(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉から発生する高温の排ガスを炉頂装備のシャフト内へ導入して該シャフト内の金属材料を予熱するため、該シャフト内に所要量の金属材料を保持する水冷フィンガーであって、全体として中空構造に形成されており、その上面の肉厚が相対的に厚く、またその下面の肉厚が相対的に薄く形成されていて、該下面を形成する下板としての鋼板の両端部をアール加工して側面方向へ立ち上げ、立ち上げた両側部を該水冷フィンガーの側面を形成する側板としての鋼板に溶接して成ることを特徴とする炉頂予熱装置の水冷フィンガー。
【請求項２】
炉から発生する高温の排ガスを炉頂装備のシャフト内へ導入して該シャフト内の金属材料を予熱するため、該シャフト内に所要量の金属材料を保持する水冷フィンガーであって、全体として中空構造に形成されており、その上面の肉厚が相対的に厚く、またその下面の肉厚が相対的に薄く形成されていて、該下面が外側へ湾曲形成され、該上面及び両側面が平面状に形成されて成ることを特徴とする炉頂予熱装置の水冷フィンガー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は炉頂予熱装置の水冷フィンガーに関する。例えばバーナ炉やアーク炉等の溶解炉で金属スクラップを溶解する場合、事前に該金属スクラップを溶解炉から発生する高温の排ガスで予熱することが行なわれる。金属スクラップの予熱には各種の装置が使用されるが、近年では、溶解炉の炉頂にシャフトを装備し、該シャフト内へ投入した金属スクラップを水冷フィンガーで保持して、該溶解炉から発生する高温の排ガスで予熱するようにした炉頂予熱装置が注目されている。本発明はかかる炉頂予熱装置の水冷フィンガーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のような炉頂予熱装置の水冷フィンガーとして一般に、鋼板を溶接して作製した全体として中空構造に形成されて成るものが使用されている（特開平８−５４１９１、特開平８−１３６１６３、特開平９−２５７３７７）。これらの水冷フィンガーは両側板に上板及び下板等を溶接して作製され、したがって全体としては断面外形方形の中空構造に形成されていて、通常はその中空部に仕切り板を設け、仕切り板で仕切られた各室に順次冷却水を流すようになっている。ところが、かかる従来の水冷フィンガーには、金属材料の繰り返しの落下衝撃に耐え得る強度及び加熱と冷却とに起因する繰り返しの熱応力に耐え得る特性の双方を同時に充足する上で問題がある。
【０００３】
金属材料はシャフトの上部からシャフト内へ投入するので、投入した金属材料を保持する水冷フィンガーには相応の落下衝撃が繰り返して加わる。したがって水冷フィンガーにはかかる繰り返しの落下衝撃に耐え得る強度が求められる。一方、投入した金属材料を保持する水冷フィンガーは炉からの高温の排ガスで外側から加熱され、またその中空部を流れる冷却水で内側から冷却されるので、加熱と冷却とに起因する熱応力が繰り返して作用する。したがって水冷フィンガーにはかかる繰り返しの熱応力に耐え得る特性が同時に求められる。しかし、繰り返しの落下衝撃に耐え得る強度を充足するため、肉厚が相対的に厚い鋼板で水冷フィンガーを作製すると、炉からの高温の排ガスに直面するその下面には大きな熱応力が作用するので、該下面にクラックが発生し易い。かかる熱応力は、その性質上、水冷フィンガーの下面の両端部における両側板と下板との溶接部に集中するので、特に該溶接部にクラックが発生し易い。クラックが発生すると、冷却水が漏出するので、結局はその頻繁な補修が必要になり、短期間の交換が必要になる。逆に、繰り返しの熱応力に耐え得る特性を充足するため、肉厚が相対的に薄い鋼板で水冷フィンガーを作製すると、投入した金属スクラップを直接受けるその上面には大きな落下衝撃が加わるので、該上面が破裂し易い。この場合も同様に、結局は水冷フィンガーの頻繁な補修が必要になり、短期間の交換が必要になる。従来の水冷フィンガーでは、繰り返しの落下衝撃に耐え得る強度と繰り返しの熱応力に耐え得る特性とを同時に充足できないのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、炉頂予熱装置における従来の水冷フィンガーでは、繰り返しの落下衝撃に耐え得る強度と繰り返しの熱応力に耐え得る特性とを同時に充足できない点である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明は、炉から発生する高温の排ガスを炉頂装備のシャフト内へ導入して該シャフト内の金属材料を予熱するため、該シャフト内に所要量の金属材料を保持する水冷フィンガーであって、全体として中空構造に形成されており、その上面の肉厚が相対的に厚く、またその下面の肉厚が相対的に薄く形成されていて、該下面を形成する下板としての鋼板の両端部をアール加工して側面方向へ立ち上げ、立ち上げた両側部を該水冷フィンガーの側面を形成する側板としての鋼板に溶接して成ることを特徴とする炉頂予熱装置の水冷フィンガーに係る。
また本発明は、炉から発生する高温の排ガスを炉頂装備のシャフト内へ導入して該シャフト内の金属材料を予熱するため、該シャフト内に所要量の金属材料を保持する水冷フィンガーであって、全体として中空構造に形成されており、その上面の肉厚が相対的に厚く、またその下面の肉厚が相対的に薄く形成されていて、該下面が外側へ湾曲形成され、該上面及び両側面が平面状に形成されて成ることを特徴とする炉頂予熱装置の水冷フィンガーに係る。
【０００６】
本発明の水冷フィンガーは鋼板を溶接した全体として中空構造に形成されている。全体外形は両側板に上板と下板とを溶接し、更にその先端部及び基部を別の側板で封鎖したアーム形を呈しており、通常はその中空部に仕切り板を設け、仕切り板で仕切られた各室に順次冷却水を流すようになっている。かかる水冷フィンガーは、基部に回転中心部を、またシャフト外に取り出された基端部に冷却水の入口及び出口を備え、回転中心部をシャフト壁に取り付け、したがって回転中心部を支点として開閉するようになっていて、閉じた状態でシャフト内へ投入した金属材料を受けて保持し、炉からの高温の排ガスで予熱するようになっている。
【０００７】
本発明の水冷フィンガーでは、その上面の肉厚が相対的に厚く、またその下面の肉厚が相対的に薄く形成されている。水冷フィンガーの上面を形成する上板として肉厚の相対的に厚い鋼板を用い、また該水冷フィンガーの下面を形成する下板として肉厚の相対的に薄い鋼板を用いるのである。下面の肉厚は、上面の肉厚の好ましくは１／２以下、更に好ましくは１／３以下とし、例えば上面を形成する上板として肉厚が４０mm程度の鋼板を用いた場合には、下面を形成する下板として肉厚が６〜９mm程度の鋼板を用いる。水冷フィンガーの上面にはシャフト内へ投入した金属材料の落下衝撃が直接加わる。また水冷フィンガーの下面には炉からの高温の排ガスによる外側からの加熱とその中空部を流れる冷却水による内側からの冷却とに起因する大きな熱応力が作用する。上面を形成する上板として肉厚の相対的に厚い鋼板を用いることにより上記のような繰り返しの落下衝撃に耐え得る強度を持たせ、また下面を形成する下板として肉厚の相対的に薄い鋼板を用いることにより、これに作用する熱応力を小さくして、上記のような繰り返しの熱応力に耐え得る特性を持たせるのである。
【０００８】
水冷フィンガーに繰り返しの落下衝撃に耐え得る強度及び繰り返しの熱応力に耐え得る特性の双方を同時に持たせるためには、前記のように上面に比べて下面の肉厚を薄くすることに加えて、下面の両端部に以下に詳述するようなアール加工部を形成する。すなわち、下面を形成する下板としての相対的に肉厚の薄い鋼板の両側部をアール加工して側面方向へ立ち上げ、立ち上げた両側部を該水冷フィンガーの側面を形成する側板としての鋼板に溶接し、結果として下面の両端部にアール加工部を形成するのである。水冷フィンガーの下面には炉からの高温の排ガスによる外側からの加熱とその中空部を流れる冷却水による内側からの冷却とに起因する大きな熱応力が作用するが、かかる熱応力はその性質上、下面の両端部に集中する。下面を形成する下板としての鋼板の両端部において水冷フィンガーの両側面を形成する側板としての鋼板を溶接すると、その溶接部は下面の両端部に位置し、ここに熱応力が集中して、該溶接部にクラックが発生するが、下面の両端部に前記したようなアール加工部を形成すると、かかるクラックの発生を防止できる。
【０００９】
また水冷フィンガーに繰り返しの落下衝撃に耐え得る強度及び繰り返しの熱応力に耐え得る特性の双方を同時に持たせるためには、前記のように上面に比べて下面の肉厚を薄くすることに加えて、上面及び両側面は平面状としたままで、下面を外側へ湾曲形成することもできる。下面を形成する相対的に肉厚の薄い外側へ湾曲した湾曲鋼板の両端部を該水冷フィンガーの側面を形成する側板としての平面状の鋼板に溶接し、結果として下面を外側へ湾曲形成するのである。水冷フィンガーの下面には炉からの高温の排ガスによる外側からの加熱とその中空部を流れる冷却水による内側からの冷却とに起因する大きな熱応力が作用するが、かかる熱応力はその性質上、下面の両端部に集中する。下面を形成する下板としての鋼板の両端部において両側面を形成する側板としての鋼板を溶接すると、その溶接部は下面の両端部に位置し、ここに熱応力が集中して、該溶接部にクラックが発生するが、下面を前記のように外側へ湾曲形成すると、かかるクラックの発生を防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は一部改善した水冷フィンガーを例示する側面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。水冷フィンガー１１は鋼板を溶接した全体として中空構造に形成されている。全体外形は両側板２１，２２に上板２３と下板２４とを溶接し、更にその先端部及び基部を別の側板で封鎖したアーム形を呈しており、その中空部に仕切り板３１〜３７を設け、仕切り板３１〜３７で仕切られた各室４１〜４８に順次冷却水を流すようになっている。水冷フィンガー１１は、基部に回転中心部１２を、またシャフト外に取り出された基端部に冷却水の入口１３及び出口１４を備え、回転中心部１２を図示しないシャフト壁に取り付け、したがって回転中心部１２を支点として開閉するようになっていて、閉じた状態で図示しないシャフト内へ投入した金属材料を受けて保持し、図示しない炉からの高温の排ガスで予熱するようになっている。
【００１１】
水冷フィンガー１１は、その上面２３の肉厚が相対的に厚く、またその下面２４の肉厚が相対的に薄く形成されている。水冷フィンガー１１の上面２３を形成する上板として肉厚の相対的に厚い鋼板を用い、また水冷フィンガー１１の下面２４を形成する下板として肉厚の相対的に薄い鋼板を用いるのである。図１及び図２では、下面２４の肉厚は上面２３の肉厚の１／３以下となっている。上面２３を形成する上板として肉厚の相対的に厚い鋼板を用いることにより繰り返しの落下衝撃に耐え得る強度を持たせ、また下面２４を形成する下板として肉厚の相対的に薄い鋼板を用いることにより、これに作用する熱応力を小さくして、繰り返しの熱応力に耐え得る特性を持たせているのである。
【００１２】
図３は本発明に係る水冷フィンガーを例示する断面図である。説明を省略する他の構成は図１及び図２に示した水冷フィンガーと同様になっている。水冷フィンガー１１ａは、その上面２３ａの肉厚が相対的に厚く、またその下面２４ａの肉厚が相対的に薄く形成されている。水冷フィンガー１１ａの上面２３ａを形成する上板として肉厚の相対的に厚い鋼板を用い、また水冷フィンガー１１ａの下面２４ａを形成する下板として肉厚の相対的に薄い鋼板を用いるのである。図３では、下面２４ａの肉厚は上面２３ａの肉厚の１／４以下となっている。そして下面２４ａの両端部にアール加工部５１，５２が形成されている。下面２４ａを形成する下板としての相対的に肉厚の薄い鋼板の両側部をアール加工して側面方向へ立ち上げ、立ち上げた両側部を水冷フィンガー１１ａの側面２１ａ，２２ａを形成する側板としての鋼板に溶接し、図面の場合には水冷フィンガー１１ａの側面となる部分で溶接して、結果として下面２４ａの両端部にアール加工部５１，５２を形成している。上面２３ａを形成する上板として肉厚の相対的に厚い鋼板を用いることにより繰り返しの落下衝撃に耐え得る強度を持たせ、また下面２４ａを形成する下板として肉厚の相対的に薄い鋼板を用いることにより、これに作用する熱応力を小さくすると共に、かかる熱応力が集中する下面２４ａの両端部にアール加工部５１，５２を形成して、繰り返しの熱応力に耐え得る特性を持たせているのである。
【００１３】
図４は本発明に係る他の水冷フィンガーを例示する断面図である。説明を省略する他の構成は図１及び図２に示した水冷フィンガーと同様になっている。水冷フィンガー１１ｂは、その上面２３ｂの肉厚が相対的に厚く、またその外側へ湾曲した下面２４ｂの肉厚が相対的に薄く形成されている。水冷フィンガー１１ｂの上面２３ｂを形成する上板として肉厚の相対的に厚い平面状の鋼板を用い、また水冷フィンガー１１ｂの下面２４ｂとして肉厚の相対的に薄い外側へ湾曲した湾曲鋼板を用いるのである。図４では、下面２４ｂを形成する湾曲鋼板の肉厚は上面２３ｂを形成する鋼板の肉厚の１／４以下となっている。下面２４ｂを形成する肉厚の相対的に薄い外側へ湾曲した湾曲鋼板の両端部を水冷フィンガー１１ｂの側面２１ｂ，２２ｂを形成する側板としての平面状の鋼板に溶接し、図面の場合には水冷フィンガー１１ｂの側面となる部分で溶接して、結果として下面２４ｂを外側へ湾曲形成している。上面２３ｂを形成する上板として肉厚の相対的に厚い鋼板を用いることにより繰り返しの落下衝撃に耐え得る強度を持たせ、また下面２４ｂを肉厚の相対的に薄い湾曲鋼板を用いて外側へ湾曲形成することにより、これに作用する熱応力を小さくすると共に、かかる熱応力を分散して、繰り返しの熱応力に耐え得る特性を持たせているのである。
【００１４】
【発明の効果】
既に明らかなように、以上説明した本発明には、繰り返しの落下衝撃に耐え得る強度と繰り返しの熱応力に耐え得る特性とを同時に充足できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一部改善した水冷フィンガーを例示する側面図。
【図２】  図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】  本発明に係る水冷フィンガーを例示する断面図。
【図４】  本発明に係る他の水冷フィンガーを例示する断面図。
【符号の説明】
１１，１１ａ，１１ｂ・・・水冷フィンガー、２１，２２，２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂ・・・側面、２３，２３ａ，２３ｂ・・・上面、２４，２４ａ，２４ｂ・・・下面、３１〜３７，３１ａ〜３７ａ，３１ｂ〜３７ｂ・・・仕切り板、５１，５２・・・アール加工部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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