炉顶预热器用水冷臂 本发明涉及用于炉顶预热器的水冷臂(water cooled finger)。当金属废料在，比如，熔炼炉(如燃烧炉或电弧炉)中熔化时，偶尔会利用在熔炼炉中生成的高温废气预先预热金属废料。为预热金属废料采用的有多种装置。近来受到注意的是安装于熔炼炉炉顶的一种预热设备，料井(shaft)配置在熔炼炉的炉顶，并利用水冷臂保持装于料井中的金属废料，以便利用从熔炼炉发出的高温废气对其预热。
通常，上述的炉顶预热器的水冷臂整体一般是由钢板焊接而成的中空体(特开平No.8-54191、No.136163和No.9-257377)。这些臂是通过将上下钢板焊接到两侧钢板上而构成。这些臂整体上是一个中空结构，并且其剖面外形为方形。一般该中空部分分割成分隔室，以使冷却水依次流过各分隔室。然而，这种通常的臂在同时满足抵抗金属材料装料的反复投料冲击的耐久强度及抵抗热应力的反复作用的耐久特性方面遇到问题。
因为金属材料是通过料井的上口投入料井之中，所以保持投入的金属材料的臂要反复地受到金属材料很大的投料冲击的作用。因此，要求臂具有足够的抵抗投料冲击的反复作用地耐久强度。另一方面，保持投下的金属材料的臂受到来自炉子的高温废气从外部进行的加热的作用，并同时受到流经臂的中空部分的冷却水从内部进行的冷却，结果，由加热和冷却产生的热应力就作用于其上。这样，就也同时要求水冷臂具有抵抗热应力反复作用的耐久特性。然而，如果水冷臂是由比较厚的钢板制成，则由于暴露于高温废气的臂的下板受到相当大的热应力的作用，在下板中就会很容易出现裂缝。热应力，就其本性而言，是集中于臂的下板的两端处的两个侧板和下板之间的焊接部分上，结果，裂缝就特别容易出现在焊接部分处。当出现裂缝时，就会发生冷却水的泄漏，就要求经常修理水冷臂，并应当在短期内更换受影响的部分。另一方面，如果水冷臂是由比较薄的钢板制成以满足抵抗热应力的反复作用的特性，则由于其直接接受投下的金属材料的上板受到很大的投料冲击，上板很容易发生断裂。在这种场合，毕竟同样也要求经常修理臂，并应当在短期内更换受影响的部分。通常的水冷臂不可能同时满足抵抗金属材料装料的反复投料冲击的耐久强度及抵抗热应力的反复作用的耐久特性。
本发明的目的是提供一种能够同时满足抵抗金属材料装料的反复投料冲击的耐久强度及抵抗热应力的反复作用的耐久特性的炉顶预热器用水冷臂。
炉顶预热器用水冷臂在安装在炉顶的用于通过将炉中生成的高温废气引进到其中来预热金属材料的料井中保持所需数量的金属材料。水冷臂的组成包括一对侧面、一个上板和一个下板。上板固定于两个侧面部分的上部，而下板固定于两个侧面部分的下部。水冷臂由侧面、上板和下板形成一个中空整体。此水冷臂至少满足下面条件之一：(A)上板的厚度厚于所述下板的厚度，(B)下板形成为其两端处是经过圆角弯曲处理的部分，以及(C)下板向外弯曲。
在附图中：
图1为根据本发明的水冷臂的第1实施例的侧视图；
图2为沿图1中的A-A线观察的断面图；
图3为根据本发明的水冷臂的第2实施例的断面图；和
图4为根据本发明的另外的水冷臂的第3实施例的断面图。
下面详细描述本发明。
本发明提供了一种炉顶预热器用水冷臂，在料井中保持所需数量的金属材料，该料井安装在炉顶，以通过把在炉中产生的高温废气引入到料井中而对金属材料进行预热。此水冷臂整体为中空。
本发明至少满足下面条件之一：
(A)水冷臂的上板的厚度比较厚，而下板的厚度比较薄；
(B)水冷臂的下板形成为其两端处是经过圆角弯曲处理的部分；和
(C)水冷臂的下板向外弯曲。
这些条件可单独采用。另外的方式是最好将条件(A)与条件(B)或条件(C)结合起来。
本发明的水冷臂一般是由钢板焊接而成的整体中空体。至于其整个外形，则上板和下板焊接在两个侧板上，并通过利用其他侧板封闭前端部和基部而形成臂形，并且通常将如此形成的中空部进行分隔。结果，使冷却水依次流过各分隔室。这一水冷臂在其基部配置一个转动中心部，在料井外部在基部上配置有冷却水的入口和出口。转动中心部设置在料井壁上，结果，水冷臂的开闭以转动中心部为转动支点。在闭合状态下，水冷臂接受并保持投入料井的金属材料，并且利用来自炉子内的高温废气对其进行预热。
根据本发明的水冷臂的结构为，其上板具有相对厚的厚度，而其下板具有相对薄的厚度。形成水冷臂的上板使用的是厚度相对厚的钢板，而形成水冷臂的下板使用的是厚度相对薄的钢板。下板的厚度最好是不超过上板厚度的1/2，如不超过1/3就更好。比如，如形成上板的钢板的厚度大约为40mm时，则采用厚度大约为6-9mm的钢板形成下板。臂的上板直接接受投入料井中的金属材料的投料冲击。臂的下板则受到来自炉子的高温废气从外部加热及流经臂的中空部分的冷却水从内部进行的冷却所产生的巨大的热应力的作用。如采用厚度厚的钢板作上板，则可得到对反复投料冲击的耐久强度，并且如采用厚度薄的钢板作下板，则热应力可减小，就可得到对热应力的反复作用的耐久特性。
为了能同时赋予水冷臂以对装料的反复投料冲击的耐久强度及对热应力的作用的耐久特性，可以在下板的两端形成经过圆角处理的部件，而不是使下板的厚度比上板的厚度薄，或者最好是与后者结合起来。经过圆角加工的部分是在形成下板的钢板的两侧完成，最好是在厚度小的钢板的两侧上完成，以使两侧都向着侧面方向升高。两个升高的部分焊接到形成侧面的侧面钢板上。结果，在下板的两端形成经过圆角弯曲处理的部分。水冷臂在其下板处受到来自炉子的高温废气从外部加热及冷却水从内部进行冷却所产生的热应力的作用。这种热应力，就其本性而言，是集中于下板的两端。如果形成两个侧面的钢板在其两端处是焊接于下板的钢板上，焊接部分就置于下板的两端部分。因此，热应力集中于该处并在焊接部分中产生裂缝，但是，通过在下板的两端处形成经过圆角弯曲处理的部分就可以避免裂缝的出现。
为了能同时赋予水冷臂以对装料的反复投料冲击的耐久强度及对热应力的作用的耐久特性，下板可以向外弯曲而不是使下板的厚度比上板的厚度薄，或者最好是与后者结合起来。钢板向外弯曲以形成下板，最好是此厚度较薄的曲面钢板的两端在侧面焊接于侧板上，结果形成下板向外弯曲。水冷臂在其下板处受到来自炉子的高温废气从外部加热及流经水冷臂的中空部分的冷却水从内部进行的冷却所产生的热应力的作用。这种热应力，就其本性而言，是集中于下板的两端。如果形成两个侧面的侧面钢板在其两端处是焊接于形成下板的钢板上，焊接部分就置于下板的两端部分上。因此，热应力集中于该处并在焊接部分中产生裂缝，但是，通过在下板的两端处形成经过圆角弯曲处理的部分就可以避免裂缝的出现。
下面参考附图对根据本发明的优选实施例进行说明。
图1为根据本发明的水冷臂的第1实施例的侧视图。图2为沿图1中的A-A线观察的剖视图。水冷臂11是通过将钢板焊接在一起而形成的整体中空结构。至于其整个外形，则上板23和下板24焊接在两个侧板21、22上，并通过利用其他侧板封闭前端部和基部而形成臂形。在如此形成的中空部中安装隔板31至37进行分隔，并使冷却水依次流入每个分隔室41至48之中。这一水冷臂11在其基部配置一个转动中心部12，并且在料井外部在基部上配置有冷却水的入口13和出口14。转动中心部12设置在未示出的料井壁上。因此，水冷臂的开闭以该转动中心部为支点转动。在闭合状态下，水冷臂接受并保持投入图中未示出的料井的金属材料，并且利用来自图中未示出的炉子的高温废气对其进行预热。
根据本发明的水冷臂11形成的结构为其上板23具有相对厚的厚度，而其下板24具有相对薄的厚度。即形成臂11的上板23使用的是厚度相对厚的钢板，而形成下板24使用的是厚度相对薄的钢板。在图1和2中示出的第1实施例中，下板24的厚度小于上板23厚度的1/3。如采用厚度厚的钢板作上板23，则水冷臂可得到对反复投料冲击的耐久强度，并且如采用厚度薄的钢板作下板24，则热应力可减小。因此，水冷臂就可得到对热应力的反复作用的耐久特性。
图3为根据本发明的水冷臂的第2实施例的剖视图。未说明的其他结构与在图1及2中示出的水冷臂的结构一样。水冷臂11a形成的结构为其上板23a具有相对厚的厚度，而其下板24a具有相对薄的厚度。即形成臂11的上板23a使用的是厚度相对厚的钢板，而形成下板24a使用的是厚度相对薄的钢板。在图3示出的第2实施例中，下板24a的厚度为上板23a厚度的1/4或更薄。在所形成的臂11a的下板24a的两个端部采用经过圆角弯曲处理的部分51、52。在形成下板24a的厚度较薄的钢板的两侧都作成这种圆角弯曲的部分以使两端向侧面方向升高。两个升高的部分都焊接到形成侧面21a、22a的侧面钢板上，结果在下板24a的两端形成经过圆角弯曲处理的部分51、52。通过采用厚度较厚的钢板来形成上板23a使水冷臂可得到对反复投料冲击的耐久强度。通过采用厚度较薄的钢板作为下板24a，则热应力可减小，同时，在下板24a的两端形成经过圆角弯曲处理的可能会有热应力集中的部分51、52。因此，水冷臂就可得到对热应力的反复作用的耐久特性。
图4为根据本发明的水冷臂的第3实施例的剖视图。未说明的其他结构与在图1及2中示出的水冷臂的结构一样。水冷臂11b形成的结构为其上板23b具有相对厚的厚度，而其下板24b具有相对薄的厚度。即形成臂11的上板23b使用的是厚度相对厚的钢板，而形成下板24b使用的是向外弯曲的厚度相对薄的钢板。在图4示出的第3实施例中，下板24b的厚度为上板23b厚度的1/4或更薄。形成下板24b的向外弯曲的厚度较薄的钢板的两个端部都焊接到形成侧面21a、22a的侧面钢板上，结果形成下板24b的向外弯曲的部分。通过采用厚度较厚的钢板来形成上板23b使水冷臂可得到对反复投料冲击的耐久强度，而同时通过采用厚度较薄的钢板作为下板24b，则热应力可减小，并且同时热应力可被分散，借此水冷臂就可得到对热应力的反复作用的耐久特性。
从上面的说明可知，上述的本发明在同时满足对金属材料装料的反复投料冲击的耐久强度及对热应力的反复作用的耐久特性方面是有效的。