WO2013118236A1 - 軌条熱処理装置および軌条熱処理方法 - Google Patents

Abstract

　本発明の一態様にかかる軌条熱処理装置（４）は、軌条長手方向に沿って不連続に配置された冷却ヘッダー（２３ａ）と、オシレーション機構（３０）と、制御系（４０）とを備える。冷却ヘッダー（２３ａ）は、軌条（９）に冷却媒体を噴射して軌条（９）を冷却する。オシレーション機構３０は、軌条（９）の長手方向に沿って、軌条（９）と冷却ヘッダー２３ａとを相対的に往復動作させる。制御系４０は、軌条（９）の冷却時間と冷却後の軌条（９）の硬度との相関を示す相関式に基づいて、軌条（９）の硬度の許容範囲を満足する軌条（９）の必要冷却時間の許容範囲を求める。制御系（４０）は、この必要冷却時間の許容範囲をもとに、軌条（９）と冷却ヘッダー（２３ａ）との相対的な往復動作のストロークおよび速度を制御して、このストロークおよび速度の往復動作をオシレーション機構（３０）に実行させる。

Description

軌条熱処理装置および軌条熱処理方法

　本発明は、軌条を冷却する軌条熱処理装置および軌条熱処理方法に関する。

　従来から、熱間圧延後の高温な軌条を冷却する軌条熱処理装置が提案されている。例えば、軌条熱処理装置は、冷却対象の軌条の足部を支持且つ拘束する装置と、この支持拘束装置によって支持且つ拘束された軌条に冷却媒体を噴射する冷却ヘッダーと、この支持拘束装置または冷却ヘッダーを軌条長手方向にオシレーション（往復動作）させるオシレーション機構とを備える（特許文献１，２参照）。

　特許文献１，２に記載の軌条熱処理装置において、軌条の足裏部分を冷却するための冷却ヘッダーは、軌条支持位置の下方に複数配置される。また、これら複数の冷却ヘッダーは、軌条長手方向に沿って、互いに所定の間隔を空けた不連続な状態に配置される。ここで、このような冷却ヘッダー間の空隙部分（以下、不連続部分という）は、冷却ヘッダーからの冷却媒体が十分に当らない軌条部分を冷却対象の軌条内に生じさせる。この結果、軌条長手方向に沿って、軌条の冷却むらが発生する。このような軌条の冷却むらの発生を回避するために、冷却ヘッダーが冷却対象の軌条に冷却媒体を噴射しつつ、オシレーション機構が、この軌条と冷却ヘッダーとを軌条長手方向に沿って相対的にオシレーションさせている。

　一方、特許文献１，２に記載の軌条熱処理技術の他に、オシレーションを用いる従来の冷却方法として、例えば、鋼材の搬送方向に複数の冷却ノズルを配列し、複数の冷却ノズルから冷却媒体を噴射しつつ、複数の冷却ノズルと鋼材とを相対的に、水平方向にオシレーションさせる鋼材の冷却方法がある（特許文献３参照）。この特許文献３に記載のオシレーション制御によって、冷却ノズル直下に位置する鋼材の過冷却と冷却ノズル中間に位置する鋼材の冷却不足とが解消される。

特開平５－３３０５７号公報 特開平５－２９５４４４号公報 特開２００３－１９３１２６号公報

　しかしながら、上述した特許文献１～３では、冷却対象物（軌条または鋼材）に冷却ヘッダーから冷却媒体を噴射しつつ、この冷却対象物と冷却ヘッダーとを相対的にオシレーションさせる技術に止まり、冷却ヘッダー間の不連続部分の距離に対応して、如何なるオシレーション制御を行うべきかについては、何ら検討されていない。すなわち、上述した従来技術では、冷却対象の軌条と冷却ヘッダーとの相対的なオシレーションの制御において、冷却ヘッダー間の不連続部分の距離に適したオシレーションの速度および長さ（ストローク）を設定することは困難である。このため、冷却ヘッダー間隔に対応して適正なオシレーション制御を行うことができず、この結果、軌条長手方向に軌条の硬度むらが発生して、軌条長手方向の品質むらを抑制できない。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却ヘッダー間の不連続部分の距離に対応して、軌条と冷却ヘッダーとの相対的なオシレーションの速度およびストロークを適正化でき、これによって、軌条長手方向の軌条の硬度むらを抑制して、軌条長手方向に均一な軌条の品質を確保できる軌条熱処理装置および軌条熱処理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に、本発明にかかる軌条熱処理装置は、冷却対象の軌条に冷却媒体を噴射する冷却ヘッダーと、前記軌条の長手方向に沿って、前記軌条と前記冷却ヘッダーとを相対的に往復動作させるオシレーション機構と、前記オシレーション機構に対するオシレーション制御を行う制御系と、を備え、前記制御系は、前記オシレーション制御に必要な情報等を記憶する記憶部と、前記冷却ヘッダーによる前記軌条の冷却時間と冷却後の前記軌条の硬度との相関を示す相関式に基づいて、前記軌条の硬度の許容範囲を満足する前記軌条の必要冷却時間の許容範囲を求め、前記必要冷却時間の許容範囲をもとに、前記軌条と前記冷却ヘッダーとの相対的な往復動作のストロークおよび速度を制御して、前記ストロークおよび速度の往復動作を前記オシレーション機構に実行させる制御部と、を備えたことを特徴とする。

　また、本発明にかかる軌条熱処理装置は、上記の発明において、前記冷却ヘッダーは、前記軌条の長手方向に沿って、所定の間隔を空けて不連続に複数配置され、前記制御系は、複数の前記冷却ヘッダー間の不連続部分に起因して減少する前記軌条の冷却時間の最小値を算出し、前記冷却時間の最小値が前記必要冷却時間の許容範囲内に入るように、前記軌条と前記冷却ヘッダーとの相対的な往復動作のストロークおよび速度を制御することを特徴とする。

　また、本発明にかかる軌条熱処理装置は、上記の発明において、前記制御系は、前記相関式に基づいて、前記軌条の硬度の許容範囲を満足する前記軌条の冷却時間範囲を算出し、前記冷却時間範囲の中から前記必要冷却時間を決定することを特徴とする。

　また、本発明にかかる軌条熱処理装置は、上記の発明において、前記軌条の長手方向に沿って配置された複数の前記冷却ヘッダーを有する冷却装置と、冷却前の前記軌条を前記冷却装置に搬入し、前記冷却装置に対して前記軌条の搬入側と同じ側から、冷却後の前記軌条を搬出する搬送装置と、を備えたことを特徴とする。

　また、本発明にかかる軌条熱処理装置は、上記の発明において、前記軌条の長手方向に沿って配置された複数の前記冷却ヘッダーを有する冷却装置と、冷却前の前記軌条を前記冷却装置に搬入する第１の搬送装置と、前記第１の搬送装置による前記軌条の搬入側の反対側から、前記冷却装置による冷却後の前記軌条を搬出する第２の搬送装置と、を備えたことを特徴とする。

　また、本発明にかかる軌条熱処理方法は、冷却ヘッダーから冷却対象の軌条に冷却媒体を噴射して前記軌条を冷却する冷却時間と冷却後の前記軌条の硬度との相関を示す相関式に基づいて、前記軌条の硬度の許容範囲を満足する前記軌条の必要冷却時間の許容範囲を求め、前記必要冷却時間の許容範囲をもとに往復動作のストロークおよび速度を制御し、前記軌条の長手方向に沿った前記軌条と前記冷却ヘッダーとの相対的な往復動作として、前記ストロークおよび前記速度の往復動作を実行することを特徴とする。

　また、本発明にかかる軌条熱処理方法は、上記の発明において、前記軌条の長手方向に沿って所定の間隔を空けて不連続に配置された複数の前記冷却ヘッダー間の不連続部分の長さを加味して、前記不連続部分に起因して減少する前記軌条の冷却時間の最小値を算出し、前記冷却時間の最小値が前記必要冷却時間の許容範囲内に入るように、前記軌条と前記冷却ヘッダーとの相対的な往復動作のストロークおよび速度を制御することを特徴とする。

　また、本発明にかかる軌条熱処理方法は、上記の発明において、前記相関式に基づいて、前記軌条の硬度の許容範囲を満足する前記軌条の冷却時間範囲を算出し、前記冷却時間範囲の中から前記必要冷却時間を決定することを特徴とする。

　また、本発明にかかる軌条熱処理方法は、上記の発明において、前記軌条の長手方向に沿って配置された複数の前記冷却ヘッダーを有する冷却装置に対して、冷却前の前記軌条を搬入し、前記冷却装置に対して前記軌条の搬入側と同じ側から、冷却後の前記軌条を搬出することを特徴とする。

　また、本発明にかかる軌条熱処理方法は、上記の発明において、前記軌条の長手方向に沿って配置された複数の前記冷却ヘッダーを有する冷却装置に対して、冷却前の前記軌条を前記冷却装置に搬入し、前記冷却装置における前記軌条の搬入側の反対側から、前記冷却装置による冷却後の前記軌条を搬出することを特徴とする。

　本発明によれば、冷却ヘッダー間の不連続部分の距離に対応して、軌条と冷却ヘッダーとの相対的なオシレーションの速度およびストロークを適正化でき、これによって、軌条長手方向の軌条の硬度むらを抑制して、軌条長手方向に均一な軌条の品質を確保できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる軌条熱処理装置を備えた軌条製造ラインの概略構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる軌条熱処理装置の一構成例を示す模式図である。 図３は、本実施の形態にかかる軌条熱処理装置の冷却ヘッダーの一構成例を示す模式図である。 図４は、冷却ヘッダー間の不連続部分の影響を受ける軌条の冷却時間を説明するための図である。 図５は、オシレーション端の位置と軌条部分の冷却時間との相関を示す模式図である。 図６は、軌条の冷却時間と冷却後の軌条の硬度との相関の一具体例を示す模式図である。 図７Ａは、ヘッダー間隔に依存する軌条の冷却時間と硬度との相関の一具体例を示す模式図である。 図７Ｂは、ヘッダー間隔に依存する軌条の冷却時間と硬度との相関の一具体例を示す模式図であり、図７Ａと異なるオシレーションストロークを採用した場合の一例である。 図８Ａは、ヘッダー間隔に依存する軌条の冷却時間と硬度との相関の別の具体例を示す模式図である。 図８Ｂは、ヘッダー間隔に依存する軌条の冷却時間と硬度との相関の別の具体例を示す模式図であり、図８Ａと異なるオシレーションストロークを採用した場合の一例である。 図９は、本発明の実施の形態にかかる軌条熱処理装置の一変形例を示す模式図である。

　以下に、本発明にかかる軌条熱処理装置および軌条熱処理方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
　図１は、本発明の実施の形態にかかる軌条熱処理装置を備えた軌条製造ラインの概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態にかかる軌条熱処理装置の一構成例を示す模式図である。図３は、本実施の形態にかかる軌条熱処理装置の冷却ヘッダーの一構成例を示す模式図である。以下では、まず、図１を参照して、本実施の形態における軌条製造ラインの構成を説明し、つぎに、図２，３を参照して、本実施の形態にかかる軌条熱処理装置の構成を説明する。

　図１に示すように、本実施の形態における軌条製造ライン１は、仕上圧延機２と、熱間鋸断機３と、軌条熱処理装置４と、冷却床５とを備える。なお、図１において、実線矢印は、軌条製造ライン１内における軌条の流れを示す。

　仕上圧延機２は、仕上圧延対象の鉄鋼材を受け入れ、この受け入れた鉄鋼材を仕上圧延する。これによって、仕上圧延機２は、製品オーダーの要求に沿った断面形状の軌条を形成する。熱間鋸断機３は、仕上圧延機２によって製品断面形状に圧延された軌条の先後端のクロップを切り落として、製品オーダーの要求に沿った長さに軌条を切断する。

　軌条熱処理装置４は、熱間鋸断機３によって形成された長さの軌条を受け入れる。なお、この軌条は、仕上圧延機２による熱間仕上圧延後の高温材である。軌条熱処理装置４は、この受け入れた高温の軌条を冷却する熱処理を行い、冷却後の軌条を冷却床５側へ搬出する。軌条熱処理装置４は、このように熱間鋸断機３側から高温な軌条を受け入れる都度、軌条の熱処理（冷却処理）を順次行う。冷却床５は、軌条熱処理装置４によって冷却された軌条を順次受け入れ、この軌条熱処理装置４からの軌条を常温に近い温度まで冷却する。

　つぎに、本実施の形態にかかる軌条熱処理装置４の構成を説明する。図２に示すように、軌条熱処理装置４は、上述したように熱間仕上圧延後の高温な軌条９を冷却するためのものであり、軌条９を搬送する搬送装置１０と、軌条９を冷却する冷却装置２０と、冷却装置２０の冷却ヘッダー２３ａと軌条９とを相対的に往復動作させるオシレーション機構３０と、オシレーション機構３０を制御する制御系４０とを備える。

　搬送装置１０は、冷却前の軌条９の受け入れと、冷却後の軌条９の送出を行うための装置であり、複数の搬送ローラ１１と、複数の搬入出部１２とを備える。複数の搬送ローラ１１は、冷却装置２０の側方における軌条９の出入口近傍に軌条９の長手方向に沿って、各搬送ローラ軸と軌条９の長手方向とが各々垂直となるように配置される。この場合、複数の搬送ローラ１１の配置長さは、図２に示すように、１つの軌条９の軌条長さ以上である。複数の搬送ローラ１１は、所定の駆動装置（図示せず）によって回転駆動して、図２の破線矢印に示すように、冷却前の軌条９を冷却装置２０の側方に搬送し、冷却後の軌条９を外部へ送出する。

　搬入出部１２は、複数の搬送ローラ１１上の軌条９の軌条長さ以内の領域であって、搬送ローラ１１間の空隙に進入可能な位置に、必要数（例えば３つ）配置される。各搬入出部１２は、互いに動作タイミング、移動方向および移動量を合わせながら駆動しつつ、複数の搬送ローラ１１の位置と冷却装置２０内の位置との間を往復移動する（図２の破線矢印参照）。これによって、各搬入出部１２は、複数の搬送ローラ１１から冷却前の軌条９を冷却装置２０に搬入し、この軌条９の搬入側と同じ冷却装置２０側から、冷却後の軌条９を複数の搬送ローラ１１の位置へ搬出する。なお、搬入出部１２の必要配置数は、軌条９を支持しつつ移送可能な数量であればよく、特に３つに限定されない。

　冷却装置２０は、熱間仕上圧延後の高温な軌条９を冷却するための装置である。具体的には、図２，３に示すように、冷却装置２０は、軌条９を支持し拘束する支持拘束装置２１と、軌条９を冷却するための冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃとを備える。なお、図３には、図２の方向Ａから見た冷却装置２０の概略構成が示されている。

　支持拘束装置２１は、軌条９の長手方向に延伸する支持台等を用いて実現され、搬入出部１２によって搬送ローラ１１側から搬送された軌条９を支持する。この場合、支持拘束装置２１は、軌条９の足裏部分と冷却ヘッダー２３ａとを対向させるように軌条９を支持する。また、支持拘束装置２１は、軌条９の軌条長さ以内の領域に、所定の間隔を空けて複数の拘束部２２を有する。複数の拘束部２２は、図２に示すように、軌条９の長手方向に沿って、所定の位置（例えば冷却ヘッダ２３ａの側方位置）に配置される。これら複数の拘束部２２の各々は、図３に示すように軌条９の足部分をクランプし、互いに協働して軌条９を解除可能に拘束する。

　冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃは、冷却媒体の噴射ノズル等を用いて実現され、冷却対象の軌条９に冷却媒体を噴射して軌条９を冷却する。具体的には、冷却ヘッダー２３ａは、図３に示すように、軌条９の足裏部分に冷却媒体を噴射し、これによって、軌条９をその足側から冷却する。このような冷却ヘッダー２３ａは、図２に示すように、軌条９の長手方向に沿って、所定の間隔を空けて不連続に複数配置される。すなわち、各冷却ヘッダー２３ａ間には、不連続部分２４が形成される。不連続部分２４は、上述した搬入出部１２が冷却装置２０内に進入するために必要な空隙であり、各搬入出部１２の位置に対応して形成される。

　一方、冷却ヘッダー２３ｂ，２３ｃは、図３に示すように、軌条９の頭側に冷却媒体を噴射し、これによって、軌条９をその頭側から冷却する。詳細には、冷却ヘッダー２３ｂは、軌条９の頭頂部分に冷却媒体を噴射し、冷却ヘッダー２３ｃは、軌条９の頭側部分に冷却媒体を噴射する。なお、特に図示しないが、冷却ヘッダー２３ｂ，２３ｃは、軌条９の長手方向に沿って連続的に延伸して形状を有する。このような冷却ヘッダー２３ｂ，２３ｃは、所定の駆動装置（図示せず）によって支持され、冷却装置２０内への搬入出部１２の進入時および冷却装置２０からの搬入出部１２の退出時に、上下昇降する。これによって、軌条９の搬入出時における搬入出部１２または軌条９と冷却ヘッダー２３ｂ，２３ｃとの接触が回避される。

　オシレーション機構３０は、軌条９の長手方向に沿って、冷却装置２０内の軌条９と冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃとを相対的に往復動作させるためのものである。具体的には、オシレーション機構３０は、冷却装置２０に固定された支持枠３１と、軌条９の長手方向に支持枠３１を往復動作させるシリンダー装置３２とを有する。

　支持枠３１は、冷却装置２０内の支持拘束装置２１を支持する枠体であり、例えば図２に示すように、支持拘束装置２１の側部を囲うように冷却装置２０に固定される。シリンダー装置３２は、往復動作可能なオシレーション軸を有し、このオシレーション軸を介して支持枠３１と接続される。シリンダー装置３２は、このオシレーション軸を往復動作させ、これによって、支持枠３１とともに支持拘束装置２１を軌条９の長手方向に往復動作させる。

　ここで、支持拘束装置２１は、冷却装置２０の冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃから独立している。すなわち、支持拘束装置２１は、冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃに対して相対的に変位可能である。また、支持拘束装置２１は、上述したように、拘束部２２によって軌条９を拘束している。シリンダー装置３２は、このような支持拘束装置２１の往復動作を実行することによって、冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃに対し、この支持拘束装置２１上の軌条９をその長手方向に沿って相対的に往復動作させる。この場合、シリンダー装置３２は、特に、軌条９の長手方向に沿って不連続な冷却ヘッダー２３ａに対して、支持拘束装置２１上の軌条９を相対的に往復動作させる。

　制御系４０は、オシレーション機構３０に対するオシレーション制御を行うためのものであり、図２に示すように、各種情報を入力する入力部４１と、各種情報を表示する表示部４２と、オシレーション制御に必要な情報等を記憶する記憶部４３と、オシレーション機構３０に対するオシレーション制御を実行する制御部４４とを備える。

　入力部４１は、キーボードおよびマウス等の入力デバイスを用いて実現され、操作者の入力操作に対応して各種情報を制御部４４に入力する。なお、入力部２による入力情報として、例えば、冷却後の軌条９の硬度情報、上述した不連続部分２４の長さ（すなわち、冷却ヘッダー２３ａ間のヘッダー間隔）等の軌条熱処理装置４の設備仕様情報、軌条９を構成する鉄鋼材の成分および鋼種等の材料情報が挙げられる。また、軌条９の硬度の許容範囲も入力部２によって入力することができる。

　表示部４２は、制御部４４によって表示指示された各種情報を表示する。具体的には、表示部４２は、入力部４１による入力情報、オシレーション制御に関する演算処理結果等のオシレーション制御に有用な各種情報を表示する。

　記憶部４３は、制御部４４によって記憶指示された情報を記憶し、読み出し指示された記憶情報を制御部４４に送信する。具体的には、記憶部４３は、入力部４１による入力情報、図１に示した軌条製造ライン１の操業情報等を記憶する。また、記憶部４３は、オシレーション情報４３ａとして、冷却ヘッダー２３ａによる軌条９の冷却時間と冷却後の軌条９の硬度との相関を示す相関式、軌条９の冷却時間を算出する演算式、冷却ヘッダー２３ａ間のヘッダー間隔等を記憶する。なお、本発明においては、冷却ヘッダー２３ａによる軌条９の冷却時間と冷却後の軌条９の硬度との相関を示す情報として、上述した相関式に代えて相関表等を用いてもよいし、軌条９の冷却時間を算出するための情報として、上述した演算式に代えて換算表等を用いてもよい。さらに、記憶部４３は、入力部４１により入力された軌条９の硬度の許容範囲や、この硬度の許容範囲と軌条９の冷却時間と冷却後の軌条９の硬度との相関を示す相関式とから算出される、軌条９の硬度の許容範囲を満足するために必要な軌条９の冷却時間（以下、必要冷却時間という）の許容範囲をも記憶することができる。

　制御部４４は、軌条熱処理装置４の機能を実現するためのプログラム等を記憶するメモリおよびこのメモリ内のプログラムを実行するＣＰＵ等を用いて実現される。制御部４４は、制御系４０の各構成部、すなわち、入力部４１、表示部４２、および記憶部４３の各動作を制御し、且つ、これらの各構成部との電気信号の入出力を制御する。

　また、制御部４４は、冷却装置２０内の軌条９が冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃからの冷却媒体によって冷却される期間、軌条９の長手方向に沿って冷却ヘッダー２３ａと軌条９とを相対的に往復動作させるように、オシレーション機構３０を制御する。具体的には、制御部４４は、冷却装置２０の冷却動作の状況を示す冷却動作情報を冷却装置２０から取得する。制御部４４は、この取得した冷却動作情報をもとに、冷却装置２０内の軌条９が冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃからの冷却媒体によって冷却されるタイミングを把握する。制御部４４は、この把握した軌条９の冷却タイミングに、オシレーション機構３０に対するオシレーション制御を実行する。

　このオシレーション制御において、制御部４４は、まず、冷却ヘッダー２３ａによる軌条９の冷却時間と冷却後の軌条９の硬度との相関を示す相関式を記憶部４３内のオシレーション情報４３ａの中から取得する。ついで、制御部４４は、この取得した相関式に基づいて、軌条９の硬度の許容範囲を満足するために必要な軌条９の冷却時間（必要冷却時間）の許容範囲を求める。その後、制御部４４は、この必要冷却時間の許容範囲をもとに、軌条９と冷却ヘッダー２３ａとの長手方向の位置関係によらず、軌条９の全ての場所における冷却時間がこの必要冷却時間の許容範囲内になるように、軌条９と冷却ヘッダー２３ａとの相対的な往復動作のストローク（以下、オシレーションストロークという）および速度（以下、オシレーション速度という）の適正値を算出する。制御部４４は、このように算出したオシレーションストロークおよびオシレーション速度の往復動作をオシレーション機構３０に実行させることにより、オシレーション制御を実施する。

　なお、上述したオシレーション制御に用いられる相関式は、冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃからの冷却媒体による冷却後の軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）と、この冷却媒体によらない自然冷却後の軌条９の硬度ＨＶ（ｎ）と、冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃからの冷却媒体による軌条９の冷却時間ｔと、軌条９の種類（成分、形状、サイズ、重量等）によって決定される定数Ｋとを用い、次式（１）によって表される。
　
ＨＶ（ｈ）＝Ｋ×ｔ＋ＨＶ（ｎ）　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　

　ここで、上式（１）において、冷却時間ｔは、冷却ヘッダー２３ａ間の不連続部分２４に対して対向する軌条９の対向時間または対向領域の増加に伴って、減少する。何故ならば、この軌条９の対向時間または対向領域の増加によって、冷却ヘッダー２３ａからの冷却媒体と軌条９との接触時間が減少するからである。このように不連続部分２４の影響を受ける軌条９の冷却時間ｔは、オシレーション機構３０が支持拘束装置２１上の軌条９に行わせる往復動作のオシレーションストロークおよびオシレーション速度に依存して変化する。

　つぎに、上述した軌条９の冷却時間ｔについて詳細に説明する。図４は、冷却ヘッダー間の不連続部分の影響を受ける軌条の冷却時間を説明するための図である。以下では、図２に示した冷却ヘッダー２３ａ間の不連続部分２４の一つを例示して、この不連続部分２４の影響を受ける軌条９の冷却時間ｔを詳細に説明する。

　図４において、軌条９と冷却ヘッダー２３ａとが対向する領域は、冷却ヘッダー２３ａから噴射された冷却媒体と軌条９とが接触する領域であるため、軌条９の冷却領域Ｒ１，Ｒ３と定義する。一方、軌条９と不連続部分２４とが対向する領域は、冷却ヘッダー２３ａからの冷却媒体と軌条９とが対向しない領域であるため、軌条９の無冷却領域Ｒ２と定義する。なお、この無冷却領域Ｒ２に位置する軌条９の部分は、冷却領域Ｒ１，Ｒ３に位置する軌条９の部分のような十分な冷却がなされず、自然冷却に近い冷却がなされる。

　また、図４に定義した冷却領域Ｒ１，Ｒ３および無冷却領域Ｒ２の全領域について、軌条９の長手方向に平行な座標軸を設定する。この座標軸は、上述したオシレーション機構３０による支持拘束装置２１のオシレーション端、すなわち、この支持拘束装置２１上の軌条９のオシレーション端の位置ｘの座標を決める。なお、この座標軸において、図４に示す左側の冷却ヘッダー２３ａから不連続部分２４を通って右側の冷却ヘッダー２３ａに向かう右側方向は正方向であり、その逆方向は負方向である。また、図４に示すように、冷却ヘッダー２３ａの不連続部分２４側の端部から座標軸の負方向に軌条９のオシレーションストロークｂだけ変位する位置は、この座標軸の原点である。

　ここで、図４に示すように、軌条９は、冷却ヘッダー２３ａ間のヘッダー間隔ａを長さとする不連続部分２４と部分的に対向しつつ、軌条９の長手方向に沿って、オシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖの往復動作を行う。なお、ヘッダー間隔ａは、冷却装置２０の設備仕様であり、仕様変更がない限り、一定である。オシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖは、図２に示した制御部４４によるオシレーション制御の制御因子である。このオシレーションストロークｂは、ヘッダー間隔ａに比して大きく設定される（ｂ＞ａ）。これによって、軌条９の往復動作の際、軌条９と不連続部分２４との対向部分は、冷却ヘッダー２３ａに対して対向する機会を必ず有する。

　このように冷却ヘッダー２３ａに対して相対的に往復動作する軌条９の冷却時間として、軌条９のうちの位置ｘをオシレーション端とする軌条部分に注目し、この注目した軌条部分の一往復動作分の冷却時間ｔを考察する。

　まず、位置ｘが零以下（ｘ≦０）である場合、この位置ｘをオシレーション端とする軌条部分の冷却時間ｔは、次のようになる。すなわち、この場合の軌条部分は、図４に示すように、無冷却領域Ｒ２に進入することなく、冷却領域Ｒ１内において、軌条９の長手方向に沿った往復動作を行う。このような軌条部分の冷却時間ｔは、軌条９のオシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖを用い、次式（２）に基づいて算出される。
　
ｔ＝２ｂ／ｖ　　（ｘ≦０）　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
　

　つぎに、位置ｘが正であり且つヘッダー間隔ａ以下（０＜ｘ≦ａ）である場合、この位置ｘをオシレーション端とする軌条部分の冷却時間ｔは、次のようになる。すなわち、この場合の軌条部分は、図４に示すように、冷却領域Ｒ１および無冷却領域Ｒ２の双方に亘って、軌条９の長手方向に沿った往復動作を行う。この往復動作時において、この軌条部分が無冷却領域Ｒ２に進入する期間および軌条長さの双方とも、上述したｘ≦０の場合に比して増加する。このような軌条部分の冷却時間ｔは、軌条９のオシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖと、オシレーション端の位置ｘとに依存し、次式（３）に基づいて算出される。
　
ｔ＝２ｂ／ｖ－２ｘ／ｖ　　（０＜ｘ≦ａ）　　　　　　　・・・（３）
　

　続いて、位置ｘがヘッダー間隔ａを超過し且つオシレーションストロークｂ以下（ａ＜ｘ≦ｂ）である場合、この位置ｘをオシレーション端とする軌条部分の冷却時間ｔは、次のようになる。すなわち、この場合の軌条部分は、図４に示すように、冷却領域Ｒ１，Ｒ３および無冷却領域Ｒ２に亘って、軌条９の長手方向に沿った往復動作を行う。この往復動作時において、この軌条部分が無冷却領域Ｒ２に存在する期間および軌条長さの双方とも、上述した０＜ｘ≦ａの場合に比して増加する。このような軌条部分の冷却時間ｔは、軌条９のオシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖと、ヘッダー間隔ａとに依存し、次式（４）に基づいて算出される。
　
ｔ＝２ｂ／ｖ－２ａ／ｖ　　（ａ＜ｘ≦ｂ）　　　　　　　・・・（４）
　

　つぎに、位置ｘがオシレーションストロークｂを超過し且つヘッダー間隔ａとオシレーションストロークｂとの和（ａ＋ｂ）以下（ｂ＜ｘ≦ａ＋ｂ）である場合、この位置ｘをオシレーション端とする軌条部分の冷却時間ｔは、次のようになる。すなわち、この場合の軌条部分は、図４に示すように、無冷却領域Ｒ２および冷却領域Ｒ３の双方に亘って、軌条９の長手方向に沿った往復動作を行う。この往復動作時において、この軌条部分が無冷却領域Ｒ２に存在する期間および軌条長さの双方とも、上述したａ＜ｘ≦ｂの場合に比して減少する。このような軌条部分の冷却時間ｔは、軌条９のオシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖと、ヘッダー間隔ａと、オシレーション端の位置ｘとに依存し、次式（５）に基づいて算出される。
　
ｔ＝（２ｂ／ｖ－２ａ／ｖ）＋（２ｘ－２ｂ）／ｖ
　＝２ｘ／ｖ－２ａ／ｖ　　（ｂ＜ｘ≦ａ＋ｂ）　　　　　・・・（５）
　

　続いて、位置ｘが上述した和（ａ＋ｂ）を超過する（ａ＋ｂ＜ｘ）場合、この位置ｘをオシレーション端とする軌条部分の冷却時間ｔは、次のようになる。すなわち、この場合の軌条部分は、図４に示すように、無冷却領域Ｒ２に進入することなく、冷却領域Ｒ３内において、軌条９の長手方向に沿った往復動作を行う。このような軌条部分の冷却時間ｔは、上述したｘ≦０の場合と同様、軌条９のオシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖを用い、次式（６）に基づいて算出される。
　
ｔ＝２ｂ／ｖ　　（ａ＋ｂ＜ｘ）　　　　　　　　　　　　・・・（６）
　

　以上の式（２）～（６）に示すように、位置ｘをオシレーション端とする軌条部分の冷却時間ｔは、この位置ｘの変化に対応して増減する。図５は、オシレーション端の位置と軌条部分の冷却時間との相関を示す模式図である。図５の相関線Ｌ１に示されるように、上述した冷却時間ｔは、位置ｘの座標値が零以下である場合、最大の冷却時間（＝２ｂ／ｖ）に維持される。一方、位置ｘの座標値が零からヘッダー間隔ａまで変化する場合、冷却時間ｔは、この最大の冷却時間から最小の冷却時間（＝２ｂ／ｖ－２ａ／ｖ）まで線形的に減少する。また、位置ｘの座標値がヘッダー間隔ａからオシレーションストロークｂまで変化する場合、冷却時間ｔは、この最小の冷却時間に維持される。他方、位置ｘの座標値がオシレーションストロークｂから和（ａ＋ｂ）まで変化する場合、冷却時間ｔは、この最小の冷却時間から上述した最大の冷却時間（＝２ｂ／ｖ）まで線形的に増加する。また、位置ｘの座標値が和（ａ＋ｂ）を超過する場合、冷却時間ｔは、この最大の冷却時間に維持される。

　図５に示したように位置ｘの変化に対応して増減する冷却時間ｔは、冷却ヘッダー２３ａによる軌条９の最大冷却時間Ｔｓおよび最小冷却時間Ｔｍについて、次式（７）を満足する。
　
Ｔｓ：２ｂ／ｖ＝Ｔｍ：（２ｂ／ｖ－２ａ／ｖ）　　　　　・・・（７）
　

　つぎに、本発明の実施の形態にかかる軌条熱処理方法について説明する。なお、以下では、上述した図１～３を参照しつつ、一製品分の軌条９を例示して、本実施の形態にかかる軌条熱処理方法を詳細に説明する。

　図１に示したように、熱間鋸断機３によって切出された軌条９は、軌条熱処理装置４へ搬送される。軌条熱処理装置４は、図２に示した搬送装置１０の複数の搬送ローラ１１によって、冷却装置２０の側方近傍まで、この熱間鋸断機３からの軌条９を搬入する。

　複数の搬送ローラ１１上の軌条９は、各搬入出部１２によって支持されるとともに、これら複数の搬送ローラ１１から取り出される。各搬入出部１２は、この取り出した軌条９を冷却装置２０に向けて移送し、冷却装置２０の側方（入側）から支持拘束装置２１上へ軌条９を搬入する。

　このように冷却装置２０内に搬入された軌条９は、支持拘束装置２１によって支持されるとともに拘束部２２によって拘束される。その後、冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃは、この支持拘束装置２１上の軌条９に対して冷却媒体を噴射する。なお、この冷却媒体は、空気、噴霧水、汽水混合物、蒸気または水等の軌条９を冷却可能な冷却媒体であればよい。

　この状態において、制御系４０の制御部４４は、冷却装置２０から冷却動作情報を取得し、この取得した冷却動作情報をもとに、軌条９の冷却タイミングを把握する。制御部４４は、この軌条９の冷却タイミングにオシレーション機構３０を制御し、これによって、軌条９の長手方向に沿って冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃと軌条９とを相対的に往復動作させる。

　詳細には、制御部４４は、上述した式（１）に示される相関式に基づいて、製品として要求される軌条９の硬度の許容範囲を満足するための必要冷却時間を求める。この場合、制御部４４は、この相関式に基づいて、軌条９の硬度の許容範囲を満足する軌条９の冷却時間範囲を算出する。続いて、制御部４４は、この冷却時間範囲の中から、軌条９の必要冷却時間を決定する。

　つぎに、制御部４４は、上述したように得られた必要冷却時間をもとに、軌条９と冷却ヘッダー２３ａとの相対的な往復動作のオシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖを制御する。この場合、制御部４４は、複数の冷却ヘッダー２３ａ間の不連続部分２４の長さ、すなわち、ヘッダー間隔ａ（図４参照）を加味して、複数の冷却ヘッダー２３ａ間の不連続部分２４に起因して減少する軌条９の冷却時間ｔの最小値を算出する。具体的には、制御部４４は、上述した式（２）～（７）に基づいて、軌条９の最小冷却時間Ｔｍを算出する。ついで、制御部４４は、この最小冷却時間Ｔｍが軌条９の必要冷却時間の許容範囲内に入るように、オシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖを制御する。この場合、制御部４４は、例えば、オシレーション速度ｖを、軌条製造ライン１（図１参照）の操業状況に適した適正値に固定し、オシレーションストロークｂをパラメータとする。ついで、制御部４４は、上述した最小冷却時間Ｔｍが必要冷却時間の許容範囲内に入るように、このオシレーションストロークｂを算出する。制御部４４は、このようにして得られたオシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖの往復動作を実行するように、オシレーション機構３０のシリンダー装置３２を制御する。

　シリンダー装置３２は、上述した制御部４４の制御に基づいてオシレーション軸を往復動作させ、これによって、支持枠３１とともに支持拘束装置２１を軌条９の長手方向に往復動作させる。この結果、この支持拘束装置２１上の軌条９は、その長手方向に沿って、冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃに対して相対的に、オシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖの往復動作を行う。

　このような軌条９は、上述したように不連続部分２４を加味して決定されたオシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖの往復動作を行うとともに、冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃから冷却媒体を噴射される。この往復動作と冷却媒体の噴射との相乗効果によって、軌条９は、冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃからの冷却媒体（特に、不連続部分２４を形成する冷却ヘッダー２３ａからの冷却媒体）と十分に接触する。この結果、軌条９は、製品として要求される許容範囲内の硬度を有するように均一に冷却される。

　一方、制御部４４は、冷却装置２０からの冷却動作情報をもとに、軌条９に対する冷却媒体の噴射完了のタイミングを把握する。制御部４４は、この把握したタイミングにシリンダー装置３２を制御して、オシレーション機構３０による軌条９の往復動作を停止させる。

　その後、支持拘束装置２１は、拘束部２２による軌条９の拘束状態を解除して、冷却後の軌条９を自由にする。続いて、各搬入出部１２は、冷却ヘッダー２３ａ間の不連続部分２４に進入して、この冷却後の軌条９を支持拘束装置２１から取り外して支持する。つぎに、各搬入出部１２は、上述した冷却装置２０の入側、すなわち、冷却前の軌条９の搬入側と同じ冷却装置２０側から、この冷却後の軌条９を搬出する。ついで、各搬入出部１２は、冷却装置２０から複数の搬送ローラ１１に向けて、この冷却後の軌条９を移送し、その後、複数の搬送ローラ１１上に冷却後の軌条９を載置する。複数の搬送ローラ１１は、この冷却後の軌条９を軌条熱処理装置４から冷却床５（図１参照）に向けて搬出する。

　つぎに、上述した冷却ヘッダー２３ａ間のヘッダー間隔ａ、オシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖを具体的に例示して、本発明の実施例を説明する。図６は、軌条の冷却時間と冷却後の軌条の硬度との相関の一具体例を示す模式図である。図７Ａおよび図７Ｂは、ヘッダー間隔に依存する軌条の冷却時間と硬度との相関の一具体例を示す模式図である。図８Ａおよび図８Ｂは、ヘッダー間隔に依存する軌条の冷却時間と硬度との相関の別の具体例を示す模式図である。

　本実施例では、冷却対象の軌条９として、ＪＩＳ　Ｅ　１１２０（２００７）に記載のＨＨ３７０の軌条を用いた。軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）は、軌条９の頭頂中心線上で頭頂表面１１［ｍｍ］の位置のビッカース硬度とした。

　軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）と冷却時間ｔとの関係を調べたところ、軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）は軌条９の冷却時間ｔに依存して変化することが判明した。すなわち、軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）と冷却時間ｔとの間において、図６に示すような相関が見られた。具体的には、図６において、相関線Ｌ２は、上述した式（１）に基づく軌条９の冷却時間ｔと冷却後の軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）との相関の一具体例を示している。この相関線Ｌ２の式において、「０．４１９」は、式（１）における定数Ｋであり、「３０３．７」は、式（１）における硬度ＨＶ（ｎ）である。

　このような硬度ＨＶ（ｈ）と冷却時間ｔとの相関に基づいて、上述した軌条９と冷却ヘッダー２３ａとの相対的な往復動作を制御できる。具体的には、まず、図６に示す軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）の許容範囲△ＨＶを製品要求に対応して設定する。つぎに、相関線Ｌ２に示される硬度ＨＶ（ｈ）と冷却時間ｔとの相関に基づいて、この許容範囲△ＨＶを満足する軌条９の必要冷却時間の許容範囲△Ｔを算出する。続いて、この必要冷却時間の許容範囲△Ｔの中に軌条９の最小冷却時間Ｔｍが含まれるように、オシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖを制御する。このように決定したオシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖの往復動作をオシレーション機構３０に実行させる。これによって、軌条９は均一に冷却され、この結果、冷却後の軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）は、図６に示す許容範囲△ＨＶ内の硬度、すなわち、要求範囲内の硬度に均一化される。

　以下、具体例を挙げて説明する。本実施例において、冷却ヘッダー２３ａ間の不連続部分２４の影響を受けない軌条部分の冷却時間ｔ、すなわち、軌条９の最大冷却時間Ｔｓは、軌条頭部の品質の観点から１２０［ｓｅｃ］に設定した。この最大冷却時間Ｔｓ＝１２０［ｓｅｃ］だけ軌条９が冷却された場合、軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）は３５４となり、これが最大硬度である。

　ここで、軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）の許容範囲△ＨＶが、３５０～３５４である場合を考える。硬度ＨＶ（ｈ）＝３５０に対応する冷却時間ｔは、図６の相関線Ｌ２を参照すれば、１１１［ｓｅｃ］となる。よって、軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）が許容範囲△ＨＶである３５０～３５４におさまるようにするためには、冷却時間ｔが１１１～１２０［ｓｅｃ］の範囲にあればよいことになる。すなわち、必要冷却時間の許容範囲△Ｔは１１１～１２０［ｓｅｃ］である。したがって、冷却時間ｔが１１１～１２０［ｓｅｃ］の範囲となるようにオシレーションストロークｂおよびオシレーション速度ｖを決定して、軌条９と冷却ヘッダー２３ａ～２３ｃとの往復動作を制御すれば、軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）を許容範囲△ＨＶである３５０～３５４に制御できることになる。

　まず、冷却ヘッダー２３ａ間のヘッダー間隔ａが３００［ｍｍ］の場合について、軌条９の冷却時間ｔと硬度ＨＶ（ｈ）との相関性を試験した。なお、この試験において、オシレーション速度ｖを５５［ｍｍ／ｓｅｃ］に設定した。

　まず、オシレーションストロークｂを４５０［ｍｍ］に設定した場合、このヘッダー間隔ａの影響を受けて減少する軌条９の最小冷却時間Ｔｍ［ｓｅｃ］は、上述した式（７）に基づいて、次のように算出された。
　
Ｔｍ＝Ｔｓ÷（２ｂ／ｖ）×（２ｂ／ｖ－２ａ／ｖ）
　　＝１２０÷１６．３６×５．４５＝４０［ｓｅｃ］
　

　ここで、軌条９のストローク端の位置ｘと冷却時間ｔとの相関は、図５の相関線Ｌ１に示す通りである。すなわち、位置ｘの座標値が零以下の場合および和（ａ＋ｂ）を超過する場合、冷却時間ｔは最大になる。また、位置ｘの座標値がヘッダー間隔ａを超過し且つオシレーションストロークｂ以下である場合、冷却時間ｔは最小になる。

　したがって、ヘッダー間隔ａ＝３００［ｍｍ］の場合に、最大冷却時間Ｔｓ＝１２０［ｓｅｃ］であり、最小冷却時間Ｔｍ＝４０［ｓｅｃ］である軌条９の冷却時間ｔは、図７Ａの相関線Ｌ３に示すように、位置ｘに対応して変化した。具体的には、図７Ａに示すように、位置ｘの座標値が零以下である場合、冷却時間ｔは１２０［ｓｅｃ］に維持された。位置ｘの座標値が零からヘッダー間隔ａ＝３００［ｍｍ］まで変化する場合、冷却時間ｔは、１２０［ｓｅｃ］から４０［ｓｅｃ］まで線形的に減少した。位置ｘの座標値がヘッダー間隔ａ＝３００［ｍｍ］からオシレーションストロークｂ＝４５０［ｍｍ］まで変化する場合、冷却時間ｔは４０［ｓｅｃ］に維持された。位置ｘの座標値がオシレーションストロークｂ＝４５０［ｍｍ］から和（ａ＋ｂ）＝７５０［ｍｍ］まで変化する場合、冷却時間ｔは、４０［ｓｅｃ］から１２０［ｓｅｃ］まで線形的に増加した。位置ｘの座標値が和（ａ＋ｂ）＝７５０［ｍｍ］を超過する場合、冷却時間ｔは１２０［ｍｍ］に維持された。また、図７Ａに示すように、位置ｘが冷却ヘッダー２３ａの不連続端である場合、冷却時間ｔは、６０［ｓｅｃ］になった。

　また、上述したように位置ｘに対して相関する軌条９の冷却時間ｔに対応して、冷却後の軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）を試験した。この結果、図７Ａの右縦軸に示すような硬度ＨＶ（ｈ）が得られ、図６に示すような冷却時間ｔと硬度ＨＶ（ｈ）との相関が得られた。

　しかしながら、この条件、すなわち、最大冷却時間Ｔｓが１２０［ｓｅｃ］であり、ヘッダー間隔ａが３００［ｍｍ］であり、オシレーション速度ｖが５５［ｍｍ／ｓｅｃ］であり、オシレーションストロークｂが４５０［ｍｍ］である場合、最小冷却時間Ｔｍは４０［ｓｅｃ］になり、必要冷却時間の許容範囲△Ｔである１１１～１２０［ｓｅｃ］をはずれ、実際、得られた硬度ＨＶ（ｈ）も、３２０～３５４となり、軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）が許容範囲△ＨＶである３５０～３５４から外れることとなった。

　そこで、最小冷却時間Ｔｍが必要冷却時間の許容範囲△Ｔである１１１～１２０［ｓｅｃ］の範囲内となるように、最小冷却時間Ｔｍに及ぼすオシレーションストロークｂの影響を検討した。その結果、オシレーションストロークｂが３９００［ｍｍ］であれば、最小冷却時間Ｔｍが必要冷却時間の許容範囲△Ｔの下限値である１１１［ｓｅｃ］となることが判明した。そこで、オシレーションストロークｂを３９００［ｍｍ］に設定して、軌条９の冷却時間ｔと硬度ＨＶ（ｈ）との相関性を試験した。

　軌条９の冷却時間ｔは、図７Ｂの相関線Ｌ４に示すように、位置ｘに対応して変化した。また、上述したように位置ｘに対して相関する軌条９の冷却時間ｔに対応して、冷却後の軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）を試験した。この結果、図７Ｂの右縦軸に示すような硬度ＨＶ（ｈ）が得られ、図６に示すような冷却時間ｔと硬度ＨＶ（ｈ）との相関が得られた。

　この条件、すなわち、最大冷却時間Ｔｓが１２０［ｓｅｃ］であり、ヘッダー間隔ａが３００［ｍｍ］であり、オシレーション速度ｖが５５［ｍｍ／ｓｅｃ］であり、オシレーションストロークｂが３９００［ｍｍ］である場合、最小冷却時間Ｔｍは１１１［ｓｅｃ］になり、必要冷却時間の許容範囲△Ｔである１１１～１２０［ｓｅｃ］の範囲内となり、実際、得られた硬度ＨＶ（ｈ）も、３５０～３５４となり、軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）が許容範囲△ＨＶである３５０～３５４を満足した。

　つぎに、冷却ヘッダー２３ａ間のヘッダー間隔ａが別の値をとった例として、冷却ヘッダー２３ａ間のヘッダー間隔ａが１００［ｍｍ］の場合について、軌条９の冷却時間ｔと硬度ＨＶ（ｈ）との相関性を試験した。なお、この試験において、オシレーション速度ｖを５５［ｍｍ／ｓｅｃ］に設定した。

　オシレーションストロークｂが４５０［ｍｍ］である場合、このヘッダー間隔ａの影響を受けて減少する軌条９の最小冷却時間Ｔｍ［ｓｅｃ］は、上述した式（７）に基づいて、次のように算出された。
　
Ｔｍ＝Ｔｓ÷（２ｂ／ｖ）×（２ｂ／ｖ－２ａ／ｖ）
　　＝１２０÷１６．３６×１２．７３＝９３［ｓｅｃ］
　
すなわち、最小冷却時間Ｔｍは９３［ｓｅｃ］になる。この場合、軌条９の冷却時間ｔは、図８Ａの相関線Ｌ５に示すように、位置ｘに対応して変化した。

　具体的には、図８Ａに示すように、位置ｘの座標値が零以下である場合、冷却時間ｔは１２０［ｓｅｃ］に維持された。位置ｘの座標値が零からヘッダー間隔ａ＝１００［ｍｍ］まで変化する場合、冷却時間ｔは、１２０［ｓｅｃ］から９３［ｓｅｃ］まで線形的に減少した。位置ｘの座標値がヘッダー間隔ａ＝１００［ｍｍ］からオシレーションストロークｂ＝４５０［ｍｍ］まで変化する場合、冷却時間ｔは９３［ｓｅｃ］に維持された。位置ｘの座標値がオシレーションストロークｂ＝４５０［ｍｍ］から和（ａ＋ｂ）＝５５０［ｍｍ］まで変化する場合、冷却時間ｔは、９３［ｓｅｃ］から１２０［ｓｅｃ］まで線形的に増加した。位置ｘの座標値が和（ａ＋ｂ）＝５５０［ｍｍ］を超過する場合、冷却時間ｔは１２０［ｍｍ］に維持された。

　また、上述したように位置ｘに対して相関する軌条９の冷却時間ｔに対応して、冷却後の軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）を試験した。この結果、図８Ａの右縦軸に示すような硬度ＨＶ（ｈ）が得られ、図６に示すような冷却時間ｔと硬度ＨＶ（ｈ）との相関が得られた。なお、この硬度試験の方法は、上述したヘッダー間隔ａ＝３００［ｍｍ］の場合と同様である。

　しかしながら、この条件、すなわち、最大冷却時間Ｔｓが１２０［ｓｅｃ］であり、ヘッダー間隔ａが１００［ｍｍ］であり、オシレーション速度ｖが５５［ｍｍ／ｓｅｃ］であり、オシレーションストロークｂが４５０［ｍｍ］である場合、最小冷却時間Ｔｍは９３［ｓｅｃ］になり、必要冷却時間の許容範囲△Ｔである１１１～１２０［ｓｅｃ］をはずれ、実際、得られた硬度ＨＶ（ｈ）も図８Ａに示すように３４２～３５４となり、軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）が許容範囲△ＨＶである３５０～３５４から外れることとなった。

　そこで、最小冷却時間Ｔｍが必要冷却時間の許容範囲△Ｔである１１１～１２０［ｓｅｃ］の範囲内となるように、最小冷却時間Ｔｍに及ぼすオシレーションストロークｂの影響を検討した。その結果、オシレーションストロークｂが１３００［ｍｍ］であれば、最小冷却時間Ｔｍが必要冷却時間の許容範囲△Ｔの下限値である１１１［ｓｅｃ］となることが判明した。そこで、オシレーションストロークｂを１３００［ｍｍ］に設定して、軌条９の冷却時間ｔと硬度ＨＶ（ｈ）との相関性を試験した。

　軌条９の冷却時間ｔは、図８Ｂの相関線Ｌ６に示すように、位置ｘに対応して変化した。また、上述したように位置ｘに対して相関する軌条９の冷却時間ｔに対応して、冷却後の軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）を試験した。この結果、図８Ｂの右縦軸に示すような硬度ＨＶ（ｈ）が得られ、図６に示すような冷却時間ｔと硬度ＨＶ（ｈ）との相関が得られた。

　この条件、すなわち、最大冷却時間Ｔｓが１２０［ｓｅｃ］であり、ヘッダー間隔ａが１００［ｍｍ］であり、オシレーション速度ｖが５５［ｍｍ／ｓｅｃ］であり、オシレーションストロークｂが１３００［ｍｍ］である場合、最小冷却時間Ｔｍは１１１［ｓｅｃ］になり、必要冷却時間の許容範囲△Ｔである１１１～１２０［ｓｅｃ］の範囲内となり、実際、得られた硬度ＨＶ（ｈ）も、３５０～３５４となり、軌条９の硬度ＨＶ（ｈ）が許容範囲△ＨＶである３５０～３５４を満足した。

　なお、本実施例では、冷却対象の軌条９として、ＪＩＳ　Ｅ　１１２０（２００７）に記載のＨＨ３７０の軌条を用いていたが、本発明は、これ以外の鋼種の軌条を用いた場合であっても、上述した実施例と同様の作用効果を奏する。すなわち、本発明において、冷却対象の軌条９の鋼種は、特に問われない。

　以上、説明したように、本発明の実施の形態では、軌条の長手方向に沿って配置された冷却ヘッダーからの冷却媒体による軌条の冷却時間と冷却後の軌条の硬度との相関を示す相関式に基づいて、この軌条の硬度の許容範囲を満足するために必要な冷却時間（軌条の必要冷却時間）を求めている。さらに、この必要冷却時間をもとにオシレーションストロークおよびオシレーション速度を制御し、この軌条の長手方向に沿った軌条と冷却ヘッダーとの相対的な往復動作として、この制御したオシレーションストロークおよびオシレーション速度の往復動作を実行している。

　このため、冷却対象の軌条を冷却する冷却ヘッダーを軌条長手方向に沿って不連続に配置した場合であっても、この冷却ヘッダー間の不連続部分の距離に対応して、この不連続部分の距離に適したオシレーションストロークおよびオシレーション速度の各適正値を設定できる。さらに、この軌条と冷却ヘッダーとの相対的な往復動作として、この不連続部分の距離を加味した適正なオシレーションストロークおよびオシレーション速度の往復動作を実行できる。すなわち、冷却ヘッダー間隔を加味した適正なオシレーション制御を実行でき、これによって、たとえ軌条長手方向に不連続な冷却ヘッダーを用いて軌条を冷却した場合であっても、軌条長手方向に亘って軌条の冷却時間差を低減できる。この結果、軌条長手方向の軌条の冷却むらを解消できることから、軌条長手方向の軌条の硬度むらを抑制して、軌条長手方向に均一な軌条品質を確保できる。

　なお、上述した実施の形態では、図２に示したように、冷却装置２０内へ冷却前の軌条９の搬入する際の冷却装置２０の軌条入側と、冷却装置２０から冷却後の軌条９を搬出する際の冷却装置２０の軌条出側とを同じ側にしていたが、これに限らず、この冷却装置２０における軌条入側と軌条出側とを異なる側にしてもよい。

　具体的には、図９に示すように、冷却装置２０を挟んで搬送装置１０の反対側に、搬送装置１０と略同様の構成を有する搬出用の搬送装置５０を設置してもよい。すなわち、第１の搬送装置である搬送装置１０が冷却装置２０内へ冷却前の軌条９を搬入し、第２の搬送装置である搬送装置５０が冷却装置２０から冷却後の軌条９を搬出してもよい。この場合、搬送装置５０は、冷却ヘッダー２３ａの不連続部分２４（図２参照）と搬送ローラ５１間とを往復する搬出部５２を用い、冷却装置２０における軌条搬入側の反対側（以下、出側という）から冷却後の軌条９を搬出してもよい。また、図９の破線矢印に示すように、搬送装置１０は、冷却装置２０内への軌条９の搬入を行う装置とし、上述した搬入出部１２は、冷却装置２０から軌条９を搬出しなくてもよい。さらには、この搬送装置１０による軌条搬入とともに、搬送装置５０は、各搬出部５２および複数の搬送ローラ５１を用い、冷却装置２０の出側から冷却後の軌条９を搬出してもよい。

　一方、上述した実施の形態では、冷却ヘッダーの位置を固定し、この冷却ヘッダーに対して相対的に、軌条長手方向に沿って軌条を往復動作させていたが、これに限らず、本発明におけるオシレーション制御では、冷却装置内における軌条の位置を固定し、この軌条に対して相対的に、軌条長手方向に沿って冷却ヘッダーを往復動作させてもよい。すなわち、軌条長手方向に沿って、冷却対象の軌条と冷却ヘッダーとを相対的に往復動作させればよい。

　また、上述した実施例では、冷却後の軌条９の頭頂中心線上で頭頂表面１１［ｍｍ］の位置の硬度を測定していたが、これに限らず、例えば、ゲージコーナー部の硬度の他、冷却後の軌条９の頭側硬度、胴体硬度または足部硬度の何れの部分の硬度を測定してもよい。すなわち、冷却後の軌条９の頭頂部分に限らず、軌条９の全部分において、本発明による作用効果を享受する。

　さらに、上述した実施の形態では、軌条９の頭側を冷却する冷却ヘッダー２３ｂ，２３ｃを軌条９の長手方向に沿って連続的に配置していたが、これに限らず、冷却ヘッダー２３ｂ，２３ｃは、上述した冷却ヘッダー２３ａと同様に、軌条９の長手方向に沿って不連続に配置されてもよい。

　また、上述した実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明に含まれる。

　以上のように、本発明にかかる軌条熱処理装置および軌条熱処理方法は、軌条を冷却する熱処理に有用であり、特に、軌条長手方向に沿って不連続に配置された冷却ヘッダーを用いて軌条をその長手方向に均一に冷却する軌条熱処理装置および軌条熱処理方法に適している。

　１　軌条製造ライン
　２　仕上圧延機
　３　熱間鋸断機
　４　軌条熱処理装置
　５　冷却床
　９　軌条
　１０，５０　搬送装置
　１１，５１　搬送ローラ
　１２　搬入出部
　２０　冷却装置
　２１　支持拘束装置
　２２　拘束部
　２３ａ～２３ｃ　冷却ヘッダー
　２４　不連続部分
　３０　オシレーション機構
　３１　支持枠
　３２　シリンダー装置
　４０　制御系
　４１　入力部
　４２　表示部
　４３　記憶部
　４３ａ　オシレーション情報
　４４　制御部
　５２　搬出部
　Ｌ１～Ｌ６　相関線
　Ｒ１，Ｒ３　冷却領域
　Ｒ２　無冷却領域

Claims (10)

1. 　冷却対象の軌条に冷却媒体を噴射する冷却ヘッダーと、
   　前記軌条の長手方向に沿って、前記軌条と前記冷却ヘッダーとを相対的に往復動作させるオシレーション機構と、
   　前記オシレーション機構に対するオシレーション制御を行う制御系と、
   　を備え、
   　前記制御系は、
   　前記オシレーション制御に必要な情報等を記憶する記憶部と、
   　前記冷却ヘッダーによる前記軌条の冷却時間と冷却後の前記軌条の硬度との相関を示す相関式に基づいて、前記軌条の硬度の許容範囲を満足する前記軌条の必要冷却時間の許容範囲を求め、前記必要冷却時間の許容範囲をもとに、前記軌条と前記冷却ヘッダーとの相対的な往復動作のストロークおよび速度を制御して、前記ストロークおよび速度の往復動作を前記オシレーション機構に実行させる制御部と、
   　を備えたことを特徴とする軌条熱処理装置。
2. 　前記冷却ヘッダーは、前記軌条の長手方向に沿って、所定の間隔を空けて不連続に複数配置され、
   　前記制御系は、複数の前記冷却ヘッダー間の不連続部分に起因して減少する前記軌条の冷却時間の最小値を算出し、前記冷却時間の最小値が前記必要冷却時間の許容範囲内に入るように、前記軌条と前記冷却ヘッダーとの相対的な往復動作のストロークおよび速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の軌条熱処理装置。
3. 　前記制御系は、前記相関式に基づいて、前記軌条の硬度の許容範囲を満足する前記軌条の冷却時間範囲を算出し、前記冷却時間範囲の中から前記必要冷却時間を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の軌条熱処理装置。
4. 　前記軌条の長手方向に沿って配置された複数の前記冷却ヘッダーを有する冷却装置と、
   　冷却前の前記軌条を前記冷却装置に搬入し、前記冷却装置に対して前記軌条の搬入側と同じ側から、冷却後の前記軌条を搬出する搬送装置と、
   　を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の軌条熱処理装置。
5. 　前記軌条の長手方向に沿って配置された複数の前記冷却ヘッダーを有する冷却装置と、
   　冷却前の前記軌条を前記冷却装置に搬入する第１の搬送装置と、
   　前記第１の搬送装置による前記軌条の搬入側の反対側から、前記冷却装置による冷却後の前記軌条を搬出する第２の搬送装置と、
   　を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の軌条熱処理装置。
6. 　冷却ヘッダーから冷却対象の軌条に冷却媒体を噴射して前記軌条を冷却する冷却時間と冷却後の前記軌条の硬度との相関を示す相関式に基づいて、前記軌条の硬度の許容範囲を満足する前記軌条の必要冷却時間の許容範囲を求め、前記必要冷却時間の許容範囲をもとに往復動作のストロークおよび速度を制御し、前記軌条の長手方向に沿った前記軌条と前記冷却ヘッダーとの相対的な往復動作として、前記ストロークおよび前記速度の往復動作を実行することを特徴とする軌条熱処理方法。
7. 　前記軌条の長手方向に沿って所定の間隔を空けて不連続に配置された複数の前記冷却ヘッダー間の不連続部分の長さを加味して、前記不連続部分に起因して減少する前記軌条の冷却時間の最小値を算出し、前記冷却時間の最小値が前記必要冷却時間の許容範囲内に入るように、前記軌条と前記冷却ヘッダーとの相対的な往復動作のストロークおよび速度を制御することを特徴とする請求項６に記載の軌条熱処理方法。
8. 　前記相関式に基づいて、前記軌条の硬度の許容範囲を満足する前記軌条の冷却時間範囲を算出し、前記冷却時間範囲の中から前記必要冷却時間を決定することを特徴とする請求項６または７に記載の軌条熱処理方法。
9. 　前記軌条の長手方向に沿って配置された複数の前記冷却ヘッダーを有する冷却装置に対して、冷却前の前記軌条を搬入し、前記冷却装置に対して前記軌条の搬入側と同じ側から、冷却後の前記軌条を搬出することを特徴とする請求項６または７に記載の軌条熱処理方法。
10. 　前記軌条の長手方向に沿って配置された複数の前記冷却ヘッダーを有する冷却装置に対して、冷却前の前記軌条を前記冷却装置に搬入し、前記冷却装置における前記軌条の搬入側の反対側から、前記冷却装置による冷却後の前記軌条を搬出することを特徴とする請求項６または７に記載の軌条熱処理方法。

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