；
图9为本发明实施例2中步骤506热轧孔型结构示意图。
图中标记：1-圆钢，2-焊接点，301-横向中轴线，302-纵向中轴线，401-第一弧形部，402-第二弧形部，403-第一连接部，404-第四弧形部，405-第五弧形部，406-第二连接部。
具体实施方式
锚杆支护是近年来发展较快的一种井巷支护方法，通过锚入围岩内的锚杆，改善围岩本身的力学状态，使支护体与围岩本身形成一个统一的能够承受载荷的结构体，从而提高岩体自身的强度，阻止或延缓围岩的变形发展，有效地保持围岩的完整性和巷道断面形状。
其中托梁起到支撑基岩的作用，防止基岩的大面积垮塌。煤矿托梁一般采用Q235圆钢1(直径16mm或14mm)制作而成，长度3-9米不等，如图1和图2所示，托梁全部采用直径16mm或14mm的材质为Q235圆钢1并排焊接而成，形似“梯子”状，两个横梁之间的位置为锚杆钻孔锚固位置。为保证强度，要求连续焊缝长度100mm，间距不大于500mm。焊缝耗时长，成本高，且使托梁存在一定的安全风险。
下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，然而这不应当被理解为将本发明限制为特定的实施例，仅用于解释和理解：
实施例1
如图3所示，本实施例提供了一种托梁钢材，包括钢材主体，钢材主体为一体成型结构，钢材主体为实心，承重及抗形变能力强，钢材主体沿其长度方向的横截面形状均相同。
横截面为对称结构，横截面具有相互垂直的横向中轴线301和纵向中轴线302。
横截面包括第一变形部和第二变形部，第一变形部与第二变形部沿横向中轴线301对称；第一变形部包括第一弧形部401、第二弧形部402和第一连接部403，第一变形部的第一弧形部401的外缘的一侧和第二变形部的第一弧形部401的外缘的同一侧连接，第一变形部的第一弧形部401和第二弧形部402沿纵向中轴线302对称，第一变形部的第一弧形部401的另一侧与第二弧形部402的一侧通过第一连接部403过渡连接，第一变形部的第二弧形部402的外缘的另一侧和第二变形部的第二弧形部402的外缘的同一侧连接，第一变形部两端与第二变形部两端之间的连接段可为圆弧形，也可为直线型。
第二变形部包括第四弧形部404、第五弧形部405和第二连接部406，在第一变形部和第二变形部沿横向中轴线301对称的情况下，第一弧形部401、第二弧形部402、第四弧形部404和第五弧形部405的形状相同，即第二弧形部402、第四弧形部404和第五弧形部405均可通过第一弧形部401镜像或旋转得到。
第一弧形部401的外缘朝远离第二变形部的方向凸起呈弧形，则钢材主体的横截面呈葫芦状，钢材主体的形状符合现有托梁所使用的圆钢1组合的形状。相较于现有的托梁支架需要两个根圆钢1焊接制成，本实施例的钢材主体可直接应用在托梁的制造中，减少焊接工作量，减少了焊接所耗费的人工成本和时间成本；同时，焊接质量受到操作人员的技术影响大，随着时间的推移，不同的焊接点2易受到不同程度的腐蚀，导致托梁松动，安全隐患增加，而由本实施例钢材制成的托梁，在保证现有托梁结构的需求下，托梁的焊接点2大幅减少，降低了焊接对托梁结构稳定性的影响，相应的提升了托梁的安全性能，且本实施例可实现批量化生产，外形统一且规整。
本实施例中，钢材主体的具体结构如下：
第一弧形部401外缘的弧形为圆弧，第一弧形部401外缘弧形的圆心位于横向中轴线301上，使第一弧形部401外缘和第四弧形部404外缘均位于同一圆形A上，第二弧形部402外缘和第五弧形部405外缘均位于同一圆形B上，圆形A和圆形B的半径相同。第一弧形部401外缘弧形的圆心与纵向中轴线302之间的间距等于第一弧形部401外缘弧形的半径，即圆形A和圆形B相切，以提升钢材主体与现有托梁边框的形状的近似度。
第一弧形部401与第二弧形部402之间设有第一连接部403，第一连接部403的外缘朝第二变形部凹陷，第一连接部403的外缘呈圆弧状，其所在圆形的半径小于圆形A的半径，第一连接部403的两端分别与第一弧形部401和第二弧形部402圆弧过渡，以减少钢材主体上的棱，使钢材主体表面平滑。由于第一变形部与第二变形部对称，则第四弧形部404与第五弧形部405之间设有第二连接部406，第二连接部406与第一连接部403结构相同。此外，第一连接部403和第二连接部406的外缘也可为直线型，也能实现减少焊接点、增强钢材主体性能的目的。
第一连接部403的外缘与第二连接部406的外缘之间的间距为d1，第一弧形部401与横向对称轴的间距最大处的长度为d2，d1＝d2，以保证圆形A所在部分与圆形B所在部分的连接强度，且为了进一步提升连接强度，d1可大于d2。本实施例中，d2等于圆形A的半径。
实施例2
如图4所示，本实施例提供了一种托梁钢材生产方法，用于生产实施例1中的钢材，包括以下步骤：
步骤1：选取连铸坯。
选取横截面为方形的连铸方坯作为连铸坯，连铸坯的材料为托梁钢材235钢，托梁钢材235钢具有良好的塑性和焊接性能，且成型能力好，易轧制成目标形状。
步骤2：加热连铸坯。
连铸坯入加热炉加热至1050-1100℃，使连铸坯的开轧温度为1020±15℃，连铸坯可冷坯入炉，也可热坯入炉。
步骤3：粗轧连铸坯，将连铸坯轧制成圆柱状的初级圆坯。
连铸坯多为方坯，而所要生产的钢材截面弧面较多，因此需要将连铸坯初步加工为圆柱状的连铸坯。且由于在生产中，厂区库存的钢材尺寸无法与所要生产的钢材恰好匹配，因此需要对连铸坯进行粗轧。
粗轧采用六道次轧制，轧机布置为平立交替布置，孔型采用椭圆-圆孔型，粗轧第六道次轧成初级圆坯，粗轧机组采用微张力轧制，机组总体拉钢系数不超过1％。
步骤4：中轧初级圆坯，轧制并缩小初级圆坯的直径至目标圆坯。
根据所要生产的钢材尺寸，设定目标圆坯的直径，对初级圆坯进行中轧。
中轧机采用六道次轧制，轧机布置为平立交替布置，孔型采用椭圆-圆孔型，中轧轧机组采用微张力轧制，机组总体拉钢系数不超过1％。
步骤5：精轧目标圆坯。
步骤6：将成品钢材冷却，将钢材剪切成需求长度。
步骤7：对剪切好的钢材进行检查，确认钢材表面无破损。
其中步骤6中，精轧机组采用六道次轧制，包括：
步骤501：第一道次用椭圆孔型轧制，轧机采用水平轧机。
步骤502：如图5所示，第二道次采用圆孔型轧制，轧机采用立式轧机，进一步将圆坯轧制成适合后续轧制的圆坯。
分别轧制成直径30mm圆坯(生产16规格托梁钢)或直径27mm圆坯(生产14规格托梁钢)。
步骤503：如图6所示，采用无孔型轧制，将目标圆坯轧制成扁坯，扁坯内孔的高度不小于宽度的一半。
由于实施例1中的钢材主体中部具有凹陷，在轧制过程中，会进一步对钢材主体宽度方向的中部进行轧制，因此需要将目标圆坯初步轧制成扁坯，且为了后续轧制的便利，扁坯的厚度不易过薄，避免增加后续步骤的轧制难度。
步骤504：如图7所示，采用箱型孔型轧制，将扁坯轧制成矩形坯，矩形坯的宽度大于高度。
轧机采用立式轧机，轧机的孔型为为轴对称孔型，对称轴的一侧为等腰梯形，等腰梯形的底边位于对称轴上，孔型的各个角呈圆弧过渡。
步骤505：如图8所示，采用第一双葫芦异型孔型轧制，将矩形坯轧制成与钢梁主体近似的异形坯。
轧机采用水平轧机，轧机竖直方向相对的两个辊组沿水平面对称，第一双葫芦异形孔型与实施例1钢材主体横截面的形状大致一样，但第一双葫芦异形孔型上与圆形A和圆形B对应的两个圆形为圆形A1和圆形B1，圆形A1和圆形B1的直径相等，圆形A1的直径大于圆形A的直径，圆形A1和圆形B1之间有重叠。
与实施例1钢材主体第一连接部403和第二连接部406相对应的两个相对的凹陷部之间的间距大于d1。由于钢材主体横截面个表面弧度变化较大，因此采用第一双葫芦异形孔型对矩形坯进行轧制，以保证成品的精确度。
步骤506：如图9所示，采用目标规格的双葫芦异型孔型轧制，将异形坯轧制成成品。
本步骤中，轧机孔的规格与所需成品横截面的规格一致，经过本步骤的轧制，即可获得成品钢材。
受到轧制器材的影响，轧制出的成品宽度方向的相对两侧，即第一变形部两端与第二变形部两端的连接段可为弧形、直线型或者其他不影响成品使用的形状。
轧制过程中，可根据需求增加飞剪切头这一步骤，以去掉钢材不规则的头部或尾部。
实施例3
本实施例与实施2的步骤一致，用于轧制圆形A直径为16mm的钢材主体，具体区别步骤如下：
步骤1：选取连铸坯。
本步骤选取的钢坯为断面为150mm×150mm连铸方坯，长度12000mm。
步骤3：粗轧连铸坯，将连铸坯轧制成圆柱状的初级圆坯。
粗轧第六道次轧成直径70mm圆坯，高度尺寸公差±0.3mm，宽度尺寸公差-0.6～+0.2mm。
步骤4：中轧第六道次轧成直径37.5mm圆坯，高度尺寸公差±0.15mm，宽度尺寸公差-0.3～+0.1mm；
步骤502：第二道次将圆坯轧制成直径30mm圆坯。
步骤503：第三道次将圆坯轧制成18mm×34.5mm扁坯。
步骤504：第四道次将扁坯轧制成19mm×27mm矩形坯。
步骤505：第五道次将矩形坯轧制成18mm×31mm异形坯。
步骤506：第六道次将异形坯轧制成16mm×32mm钢材成品。
实施例4
本实施例与实施2的步骤一致，用于轧制圆形A直径为14mm的钢材主体，具体区别步骤如下：
步骤1：选取连铸坯。
本步骤选取的钢坯为断面为150mm×150mm连铸方坯，长度12000mm。
步骤3：粗轧连铸坯，将连铸坯轧制成圆柱状的初级圆坯。
粗轧第六道次轧成直径70mm圆坯，高度尺寸公差±0.3mm，宽度尺寸公差-0.6～+0.2mm。
步骤4：中轧第六道次轧成直径34mm圆坯，高度尺寸公差±0.15mm，宽度尺寸公差-0.3～+0.1mm。
步骤502：第二道次将圆坯轧制成直径27mm圆坯。
步骤503：第三道次将圆坯轧制成16mm×30.5mm扁坯。
步骤504：第四道次将扁坯轧制成17mm×23.5mm矩形坯。
步骤505：第五道次将矩形坯轧制成16mm×27mm异形坯。
步骤506：第六道次将异形坯轧制成14mm×28mm钢材成品。
显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明所做的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种托梁钢材，其特征在于，包括：钢材主体，所述钢材主体为一体成型结构，所述钢材主体沿其长度方向的横截面形状均相同，所述横截面为对称结构，所述横截面具有相互垂直的横向中轴线和纵向中轴线；
所述横截面包括第一变形部和第二变形部，所述第一变形部与所述第二变形部沿所述横向中轴线对称；
所述第一变形部和所述第二弧形部均包括第一弧形部、第二弧形部以及连接部，所述第一变形部的第一弧形部的外缘的一侧和所述第二变形部的第一弧形部的外缘的同一侧连接，所述第一变形部的第一弧形部和所述第二弧形部沿所述纵向中轴线对称，所述第一变形部的第一弧形部的另一侧与所述第二弧形部的一侧通过所述连接部过渡连接，所述第一变形部的第二弧形部的外缘的另一侧和所述第二变形部的第二弧形部的外缘的同一侧连接；
所述第一弧形部的外缘朝远离所述第二变形部的方向凸起呈弧形。
2.根据权利要求1所述的托梁钢材，其特征在于，所述第一弧形部外缘的弧形为圆弧。
3.根据权利要求2所述的托梁钢材，其特征在于，所述第一弧形部外缘弧形的圆心位于所述横向中轴线上。
4.根据权利要求3所述的托梁钢材，其特征在于，所述第一弧形部外缘弧形的圆心与所述纵向中轴线之间的间距等于所述第一弧形部外缘弧形的半径。
5.根据权利要求1所述的托梁钢材，其特征在于，所述第一变形部的连接部为弧形，所述第一变形部的连接部的外缘朝所述第二变形部凹陷，所述第二变形部的连接部的外缘朝所述第一变形部凹陷。
6.根据权利要求5所述的托梁钢材，其特征在于，所述第二变形部包括第四弧形部和第五弧形部，所述第四弧形部与所述第二五弧形部之间设有第二连接部，所述第二连接部的外缘朝所述第一变形部凹陷；
所述第一连接部的外缘与所述第二连接部的外缘之间的间距等于所述第一弧形部与所述横向对称轴的间距最大处的长度。
7.根据权利要求5所述的托梁钢材，其特征在于，所述第一连接部的两端分别与所述第一弧形部和所述第二弧形部圆弧过渡。
8.一种托梁钢材生产方法，用于生产权利要求1-7任一所述的钢材，其特征在于，包括：
选取连铸坯；
加热连铸坯；
粗轧连铸坯，将所述连铸坯轧制成圆柱状的初级圆坯；
中轧初级圆坯，轧制并缩小所述初级圆坯的直径至目标圆坯；
精轧目标圆坯；
其中，所述精轧目标圆坯包括：
采用无孔型轧制，将所述目标圆坯轧制成扁坯，所述扁坯的高度不小于宽度的一半；
采用箱型孔型轧制，将所述扁坯轧制成矩形坯，所述矩形坯的宽度大于高度；
采用第一双葫芦异型孔型轧制，将所述矩形坯轧制成与钢梁主体近似的异形坯；
采用目标规格的双葫芦异型孔型轧制，将所述异形坯轧制成钢梁主体成品。
9.根据权利要求8所述的托梁钢材生产方法，其特征在于，所述加热连铸坯步骤中，将连铸坯入加热炉加热至1050-1100℃，使连铸坯的开轧温度为1020±15℃。
10.根据权利要求8所述的托梁钢材生产方法，其特征在于，所述粗轧连铸坯和中轧圆坯均采用微张力轧制，机组总体拉钢系数不超过1％。
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