WO2013118235A1 - レールの冷却方法 - Google Patents

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WO2013118235A1
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cooling
head
rail
temperature
foot
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PCT/JP2012/052581
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駒城　倫哉
啓之 福田
雄太 田村
好和 吉田
英樹 ▲高▼橋
諒 松岡
譲 片岡
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/04—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
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    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C21D11/005—Process control or regulation for heat treatments for cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D15/00—Handling or treating discharged material; Supports or receiving chambers therefor
    • F27D15/02—Cooling
    • F27D15/0206—Cooling with means to convey the charge
    • F27D15/0213—Cooling with means to convey the charge comprising a cooling grate

Definitions

  • the present invention relates to a rail cooling method for forcibly cooling the head and foot of a hot-rolled rail.
  • Rails hotter than the austenite temperature after hot rolling are forcedly cooled as a heat treatment to ensure the desired quality such as hardness (hardness) required for the rail head, that is, while injecting refrigerant onto the rails May be cooled.
  • This forced cooling for heat treatment (hereinafter also referred to as heat treatment cooling) is usually performed until the structure of the rail head is completely transformed from austenite to pearlite or bainite, and the cooling stop temperature is about 400 ° C. to 500 ° C. is there.
  • the heat treatment cooling of the rail is usually performed from both the head side and the foot side with the rail upright.
  • the heat treatment cooling for the head is for ensuring the quality such as hardness as described above.
  • the heat treatment cooling for the foot is to prevent the rail from warping in the vertical direction due to the thermal stress generated due to the temperature difference between the head and the foot.
  • Patent Document 1 the rail head is cooled while being injected with an injection amount that satisfies a material target, and the rail feet are adjusted to the refrigerant injection amount that corrects the curved shape of the rail.
  • a cooling method is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a method of starting the cooling of the feet before starting the cooling of the head.
  • patent document 3 although cooling of a head and a foot is started simultaneously, compared with cooling of a foot, cooling of a head is strengthened and curvature is made small.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a rail cooling method capable of reliably suppressing warpage when the rail reaches room temperature.
  • a rail cooling method is a rail cooling method for forcibly cooling a head portion and a foot portion of a hot-rolled rail,
  • the cooling start temperature of the head when the forced cooling starts with respect to the head, the cooling end temperature of the head when the forced cooling ends with respect to the head, and the cooling start temperature of the foot when the forced cooling starts with respect to the foot And, based on the relationship between each temperature of the cooling end temperature of the foot when the forced cooling ends with respect to the foot, and the amount of warping of the rail when the rail reaches room temperature after the forced cooling, Calculate a target value or a target value range for each temperature at which the amount of warping of the rail at an ordinary temperature falls within an allowable range, set cooling conditions according to the target value or the target value range, and the head and the foot Strength of And performing cooling.
  • the rail cooling method of the present invention has an effect of reliably suppressing warpage when the rail reaches room temperature.
  • FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a rail production line.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the forced cooling device.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a main control system of the forced cooling device.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the amount of warpage of the product length of the rail.
  • FIG. 5 is a diagram showing a transition curve of rail temperature during forced cooling.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the actual warpage amount and the predicted warpage amount.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of forced cooling.
  • FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a rail manufacturing line 1 to which the rail cooling method of the present embodiment is applied.
  • a rail production line 1 includes a finish rolling mill 2, a hot saw (hot sawing machine) 3, a forced cooling device 4 (hereinafter also referred to as a heat treatment device 4), a cooling bed 5, and the like.
  • Manufactures rails (rails for railways).
  • the finishing mill 2 is fed with the rail that has been processed in the previous stage, and the rail is rolled into a product cross-sectional shape by the finishing mill 2.
  • the heat treatment apparatus 4 performs heat treatment (forced cooling: also simply referred to as cooling hereinafter) according to desired quality or the like on the rail after hot rolling.
  • the rail is heat-treated and cooled by the heat treatment apparatus 4 and then transferred to the cooling floor 5 and cooled to about room temperature.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the heat treatment apparatus 4.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a main control system of the heat treatment apparatus 4.
  • the rail 10 after hot rolling is conveyed to the treatment position in an upright posture, and the heat treatment apparatus 4 cools the head portion 11 and the foot portion 13 of the rail 10.
  • the heat treatment apparatus 4 includes a crown cooling header 41 and a head side cooling header 42 for cooling the head 11 of the rail 10, and cools the foot 13 of the rail 10.
  • a foot cooling header 43 is provided.
  • the head cooling header 41, the head side cooling header 42, and the foot cooling header 43 are each connected to a cooling medium source via a pipe. Then, a cooling medium such as air is ejected from a plurality of nozzles (not shown). Specifically, the parietal cooling header 41 is disposed along the longitudinal direction of the rail 10 above the head 11 of the rail 10 at the processing position, and as shown by an arrow A11 in FIG. The head 11 is cooled by spraying a cooling medium toward the head.
  • the head-side cooling header 42 is disposed along the longitudinal direction of the rail 10 on both sides of the head 11 of the rail 10 at the processing position, and toward the both sides of the head 11 as indicated by an arrow A13 in FIG.
  • the head 11 is cooled by jetting a cooling medium.
  • the foot cooling header 43 is disposed along the longitudinal direction of the rail 10 below the foot 13 of the rail 10 at the processing position, and is directed toward the bottom surface of the foot 13 as indicated by an arrow A15 in FIG.
  • the feet 13 are cooled by jetting a cooling medium.
  • the heat treatment apparatus 4 includes a pair of clamping devices 45 at positions facing each other on both sides of the foot 13 of the rail 10 conveyed to the processing position.
  • the pair of clamp devices 45 hold the foot 13 of the rail 10 at the processing position on both sides, and restrain the displacement so that the rail 10 during heat treatment cooling does not move in the vertical direction.
  • a plurality of sets are installed at appropriate positions along the longitudinal direction of the rail 10 on both sides of the foot 13 of the rail 10.
  • the heat treatment apparatus 4 is provided above the head 11 of the rail 10, and includes a head thermometer 47 that measures the temperature of the head 11 (more specifically, the temperature of the head corner (gauge corner)), and the rail 10.
  • the foot thermometer 49 is provided below the foot 13 and measures the temperature of the foot 13. As shown in FIG. 3, the head thermometer 47 and the foot thermometer 49 are connected to the control unit 7 and output measured values to the control unit 7 as needed.
  • the control unit 7 monitors the temperature of the head 11 and the foot 13 of the rail 10 during the heat treatment cooling, and the head cooling start temperature T h0 and the head cooling end temperature T of the head 11 described later with reference to FIG.
  • the refrigerant injection from the cooling headers 41, 42, and 43 is controlled so that h1 , the foot cooling start temperature T f0 of the foot 13 and the foot cooling end temperature T f1 become the respective target values.
  • the control unit 7 monitors the temperatures of the head 11 and the foot 13 of the rail 10, and stores various programs and data necessary for controlling the refrigerant injection of the cooling headers 41, 42, and 43. 8 is connected.
  • the storage unit 8 includes, for example, target values for the head cooling start temperature T h0 , the head cooling end temperature T h1 , the foot cooling start temperature T f0, and the foot cooling end temperature T f1 , The actual values and the like of the temperatures T h0 , T h1 , T f0 , T f1 are accumulated and stored.
  • the storage unit 8 is realized by storage devices such as various IC memories such as flash memory and RAM that can be updated and stored, a hard disk, and various storage media.
  • control unit 7 is provided with an input device for inputting information necessary for the temperature monitoring and the refrigerant injection control of the cooling headers 41, 42, 43, and the rail 10 during heat treatment cooling.
  • a display device or the like for monitoring and displaying the temperature of the head 11 and the foot 13 is appropriately connected.
  • control part 7 contains the target temperature calculation part 71, the cooling condition setting part 73, the cooling condition correction part 75, and the cooling header control part 77 as the main function parts, as shown in FIG. .
  • the target temperature calculation unit 71 calculates target values for the head cooling start temperature T h0 , the head cooling end temperature T h1 , the foot cooling start temperature T f0, and the foot cooling end temperature T f1 .
  • the cooling condition setting unit 73 uses, for example, the cooling time of each of the cooling headers 41, 42, and 43 as the cooling condition based on the calculated target values of the temperatures T h0 , T h1 , T f0 , and T f1.
  • the air volume of the cooling medium (air) injected from the headers 41, 42, 43 is set.
  • the cooling condition correction unit 75 corrects the cooling condition based on the actual values of the temperatures T h0 , T h1 , T f0 , and T f1 acquired during operation.
  • the cooling header control unit 77 controls the refrigerant injection of the cooling headers 41, 42, and 43 according to the cooling conditions set and corrected by the cooling condition setting unit 73 or the cooling condition correction unit 75.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the warpage amount ⁇ at the product length of the rail 10.
  • the maximum rise or fall amount of the top surface of the rail 10 from the straight line connecting the top surfaces of both ends of the rail 10 indicated by the one-dot chain line in FIG. 4 or the bottom surfaces of both ends of the rail 10 are connected. From the straight line (not shown), the maximum ascent or descending amount of the bottom surface of the rail 10 is defined as the warping amount ⁇ of the rail 10, and the ascending amount is represented by a negative value and the descending amount is represented by a positive value.
  • FIG. 5 is a diagram showing a transition curve of the surface temperature (hereinafter simply referred to as temperature) of the rail 10 during heat treatment cooling.
  • the temperature change of the head 11 is indicated by a bold line, and the temperature change of the foot 13 is indicated by a thin line.
  • the coolant is injected from the foot cooling header 43 to start cooling the foot 13 first, and 15 seconds later is set as the cooling start timing of the head 11, and the parietal cooling header 41 and the head cooling header.
  • the refrigerant is injected from 42 to start cooling the head 11.
  • the temperature of the head 11 of the rail 10 during the heat treatment cooling is from the head cooling start temperature T h0 that is the temperature of the head 11 at the cooling start timing (15 seconds) of the head 11.
  • the temperature gradually decreases and temporarily rises due to transformation heat generation, and then decreases to the head cooling end temperature Th1, which is the temperature of the head 11 at the head cooling end timing (135 seconds). Thereafter, the temperature once rises due to the recuperating action and then drops to room temperature.
  • the temperature of the foot 13 is the same, and the temperature of the foot 13 of the rail 10 during heat treatment cooling is the foot cooling start temperature T f0 that is the temperature of the foot 13 at the cooling start timing (0 seconds) of the foot 13.
  • T f1 the temperature of the foot 13 at the cooling end timing (135 seconds) of the foot 13
  • the inventors of the present invention performed the heat treatment cooling while changing the cooling conditions, and then verified the warpage amount ⁇ at the normal temperature when the rail 10 reached the normal temperature. The relationship was found between the head cooling start temperature T h0 , the head cooling end temperature T h1 , the foot cooling start temperature T f0, the foot cooling end temperature T f1, and the warpage amount ⁇ of the rail 10 at room temperature. .
  • warpage of at normal temperature ⁇ is, the formula using each temperature T h0, T h1, T f0 , T f1 , as a specific example, each temperature T h0, T h1, T f0 , T f1 It was found that it was expressed by the regression equation shown in the following equation (1) obtained by performing the regression calculation.
  • the value of the constant is ⁇ 1254.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the actual warpage amount ⁇ (mm) and the predicted warpage amount ⁇ (mm).
  • the actual warpage amount ⁇ is the actual warpage amount ⁇ of the rail 10 measured at normal temperature.
  • the predicted warpage amount ⁇ is a regression value obtained by substituting the actual values of the respective temperatures T h0 , T h1 , T f0 , T f1 during the corresponding heat treatment into the above formula (1).
  • the relationship between the actual warpage amount ⁇ and the predicted warpage amount ⁇ shows a very high correlation.
  • a relational expression such as the above formula (1) is used, and ideal target values of the respective temperatures T h0 , T h1 , T f0 , T f1 at which the warpage amount ⁇ at room temperature is zero.
  • the cooling conditions are set and corrected so that the temperatures Th 0 , Th 1 , T f0 , and T f1 of the head 11 and the foot 13 during heat treatment cooling become the calculated target values, and the refrigerant is injected.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a heat treatment procedure realized by the heat treatment apparatus 4.
  • the heat treatment apparatus 4 performs the rail cooling method by performing each step of FIG.
  • the target temperature calculation unit 71 sets the target values of the head cooling start temperature T h0 , the head cooling end temperature T h1 , the foot cooling start temperature T f0, and the foot cooling end temperature T f1 . Is calculated (step S1). Specifically, the target temperature calculation unit 71 refers to the relational expression such as the above expression (1), so that the temperatures T h0 , T h1 , T f0 , A target value of T f1 is calculated.
  • the target value for the head cooling start temperature T h0 and the target value for the foot cooling start temperature T f0 need to be values that can be realized when a rail is inserted into the heat treatment apparatus 4 in an actual line. For example, since it is impossible to realize even if a temperature that is impossible from the previous operation experience is set, upper limits of T h0 and T f0 are set based on the operation results. Further, the target value of the head cooling start temperature T h0 must be set to a temperature lower than the lower limit temperature at which the necessary hardness can be imparted to the head of the rail, specifically, the temperature at which the head becomes an austenite region. There is.
  • the target value of the head cooling end temperature Th1 must be set as a temperature at which the head 11 can complete transformation in order to ensure the quality required for the head 11 such as hardness. Therefore, an upper limit is set for the target value of the head cooling end temperature Th1 from the viewpoint of completing the transformation. In addition, if a too low value is set as the target value of the head cooling end temperature Th1 or the foot cooling end temperature Tf1 , the processing time in the forced cooling device (heat treatment device) becomes longer than necessary. It is preferable to provide a lower limit for the target values of T h1 and T f1 .
  • the heat treatment cooling of the head portion 11 of the rail 10 is performed until the rail 10 is completely transformed in order to ensure the quality required for the head portion 11 such as hardness. For this reason, regarding the head 11, the temperature range and cooling time (cooling rate) at the time of heat treatment cooling required to ensure the target quality are determined.
  • the heat treatment cooling for the foot portion 13 is for preventing the warpage of the rail 10 due to the thermal stress generated due to the temperature difference between the head portion 11 and the foot portion 13, so that the occurrence of the warpage is in an allowable range. If it can be suppressed, the cooling conditions can be adjusted to some extent.
  • the target temperature calculation unit 71 adjusts the values of the foot cooling start temperature T f0 and the foot cooling end temperature T f1 so that the warpage amount ⁇ at room temperature approaches 0 as much as possible.
  • target values for the temperatures T h0 , T h1 , T f0 , T f1 are calculated.
  • permissible_range of the curvature here can be determined according to the manufacturing process and application use of the said rail. For example, in cases where the tolerance range of warpage allowed as a product is within the allowable range, or when the rail is straightened after heat treatment cooling as a manufacturing process, the effect of correcting the warp due to roller straightening is taken into account. In some cases, the allowable range is determined.
  • the cooling condition setting unit 73 sets the cooling conditions based on the target values of the temperatures T h0 , T h1 , T f0 and T f1 calculated in step S1 (step S3). Also in this process, the cooling condition of the head 11 needs to be set so that the temperature range and the cooling time during the heat treatment cooling described above can be realized for the same reason as in step S1.
  • the cooling condition setting unit 73 uses the cooling condition of the foot part 13, specifically, the cooling start / end timing of the foot cooling header 43 and / or the air volume of the cooling medium injected from the foot cooling header 43 as the cooling condition. Set.
  • the cooling start / end timing is set, the foot cooling start temperature T f0 and the foot cooling end temperature T f1 in parallel with the heat treatment cooling of the head 11 based on the past operation results and the like.
  • the cooling start / end timing is set so that becomes the target value.
  • the air volume of the cooling medium it can be determined based on past operation results, and the air volume of the cooling medium may be set so that the temperatures T f0 and T f1 become target values.
  • the treatment here is the target value of each temperature T h0 , T h1 , T f0 , T f1 calculated in step S1 from the actual value of each temperature T h0 , T h1 , T f0 , T f1 during cooling of the heat treatment. It is only necessary that the cooling conditions can be set so that both the cooling start / end timing and the air flow rate of the cooling medium may be adjusted.
  • the heat treatment apparatus 4 starts the heat treatment cooling of the rail 10, and at this time, the cooling header control unit 77 controls the injection of the refrigerant in each of the cooling headers 41, 42, and 43 according to the set cooling condition (step S5).
  • the control unit 7 monitors the temperatures of the head 11 and the foot 13 inputted from the head thermometer 47 and the foot thermometer 49 as needed, and the heat treatment apparatus 4 Is the rail 10 conveyed from the finishing mill 2 while the actual values of the respective temperatures T h0 , T h1 , T f0 , T f1 coincide with the target values set in step S1 (step S7: Yes).
  • the heat treatment cooling is repeated with the target being sequentially processed.
  • the cooling condition correcting unit 75 corrects the cooling conditions (Ste S9).
  • the foot cooling start temperature T f0 and the foot cooling end temperature T f1 do not match the target values.
  • the cooling condition correction unit 75 obtains a temperature difference between the target value and the actual value for the temperatures T f0 and T f1 that are determined not to match, and the cooling condition of the foot 13 is determined according to the obtained temperature difference. To correct.
  • the cooling start timing is shifted forward to match the actual value to the target value.
  • the target is lower than the initial cooling start timing (0 seconds) of the foot 13.
  • the timing before the time corresponding to the temperature difference between the value and the actual value is corrected as the cooling start timing of the foot 13. What is necessary is just to determine the time according to a temperature difference based on the past operation performance.
  • the method for correcting the cooling condition is not limited to this.
  • the target values of the temperatures T h0 , T h1 , T f0 , T f1 are calculated again using the above formula (1) so that the warpage amount ⁇ at room temperature becomes 0, and the calculated target value is used as the basis.
  • it may be corrected by newly setting the cooling condition in the same manner as in step S3.
  • the cooling header control unit 77 controls the injection of refrigerant in each of the cooling headers 41, 42, and 43 in accordance with the corrected cooling condition (step S11). The above process is repeated until the operation is finished (step S13: No), returning to step S7.
  • Example 2 Heat treatment cooling was performed according to the treatment procedure of FIG. 7, and the warpage amount ⁇ at normal temperature was verified.
  • the rail material used was a 25 m long rail material (136 pounds / yard).
  • the temperature after hot rolling in the finishing mill 2 is usually 900 ° C.
  • the head cooling start temperature Th 0 is 720 ° C.
  • the head cooling end temperature Th 1 is about 420 ° C. Therefore, the target value of the head cooling start temperature T h0 is set to 720 ° C.
  • the target value of the head cooling end temperature T h1 is set to 420 ° C.
  • the foot cooling start temperature T f0 and the foot portion are calculated using the above equation (1).
  • the cooling start timing of the foot 13 is advanced by 10 seconds so that the coolant injection of the foot cooling header 43 is controlled so that the foot cooling start temperature T f0 becomes the target value of 680 ° C. .
  • the target value of the foot cooling start temperature T f0 is changed to the actual value of 660 ° C., and the foot cooling is finished so that the warpage amount ⁇ at room temperature becomes 0 according to the above formula (1).
  • the heat treatment cooling was continued as it was without correcting the cooling conditions.
  • 10 rail members were each subjected to heat treatment cooling, and the amount of warpage ⁇ when each rail was at room temperature was measured.
  • the warpage amount ⁇ at room temperature was within ⁇ 15 mm in both the conforming examples 1 and 2.
  • the allowable range of the warp amount ⁇ is within ⁇ 20 mm, and it is well within the allowable range.
  • a downward warp of ⁇ 50 m to ⁇ 70 mm was measured, and the warp amount ⁇ at room temperature was outside the allowable range.
  • a press correction process for correcting the rail warpage is required for the rail whose warpage amount ⁇ is out of the allowable range as described above.
  • the head cooling start temperature T h0 , the head cooling end temperature T h1 , the foot cooling start temperature T f0, and the foot portion during the predetermined heat treatment cooling According to the relationship between the cooling end temperature T f1 and the warpage amount ⁇ of the rail 10 at room temperature (for example, the above formula (1)), the ideal temperatures T h0 , T h1 , Target values of T f0 and T f1 can be calculated. Then, the cooling conditions are set so that the respective temperatures T h0 , T h1 , T f0 , T f1 of the head 11 and the foot 13 during the heat treatment cooling become the calculated target values, and the head and feet of the rail are set. Can be cooled.
  • the respective temperatures T h0 , T h1 , T f0 , T f1 are set to the target values.
  • the cooling conditions can be modified so that Therefore, it is possible to reliably suppress the final warpage when the rail reaches a normal temperature. This eliminates the need for a press correction process for correcting rail warping, and has the effect of improving productivity.
  • the target values of the head cooling start temperature T h0 , the head cooling end temperature T h1 , the foot cooling start temperature T f0, and the foot cooling end temperature T f1 are calculated.
  • the target value range of each temperature T h0 , T h1 , T f0 , T f1 may be calculated, and the cooling condition may be corrected so that the actual value falls within the target value range.
  • the cooling condition for the foot 13 is set / corrected.
  • the cooling condition for the head 11 may be set / corrected.
  • the target values of the head cooling start temperature T h0 and the head cooling end temperature T h1 have a range
  • the head cooling start temperature T h0 and the head cooling start temperature T h0 are set so as to be within the range of the width (target value range).
  • the target value of the head cooling end temperature T h1 is also changed as appropriate, and the cooling conditions of the head 11, that is, the cooling start / end timing of the head cooling header 41 and the head cooling header 42, the head cooling header 41, and the head cooling.
  • the air volume of the cooling medium injected from the header 42 may be set or corrected.
  • Cooling header control unit 8 Storage part T h0 Head cooling start temperature T h1 Head cooling end temperature T f0 Foot cooling start temperature T f1 Foot cooling end temperature ⁇ Warp amount

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Abstract

　レールの頭部に対する強制冷却開始時の頭部の冷却開始温度（Ｔh0）、頭部に対する強制冷却終了時の頭部の冷却終了温度（Ｔh1）、レールの足部に対する強制冷却開始時の足部の冷却開始温度（Ｔf0）、および足部に対する強制冷却終了時の足部の冷却終了温度（Ｔf1）の各温度と、熱処理の後レールが常温となったときのレールの反り量との関係に基づき、常温時のレールの反り量が許容範囲内となる各温度（Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1）の目標値または目標値範囲を算出し、目標値または目標値範囲に従って冷却条件を設定し、頭部および前記足部の冷却を行う。

Description

レールの冷却方法
　本発明は、熱間圧延されたレールの頭部および足部を強制冷却するレールの冷却方法に関するものである。
　熱間圧延後のオーステナイト域温度以上の高温のレールは、レール頭部に求められる硬度（硬さ）等の所望の品質を確保するための熱処理として強制冷却、すなわち、冷媒をレールに噴射しながら冷却されることがある。この熱処理のための強制冷却（以下、熱処理冷却とも言う）は、通常、レール頭部の組織がオーステナイトからパーライトやベイナイトに完全に変態するまで行われ、冷却停止温度は４００℃～５００℃程度である。このレールの熱処理冷却は、通常、レールを正立させた状態で頭部側と足部側の両方から行われる。頭部に対する熱処理冷却は、上記のように硬度等の品質を確保するためのものである。一方で、足部に対する熱処理冷却は、頭部と足部の温度差に起因して発生する熱応力によるレールの上下方向の反りを防止するためのものである。
　ここで、レール頭部の品質を確保しつつ、反りの少ないレールを得るための技術としては、種々の開示がある。例えば、特許文献１には、レール頭部については材質上の目標を満足する噴射量で冷媒を噴射しながら冷却し、レール足部については、レールの湾曲形状を矯正する冷媒噴射量に調整しながら冷却する手法が開示されている。また、特許文献２には、頭部の冷却開始よりも先に足部の冷却を開始する手法が開示されている。また、特許文献３では、頭部と足部の冷却を同時に開始するが、足部の冷却と比べて頭部の冷却を強くして反りを小さくしている。
特開昭６１－６０８２７号公報 特開平１０－１３０７３０号公報 特開２００５－２９０４８６号公報
　ところで、上記した熱間圧延後のレールの反りは、熱処理冷却中だけでなく、その後常温となるまでの間にも発生する。しかしながら、上記した特許文献１～３の技術では、必ずしも熱処理冷却後の常温となるまでの間に発生する反りを想定していないため、常温となったときの最終的なレールの反りを抑制できない場合があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レールが常温となったときの反りを確実に抑制することができるレールの冷却方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるレールの冷却方法は、熱間圧延されたレールの頭部および足部を強制冷却するレールの冷却方法であって、前記頭部に対する前記強制冷却開始時の前記頭部の冷却開始温度、前記頭部に対する前記強制冷却終了時の前記頭部の冷却終了温度、前記足部に対する前記強制冷却開始時の前記足部の冷却開始温度、および前記足部に対する前記強制冷却終了時の前記足部の冷却終了温度の各温度と、前記強制冷却の後前記レールが常温となったときの前記レールの反り量との関係に基づき、前記常温時の前記レールの反り量が許容範囲内となる前記各温度の目標値または目標値範囲を算出し、前記目標値または前記目標値範囲に従って冷却条件を設定し、前記頭部および前記足部の強制冷却を行うことを特徴とする。
　本発明のレールの冷却方法は、レールが常温となったときの反りを確実に抑制することができるという効果を奏する。
図１は、レールの製造ラインの要部構成を示す図である。 図２は、強制冷却装置の構成を説明する概略断面図である。 図３は、強制冷却装置の主要な制御系の構成例を示すブロック図である。 図４は、レールの製品長での反り量を説明する図である。 図５は、強制冷却中のレールの温度の遷移曲線を示す図である。 図６は、実績反り量と予測反り量との関係を示す図である。 図７は、強制冷却の手順を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して、本発明のレールの冷却方法を実施するための形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
（実施の形態）
　図１は、本実施の形態のレールの冷却方法を適用するレールの製造ライン１の要部構成を示す図である。図１に示すように、レールの製造ライン１は、仕上圧延機２、ホットソー（熱間鋸断機）３、強制冷却装置４（以下、熱処理装置４とも言う）、冷却床５等を含み、レール（鉄道用レール）の製造を行う。このレールの製造ライン１において、仕上圧延機２には、前段での処理を終えたレールが搬送され、レールは、この仕上圧延機２で製品断面形状に圧延される。そして、レールは、ホットソー３により先後端のクロップが切り落とされ、所定の長さに切断された後、熱処理装置４に搬送される。熱処理装置４は、熱間圧延後のレールに対して所望の品質等に応じた熱処理（強制冷却：以下単に冷却ともいう）を行うものである。レールは、この熱処理装置４によって熱処理冷却された後、冷却床５に搬送されて常温程度に冷却される。
　図２は、熱処理装置４の構成を説明する概略断面図である。また、図３は、熱処理装置４の主要な制御系の構成例を示すブロック図である。この熱処理装置４には、熱間圧延後のレール１０が正立姿勢で処理位置まで搬送され、熱処理装置４は、レール１０の頭部１１と足部１３とをそれぞれ冷却する。
　図２に示すように、熱処理装置４は、レール１０の頭部１１を冷却するためのものとして、頭頂冷却ヘッダー４１および頭側冷却ヘッダー４２を備え、レール１０の足部１３を冷却するものとして足部冷却ヘッダー４３を備える。
　頭頂冷却ヘッダー４１、頭側冷却ヘッダー４２および足部冷却ヘッダー４３（以下、これらを包括して適宜「冷却ヘッダー４１，４２，４３」と呼ぶ。）は、それぞれ配管を介して冷却媒体源と接続され、不図示の複数のノズルから空気等の冷却媒体を噴射する。具体的には、頭頂冷却ヘッダー４１は、処理位置のレール１０の頭部１１上方にレール１０の長手方向に沿って配置され、図２中に矢印Ａ１１で示すように、頭部１１の頭頂面に向けて冷却媒体を噴射して頭部１１を冷却する。頭側冷却ヘッダー４２は、処理位置のレール１０の頭部１１両側方にレール１０の長手方向に沿って配置され、図２中に矢印Ａ１３で示すように、頭部１１の両側面に向けて冷却媒体を噴射して頭部１１を冷却する。また、足部冷却ヘッダー４３は、処理位置のレール１０の足部１３下方にレール１０の長手方向に沿って配置され、図２中に矢印Ａ１５で示すように、足部１３の底面に向けて冷却媒体を噴射して足部１３を冷却する。
　また、熱処理装置４は、処理位置に搬送されたレール１０の足部１３の両側方において、互いに対向する位置に一対のクランプ装置４５を備える。一対のクランプ装置４５は、処理位置のレール１０の足部１３を両側で狭持し、熱処理冷却中のレール１０が上下方向に移動しないようにその変位を拘束するものであり、例えば、処理位置のレール１０の足部１３の両側方において、レール１０の長手方向に沿って適所に複数組設置される。
　また、熱処理装置４は、レール１０の頭部１１上方に設けられ、頭部１１の温度（より詳細には頭角部（ゲージコーナー部）の温度）を測定する頭部温度計４７と、レール１０の足部１３下方に設けられ、足部１３の温度を測定する足部温度計４９とを備える。これら頭部温度計４７および足部温度計４９は、図３に示すように、制御部７と接続されており、随時計測値を制御部７に出力する。
　制御部７は、熱処理冷却中のレール１０の頭部１１および足部１３の温度を監視し、図５に示して後述する頭部１１の頭部冷却開始温度Ｔh0および頭部冷却終了温度Ｔh1、足部１３の足部冷却開始温度Ｔf0および足部冷却終了温度Ｔf1が各々の目標値となるように冷却ヘッダー４１，４２，４３からの冷媒の噴射を制御する。
　この制御部７は、レール１０の頭部１１および足部１３の温度を監視し、冷却ヘッダー４１，４２，４３の冷媒噴射を制御するのに必要な各種プログラムやデータ等が記憶される記憶部８と接続されている。記憶部８には、例えば、頭部冷却開始温度Ｔh0、頭部冷却終了温度Ｔh1、足部冷却開始温度Ｔf0および足部冷却終了温度Ｔf1の目標値や、過去の操業時における各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の実績値等が蓄積・記憶される。この記憶部８は、更新記憶可能なフラッシュメモリやＲＡＭといった各種ＩＣメモリ、ハードディスク、各種記憶媒体等の記憶装置によって実現される。この他、制御部７には、図示しないが、上記温度監視や冷却ヘッダー４１，４２，４３の冷媒の噴射制御等に必要な情報を入力するための入力装置や、熱処理冷却中のレール１０の頭部１１および足部１３の温度等をモニタ表示するための表示装置等が適宜接続されている。
　そして、制御部７は、図３に示すように、その主要な機能部として、目標温度算出部７１と、冷却条件設定部７３と、冷却条件修正部７５と、冷却ヘッダー制御部７７とを含む。
　目標温度算出部７１は、頭部冷却開始温度Ｔh0、頭部冷却終了温度Ｔh1、足部冷却開始温度Ｔf0および足部冷却終了温度Ｔf1の目標値を算出する。冷却条件設定部７３は、算出した各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の目標値をもとに、冷却条件として、例えば各冷却ヘッダー４１，４２，４３の冷却時間、あるいは各冷却ヘッダー４１，４２，４３から噴射する冷却媒体（空気）の風量を設定する。冷却条件修正部７５は、操業中に取得される各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の実績値をもとに冷却条件を修正する。冷却ヘッダー制御部７７は、冷却条件設定部７３または冷却条件修正部７５によって設定・修正された冷却条件に従って各冷却ヘッダー４１，４２，４３の冷媒の噴射を制御する。
　上記したように、熱間圧延後のレール１０は、熱処理装置４にて熱処理冷却された後、最終的には、冷却床５にて常温まで冷却されるが、この冷却過程でレール１０の上下方向への曲がり（反り）が発生する場合がある。このレール１０の反りは、熱処理装置４での熱処理冷却中だけでなく、冷却床５に保管されている間、すなわち、レール１０が熱処理冷却直後の温度域から常温となるまでの間にも発生する。図４は、レール１０の製品長での反り量δを説明する図である。本実施の形態では、図４中に一点鎖線で示すレール１０の両端の頭頂面を結ぶ直線からのレール１０の頭頂面の最大上昇量または最大下降量、あるいは、レール１０の両端の底面を結ぶ直線（図示省略）からレール１０の底面の最大上昇量または最大下降量をレール１０の反り量δと定義し、上昇量を負の値、下降量を正の値で表す。
　図５は、熱処理冷却中のレール１０の表面温度（以下単に温度という）の遷移曲線を示す図であり、頭部１１の温度変化を太線で示し、足部１３の温度変化を細線で示している。本例では、先ず、足部冷却ヘッダー４３から冷媒を噴射して足部１３の冷却を先に開始し、その１５秒後を頭部１１の冷却開始タイミングとして頭頂冷却ヘッダー４１および頭側冷却ヘッダー４２から冷媒を噴射して、頭部１１の冷却を開始している。そして、足部１３の冷却開始タイミングから１３５秒後を頭部１１および足部１３の冷却終了タイミングとし、各冷却ヘッダー４１，４２，４３からの冷媒噴射を停止して頭部１１および足部１３の冷却を同時に終了している。
　この熱処理冷却中のレール１０の頭部１１の温度は、図５に示すように、頭部１１の冷却開始タイミング（１５秒）での頭部１１の温度である頭部冷却開始温度Ｔh0から漸次低下し、途中変態発熱により一旦上昇した後、頭部冷却終了タイミング（１３５秒）での頭部１１の温度である頭部冷却終了温度Ｔh1まで低下する。その後の温度は、復熱作用で一旦上昇した後、常温まで低下する。足部１３の温度も同様で、熱処理冷却中のレール１０の足部１３の温度は、足部１３の冷却開始タイミング（０秒）での足部１３の温度である足部冷却開始温度Ｔf0から、足部１３の冷却終了タイミング（１３５秒）での足部１３の温度である足部冷却終了温度Ｔf1まで低下し、その後常温まで低下する。
　ここで、本発明の発明者等は、冷却条件を変えて熱処理冷却を行い、その後レール１０が常温となったときの常温での反り量δを検証した結果、熱処理冷却時のレール１０の頭部冷却開始温度Ｔh0、頭部冷却終了温度Ｔh1、足部冷却開始温度Ｔf0および足部冷却終了温度Ｔf1と、レール１０の常温での反り量δとの間に関連性を見出した。
　すなわち、常温での反り量δが、各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1を用いた数式、具体的な例としては、各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1を用いた回帰計算を行って得た次式（１）に示す回帰式によって表されることがわかった。次式（１）において、定数の値は、－１２５４である。なお、各係数および定数の値は一例であって、レール材等各種条件に応じて算出されるものである。本例では、長さ２５ｍのレール材（１３６ポンド／ヤード）を用いた。また、式の形についても、適宜設定できる。
　常温での反り量δ＝－１．０６Ｔh0＋４．０２Ｔh1
　　　　　　　　　　　　　＋２．５９Ｔf0－２．８６Ｔf1＋定数　・・・（１）
　図６は、実績反り量δ（ｍｍ）と予測反り量δ（ｍｍ）との関係を示す図である。ここで、実績反り量δは、常温となったときに測定した実際のレール１０の反り量δである。予測反り量δは、該当する熱処理時の各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の実績値を上記式（１）に代入して得た回帰値である。図６に示すように、実績反り量δと予測反り量δとの関係は、非常に高い相関を示している。
　そこで、本実施の形態では、上記式（１）のような関係式を用い、常温での反り量δが０となる理想的な各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の目標値を算出し、熱処理冷却中の頭部１１および足部１３の各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1が算出した目標値となるように冷却条件を設定・修正してその冷媒の噴射を制御することで、常温となったときのレール１０の最終的な反りを抑制する。
　図７は、熱処理装置４によって実現される熱処理の手順を示すフローチャートである。熱処理装置４は、図７の各工程を行うことで、レールの冷却方法を実施する。
　図７に示すように、先ず、目標温度算出部７１が、頭部冷却開始温度Ｔh0、頭部冷却終了温度Ｔh1、足部冷却開始温度Ｔf0および足部冷却終了温度Ｔf1の目標値を算出する（ステップＳ１）。具体的には、目標温度算出部７１は、上記式（１）のような関係式を参照して、常温での反り量δが０になるように各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の目標値を算出する。
　ここで、各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の目標値の算出にあたっては、以下のような制約条件を設けておく。
　頭部冷却開始温度Ｔh0の目標値、足部冷却開始温度Ｔf0の目標値については、実際のラインで熱処理装置４にレールを投入した場合に実現し得る値としておく必要がある。例えば、それまでの操業経験からはあり得ない程の高い温度を設定しても実現は不可能であるので、操業実績を踏まえてＴh0、Ｔf0の上限値を設定しておく。また、頭部冷却開始温度Ｔh0の目標値についてはレールの頭部に必要な硬度を付与することが可能な下限温度以上とする、具体的には頭部がオーステナイト域となる温度とする必要がある。
　頭部冷却終了温度Ｔh1の目標値は、硬度等の頭部１１に求められる品質を確保するため、頭部１１に変態を完了させることが可能な温度として設定しなければならない。したがって、変態を完了させる観点から頭部冷却終了温度Ｔh1の目標値に上限値を設けておく。また、頭部冷却終了温度Ｔh1や足部冷却終了温度Ｔf1の目標値としてあまりに低い値が設定されると、強制冷却装置（熱処理装置）での処理時間が必要以上に長くなるため、これらＴh1、Ｔf1の目標値にも下限値を設けておくことが好ましい。
　以上説明した制約条件を満足し、かつ、上記式（１）のような関係式からδ＝０となるＴh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の値を算出し、これを目標値として設定する。
　また、レール１０の頭部１１に対する熱処理冷却は、上記したように、硬度等の頭部１１に求められる品質を確保するため、レール１０が完全に変態するまで行われる。このため、頭部１１に関しては、目的の品質を確保するのに必要な熱処理冷却時の温度域や冷却時間（冷却速度）が決まっている。一方で、足部１３に対する熱処理冷却は、頭部１１と足部１３の温度差に起因して発生する熱応力によるレール１０の反りを防止するためのものであるため、反りの発生が許容範囲内に抑制できれば、ある程度冷却条件の調整が可能である。このため、本実施の形態では、目標温度算出部７１は、常温での反り量δが０になるべく近づくように足部冷却開始温度Ｔf0および足部冷却終了温度Ｔf1の値を調整することで、各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の目標値を算出する。なお、ここでの反りの許容範囲は、当該レールの製造プロセスや適用用途に応じて決めることができる。例として、製品として許容されている反りの公差範囲を許容範囲とするケースや、あるいは、製造プロセスとして熱処理冷却後に、オンラインで当該レールをローラー矯正する場合は、ローラー矯正による反りの修正効果を加味して、許容範囲を決めるケースがある。
　続いて、冷却条件設定部７３が、ステップＳ１で算出した各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の目標値をもとに冷却条件を設定する（ステップＳ３）。ここでの処理においても、頭部１１の冷却条件については、ステップＳ１と同様の理由で前述の熱処理冷却時の温度域および冷却時間を実現可能に設定する必要があるため、本実施の形態では、冷却条件設定部７３は、足部１３の冷却条件、具体的には、足部冷却ヘッダー４３の冷却開始・終了タイミングおよび／または足部冷却ヘッダー４３から噴射する冷却媒体の風量を冷却条件として設定する。
　例えば、冷却開始・終了タイミングを設定する場合であれば、過去の操業実績等をもとに、頭部１１の熱処理冷却と並行して足部冷却開始温度Ｔf0および足部冷却終了温度Ｔf1が目標値となるよう冷却開始・終了タイミングを設定する。冷却媒体の風量を設定する場合も同様に、過去の操業実績をもとに決定でき、温度Ｔf0，Ｔf1が目標値となるように冷却媒体の風量を設定すればよい。なお、ここでの処理は、熱処理冷却時の各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の実績値がステップＳ１で算出した各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の目標値となるように冷却条件が設定できればよく、冷却開始・終了タイミングと冷却媒体の風量の両方を調整して設定するようにしてもよい。
　その後、熱処理装置４はレール１０の熱処理冷却を開始するが、このとき、冷却ヘッダー制御部７７が、設定した冷却条件に従って各冷却ヘッダー４１，４２，４３の冷媒の噴射を制御する（ステップＳ５）。以上のようにして熱処理を開始した後は、制御部７が頭部温度計４７および足部温度計４９から随時入力される頭部１１および足部１３の温度を監視しており、熱処理装置４は、各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の実績値がステップＳ１で設定した目標値と一致している間は（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、仕上圧延機２から搬送されるレール１０を順次処理対象として熱処理冷却を繰り返す。
　一方で、各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の実績値が目標値と一致していない場合には（ステップＳ７：Ｎｏ）、冷却条件修正部７５が、冷却条件を修正する（ステップＳ９）。ここでは、足部冷却開始温度Ｔf0および足部冷却終了温度Ｔf1が目標値と一致していない場合を主に想定している。具体的には、冷却条件修正部７５は、一致していないと判断した温度Ｔf0，Ｔf1について目標値と実績値の温度差を求め、求めた温度差に応じて足部１３の冷却条件を修正する。例えば、冷却開始タイミングを修正対象とする場合、足部冷却開始温度Ｔf0の実績値が目標値よりも低温であった場合には、冷却開始タイミングを前にずらして実績値を目標値に合わせる。より具体的には、図５に例示した足部冷却開始温度Ｔf0について、実績値が目標値よりも低い場合であれば、当初の足部１３の冷却開始タイミング（０秒）よりもその目標値と実績値との温度差に応じた時間分手前のタイミングを足部１３の冷却開始タイミングとして修正する。温度差に応じた時間は、過去の操業実績等に基づき決定すればよい。
　なお、冷却条件の修正方法はこれに限定されるものではない。例えば、上記式（１）を用いて常温での反り量δが０になるような各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の目標値を再度算出し、算出した目標値をもとに、ステップＳ３と同様の要領で冷却条件を新たに設定することで修正してもよい。
　そして、その後の熱処理冷却では、冷却ヘッダー制御部７７が、修正した冷却条件に従って各冷却ヘッダー４１，４２，４３の冷媒の噴射を制御する（ステップＳ１１）。以上の処理を、操業を終了するまでの間（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ７に戻って繰り返し行う。
（実施例）
　図７の処理手順に従って熱処理冷却を行い、常温での反り量δを検証した。用いたレール材は、長さ２５ｍのレール材（１３６ポンド／ヤード）とした。本レール材では、通常、仕上圧延機２での熱間圧延後の温度を９００℃、頭部冷却開始温度Ｔh0を７２０℃、頭部冷却終了温度Ｔh1を４２０℃程度としている。そこで、頭部冷却開始温度Ｔh0の目標値を７２０℃、頭部冷却終了温度Ｔh1の目標値を４２０℃とし、上記式（１）を用いて、足部冷却開始温度Ｔf0および足部冷却終了温度Ｔf1の目標値を算出し、温度Ｔf0＝６８０℃、温度Ｔf1＝５００℃とした。その後、レールの熱処理冷却を開始し、頭部および足部の温度を監視したところ、ある時点で足部冷却開始温度Ｔf0の実績値が６６０℃と目標値よりも低くなった。このとき、頭部冷却開始温度Ｔh0および頭部冷却終了温度Ｔh1の実績値は目標値とほぼ一致していた。
　そこで、適合例１として、足部１３の冷却開始タイミングを１０秒早めることで、足部冷却開始温度Ｔf0が目標値である６８０℃となるように足部冷却ヘッダー４３の冷媒噴射を制御した。
　また、適合例２では、足部冷却開始温度Ｔf0の目標値を実績値である６６０℃に変更し、上記式（１）に従って常温での反り量δが０となるように足部冷却終了温度Ｔf1の目標値を４８２℃として再度算出した。そして、得られた新たな目標値＝４８２℃と当初の目標値＝５００℃の温度差に応じて足部冷却ヘッダー４３からの冷却媒体の風量を増やすことで、足部冷却終了温度Ｔf1が新たな目標値＝４５０℃となるように足部冷却ヘッダー４３の冷媒噴射を制御した。
　一方、比較例として、冷却条件を修正せずにそのまま熱処理冷却を続けた。ここでは、各例においてそれぞれ１０本のレール材について熱処理冷却を続け、各レールが常温となったときの反り量δをそれぞれ測定した。
　この結果、適合例１，２ともに常温での反り量δが±１５ｍｍ以内であった。本レール材では、±２０ｍｍ以内が反り量δの許容範囲とされており、許容範囲内に収まり良好であった。一方、比較例では、－５０ｍ～－７０ｍｍの下反りが測定され、常温での反り量δは許容範囲外となった。なお、このように常温での反り量δが許容範囲外となったレールに対しては、レールの反りを矯正するためのプレス矯正処理の工程が必要となる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、予め定めた熱処理冷却時のレール１０の頭部冷却開始温度Ｔh0、頭部冷却終了温度Ｔh1、足部冷却開始温度Ｔf0および足部冷却終了温度Ｔf1と、レール１０の常温での反り量δとの関係（例えば上記式（１））に従い、常温での反り量δが０となる理想的な各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の目標値を算出することができる。そして、熱処理冷却中の頭部１１および足部１３の各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1が算出した目標値となるように、冷却条件を設定してレールの頭部および足部を冷却することができる。また、操業中、仮に各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の実績値が目標値から外れる事態が生じたとしても、各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1が目標値となるように冷却条件を修正することができる。したがって、レールが常温となったときの最終的な反りを確実に抑制することができる。これによれば、レールの反りを矯正するためのプレス矯正処理の工程が不要となり、生産性が向上するという効果もある。
　なお、上記した実施の形態では、頭部冷却開始温度Ｔh0、頭部冷却終了温度Ｔh1、足部冷却開始温度Ｔf0および足部冷却終了温度Ｔf1の目標値を算出することとしたが、各温度Ｔh0，Ｔh1，Ｔf0，Ｔf1の目標値範囲を算出し、その実績値が目標値範囲内となるように冷却条件を修正するようにしてもよい。
　また、上記した実施の形態では、足部１３の冷却条件を設定・修正する場合について説明したが、頭部１１の冷却条件を設定・修正するようにしてもよい。例えば、頭部冷却開始温度Ｔh0や頭部冷却終了温度Ｔh1の目標値に幅がある場合には、その幅の範囲（目標値範囲）内となるように頭部冷却開始温度Ｔh0や頭部冷却終了温度Ｔh1の目標値についても適宜変更し、頭部１１の冷却条件、すなわち、頭頂冷却ヘッダー４１，頭側冷却ヘッダー４２の冷却開始・終了タイミングや頭頂冷却ヘッダー４１，頭側冷却ヘッダー４２から噴射する冷却媒体の風量を設定し、あるいは修正することとしてよい。
　４　強制冷却装置（熱処理装置）
　４１　頭頂冷却ヘッダー
　４２　頭側冷却ヘッダー
　４３　足部冷却ヘッダー
　４５　クランプ装置
　４７　頭部温度計
　４９　足部温度計
　７　制御部
　７１　目標温度算出部
　７３　冷却条件設定部
　７５　冷却条件修正部
　７７　冷却ヘッダー制御部
　８　記憶部
　Ｔh0　頭部冷却開始温度
　Ｔh1　頭部冷却終了温度
　Ｔf0　足部冷却開始温度
　Ｔf1　足部冷却終了温度
　δ　反り量

Claims (5)

  1. 　熱間圧延されたレールの頭部および足部を強制冷却するレールの冷却方法であって、
    　前記頭部に対する前記強制冷却開始時の前記頭部の冷却開始温度、前記頭部に対する前記強制冷却終了時の前記頭部の冷却終了温度、前記足部に対する前記強制冷却開始時の前記足部の冷却開始温度、および前記足部に対する前記強制冷却終了時の前記足部の冷却終了温度の各温度と、前記強制冷却の後前記レールが常温となったときの前記レールの反り量との関係に基づき、前記常温時の前記レールの反り量が許容範囲内となる前記各温度の目標値または目標値範囲を算出し、
    　前記目標値または前記目標値範囲に従って冷却条件を設定し、前記頭部および前記足部の強制冷却を行うことを特徴とする前記レールの冷却方法。
  2. 　前記頭部および前記足部の冷却時における前記各温度の実績値を取得し、
    　前記実績値が前記目標値と異なる場合または前記目標値範囲外の場合に、前記各温度が前記目標値と一致または前記目標値範囲内となるように前記冷却条件を修正して前記頭部および前記足部の強制冷却を行うことを特徴とする請求項１に記載の前記レールの冷却方法。
  3. 　前記取得した実績値が前記目標値と異なる場合または前記目標値範囲外の場合に、前記各温度と前記反り量との関係に基づいて前記各温度のうちの少なくともひとつについて、目標値または目標値範囲を再度算出し、前記各温度が前記再度算出した前記目標値と一致または前記目標値範囲内となるように前記冷却条件を修正することを特徴とする請求項２に記載の前記レールの冷却方法。
  4. 　前記各温度と前記反り量との前記関係は１次式で表されることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の前記レールの冷却方法。
  5. 　前記頭部および前記足部の強制冷却は所定の冷却媒体を用いて行い、
    　前記冷却条件は、少なくとも前記足部の冷却時間および／または前記足部の冷却に用いる冷却媒体量であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の前記レールの冷却方法。
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