KR0140235B1 - 연속 레일 제조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1/4마일 길이의 우수한 단일체 레일 및 이를 제조 하기 위한 시스템과 방법에 관한 것이다. 제조 방법은 연속 압연 공정 및 이와 직결된 레일의 제어 냉각 공정을 사용하는 것을 특징으로 한다.

Description

[발명의 명칭]

연속 레일 제조

[발명의 상세한 설명]

[발명의 분야]

본 발명은 우수한 철도 레일 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 제어 냉각 공정과 직결된 연속 압연 공정은 우수한 특성을 갖는 레일들의 제조를 가능하게 한다. 본 발명의 레일들은 단일체 구성이며, 표준 길이가 1/4 마일이다. 더욱이, 본 발명의 방법은 우수한 질의 레일들을 저렴하게 제공한다.

[발명의 배경]

철도는 상품 및, 적지만 승객들의 운송에 있어서 중요한 위치를 유지하고 있다. 현재 레일 시스템의 유지 및 새로운 레일라인들의 설치는 새로운 철도 레일의 연속 소오스(source)를 필요로 한다.

전통적으로, 레일들은 약 39피트 길이로 분해해서 제조되어 왔다. 이 길이는 설치 장소로 레일을 운반하는 기차의 길이에 따라 간단히 결정되었다. 설치장소에서, 레일 조각(section)들은 함께 볼트로 죄어졌다. 이러한 짧은 레일 조각들의 사용 및 볼트 부착에 의한 불균일은 여러 가지 문제들을 야기시켰다. 첫째로, 불연속 레일들은 매우 거친 승차감을 일으켰다. 특히, 거친 승차감은 레일 마모를 증가 시키며, 기차들이 레일 상에서 이룰 수 있는 최대 속도를 제한한다. 또한 설치 장소에서 레일 조각들을 함께 볼트로 죄는 것은 시간이 많이 소요되고 값비싼 공정이다.

보다 최근에는, 레일 조각들을 볼트로 죄는 것보다는 그들을 함께 용접하는 것이 실시되고 있다. 연속의 용접 레일들은 대체로 부드러운 승차감을 주며, 보다 내구성 있는 레일들을 제공한다. 레일 용접의 출현으로 레일 제조자들은 제조장소에서 레일 조각들을 함께 비교적 긴 리본으로 용접하여 왔다. 현재, 전형적으로39피트에서 100피트까지의 레일 조각들은 1/4마일의 긴리본으로 용접되고 있다. 이 용접된 리본들을 레일 설치 장소로 인도하기 위해서는 특별한 기차들이 사용되고 있다. 이 용접된 리본들은 또한 설치장소에서 다른 리본들에 볼트로 죄어지거나 용접된다.

이러한 공정은 전통적인 공정과 비교할 때 능률 및 레일의 질 면에서 모두 큰 장점들을 갖는다. 그러나, 이 방법은 아직 여러 가지 단점들이 존재한다. 비록 짧은조각들을 1/4 마일의 긴 리본들로 접합하기 위해 사용되는 용접 접합이 볼트 부착보다 더 부드러운 표면 및 더 긴 내구성을 제공할지라도, 용접 위치들은 레일 상에서 가장 약한 지점들로 남는다. 용접 공정은 또한 보다 짧은 레일 부분들을 검사하고, 용접전에 단부들을 처리하고, 1/4 마일의 긴 리본들을 레일카에 싣는, 분리된 설비들을 필요로한다.

일반적으로 사용하는 용접된 리본들의 길이에 가까운, 용접하지 않은 단일체 리본들의 종전 기술 설명들 또는 실제 예들은 없다. 상술된 바와 같이, 레일 조각들은 전형적으로 39-190피트의 다양한 길이로 제조된 후, 긴 리본들로 용접된다.

지금까지의 예에서 레일 제조된 다음 단계들: 즉 1) 블루움(bloom)성형, 2) 블루움 재가열, 3) 블랭크(blank) 성형을 위해 블루움의 리버스 압연(reverse rolling), 4) 레일을 성형하기 위한 블랭크의 리버스 압연, 5)성형된 레일의 냉각 및 교정(straightening), 6) 레일의 검사, 및 7) 우수한 내구성을 주기위한 열처리 단계들을 포함한다.

블루움의 성형은 연속 주조 공정이나 주형 성형공정에 의해 이루어진다. 일반적인 장치에서, 블루움 성형은 레일 압연 설비로부터 분리된 위치에서 이루어지며, 블루움은 압연전에 냉각된다. 블루움은 압연되기 전에 일반적으로 재가열하는 것이 필요하다.

블루움은 약 1800°F로 가열되며, 연속의 압연처리된다.

압연은 초기 레일로 길게 잡아늘려 성형하기 위해 금속재료 상에 상당한 압력을 가하는 큰 롤러들 사이로 가단 블루움을 통과시키는 것으로 이루어진다. 레일 성형에서 중요 요인은 최종 제품이 수평축에 대해 대칭이 아니라는 것이다. 비대칭 레일을 얻기 위해서, 블루움은 압연되어 적당한 모양을 이루어야 될 뿐만 아니라 비대칭 압연 공정에 의해 금속내에 생긴 내부 응력들에 주의를 해야만 한다.

블루움은 전부분이 롤러들 사이를 통과할 때 까지 롤링 스테이션(station)을 통하는 통로(pass)에서 압연된다. 다음에, 블루움의 이동 방향은 반대로 되고, 블루움은 다시 동일 롤링 스테이션을 통과할 것이다. 사용된 롤링 스테이션의 형태에 따라, 블루움은 동일한 롤러들, 또는 블루움의 상이한 부분들에 압력을 가하는 상이한 롤러들 사이를 진행할 수 있다. 블루움은 다음 롤링 스테이션으로 진행하기 전에, 단일의 롤링 스테이션에서 10∼12회 정도 통과할 수 있다. 이러한 전후방향 반복 통과 과정을 보통 리버스 롤링 이라 칭한다. 첫 번째 롤링 스테이션을 지나 진행한 후의 초기 레일을 종종 블랭크로 칭한다.

블랭크는 최종의 레일이 성형될 때까지 롤링 스테이션에서 롤링 스테이션으로 전후방향 반복 통과 방법으로 통과할 것이다. 롤링 스테이션들과 더불어, 전형적인 레일 제조 공정은 사용 가능한 레일 형태를 제공하기 위해 엣져(edger) 및 엔드 컷터(endcuter)를 포함한다.

최종 롤링 스테이션을 통과한 후에, 레일들은 제어 냉각 공정처리될 것이다. 제어 냉각은 종종 냉각시 레일의 심한 뒤틀림을 방지하기 위해 냉각된 공기 또는 물의 비대칭적인 적용을 포함할 것이다. 헤드, 기부(基部) 및 웨브(web)들을 갖는 비대칭레일의 상이한 부분들은 당연히 다른 속도로 냉각될 것이다. 레일의 상이한 부분들에서의 냉각속도 차이 때문에, 만일 레일이 제어되지 않은 환경에서 냉각된다면, 상당한 레일 보우잉(bowing) 또는 아칭(arching)이 일어날 것이다. 이것은 금속에서의 내부응력 발생에 기인하며, 레일 제품을 나쁘게 할 것이다.

레일들을 제조하기 위해 지금까지 사용된 리버스 압연 공정들 동안에, 초기 레일의 단부에 상당한 주의를 해야한다. 블랭크의 단부가 주어진 롤러 스테이션을 나올 때, 상당한 에너지가 롤러들을 통하여 금속에 가해지며, 이것은 약간의 단부 뒤틀림을 일으키는 것이 보통이다. 블랭크는 롤링 스테이션을 통하는 각 통로 상의 급속 회전 롤러들 사이로 들어가야만 하기 때문에, 만일 단부가 너무 변형되면, 블랭크가 롤러에 적당히 들어가지 못해 전 공정이 중지될 수 있다. 적당히 성형된 단부를 얻기 위해서는, 공정의 세곳 이상에서 블루움 또는 블랭크의 단부들을 절단한는 것이 필요하다.

리버스 압연 공정의 성질에 따라, 190피트이상의 긴 레일들을 제조하는 것은 불가능하다. 롤링 스테이션을 통하는 각 통로에서, 롤러들은 균일한 인장력이 블랭크의 전체 길이를 통해 가해지도록 설정되어야 한다. 만일 레일에서 한 끝으로부터 다른 끝으로의 온도 경사 변화가 있다면, 일관된 함은 레일을 일관되게 성형시키지 못할 것이다. 만일 레일이 약 190피트보다 더 길면, 리버스 압연 공정에서 이러한 온도 경사 변화들은 레일을 일관되게 성형되지 않게 한다.

리버스 압연 공정의 장점은 레일이 단지 몇 개의 롤링 스테이션을 이용하는 비교적 작은 지역에서 제조될 수 있다는 것이다. 물론, 단지 하나의 블랭크가 한번에 롤링 스테이션에서 압연되므로, 공정의 수많은 리버스 통과는 제조에 상당한 지연을 초래한다.

리버스 압연 공정들을 사용하는 레일들의 성형을 설명하는 명세서들의 예들이, 엔젤의 미국특허 번호 제 4,301,670호 및 고조노의 미국특허 번호 제 4,344,310호에 있다. 스탬배치의 미국 특허 제 3,342,053호와 기시가와의 미국특허 번호 제 4,503,700호에는 레일 제조를 위한 연속이라 불리는 공정들이 설명되어 있다. 그러나, 이들 특허중의 어느것도 진실로 연속된 공정을 설명하고 있지 않다. 스탬배치와 기시가와의 특허들에서는 리버스 압연이 적어도 블랭크 성형 단계에서 일어난다. 모토마츄의 미국특허 번호 제 3,310,971호와 요시모의 미국특허 번호 공정들을 설명한다. 이 특허들중의 어느것도 비대칭 레일들을 제조하기 위해 그들의 공정의 사용을 제안하고 있지 않다.

다께우찌의 미국특허 번호 제 4,820,015호는 복합 금속 재료의 성형을 위한 연속 주조공정을 나타내고 있다. 이 연속의 주조 공정은 레일 제조에 사용되는 블루움을 성형하기 위한 한 실시에에서 사용된다. 다께우찌는 연속의 주조공정이 강철 레일을 성형하기 위한 연속의 압연 공정과 결합된 것을 제안하지 않고 있다.

상기 참조자료들의 어느것도 단일체이고, 용접되지 않고, 약 1/4마일 길이인 레일들이 제조를 가르쳐주는 것은 없다. 더욱이, 상기 참조자료들 중의 어느것도 진실로 연속의 압연 공정을 사용하는 레일들의 제조법을 가르쳐주는 것은 없다. 여기에서 사용된 연속 압연 의 의미는 가단강철(malleable steel)이 잇따라서 한 롤링 스테이션을 계속적으로 통과되고 동일한 초기 레일의 여러 부분들이 동시에 한 롤링 스테이션 이상에서 압연되는 공정이다.

마지막으로, 상기 참조자료들의 어느것도 주어진 블랭크의 상이한 부분들이 동시에 압연 냉각되는 레일들의 제조공정을 가르쳐주는 것은 없다.

[발명의 요약]

본 발명은 우수한 레일, 및 이를 얻기 위한 제조 시스템과 방법에 관한 것이다. 본 발명의 레일은 지금까지 사용된 용접 레일 리본들의 길이와 같고, 연속 공정에서 제조되기 때문에 용접이 없고 레일들의 리버스 압연과 용접제조시에 생기는 다른 단점들이 없다.

본 발명의 레일은 200피트이상의 길이이고, 바람직하게 약 1/4마일 또는 약 1440피트 길이 이다. 레일은 연속의 압연 공정에서 제조되고, 단부 이탈의 염려가 없고, 용접부가 없다.

본 발명의 연속 압연 제조공정은 1/4마일의 긴 단일체 레일을 제조할 수 있다. 그 공정은 연속의 롤링 스테이션들로 특징 되어지며, 모양을 이루는 레일의 상이한 부분들은 동시에 다수의 롤링 스테이션에서 압연된다. 연속 압연공정은 또한 제어 냉각 공정과 직결되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시에에 따라, 연속 주조공정은 연속 압연공정으로 도입되는 블루움을 제조하기 위해 이용된다. 가장 바람직한 실시예에서, 연속의 두 조조장치는 연속 압연 시스템의 효율적 사용을 극대화하기 위해 이용되며, 연속 압연 시스템 입구에서 가단강철의 속도는 연속 주조공정을 거쳐 제조되는 블루움의 제조속도에 약 2배다.

본 발명의 연속 압연부 다수의 롤링 스테이션들로 이루어진다. 가단강철의 선단은 한 스테이션에서 다른 스테이션으로 통과하며, 블루움은 단일의 모양을 이루는 레일이 다수의 롤링 스테이션들에서 동시에 처리되는 길이이다. 각 롤링 스테이션에서 레일 단면은 점진적으로 감소되어 성형된다. 레일이 연속의 압연 시스템을 나옴에 따라 원하는 레일 단면이 이루어진다.

연속 압연부 다음에 바로, 그 레일은 제조공정의 제어 냉각부로 진행한다. 이 방법으로, 레일의 선단은 냉각되는 반면, 종단은 아직 연속 롤링 스테이션 내에 남아있다. 연속 압연 공정을 통하여, 블루움은 단면이 감소되므로써 연속적이고 점진적으로 길게 늘어난다. 그러므로, 전 레일이 모든 연속 압연부를 통과해서야 비로서 레일의 완전한 최종길이가 얻어진다. 레일의 종단이 연속 압연부를 통과할 때에, 레일의 선단은 이미 제어 냉각부를 나와 최종의 냉각 및 이동부로 진행할 것이다.

레일의 완전한 길이가 이 최종의 냉각 및 이동부를 통해 진행해서야 비로서 레일의 전진 이동은 중지된다. 냉각후, 레일은 옆으로 이동되며, 레일은 검사 및 수선 지역을 지나 반대방향으로 다시 축방향 이동된다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 전형적인 레일의 횡단면도.

제2도는 본 발명의 레일 제조 공정흐름도.

제3도는 본 발명의 따른 제조 설비의 실시예의 도시적 배치도.

[바람직한 실시예의 상세한 설명]

우수한 철도 레일 및 이의 제조 시스템과 방법이 이하에서 상세히 설명된다. 발명의 레일은 실질적으로 용접부가 없는 것을 제외하고는 종래의 모양이며, 연속 압연 공정에 의해 제조되고, 길이가 약 200피트이상이다. 바람직한 실시예에서, 레일은 길이가 약 1440피트이다.

본 발명의 레일은 설치장소에 놓일 때에 레일의 어떤 주어진 거리에 대한 용접부들의 수가 급격히 감소하는 점에서 지금까지 사용되어 왔던 레일보다 더 우수하다. 예를 들면, 본 발명의 1/4마일 길이 레일을 사용하는 철도 트랙은 레일 1마일당 4개의 용접부를 포함한다. 한편, 90피트 길이의 레일 부분들이 사용된다고 가정할 때에, 지금까지 이용할 수 있는 리본 레일들을 사용하면, 레일 1마일 길이당 약 64개의 용접부들을 포함한다.

상술된 바와 같이, 이러한 레일은 지금까지 사용되었던 레일들의 제조 공정에 따라 제조될 수 없다. 이것은 리버스 압연 공정에서의 한계에 기인한다. 그러므로, 본 발명의 1/4마일 길이의 단일체 레일은 이러한 레일을 제조하기 위해 사용된 실시예와 상관없이 신규하고 유일한 제품이다.

제1도는 전형적인 레일의 횡단면도이다. 레일은 헤드(10),웨브(12), 및 기부(14)로 이루어진다. 레일이 비대칭이라고 칭해질 때에, 고려되는 것은 가상의 수평선(15)에 대한 좌우 균형이다. 비록 모든 레일들이 동일한 일반적 횡단면형을 갖지만. 여러 가지 지금까지 제조되어 사용된 형태의 레일의 실제 칫수는 약간씩 다르다. 레일 횡단면에서 약간의 변화는 본 발명의 연속 압연부에서 압연력을 조절하여 얻어질 수 있다.

레일의 비대칭은 여러 가지 이유 때문에 레일들의 성형에 어려움을 일으킨다. 초기 시작 재료로서 사용된 불루움은 일반적으로 직사각형의 횡단면을 갖는다. 블루움이 점차적으로 원하는 횡단면으로 변형될 때에, 힘들이 불루움의 변화부분에 비대칭적으로 가해진다. 힘들의 비대칭적 적용은 레일 내의 내부 응력 증가지역을 생성할 것이다. 만일 조심스럽게 감시하지 않으면 이들 내부 응력은 레일의 극한 수명을 상당히 감소시킬 것이다.

레일의 비대칭은 레일의 냉각 공정에서 문제들을 일으킨다. 전형적으로, 레일이 성형되고 적당한 횡단면 모양일 때에, 그것은 800°F를 초과할 것이다. 레일이 실온으로 냉각될 때에, 보다 큰 질량의 헤드는 기부보다 더 천천히 냉각되며, 레일은 기부가 헤드 부분보다 더 급속히 수축함에 따라 활처럼 휘는 경향이 있다. 불행하게도, 냉각시에 생기는 변형은 전체 레일이 실온에 다다랐을 때에도 완전히 사라지지 않으며, 완성된 레일의 성능특성에 악영향을 미치는 내부응력을 초래한다. 이러한 이유 때문에, 레일들은 헤드와 기부를 구별하여 냉각하는 제어 냉각을 하는 것이 바람직하다.

봉강(bar steel) 또는 환봉과 같은 작은 단면강 제품들의 제조를 위한 연속 압연공정은 아주 흔하다. 리버스 압연공정과 대조적으로 연속 압연공정에서는 가단강철이 다수의 롤링 스테이션들에서 동시에 처리된다. 연속 압연에서 주요 관심사는 롤링 스테이션들 사이에 몇가지 형태의 장력 버퍼(buffer)를 제공해야하는 필요성에 있다. 강철 제품들을 성형하기 위해 사용되는 롤러들은 극히 무겁고 고속으로 회전된다.

연속의 롤링 스테이션들에서 동시에 처리될 때에, 어떤 주어진 롤링 스테이션에서 롤러 속도의 어떤 순간전 조절은 어렵다. 이러한 상태에서, 심지어 단일 스테이션에서 회전속도의 매우 작은 증가 또는 감소일지라도 가단강철에 상당한 장력이 발생할 것이다. 장력은 적게는 강철 제품들의 질을 나쁘게 하고, 최악의 경우에는 위험한 압연작업을 초래할 것이다.

작은 횡단면 제품들에 대해, 장력 버퍼는 강철을 롤링 스테이션들 사이에서 활처럼 휘게 함으로써 발생된다. 롤러 속도에서 약간의 변화는 휘는 양에 의해 보상된다. 모토마츄의 미국특허 번호 제 3,310,971호와 요시모의 미국특허 번호 제 3,555,862호는 재료의 횡단면 크기가 너무 커서 롤링 스테이션들 사이에서 휘게 할 수 없는 경우에, 연속 압연공정에서 장력 버퍼를 제공하기 위한 수단을 설명한다. 본 발명과 함께 사용하기 위해 적당하고 가장 바람직한 장력 버퍼를 설치하기 위해 이와같은 기술을 이용하는 것은 통상의 기술 숙련자의 능력 내에 있다.

본 발명의 레일 제조공정에 따라, 융융된 강철은 일반적인 연속 방법으로 우수한 질의 레일로 변형된다. 제 2도는 강철의 도시적 진행을 나타내고 있다. 도면은 강철의 실제 방향 및 강철이 공정의 기본적 단계들을 통해 이동할 때에 강철의 상대적 온도를 나타내고 있다.

공정의 척번째 부분은 가단강철 불루움의 연속 주조부(16)이다. 불루움은 연속 압연공정을 통하여 완성된 레일로 변형될 직사각형 강철 형태이다. 블루움은 ---'X ----'X 180'의 1/4마일 길이인 표준 레일로 제조된다. 연속 주조 공정에서, 용융된 강철은 원하는 횡단면 모양의 모울드(mold)를 통해 흘려 넣어지며, 용융된 강철은 냉각되어 일반적으로 고체 형태로 될 때까지 모울드를 통해 흐른다. 이 때에, 강철은 주조 모울드를 나온다. 연속 주조는, 모울드에 용융된 강철을 채워, 응고시킨 후, 모울드를 제거하는 고정식 모울드 주조와는 현저히 다르다.

연속 주조장치(caster)의 모울드 상부는 용융된 강철을 위로 흘려 넣을 수 있게 수직 상태로 유지되어 있다. 강철은 모울드의 아래로 나올 때에 굳어져, 수평 방향으로 향하는, 속도로 모울드를 통하여 흘려진다. 블루움의 연속 이동은 연속 압연부(18)로 바로 계속되게 할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서, 연속 주조 및 연속 압연 공정들은 직결되어 있어, 연속적으로 주조된 블루움은 연속 주조 모울드의 출구로부터 연속 압연부로 바로 진행한다. 발명의 바람직한 실시예에서는, 하나의 연속 압연부에 2개의 연속 주조 모울드들이 관계되어 있다. 두 주조장치는 연속 롤링 스테이션으로 들어갈 블루움들을 제조한다. 블루움의 상대적 제조 속도와 연속 압연부(18)로 들어가는 블루움의 속도에 의해 2대1의 비율이 바람직하다.

상술된 바와 같이, 연속 압연부(18)에서는 가단강철 블루움이 동시에 연속적으로 처리되며, 연속의 롤링 스테이션들을 통해 진행할 때에 성형된다. 롤링 스테이션들은 고정된 위치에서 직선으로 정렬되어 있다. 블루움의 선단이 한 스테이션에서 다른 스테이션으로 이동할 때에, 각 연속 롤링 스테이션은 초리 레일의 횡단면을 성형 감소시킬 것이다.

블루움이 성형될 때에, 블루움의 길이는 약 180피트에서 1440피트로 증가함을 기억해야 한다. 그러므로 연속 압연부(18)를 나올때에, 금속의 속도는 단일의 레일이 출구와 입구 양쪽에 걸쳐져 있을지라도 연속 압연부로 들어가는 금속의 속도보다 상당히 빠르다.

금속이 연속 압연부(18)를 나옴에 따라, 동일 방향에서 직선으로 아직 이동하고 있는 레일은 공정의 제어 냉각부(20)로 들어간다. 제어냉각부(20)에서는, (미스트(Mist) 또는 공기를 사용하는)냉각 수단이 비대칭적 방식으로 레일에 적용된다. 레일이 연속 압연부(18)를 나올 때의 온도는 약 900°F 정도이다. 제어 냉각부(20)를 나오는 레일의 온도는 약 500°F 정도이다. 레일을 냉각 할 때에 일어나는 많은양의 레일 수축은 제어 냉각부(20)에서 일어난다. 제어 냉각부(20)의 첫째 기능은 레일의 뒤틀림과 휨의 방지에 있으며, 보다 바람직한 야금성의 생성이 아니다. 휨을 방지하는 능력은 1440피트 까지 길이의 레일들에 대해 다를때에는 극히 중대하다.

본 발명의 공정의 연속성에 따라, 많은 레일 성형 공정동안에, 주어진 레일의 상이한 부분들은 동시에 압연 및 제어 냉각될 수 있다.

연속적으로 이동하는 레일은 제어 냉각부(20)를 나와, 최종의 냉각 및 이동대(22)로 진행한다. 일단 전 레일이 연속 압연부(18)와 제어 냉각부(20)를 통해 진행하였으면, 연속 공정의 전진 이동은 중지된다. 완성된 레일은 최종 냉각 및 이동대(22)에서 옆으로 이동되며, 취급가능 온도로 공기 냉각된다.

연속 주조부(16)로부터 연속 압연부(18), 제어 냉각부(20) 및 마지막으로 최종의 냉각 및 이동대(22)까지의 레일 이동은 본 발명의 공정의 기본 요소들을 이룬다. 물론, 연속 공정에서 1/4마일의 긴 레일들의 제조에는 추가 단계들 및 공정들을 필요로할 것이다.

본 발명의 제조 세스템 및 방법의 바람직한 실시예에 대한 보다 상세한 설명은 제3도에 묘사되어 있다. 제3도는 본 발명의 방법을 실행하기 위해 사용될 수 있는 제조설비의 도식적 개략도이다. 설비의 특정 지역들은 각각 초기 레일이 완성된 레일로되어 운반 기차 위에 실려질 때까지 진행 순서로 설명될 것이다.

연속 주조부(16)는 가열금속 이동지역(24), 탈가스(degss) 및 재가열 지역(26), 주조 장치(28), 블루움 이동대(30) 및 블루움 균열로(holding furnace)(32)를 포함한다.

레일의 제조는 가열된 용융강철(molten steel)로 시작하지 않으면 안된다. 강철은 원료 또는 파쇠(scrap metal)를 용융하여 만들어질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 용융강철은 용융강철의 화학 작용, 탈산소, 온도 및 탈유황이 조심스럽게 조절될 수 있는 전기 아아크로(arc furnace)에서 선택된 파쇠의 재가열에 의해 만들어진다. 용융강철은 용융강철의 소오스로부터 주조장치(28)의 상부로 이동된다. 용융강철은 가열 금속 이동 지역(24)에서 주조장치로 이동된다.

주조장치(28)로 도입하기 앞서, 용융강철은 재가열 및 탈가스 지역(26)에서 재가열 및 가스 제거된다. 용융 강철의 특성값이 측정되어, 재가열 및 탈가스 지역(26)에서 주조 이전에 필요한 화학적 조성 또는 온도의 임의의 선택이 이루어진다.

연속 주조장치(28)는 1또는 2이상의 연속 주조 모울드들로 되어 있다. 모울드들은 용융강철이 가장 유통체인 상부에 수직이다. 모울드들은 수평방향으로 모울드로부터의 강철 흐름을 용히하게 하기 위해 수평을 향해 직각으로 구부러진다.

블루움 이동대(30)는 주조 장치(28)에서 제조된 블루움들을 저장 및 이동하기 위한 지역이다. 이동대(30)는 가단 블루움을 그의 길이에 직각으로 이동할 수 있다. 블루움 균열로(32)는 블루움 이동대(30)에 인접하고, 2가지 기능을 한다. 균열로(32)는 블루움이 압연을 위해 일관되고 바람직한 온도로 유지되는 것을 보증한다. 균열로는 또한 블루움을 연속 압연부(18)의 입구로 이동시키기 위한 수단이 갖추어져 있다.

연속 압연부(18)는 크롭(crop)/전단부(34), 유도가열 지역(36) 및 압연기(38)를 포함한다. 크롭/전단부(34)에는, 압연기로의 도입을 위해 블루움의 선단을 제조하는 수단이 제공된다. 유도가열지역(36)에는 블루움이 그 지역을 통과할 때에 블루움 내에서 적당한 온도 일관성 보장하는 수단이 제공된다.

압연기(38)는 각각 서로 직결된 다수의 롤링 스테이션들로 만들어진다. 롤링 스테이션들은 롤러들 사이를 통과하는 강철에 변형 압력을 가하도록 설계된 급속회전의 대형 롤러들 및 모터로 이루어진다. 롤러들은 또한 압연기(38)를 통해 강철을 이동시키는 작용을 한다.

본 발명의 제어 냉각부(20)는 제어 냉각지역(40)을 포함한다. 제어 냉각지역(40)은 레일을 최종 압연온도에서 약 500°F까지 냉각시키는 동안에 레일의 보우잉(bowing)을 방지하기 위하여 성형된 레일을 비대칭적으로 처리하는 수단을 갖는다. 제어 냉각은 레일의 선택된 지역들을 미스트 또는 가스를 가하므로써 행해질 수 있다.

최종 냉각 및 이동대(22)는 최종 냉각지역(42) 및 레일 이동대(44)를 포함한다. 최종 냉각지역(42)에서는 레일의 대칭적 냉각이 이용된다. 레일 이동대(44)에서는 레일의 전진이동이 중단되고, 레일이 옆으로 이동된다.

지금까지 설명된 지역들은 본 발명의 방법에 따라 1/4마일의 긴 단일체 레일을 연속적으로 성형하는 데에 필요하다. 그러나, 레일 처리공정의 완성은 많은 추가의 기능 단계들을 수반한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 2차 성형부의 추가 지역들은 레일 교정 지역(46), 스케일 제거(descaler)지역(48), 위치 센서부(50), UT검사부(52), 표면 검사부(54), 페인트부(58), 톱과 드릴지역(60), 톱과 드릴지역(62), 용접부(64), 저장래크(rack)(66), 기차 적재(loading)래크(68)를 포함한다.

레일 교정 지역(46)은 레일 제품에서 약간의 보우잉 결함을 교정할 수 있는 수단을 포함한다. 한 실시예에서, 레일 교정부는 레일에 100-180톤의 교정력을 가할 수 있는 대형 롤러들로 이루어진다. 레일들의 외부표면은 스케일(scale) 제거 지역(48)에서 스케일-제거된다. 위치 센서(50)는 2차 성형 공정의 각종검사 단계들에 대응하는 레일 상의 임의의 위치를 기록하는 역할을 한다. 레일은 UT검사지역(52)에서 내부 결함에 대해 초음파적으로 검사된다. 초음파 검사는 레일의 헤드, 웨브 및 기부(基部)에서의 내부 균열을 검사한다. 레일의 수동 표면 검사는 표면 검사 지역(54)에서 행해진다. 필요하면, 페인트 지역(56)에서 레일에 페인트가 칠해진다.

이동대(58)는 레일을 옆으로 이동시키기 위한 수단을 제공한다. 톱과 드릴 지역(60)은 완성된 레일의 끝을 자르는 수단이 갖추어져있다. 톱과 드릴 지역(62)은 검사 공정에서 인지된 임의의 결함 양쪽의 레일들을 자르는 수단을 가지며, 두 조각을 용접할 준비를 한다. 용접지역(64)은 톱과 드릴 지역(62)에서 절단되었었던 레일의 부분들을 용접하기 위한 장비를 갖는다. 저장래크(66)는 몇 개의 완성 레일들을 저장할 수 있으며, 기차 적재래크(68)는 제조 장소로부터 레일을 이동시키기 위해 기차 위에 레일을 적재하는 수단을 제공한다.

레일의 2차 성형공정에서, 레일은 레일 이동대(44)에서 먼저옆으로 이동된다. 실온으로 낮추는 레일 냉각의 대부분은 실제로 레일 이동대(44)에서 일어난다. 냉각후, 레일은 성형공정에서의 레일 이동과 반대방향의 축방향으로 이동된다.

레일의 선단은 레일 교정지역(46), 스케일 제거지역(48), 위치 센서(50), UT검사지역(52), 표면검사지역(54), 및 페인트지역(56)을 통과한다. 페인트 지역(56)을 나오면, 레일의 선단은 전체 레일이 페인트 지역(56)을 통해 통과하였을 때까지, 및 레일의 축방향 이동이 정지될 때에 이동대(58)를 통하여 진행한다. 레일은 이동대에서 옆으로 이동되며, 그의 양단은 톱과 드릴 지역들(60과 62)에서 잘려진다.

이때에, 레일의 축방향 이동은 레일 성형 공정 동안에 레일과 같은 방향으로 시작된다. 만일 레일 결함의 임의의 지역들이 검사 공정동안에 확인 되었으면, 레일이 톱과 드릴지역(62)을 통가할 때에, 전진 이동이 중지되고, 레일의 결함 양쪽은 잘려질 것이다. 다음에 양끝은 용접 지역(64)에서 함께 용접된다. 다음에, 레일 이동은 전 레일이 저장 래크(66)위에 놓을 때까지 계속될 것이다.

여기에서의 개시, 및 일반적으로 공지되고 이용할 수 있는 정보를 기초로 하여, 통상 기술자가 본 발명에 따른 1/4마일의 긴 레일들을 제조하는 것은 가능하다. 본 발명의 바람직한 실시예의 설명은 발명의 한 예로서, 청구범위를 제한하려는 것은 아니다.

Claims (20)

1. 길이가 200피트이고, 용접 이음매가 실질적으로 없고, 헤드, 기부 및 웨브로 구성되는, 수평적으로 비대칭인 단일체 강철 철도 레일.
2. 제1항에 있어서, 길이가 1440피트인 레일.
3. 제1항에 있어서, 연속 압연 공정으로 제조된 레일.
4. 제1항에 있어서, 연속 압연 및 비대칭 냉각을 포함하는 공정으로 제조된 레일.
5. 연속 주조부; 연속연압부; 제어 냉각부; 및 최종 냉각 과 이동대를 포함하는 철도 레일들을 제조하는 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 레일이 200피트이상의 길이인 시스템.
7. 제5항에 있어서, 상기 레일이 1440피트 길이인 시스템.
8. 제5항에 있어서, 상기 연속 주조부가 가열 금속 이동지역, 가열 금속 재가열 및 탈 가스 지역, 1이상의 주조 장치, 블루움 이동대, 및 블루움 균열로를 포함하는 시스템.
9. 제5항에 있어서, 상기 연속 압연부와 크롭/전단 지역, 유도 가열 지역, 및 연속 압연기를 포함하는 시스템.
10. 제5항에 있어서, 상기 연속 압연부와 연속 냉각부가 서로 직결되고 연속적인 시스템.
11. 제5항에 있어서, 상기 연속 압연부, 연속 냉각부 및 연속 주조부가 서로 직결되고 연속적인 시스템.
12. 제5항에 있어서, 검사, 페인트 칠, 단부 절단 및 결함제거 수단들을 포함하는 2차 성형부를 더 포함하는 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 결함 제거 수단이 레일을 자르는 수단 및 레일을 다시 함께 용접하는 용접 수단을 포함하는 시스템.
14. 가열금속 이동 지역, 가열 금속 재가열 및 탈 가스 지역, 1이상의 주조장치, 블루움 이동대 및 블루움 균열로를 포함하는 연속 주조부; 크롭/전단 지역, 유도가열 지역 및 연속 압연기를 포함하는 연속 압연부; 연속 냉각부; 및 최종 냉각과 이동대를 포함하는 철도 레일들을 제조하기 위한 시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 연속 주조부가 2개의 주조장치를 포함하는 시스템.
16. 제14항에 있어서, 검사, 페인트 칠, 단부 절단 및 결합 제거 수단들을 포함하는 2차 성형부를 더 포함하는 시스템.
17. 가단 블루움을 제조하기 위해 용융 강철을 블루움 성형 모울드에서 주조하는 단계, 상기 블루움을 다수의 롤링 스테이션을 거쳐 완성된 레일로 연속 압연하되, 상기 한부분 이상의 압연 동안에 상기 블루움이 1이상의 롤링 스테이션에서 동시에 압연되는 단계를 포함하는 레일들을 제조하기 위한 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 레일을 비대칭적 방법으로 냉각하되, 한부분 이상의 압연 동안에, 상기 블루움이 1또는 2이상의 롤링 스테이션에서 동시에 압연되고 상기 비대칭 냉각되는 단계를 더 포함하는 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 레일이 200피트 이상의 길이인 방법.
20. 제18항에 있어서, 상기 레일이 약 1440피트의 길이인 방법.