KR20000005009A - 단면계수가 큰 z형 시트 파일 - Google Patents

Abstract

열간 압연된 Z형 시트 파일은 두 개의 윙(12', 12")과, 거의 평행한 두 개의 면(18', 18")에 의해 범위가 정해지는 웨브(10)를 포함한다. 웨브(10)는 윙(12', 12")의 외면(14', 14")에 평행한 면(16)과 예각 α < 75°를 이룬다. 윙(12', 12")의 두께나 압연 폭을 증가시키지 않으면서 이 시트 파일의 저항계수를 증가시키기 위해서 각각의 두 윙(12', 12")은 각 윙의 외면(14', 14")과 같은 측면에 위치되어 있는 웨브의 평면(18', 18")을 연장하는 가상면(24', 24")에 대해 돌출하는 확장부(22', 22")를 구비한다. 이로써, 단위길이 당 저항계수 > 4800㎤/m와 약 20(㎤/m)(㎏/㎡)의 저항특성계수를 갖는 시트 파일을 압연할 수 있게 된다.

Description

단면계수가 큰 Ｚ형 시트 파일

Z형의 시트 파일은 오래전부터 공지되어 있는 것이다. 이러한 파일은 거의 평행한 두 개의 플랜지를 연결하는 경사진 웨브를 갖는다. 각 플랜지는 파지 부재와 어울려서 인접 시트 파일의 파지 부재와 결합함으로써 지지벽에 조인트를 형성한다. 이러한 벽에서 Z형 시트 파일은 거의 대부분 자신의 플랜지들이 거의 평행하며 벽의 중립 굽힘면(neutral bending plane)에서 같은 거리에 있도록 배치되어 있다. 이 중립면에 대한 벽의 단면계수에 최대 허용가능 탄성응력을 곱함으로써 얻어지는 결과에 의해 벽이 견디어낼 수 있는 최대 탄성 모멘트(elastic moment)가 결정된다.

시트 파일 벽의 "단위 길이 당 단면계수"라고 하는 것은 벽의 러닝 미터(running metre) 당 벽의 중립면에 대한 단면계수를 가리킨다. 시트 파일 벽의 "단면특성계수(specific section modulus)" 또는 "성능 기준"이라고 하는 것은 단위길이 당의 단면계수를 벽의 평방미터 당 벽의 질량으로 나눈 것이다. 여기서 시트 파일 벽이 의미하는 바는 자신의 플랜지들이 거의 평행하며 그 벽의 중립 굽힘면에서 같은 거리에 있도록 연결되는 Z형 시트 파일들로 구성되는 벽이다.

본 출원인은 현재 벽의 러닝 미터 당 3600㎤의 단면계수를 갖는 "AZ36"이라고 하는 Z형 시트 파일을 판매하고 있다. 이 AZ36 시트 파일은 질량이 194㎏/㎡이며 단면특성계수가 18.6(㎤/m)(㎏/㎡)이다. 이 시트 파일은 라센형(LARSSEN type)의 파지와 더불어 플랜지들에 평행한 면과 약 63°의 예각을 이루도록 만들어진 웨브를 구비한다. 본 출원인은 또 "BZ42"라고 하는 Z형 시트 파일을 판매하는데, 이것은 벽의 러닝 미터 당 4200㎤의 단면계수를 가지지만 질량은 271㎏/㎡이어서 단면특성계수가 15.5(㎤/m)(㎏/㎡)로 그다지 유리하지 않다. 이 시트 파일은 벨발형(BELVAL type)의 파지 부재와 더불어 플랜지들에 평행한 면과 약 83.5°의 예각을 이루도록 만들어진 웨브를 구비한다. 현재 판매되고 있는 다른 타입의 Z형 시트 파일들은 단면계수가 벽의 러닝 미터 당 4550㎤에까지 이를 수 있다. 그러나, 단면계수가 큰 이러한 형의 시트 파일들은 벽의 평당 미터 당의 무게가 커서 단면이 매우 무거우며 이로 인해 단면특성계수가 매우 떨어진다. 이 단면특성계수가 떨어질수록 벽의 비용은 높아진다.

단면계수가 4550㎤를 넘는 Z형 시트 파일을 시장에서 찾을 수 없는 이유는 다음과 같다.

a) 거의 대부분 플랜지들의 최대 두께에 대해 제한이 있다. 이것은 파지 부재, 특히 라센형 파지 부재의 압연에서는 압연기의 최종 단계시 플랜지를 접어야 할 필요가 있기 때문이다. 이러한 접기는 플랜지의 두께가 너무 두꺼울 때 어려워진다. 그래서, 시트 파일이 라센형의 파지 부재를 구비하는 경우에는 두께가 20㎜를 넘는 플랜지를 압연하는 방법이 산업적으로 존재하지 않는다.

b) 또, 플랜지의 최대 폭과 플랜지의 외면 간의 최대 거리(단면의 높이)에 대해 제한이 있다. 이것은 웨브의 소정 경사각에 대해 플랜지의 폭과 단면의 높이가 시트 파일의 개선 정도, 결과적으로 롤 스탠드 롤러(roll stand roller)의 폭을 결정하기 때문이다. 이들 롤러의 폭은 시트 파일 롤링 트레인(sheet file rolling train)의 롤 스탠드의 폭에 의해 결정된다. 현재의 롤링 트레인에서 단면계수가 큰 시트 파일을 압연할 필요가 있으면, 파지 부재들의 축들 사이에서 이들 시트 파일을 개선하는 정도는 시트 파일 롤링 트레인의 롤 스탠드의 폭에 의해 결정된 값보다 작아야 한다.

c) 롤링 폭의 절감은 플랜지들에 평행한 평면을 구비한 웨브가 이루는 예각(웨브의 경사각)을 증가시킴으로써 성취될수 있다. 그러나, 웨브의 경사각이 90°에 가까울수록 시트 파일을 박아 넣을 때 발생되는 저항은 커져간다. 시트 파일의 사용과 관련된 원인으로 인해 추천되는 웨브의 경사각은 75°미만이다.

최적화 프로그램과 컴퓨터를 사용하면, 앞에서 언급한 파라미터들은 AZ형 시트 파일에 대해 최적화되어 벽의 러닝 미터 당 4400㎤의 최대 단면계수를 갖는 시트 파일이 얻어진다. 이 AZ형 시트 파일은 15㎜ 두께의 웨브에 대해 질량이 229㎏/㎡로서 단면특성계수가 19.21(㎤/m)(㎏/㎡)이다. 따라서, 위의 제한 조건이 요구될 경우에 4400㎤의 단면계수는 Z형 시트 파일에 대해 제한값이 될 것으로 보인다. 물론, 여전히 웨브의 두께를 증가시키는 것이 가능은 하지만, 단면계수의 약간의 증가로도 두께의 증가는 시트 파일의 단면특성계수의 상당한 감소를 초래한다.

본 발명이 해결해야 할 문제는 시트 파일의 단면특성계수를 감소시키지 않고 롤 스탠드의 폭을 증가시키지 않으면서 열간 압연된 Z형 시트 파일의 단면계수를 좀 더 증가시키는 방법을 찾아내는 것이다.

이 문제는 청구항 1에 따른 Z형 시트 파일에 의해 해결된다.

본 발명의 기술과 관련하여 시트 파일의 플랜지와 웨브를 연결하는 부분의 돌출확장부에 해당하는 내용이 US-A-1,831,427 및 FR-A-686816에 이미 개시되어 있지만, 실질적인 내용은 본 발명과 완전히 상이하다. 문서 US-A-1,831,427은 연속 평면으로 된 시트 파일 벽을 중재 플랫 시트(intermediate flat sheet)와 협동하여 생산할 수 있는 특수 Z형 시트 파일에 대해 개시한다. 여기에 개시되어 있는 특수 시트 파일은 주철로 만들어진 시트 파일일 가능성이 크다. 그 웨브는 플랜지의 외면에 평행한 평면과 90°에 가까운 각을 이룬다. 웨브와 플랜지 간의 결합부는 시트 파일에 일체화되어 있거나 시트 파일에 어떠한 수단을 통해서든 부착되어 있는 리브, 리지, 숄더 또는 돌출부를 구비한다. 이들 리브, 리지, 숄더 또는 돌출부가 존재하는 유일한 목적은 위의 중재 시트에 형성된 상보형의 리세스에 결합되기 위한 것이다. 이런 식으로, 이들은 두 개의 Z형 시트 파일 사이의 중재 시트의 적정 위치에 삽입 및 유지되어 연속 평면으로 된 시트 파일 벽을 형성할 수 있다. 높이가 낮은 U형 시트 파일은 FR-A-686816에 개시되어 있는데, 이것은 웨브와 플랜지 간의 연결부의 위치에 보강부재를 구비한다. 두 개의 이러한 시트 파일로 이루어지는 조립체에 있어서, 제1 시트 파일에 있는 클러치의 개구부 바로 앞에 위치된 이 보강부재는 제2 시트 파일에 있는 클러치의 외부(outer part)와 협력할 수 있는 형상을 만들기 위해 제1 시트 파일의 클러치의 내부(inner part)와 공동으로 작동한다.

본 발명은 단면계수(section modulus)가 큰 Z형 시트 파일(Z-shaped sheet pile)에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 Z형 시트 파일의 횡단면도,

도 2는 도1의 시트 파일의 플랜지/웨브 연결부의 확대도.

본 발명에 따른 열간 압연된 Z형 시트 파일은 이와 유사한 모든 열간 압연된 Z형 시트 파일, 거의 평행한 외면을 구비한 두 개의 플랜지 및 이 두 개의 플랜지를 연결하는 경사진 웨브를 포함한다. 이 웨브는 플랜지의 외면에 평행한 평면과 75°이하의 예각을 이루도록 형성되며, 플랜지와의 연결부들 사이에서 두 개의 거의 평행한 면에 의해 그 범위가 정해진다. 본 발명에 따른 열간 압연된 시트 파일은 주로 두 개의 플랜지 각각이 각 플랜지의 외면과 동일한 측면에 위치되어 있는 웨브의 평면을 연장하는 가상면에 대해 돌출하는 확장부를 갖는다는 점에서 종래의 열간 압연된 시트 파일과 상이하다.

본 발명에 따른 열간 압연된 시트 파일은 재료의 나머지 소량으로 형성되는 장점이 있으며, 따라서 벽의 평방 미터 당 질량의 소폭 증가로 단면계수의 확실한 개선과 더불어 단면특성계수의 향상을 가져오는 것으로 인식된다. 특히, 단면계수의 이러한 진보는 롤 스탠드의 폭과 플랜지의 두께를 증가시키지 않으면서 얻어질 수 있으며 플랜지의 폭을 유용하게 증가시킬 수 있는 것으로 인식된다. 제안된 해결책은 또 플랜지/웨브 연결부의 외측 코너를 강화시키며 이로써 시트 파일을 사용할 때 이 부분에 대한 손상을 줄일 수 있다. 이러한 강화는 또 낮은 수위에서 가속된 부식에 잘 저항하는데, 이는 U형 시트 파일과 달리 Z형 시트 파일이 웨브/플랜지 연결부에서 부식되는 정도 이상의 내성을 갖기 때문이다. 아울러, 플랜지가 웨일링(walings) 또는 앵커 플레이트(anchoring plate)에 대해 더 큰 지지면(=플랜지의 외면)을 가지며, 플랜지로부터 웨브로, 그리고 그 역으로 앵커 포스(anchoring force)의 이송이 개선되는 점이 있다.

특히, 다음의 특성을 갖는 본 발명에 따른 시트 파일이 얻어질 수 있다.

플랜지의 두께 : 약 19 내지 20㎜

플랜지의 폭 : ≥200㎜

시트 파일이 높이 : ≤500㎜

벽의 단위 길이 당 단면계수 : ≥4800㎤/m

단면특성계수 : 약 20(㎤/m)(㎏/㎡)

도 1을 참조하면, Z형 시트 파일은 이와 유사한 모든 Z형 시트 파일, 거의 평행한 외면(14', 14")을 구비한 두 개의 플랜지(12', 12") 및 이 두 개의 플랜지(12', 12")를 연결하는 경사진 웨브(10)를 포함한다. 이 웨브(10)는 플랜지(12', 12")의 외면(14', 14")에 평행한 평면(16)과 α의 예각을 이룬다. 이 웨브는 플랜지(12', 12")보다 얇으며, 플랜지(12', 12")와의 연결부들 사이에서 두 개의 거의 평행한 면(18', 18")에 의해 그 범위가 정해진다.

이들 각각의 플랜지(12', 12")는 파지 부재(20', 20")에 끼워진다. 더 자세하게는 이들 부재들은 라센형이며 인접 시트 파일의 파지 부재들과 시트 파일 벽에서 결합됨으로써 라센형의 조인트를 형성할 수 있다.

이 시트 파일의 칫수는 최적화 프로그램과 컴퓨터를 사용하여 최적화되어 본 명세서의 종래기술 부분에서 언급한 여러 제한조건 하에서 큰 단면계수가 얻어진다.

이 최적화는 다음의 칫수로 얻어진다.

시트 파일의 높이(플랜지들의 외면간의 거리) : h = 482㎜

각 플랜지(12', 12")의 폭 : a ≒ 208㎜

웨브(10)의 두께 : t₁= 15㎜

각 플랜지(12', 12")의 두께 : t₂= 19㎜

웨브(10)의 경사각 : α = 71°

상술한 칫수의 최적화로 인해 벽의 단위길이 당 4400㎤의 단면계수가 얻어지며, 이 경우에 이들 시트 파일은 그 플랜지들(12', 12")의 외면(14', 14")이 거의 평행하며 벽의 중립 굽힘면에서 같은 거리에 있도록 연결된다. 이러한 시트 파일 벽의 단면특성계수는 20(㎤/m)(㎏/㎡)보다 약간 작다.

여기서의 목적은 최적화된 시트 파일의 단면계수를 더 증가시키는 것이다.

이 목적은 각 플랜지의 외면(14', 14")과 같은 측면에 위치되어 있는 웨브의 평면(18', 18")을 연장하는 가상면(24', 24")에 대해 돌출하는 확장부(22', 22")에 두 개의 플랜지(12', 12") 각각을 합치시킴으로써 달성된다. 종래의 Z형 시트 파일에서 플랜지(12')의 경계가 되는 연결면(25)은 도 2에서 파선으로 보여진다. 이 연결면(25)은 플랜지(12')의 외면(14')에 접하며 웨브(10)의 평면(18')에 그 접선을 따라 연결된다.

도 2를 참조하면, 주의해야 할 사항은 플랜지 확장부(22')와 웨브(10) 사이에 오목한 코너가 형성되는 것을 방지하도록 웨브(10)에서 국부적인 여분의 두께를 갖는 부분(26')에 의해 웨브(10)가 플랜지 확장부(22')에 연결되는 점이다. 웨브(10)에 있는 이 여분의 두께를 갖는 부분(26')은 시트 파일의 단면특성계수를 약간 감소시키지만, 압연을 용이하게 하며 파일을 박을 때 플랜지 확장부(22')의 변형을 방지하게 한다. 또, 플랜지(12', 12")로부터 웨브(10)로, 그리고 그 역으로 앵커 포스의 더 나은 이송이 얻어진다.

도 2에는 또 플랜지 확장부(22')의 범위가 플랜지(12')의 평면(14')을 연장하는 제1 평면(30), 이 제1 평면(30)에 거의 수직인 제2 평면(34) 및 그 제1 평면(30)과 이 제2 평면(34)을 연결하는 볼록한 원통형의 연결면(32)에 의해 정해지는 것을 도시한다. 그러면, 웨브(10)에 있는 여분의 두께를 갖는 부분(26')에 의해 웨브의 평면(18')과 플랜지 확장부(22')를 연결하는 오목한 원통형의 연결면(36)이 정해진다. 이것은 압연의 관점에서 최적화된 플랜지 확장부(22', 22")의 구성이다.

도 1의 예에 있어서, 볼록한 원통형의 연결면(32)은 반경이 15㎜이며 오목한 원통형의 연결면(36)은 반경이 125㎜이다. 플랜지 확장부(22', 22")가 있는 최적화된 시트 파일의 단위길이 당 단면계수는 4800㎤/m이며 이는 플랜지 확장부(22', 22")가 없는 최적화된 시트 파일과 비교하여 약 9%의 증가를 의미한다. 플랜지 확장부(22', 22")가 있는 최적화된 시트 파일의 단면특성계수는 약 20(㎤/m)(㎏/㎡)이다.

플랜지 확장부(22', 22")의 압연이 주요 문제를 야기하지는 않으며 특히 롤링 트레인의 롤 스탠드의 폭을 증가시킬 필요도 없는데, 이는 본 발명이 큰 단면계수의 시트 파일에 적합하다는 것을 나타낸다.

물론, 본 발명은 상술한 시트 파일에 한정되지 않으며 단위길이 당의 단면계수가 4800㎤/m보다 작거나 큰 상이한 칫수의 단면계수를 갖는 Z형 시트 파일 및 라센형이 아닌 파지 부재를 구비한 시트 파일에 적용될 수 있다.

Claims (9)

1. 거의 평행한 외면(14', 14")을 구비한 두 개의 플랜지(12', 12")와,

   상기 플랜지(12', 12")의 상기 외면(14', 14")에 평행한 평면(16)과 예각 α ≤ 75°를 이루도록 상기 두 개의 플랜지(12', 12")를 연결하며, 그 범위가 상기 플랜지(12', 12")를 갖는 연결부들 사이에서 두 개의 평행한 면(18', 18")에 의해 정해지는 경사진 웨브(10)를 포함하는 열간 압연된 Z형 시트 파일(Z-shaped sheet pile)에 있어서,

   상기 두 개의 플랜지(12', 12") 각각은 각 플랜지의 외면(14', 14")과 같은 측면에 위치되어 있는 상기 웨브의 평면(18', 18")을 연장하는 가상면(24', 24")에 대해 돌출하는 확장부(22', 22")를 구비하는 것을 특징으로 하는 열간 압연된 Z형 시트 파일.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 웨브(10)는 상기 각각의 플랜지 확장부(22', 22")와 상기 웨브(10) 사이에 오목한 코너의 형성을 방지하도록 상기 웨브(10)의 여분의 두께를 갖는 부분(26', 26")의 중재에 의해 각 플랜지 확장부(22', 22")에 연결되는 것을 특징으로 하는 열간 압연된 Z형 시트 파일.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 플랜지 확장부(22', 22")는 그 범위가 상기 각 플랜지의 평면(14', 14")을 연장하는 제1 평면(30), 상기 제1 평면(30)에 거의 수직인 제2 평면(34) 및 상기 제1 평면(30)과 상기 제2 평면(34)을 연결하는 볼록한 원통형의 연결면(32)에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 열간 압연된 Z형 시트 파일.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제2 평면(34)은 오목한 원통형의 연결면(36)에 의해 상기 웨브의 각각의 평면(18', 18")에 연결되는 것을 특징으로 하는 열간 압연된 Z형 시트 파일.
5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 시트 파일은,

   a) 벽의 단위길이 당 단면계수 ≥ 4800㎤/m와,

   b) 약 20(㎤/m)(㎏/㎡)의 단면특성계수(specific section modulus)

   의 파라미터에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 열간 압연된 Z형 시트 파일.
6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 시트 파일은,

   a) 약 19 내지 20㎜의 플랜지들의 두께와,

   b) 플랜지들의 폭 ≥ 200㎜와,

   c) 시트 파일의 높이 ≤ 500㎜

   의 파라미터에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 열간 압연된 Z형 시트 파일.
7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 웨브는 상기 플랜지의 외면(14', 14")에 평행한 평면(16)과 71°에 가까운 예각 α를 이루는 것을 특징으로 하는 열간 압연된 Z형 시트 파일.
8. 제 1항 내지 제 7중 어느 한 항에 있어서,

   상기 각각의 플랜지는 파지 부재에 끼워지는 것을 특징으로 하는 열간 압연된 Z형 시트 파일.
9. 제 1항 내지 제 9중 어느 한 항에 있어서,

   상기 각각의 플랜지는 라센형(LARSSEN type) 파지 부재에 끼워지는 것을 특징으로 하는 열간 압연된 Z형 시트 파일.