JPS5974227A - 鉄道用レ−ルの冷却方法および冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鉄道用レールの物質特性および製造効率を
改善する鉄道用レールの冷却方法および冷却装置に関す
る。

１９７０年代から１９８０年代まで多数の研究者によっ
て成された研究により、非常に微粒なノや−ライトから
成る冶金構造、あるいは少量の（イナイト（過渡的なパ
ーライトと言われることもある）を含んだ微粒なパーラ
イトの組合せから成る冶金構造を有する鋼鉄性レールが
最も優れた物質特性（強度、硬度、耐久性および耐摩耗
性）を示すことが立証されている。上記の研究結果は、
例えば、スミス、　Ｙ、Ｅ、およびフレクチャー、　Ｆ
、Ｂ、の１圧延レ一ル用高強度鋼鉄合金“；“レール鋼
鉄の開発、処理および使用”ＡＳＴＭ　ＳＴＰ　６４４
　、　Ｄ、Ｈ，ストーンオよびＧ、Ｃ，／ラフ。

エドワーズ；“アメリカ社会における試料物質”１９７
８　、　ＰＰ、　２１２−２３２．ヘラ−２ｗ、および
スチワイツアー、Ｒ０；鉄道新聞インターナショナル、
１９８０年１０月、ＰＰ、８５５−８５７：タムラ、Ｙ
、他の６レール熱処理の開発”；および日本鋼管技術報
告、外国１６２９　（１９８０）ＰＰ、１０−２０等に
開示されている。

本発明者は、以下に詳述する上述の冶金構造物を生産す
る２つの一般的な方法を承知している。

中　１つの方法は、フェライト−オーステナイト変態温
度において、圧延レールを室温からある温度まで再加熱
し、更忙そのレールを所定の冷却速度によって急激に冷
却するものである。

上述したタムラ、他；ホルヮース、　Ｂ、Ｒ，およびＲ
，に、スチールのル−ルのサイトフレーム（Ｓｆｔ＠Ｆ
１ａｍ５）硬化の可能性“；および機械技術者アメリカ
協会、７８−ＲＴ−８は、上記技術に対してそれぞれ異
なるアグローチを示しておシ、それぞれ所望の微粒・平
−ライト構造物の製造に成功している。

（１）　　第２の方法は、クロム、モリブデンあるいは
高いしくルのマンがンのような要素を単体であるいはこ
れらを組合せて標単的な炭素−マンがンレール鋼鉄に混
ぜ、熱間圧延工程の後に行う自然冷却の間に起こる冶金
的変化によって所望の微粒・平−ライト構造物を得るも
のである。

この種のレール鋼鉄には、レール鋼鉄冶金学の技術にお
いて周知な種々の方法により、シリコン、パナゾウム、
テイタニウムおよびアルミニウムのような要素が単体あ
るいは種々の組合せで更に混合され、その特性が更に改
良される。

しか、しながら上述した熱処理方法は、再加熱。

取シ扱いおよび分離した製造工８．ＶＣおける時間等の
コストの問題を有しているとともに、生産作業において
全てのシステムの生産効率が低く成ってしまう欠点があ
る。また、上記混合方法は、上記熱処理方法の欠点を除
去することができるＫもかかわらず、高価な合金の付加
が必要であるためコストが掛かると言う問題を有してい
る。

レールが熱間圧延機から離れる際レールの冷却を促進す
ることによって、レールの特性を改善することは、１９
００年代初期からレール製造冶金学者の夢であシ、この
試みに関する種々の発表および特許が知られている。例
えば、アブソロン、Ｂ、およびフエスチェンコークゾピ
ワイク、Ｊ、の１硬化レールの製造”；第３回レール国
際会議、ブタペスト８−１２．９．１９３５；物質調査
ハンがり一協会、ブタペスト、１９３６；カナダ特許Ａ
１．０２４．４２２＠鋼鉄レールの処理方法”ベスレヘ
ム鉄鋼株式会社（ロパートＪ、ノー！Ｊ−）。

１９７８年２月１７日；およびカナダ特許屋１．０５Ｅ
Ｌ４９２１鋼鉄の熱処理方法”フリート、クラフッ為ツ
テンワークＡ、Ｇ、　（ウィルヘルムヘラ−）、１９７
９年７月１７日等によって開示されている。

このアプローチにおける以下に１直線的熱処理１として
示される全ての初期の試みは、その作業を確実に制御す
ることができないために実行可能な産業的製造方法を達
成することができなかった。これらの方法のほとんどは
、約１４００〜１１００°Ｔ？の温度範囲内で約６〜９
）◇に設定された冷却速度によシ、加熱された鋼鉄レー
ルが室温まであるいは室温の近傍まで冷却されるような
予め選択された冷却速度を求めることを目標としていた
。つまり、レールの温度が約１４００〜１１０００Ｆの
間である場合、前述の冷却速度が維持されなければなら
ない。

圧縮空気、水蒸気、温水あるいは重合体に変更された水
を用いて所望の冷却速度を得る方法が提案されている。

例えば、上述したアブサロン、およびカナダ特許４１，
０２４，４２２は水蒸気および温水の使用を開示してい
る。また、西ドイツ公告公報Ａ　１，５８３，４１８−
ペシデインによれば圧縮空気および水の使用を開示して
いる。

常温水を直接使用した場合、レールの表面部分が過度に
冷却され、その結果マルテンサイトが形成される。これ
らの冷却速度の制御方法はそれぞれ独自の利点を有して
いるが、臨界冷却速度を得るために必要な主意設備にお
ける一定状態を保持することが難しいと言う共通の欠点
を有している。

レールカラレールへの温度変化に−ｔのレールが熱間圧
延機から離れる際のレールの長さに沿った温度変化を加
えると、冷却工程開切時の温度は、目標の開初点から約
±１０００１？だけ変化する。（上記目標の開初点とは
レールが熱間圧延材から離れる際のレールの平均温度で
ある０）このことは、上述した出願に提案された一定冷
却速度工程は、作業において従来のレール装置に適用で
きないと言うことを意見している０また、いくつかの方
法において、圧延後、レールの表面をマルテンサイトが
形成され初める温度以下まで直接急激に冷却し、次釦レ
ール中心部の熱をレール表面に伝達してマルテンサイト
の調整を行うことＫより一層耐摩耗性に優れたレールを
製造する試みが成されている。その結果、形成された冶
金構造物は、ソルバイト（自己−調整マルテンサイトも
同様の意見として用いられる）と呼ばれるとともに、ニ
ューパスーメイスンの方法によって作られる物であり、
その変形例が上述したアプンロンに開示されてｂる。こ
の方法は硬く、耐摩耗性に優れた表面を得ることには成
功したが、ツク−ライトの芯を覆うソルバイトの外皮は
、物質硬度の急激な変化のためにソルバイトとパーライ
トとの中間表面の位置において金属疲労を生じる。この
金属疲労は、現在の列車のように重い車輪の場合起こシ
易く、その結果突然レールの破損を起こす成れもある。

現在のレール鋼鉄冶金学者は、物質硬度が急激（（変化
することがない、硬度勾配のゆるい冶金構造物が必要で
あることを承認している（例えば、外国向け、日本鋼管
技術報告、Ｎ２９（１９８０）参照）。

この発明は以上の点に鑑みなされたものでその目的は、
改良された耐摩耗性を有する鉄道用レールを製造するた
めの冷却方法および冷却装置を提供することＫある。重
い列車の出現および列車の高速化により、レールの摩耗
は現在情実な問題と成っている。また、現在の経済的風
潮、および摩耗したレールの交換に伴うコスト並びに運
行の中断は、ますます問題と成ってきておシ、その結果
鉄道工業において、現在使用されている従来のレールよ
りも優れた耐摩耗性を有するレールの供給が要望されて
いる。商業的に受諾できるように、このようなレールは
経済的でなくてはならないとともに１一層耐摩耗性に優
れたレールを作シ出す試みに成功した従来技術に関する
コスト的不利益は、レールの使用を限定してしまう。

また、良く知られているように、レールの最も摩耗する
部分は、レールの頭部、特に頭部の上面および内側面で
ある。そのため、改善された耐摩耗性を有するレールを
供給するためには、レールの頭部あるいは少なくとも頭
部近傍の表面領域は、超微粒パーライトから成る冶金構
造あるいは少量の４イナイト（過渡的）や−ライトとし
て示されることもある）を含んだ微粒ツヤ−ライトの組
合せから成る冶金構造を有していることが望ましい。

この発明によれば、上記所望の特性を有するレールは直
線的熱処理によって製造される。この熱処理において、
加熱されたレールは、圧延機から退去する際、液状冷却
媒体、一般に加熱されていない水（つまシ、周囲の温度
と等しい温度の水）の噴霧によシ、断続的に強性冷却さ
れる。そして、レールの頭部および基部底面中央部への
上記冷却液の供給を制限する手段が設けられている。冷
却液の各噴霧の合間に、レール内の熱は、冷却液の供給
を受けない部分、特にレールウェブの部分から冷却され
た部分へ伝達される。冷却工程の操作上媒介変数はレー
ルの上記頭部近傍表面の過度の冷却を防止するように調
整されており、それによってマルテンサイトの形成が防
止され所望の冶金構造物が製造される。本発明の主表目
的はレール頭部を所望の冶金構造に形成することにある
Ｋもかかわらず、レール基部の底部を同時に断続的に冷
却することは、レールの反り、つｔｂ熱収縮および冶金
的反応の差異によるレールのたわみを減少させる上にお
いても有利であることが解った。

また、レール基部の先端部への冷却液の供給は行われな
い。なぜなら、これらの先端部は比較的小さい部分であ
るため、もしこれらの先端部に冷却液が噴霧された場合
、過度冷却の危険が生じるとともにマルテンサイトが形
成されてしまうためである。

この発明によれば、上記熱処理方法を実施するための装
置は、生産圧延機と並列されたローラ拘束システムを備
えている。この拘束システムは圧延機からレールを受は
取シそれらを冷却液ヘッダーと空気地帯とが交互に位置
した系列を介して搬送する。上記ヘッダーは、ヘッダー
を通過するレール上に冷却液を噴霧する手段と、レール
の所望の部分、つまシ頭部および基部底面中央部のみに
冷却液を供給するための隔壁システムのような手段と、
を有している。ヘッダーと交互に位置した空気地帯は、
圧延機内の空気温度において起こる実質的な温変化の影
響を最少にするために、包囲されていてもよい。また、
上記圧延機が、製造装置周辺、つまシこの方法が実施さ
れる場所の温度の急激な変化を引き起す気象状態の影響
を受けない場合、上記空気地帯を包囲する必要はない。

上記噴霧手段は、冷却液の噴霧を行うだめのノズルある
いはレールが通過する”液体カーテン”を作シ出すため
の手段を備えている。１液体カーテン”つまシ“水のカ
ーテン”は周知であるとともに、噴霧の特殊な形状とし
て考えることができる。本明細書および特許請求の範囲
におりて、１噴ｎ＃という言語は従来の噴霧および１液
体カーテン”の両方の意見を含んで用いられている。

本発明の冷却方法は、従来提案されている方法に比べて
容扁に制御することができるととも釦、後述する本発明
の実施例に係る装置は、制御システムを備えており、こ
のシステムは周知の文献あるいは特許に開示されている
従来の制御システムに比べて非常に正確である。この発
明は上述した利点を備えている釦もかかわらず、高い主
音効率を維持できるとともに、６ｍ的なレールの製造に
用いられている鋼鉄の合金コストと何んら変ることのな
いコストでレールウェブすることができる。以下図面を
参照しながらこの発明の実施例について詳細に説明する
。

熱間圧延された鉄道用レールを直線的に冷却する本発明
の一実施例に係る冷却装置が第１図ないし第３図に示さ
れている。

第１図に示すように、この装置はローラ型拘束システム
を備えている。この拘束システムは多数の四−２９を有
しておυ、これらのローラは噴霧ヘッダーおよび空気地
帯を介してレールをその長手方向に沿って搬送するとと
もに、噴霧に対する所望の位置へレールを保持し、かつ
　　　゛不均一な熱収縮によって生じるひずみからレー
ルを拘束する。また、この装置は、多数の低圧水噴霧ヘ
ッダー１ｍ、１ｂと、ヘッダー交互に設けられた多数の
空気地帯２ｈ、２ｂとを備えており、各空気地帯は覆い
によって包囲されている。

第２図および第３図に示すように、各噴霧ヘッダーは、
レールの頭部６上に冷却水を噴霧するように配設された
多数のノズルアッセンブリー１０＆と、レールの底部７
の中央部に冷却水を噴霧するように配設された多数のノ
ズルアッセンブリ１０ｂとを備えている。また、傾斜し
た隔壁３ａが設けられており、これらの隔壁はノズルア
ッセンブリＩｆ）ａからの噴霧がレールウェブ４へ噴霧
されるのを防止するとともに、レールの頭部６側面から
の水滴がレール基部上面上に垂れるのを防止する。また
、ノズルアッセンブリＩＯｂからレール基部底面７の中
央部への噴霧を規定する垂直な下部隔壁３ｂが設けられ
ており、これらの隔壁３ｂは、ノズルアッセンブリ１０
１）からの噴霧がレール基部の先端部５へ噴射されるの
を防止している。

空気地帯２ｍ、２ｂは、周囲の状態の突然の変化に伴う
空気冷却の影響を最少釦するよう釦、閉塞された遮壁１
ｊｔｈ、ｇｂによってそれぞれ包囲されている。

ノズルアッセンブリ７０＠、１０ｂは、加熱されていな
い水（つまり１冷たい”あるいは周囲の温度と等しい温
度の水）、あるいは他の液状冷却媒体を加圧する念めの
適当な加圧源に接続されている。以下、冷却媒体として
水を用いた場合について説明する。

第３図に示す隔壁およびノズルの配置は、単に一実施例
にすぎない。他の噴霧ヘッダーの構成かに４図に横断面
図として示されている。

第４図において、パイプ２７０はそれぞれ本装置を通る
レールの搬送方向と平行に位置している。ノズルアッセ
ンブリ１０＊、１０ｂは、ノ４イブ２１０の長手方向忙
沿って互いに離間した状態でｉ４イｆｘ　ｙ　ｏにそれ
ぞれねじ込まれている。各パイ７６２７０の長手方向中
央部には、水の流入ノ４イア６ｓ　ｏ　ｏが接続されて
おシ、ツヤイブ２７０は略噴霧ヘッグーの長さだけ延び
ている。流入パイｆ３００は、柔軟なホース釦より図示
しない水量制御弁および水を供給する手段に接続されて
いる。

＠４図に示す隔壁システムによれば、上部に位置した３
本の・やイブ２７０の内の外側の２本のパイプから下方
へ独立した部材２８０＆が延びている。また、隔壁３１
のａがヒンジ３５０に取付けられており、これらのヒン
ジは支持枠３６０に固定されている。支持枠３６０は図
示しない支持体上に取付けられている。部材２８０＃Ｌ
および隔壁３１０ａの機能は、ノズルアッセンブリＩＯ
ａからの噴霧がレールのウェブ４に噴射されるのを防止
するとともに、頭部６からレール基部上面への水滴の落
下を防止することにある。同様に、ノズルＩＯｂからレ
ールの底部中央部７への噴霧を規制する下部隔壁３４０
ｂが設けられている。

第４図に示す噴霧ヘッダーの構造が用いられた場合、こ
れらのへラダーは、第１図および第２図に示すよう忙空
気地帯と交互に配設されることは言うまでもない。第４
図に示す噴霧ヘッダーは、第２図および第３図に示すヘ
ッダーと全く同じ型式で動作する。しかしながら、＠４
図に示すヘッダーは、一般忙、安価に製造できるととも
に容易に保持することができる。

第１１Ａ図および第１１ＢＩＣ示すように、冷却システ
ムの制御には入口／出口温度監視システムと組合わされ
たコンピューター基礎制御システムが用いられている。

以下、本発明の方法を実施する上記装置の動作について
説明する。

レールがヘッドアップ状態において、上記冷却システム
を介して搬送されると、レールの頭部６および基部底面
７は、レールが交互に位置した空気地帯を通過する間の
熱の伝導によりレール表面部分の温度がマルテンサイト
形成温度以上に保たれるよう釦、水の噴ｆｌｌｃよって
断続的に冷却される。この強制的冷却により、レールの
頭部は、所定の冷却停止温度に達するまで急速に冷却さ
れる。（冷却停止温度とは、強制的冷却が終了した時に
おけるレールの温度を意見して込る。）ここで、水のＩ
ｌｌが停止され、レールは空気中で冷却される。

レールのウェブ部分を水と接触しない状態−保持する目
的は以下の点にある。

■　温いウェブ４から冷却された頭部６への熱伝導は、
水の噴霧冷却停止後、頭部が所定時間路一定温度に保持
されるように頭部の冷却特性を制限する。

（１１）温いウェブおよび冷却された基部底面７は、強
制冷却の間レールを直すぐに保持する助けをする。

Ｉｌｌ　この熱分配は、後の最終冷却の間有害な残溜応
力を最小にする。

実験によシ、冷却停止後、レールのウェブからの熱は路
上記つエゾの空気冷却に相当する割合で、強制冷却され
た頭部に伝導することが判明した。その結果水の冷却終
了後、レール頭部に関する時間一温度曲線は約６分間あ
るいはそれ以上の開路平坦となる。第５図は、複数の熱
伝導をレールの走行表面の下方１１＋ＩＩ！＋１０ｍｍ
及び２０喘にそれぞれ植え込み、そして上記レールを冷
却装置によって冷却することによって測定された時間一
温度曲線を示している。また第５図は、この発明の詳細
な説明している。曲線２１．２２及び２３は、それぞれ
１ｍ、１０ｍ。

２０ｍの位置において測定された温度を示している。曲
線２１中の段部２４は噴霧ヘッダー間の熱伝導段階をそ
れぞれ示している。

第６図及び第７図は、従来得られている冷却効果と本発
明において得られた冷却効果とを、図解的に比較してい
る。第６図及び第７図に示された連続的冷却変化曲線は
、レール鋼鉄冶金学の分野に熟練した人々に容易に理解
されよう。

従来の方法において、Ａｅ３温度から変態開始温度まで
の冷却曲線の勾配は、急激であるとともに、所望の微粒
パーライトが形成されるまでマルテンサイトの形成ある
いはく一ナイトの増加を防止するため、非常に小さな公
差で制御されなくてはならない。（ここで、Ａｅ３温度
とは初期の小さな冷却速度におけるオーステナイトから
フェライトへの変態温度の上限を意味している。）第６
図において線Ｉｎ−１１によって表わされている冷却は
、マルテンサイトの形成を生じる。また、線１ｏ−ｉｚ
Ｋ沿った冷却は大きな割合のベーナイトを生じさせる。

線１θ−１３と線Ｉｎ−１４とによって囲まれる部分で
の冷却は、所望の微粒ノ４−ライトを生じさせる。線１
０−１４よシも遅い割合での冷却は、粗大なパーライト
の形成を生じてしまうため、レールの物質特性を悪化さ
せてしまう。この発明の方法によれば、オーステナイト
−フェライト変態温度以上から第７図における線１５−
１６−２０及び線１５−１９−２０１１Ｃよって囲まれ
た部分までの冷却は、所望の微粒パーライトを得ること
ができる。冷却停止温度を変化されることによって生じ
る効果は、以下に示す例に開示されている。

レール基部底面の強制冷却は、レールの強制冷却の間に
おけるレール頭部からレール底部への冶金学的変態に係
わる熱収縮及び応力を略平衡にし、ローラ拘束システム
中におりてレールを直すぐに保つ助けをする。更に、温
かいウェブは応力緩和温度以上にあるため誘発された応
力は直ちに除去される。

強性冷却の間におけるひずみを最小忙する上において上
記底部冷却の効果を証明するため、拘束されていないレ
ールをここに述べられている方法により強制冷却する実
験が行われた。レールの頭部のみが強制冷却された場合
、レールは約０．０１２の反り率でひずんでしまう。頭
部および基部底面が強制冷却された場合、反シ率は約０
．０００９よりも小さく成る。

基部先端部５は、過冷却を防止してマルテンサイトの形
成を防止するよう忙、強制冷却の間できるだけ高温に保
持される。

レールの回シで上記空気冷却地帯を包囲した任意の閉塞
連結遮壁１１ｍ、８ｂは、対流熱損失を防止する助けを
するとともに、レール局間の状態の突然な変化を防止す
る助けをする。また、これらの遮壁８ＩＬ、８ｂは、第
５図の曲線２ノの段部２４によって示される各噴霧ヘッ
ダー間で生じる熱伝導の間、第５図に示されている時間
一温度曲線の特性を安定させる助けをする。

上述したように、遮壁８ａ、８ｂは操作環境に応じて任
意に設けられる。しかしながら、本装置および方法が開
開温度変化の大きい環境で用いられる場合、遮壁８＊、
８ｂを使用することが望ましい。

ローラ拘束システムは、レールをヘッドアップの状態で
噴霧ヘッダーおよび空気地帯を介して搬送する。また、
ローラ拘束システムは、レールの頭部および底面を冷却
することのみでは補正できないレールのひずみを補正す
るとともに、レールを噴霧ヘッダー内の噴霧ノズルおよ
び隔壁に対する正確な位置に保持する。ローラ拘束シス
テムの他の機能は、機械技術の分野において明白である
ため、その説明は省略する。

コンピューターを基礎とした工程制御システムは、所望
の一定停止温度を得るために、レールが最初の噴霧ヘッ
ダーに入る際のレール頭部の温度を監視するとともに、
レール間およびレールの長さに沿った温度変化を補正す
るように冷却工程を自動的に調整する。

従来、温度補正のための工程調整は、レールの各部分を
冷却するため忙用いられる多数の噴霧ヘッダーに関して
行われている。しかしながら、制御変数として、噴霧地
帯を通るレールの速度あるいは噴霧ヘッダーの冷却効率
を、単独であるいは種々組合せて用いることは周知であ
る。例えば、噴霧ヘッダーの冷却効率は、ヘッダーを通
る水の流量を増加することにより、あるいは動作する噴
霧ヘッダーの数を変えることにより上げることができる
。上記コンピューターに基づく工程制御の詳しい説明は
ここでは述べない◎なぜなら、工程制御の分野において
、本発明の目的に合う制御システムは、多数提案されて
いるからである。しかしながら、この発明において、従
来の方法に比べて冷却速度のよシ広い範囲の変化が、上
述したように、実際の産業的操作における制御された操
作を可能にすることは重要な点である。

実例 次忙本発明を以下に示す実例を用いて更に説明する。

表１に示される化学成分を有した基漁長さ１３６１ｂ／
−？−１＃）鉄道レールを約８５０〜１２００乍の範囲
で冷却停止温度を変化させながら本発明の方法により強
制冷却する。

表　　１ 成　　分　　　　　　　　肴（重１トに一セント）炭　
　素　　　　　　　　０．７５ マンｆン　　　　　　　　０．９５ 硫黄　　０．０２０ 夛ん　　０．０１０ 珪　　素　　　　　　　　０．２５ その他　　　　　　鉄および付帯的 不純物 第８図は、実験から得られた冷却停止温度と強度との間
の相互関係を示している。第８図において、上の曲線２
５は、冷却停止温度の関数キロポンド／平方インチ（Ｋ
Ｓｉ）で示される引張シ強さの変化を示している。下の
曲線２６において、キロポンド／平方インチで示された
曲げ強度が冷却停止温度の関数としてプロットされてい
る。第９図および第１０図は、レール頭部の走行表面か
らの距離および冷却停止温度の関数として、ロックウェ
ルＣ硬度単位で表された硬度をそれぞれ示している。例
えば、第９図および第１０図には、レール頭部からの距
離の関数として、冷却停止温度１０８０’Ｆ’ＩＣおけ
る硬度の変化を示す曲線がそれぞれ示されている。

冶金学的実験から、約８５０°Ｆおよびそれ以下の冷却
停止温度によシ、変態構造は微粒・ヤーライトおよび／
あるいは過渡的・千−ライトと成ることが解った。また
、レールが意識的に低い冷却停止温度まで冷却された時
にのみ、マルテンサイト変態が生じないとともに、ベー
ナイトが形成される。

＠２−コンピューターに基づいた制御システム上述した
冷却工程に用いられるコンピューター基礎制御システム
は以下の要素を備えている。

中　冷却装置の入口端に設けられた／４’イロメーター
のような温度監視装置。

（１１）冷却装置の出口端に設けられた／４’イロメー
ターのような温度監視装置。

１曲　記憶および計算機能を有するデジタル。

電子コンピューター。

ｃＩψ　全ての冷却へラグ−にそれぞれ設けられた電動
ウォーターパルプ。これらの電動ウォーターバルブは、
以下に説明する制御システムによる各ヘッダーの制御を
許容する。

（ソ　上記温度監視装置および電動ウォーターパルプを
上記コンピューターに接続する中間−・−ドウエア。

（ｖｌ　　入手した温度情報を自動的に監視できるとと
もにウォーターバルブを作動させることにより動作する
冷却ヘッダーの数を常に調整できるコンピュータープロ
グラミング（ソフトウェア）。

ＶＩｌ　　陰極線管のような情報読み出し装置。

上記コンピューターのプログラムは、熱力学的データ、
上記冷却装置を特徴づける熱伝導情報および許容工程公
差を含んでいる。冷却装置内へ入るレールの温度が検知
されると、上記コンピューターは、所望の冷却停止温度
を得るだめに必要な正確な数の冷却ヘッダーを通して水
の流出を自動的に行う。

第１１Ａ図は、レールの所望の強制冷却を得るために必
要な適当な数の噴霧ヘッダーを切り換えるための制御シ
ステムを示している。レールが冷却装置内に入ると、ま
ず、入口温度、つまりレールの頭部端の温度が測定され
る。測定された温度の値は、所望の冷却効果を得るため
に、適当な数の噴霧ヘッダーによる冷却液の流出を開始
させるために用すられる。レールが冷却装置内を進むに
つれて、レールの、温度は冷却装置の入口で順次測定さ
れる。そして、冷却装置内へ入ってくるレールの各部分
が所定の公差で所望の冷却停止温度まで冷却されるよう
に、もし必要であれば、動作する冷却ヘッダーの数は、
レールの長さに沿った入口温度変化を補正するために変
更される。レールが冷却装置から取出された後、冷却へ
ラダーは、次のレールが入って来るまで停止される。ま
た、次のレールが入って来ると、第１１Ａ図に示す論理
システムは、再び作動される。

また、レールの温度は冷却装置の出口で検知され、上記
コンピューターへ送られる。そして、コンピューターは
、検知された温度を所望の温度と比較する。検知された
温度が上記プログラムされた工程公差よシも太き、な値
だけ所望の温度からずれている場合、コンピューターは
、適当な動作が行われるように、上記陰極線管を介して
作業へに信号を送る。また、コンピューターは、上記事
態に適応するモードを備えており、このモードによシ、
コンピューターは、上記温度誤差が次のレール工程で補
正されるようにプログラムを自動的に調整する。（上記
温度誤差は、故障した冷却へラダーがある場合、上記制
御システムによって検出されず、適切な保持作用が成さ
れるよう作業員に信号が送られる。）第１１Ｂ図は、冷
却装置の出口側で測定されたデータの利用を示している
。レールの前端が最後の噴霧ヘッダー／空気地帯部分か
ら出て来た後、第１１Ｂ図に示すシステムが作動される
。

そして、このシステムは冷却装置から出て来たレールの
部分の多数の点における温度の測定を開始する。レール
の後端が検知され、後端の温度が測定された後、このシ
ステムは適切なモードを設定する。このモードにおいて
、実際の温度と、冷却装置の出口側におけるレールの予
想温度とが比較される。それによシ得られた結果に従っ
て、第１１Ａ図に示されるシステムに使用されるプログ
ラムに、必要な調整が施される◎なお、本発明は上述し
た実施例および図面に限定されるものではなく、′この
発明の範囲ないで種々変更可能である。例えば、レール
鉄鋼化学において重要な変形例として、冷たいレールを
適肖な温度まで再加熱し、次に本発明の方法によシその
レールを強制冷却するようにしてもよい。更に１もし必
要であれば、レールに害を与えないように製鉄作業中に
形成された残溜水素を拡散させるため、強制冷却後レー
ルを低速冷却タンク（″′マキタンク”（ＭａＫｉ　ｔ
ａｎＫ））内へ載置するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る冷却装置の側面図、 第２図は第１図に示す冷却装置の一部を拡大して示す断
面図、 第３図は隔壁の配置を示すように切断された噴霧ゾーン
を通る第１図および第２図の冷却装置の横断面図、 第４図は第１図および第２図の冷却装置に使用される他
の噴霧ヘッダーを示す横断面図、第５図はレールの走行
表面の下方１ｍｍ、１０ｍ。 および２０ｗ＋に熱伝対を配置し、本発明の方法により
レールを約１７００°Ｆから冷却することＫよって測定
された時間一温度冷却曲線を示し、第６図は従来の冷却
方法の図表的説明図、第７図はこの発明によって得られ
た冷却特性を図表的説明図、 第８図は冷却停止温度と曲げ強さく曲線２６）および引
張り強さく曲線２５）との間の相互関係を示す図、 第９図は種々の冷却停止温度において、レールの走行表
面中心から測定されたレールの硬度を示す図、 第１０図は種々の冷却停止温度において、レール頭部の
コーナから測定されたレールの硬度を示す図、 ＞ｘ　１１　Ａ図および第１１Ｂ図はこの発明の冷却装
置および方法に使用されるコンピューター制御システム
に用いられる論理のフローチャートである。 １ｍ、Ｉｂ・・・噴霧ヘッダー、２ｍ、２ｂ・・・空気
地帯、３ａ　、　、９　ｂ・・・隔壁、４・・・レール
ウェブ、５・・・基部先端縁、６・・・頭部、７・・・
基部、９・・・ローラ’ｆＪ１拘束システム、１０ｈ、
１０ｂ・・・ノズルアッセンブリ。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦図面の浄書（
内容に変更なし） 時間（ｓｅｃ） 第５図 第４図 ′ｉ″　　第、６図 第８囚 第９図 筑１０図 第１１Ａ図 手続補正書（方刻 １、事件の表示 特願昭５８−１２１１２９号 ２、発明゛の名称 鉄道用レールの冷却方法および冷却装置３、補正をする
者 事件との関係　　特許出願人 ザ・アルゴマ・スチール・コーポレーション−リミテッ
ド４、代理人 昭和５８年１０月２５日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　オーステナイト−フェライト変態温度以上の初期
   温度から鉄道用レールを冷却しレールの冶金学的特性を
   改善する鉄道用レールの冷却方法において； 冷却の間、上記レールの表面近傍領域がマルテンサイト
   形成温度より高く維持されるように、液体冷却媒体を使
   用した冷却ヘッダーと空気地帯とが交互に位置した列を
   介して上記レールを通過させることにより上記レールの
   頭部を断続的に強制冷却する工程と： 上記レールの頭部がマルテンサイト形成温度よりも高い
   所定の冷却停止温度に達した際、上記液体冷却媒体の供
   給を停止する工程と；を具備したことを特徴とする鉄道
   用レールの冷却方法。 ２、上記強制冷却の間、上記レールのウェブおよび基部
   端縁の冷却は、最少に押えられることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の鉄道用レールの冷却方法。 ３、上記液体冷却媒体は、上記レールのウェブおよび基
   部に掛からないように、レールの頭部Ｋｌ！Ｊ［される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の鉄道用
   レールの冷却方法。 ４、上記レールは、多数の噴霧地帯および空気地帯を通
   して長手方向に沿って搬送され、上記空気地帯は連続す
   る一対の噴霧地帯間に挾まれ、レール頭部に沿った各地
   点は、断続的に冷却液の噴霧を受けることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項に記載の鉄道用レールの冷却方法
   。 ５、上記液体冷却媒体は、上記レールの基部端縁に掛か
   らないように、レールの基部底面中央部に噴霧されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の鉄道用レ
   ールの冷却方法。 ６、上記冷却停止温度は、約８５０’Ｆ〜１２００°Ｆ
   の範囲内であることを特徴とする特許請求の範囲第４項
   に記載の鉄道用レールの冷却方法。 ７、　上記レールは、熱間圧延工程によるレールの成形
   に続いて、再加熱されることなく、上記強制冷却を受け
   ることを特徴とする特許請求の範囲第４項ないし第６項
   のｂずれかに記載の鉄道用レールの冷却方法。 ８、上記レールは成形後かつ上記強制冷却を受ける以前
   に再加熱されることを特徴とする特許請求の範囲第４項
   ないし第６項のいずれかに記載の鉄道用レールの冷却方
   法。 ９、使用される噴霧地帯の数は、上記所定の冷却停止温
   度が得られるように、強制冷却の間堅実な根拠に基づい
   て変えられることを特徴とする特許請求の範囲第４項な
   いし第６項のいずれかに記載の鉄道用レールの冷却方法
   ０１０、上記レールが上記噴霧地帯および空気地帯を通
   過する速度は、上記所定の冷却停止温度が得られるよう
   に、強制冷却の間賢実な根拠に基づいて、変化されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項ないし第６項のい
   ずれかに記載の鉄道用レールの冷却方法。 １１、上記噴霧地帯の冷却効率は、上記所定の冷却停止
   温度が得られるよう釦、強制冷却の間、賢実な根拠に基
   づいて変化されることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項ないし第６項のいずれかた記載の鉄道用レールの冷却
   方法。 １２、上記液体冷却媒体は、常温水であることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項ないし第６項のいずれかに記
   載の鉄道用レールの冷却方法。 １３、オーステナイト−フェライト変態温度以上の初期
   温度からレールを冷却し、レールの冶金学的特性を改善
   する鉄道用レールの冷却方法において； 冷却の間、上記レールの表面近傍領域がマルテンサイト
   形成温度より高く維持されるように、液体冷却媒体を使
   用した冷却ヘッダーと空気地帯とが交互に位置した列を
   介して上記レールを通過させる仁とにより上記レールの
   頭部を断続的釦強制冷却する工程と； 上記レールの頭部が→ルチンサイト形成温度よシも高い
   所定の冷却停止温度に達した際、上記液体冷却媒体の供
   給を停止する工程とを具備し、上記操作変数は上記レー
   ル頭部の表面近傍領域が主として微粒パーライトから形
   成されるように調整されることを特徴とする鉄道用レー
   ルの冷却方法。 １４、加熱された鉄道用レールを冷却するための冷却装
   置において。 多数の空気地帯とともに直線的に配列された多数の噴霧
   ヘッダーと。 上記噴霧ヘッダーおよび空気地帯の列に沿ってレールを
   搬送する搬送手段と、を具備し；上記各空気地帯は連続
   した一対の上記噴霧ヘッダー間に位置し、上記各噴霧ヘ
   ッダーは上記噴霧ヘッダーおよび空気地帯の列を通るレ
   ールの頭部および基部底面に冷却水を噴霧する噴霧手段
   を有し、上記搬送手段は、上記噴霧手段忙よりレールの
   頭部および基部底面が冷却水の噴霧を受けるようにレー
   ルを搬送することを特徴とする冷却装置。 １５、上記搬送手段は、上記噴霧手段に対して所定の方
   向および所定の位置でレールを上記列に沿って搬送する
   とともに。 上記噴霧手段からレールの頭部および基部底面中央部へ
   の噴霧を規定する手段を更に備えていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１４項に記載の冷却装置。 規定手段は、 上記列を通るレールのウェブ上端の各側面に隣接した位
   置からレールの頭部の下方まで外方および下方へ延出し
   、レールの頭部に噴霧された冷却水がレールのウェブお
   よび基部に掛かるのを防止するとともにレールの頭部側
   面から滴下する冷却水がレールの基部に掛かるのを防止
   する一対の傾斜した隔壁と； レールの基部底面中央部した位置から下方へ延出してい
   るとともにレールの基部底面の中心線の両側からそれぞ
   れ横方向へ離間して位置し、レールの基部底面に噴霧さ
   れ九冷却水がレールの基部端縁に掛かるのを防止する一
   対の隔壁と；を備えていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１５項に記載の冷却装置。 １７、上記搬送手段は、レールを上記噴霧手段に対して
   所定の方向および所定の位置に保持した状態でかつ熱収
   縮に対してレールを拘束した状態で、レールを上記噴霧
   ヘッダーおよび空気地帯の列に沿って長手方向へ搬送す
   るローラ型拘束システムを備えていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１４項ないし第１６項のいずれかに記
   載の冷却装置。 １８、入口および出口温度監視装置に接続されたコンピ
   ューター基礎制御システムを更に備え、上記制御システ
   ムは上記温度監視装置から送られた入口および出口温度
   情報に従って該冷却装置の動作を調整することを特徴と
   する特許請求の範囲第１４項ないし第１６項のいずれか
   に記載の冷却装置。 １９、上記搬送手段はレールを上記噴霧手段に対して所
   定の方向および所定の位置に保持した状態でかつ熱収縮
   に対してレールを拘束した状態で、レールを上記噴霧ヘ
   ッダーおよび空気地帯の列に沿って長手方向へ搬送する
   ローラ型拘束システムを備え； 該冷却装置は、入口および出口温度監視装置に接続され
   たコンビ１−ター基礎制御システムを更に備え、上記制
   御システムは上記温度監視装置から送られた入口および
   出口温度情報に従って該冷却装置の動作を調整すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１４項ないし第１６項に
   記載の冷却装置。