(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール頭部を誘電加熱するための装置であって、
中央長手方向セクションと、中央長手方向セクションよりも短く且つ中央長手方向セクションの対向する各側部に面して配置した長手方向左側方セクション及び長手方向右側方セクションと、を含む頂頭部インダクタと、
対向する、スカートインダクタ左側セクション及びスカートインダクタ右側セクションと、
頂頭部インダクタとスカートインダクタとに連結した少なくとも１つの交流電源と、
を含む装置。
【請求項２】
中央長手方向セクションが、対向する、第１の中央セクション端部及び第２の中央セクション端部を有し、長手方向右側方セクションが、対向する、第１の長手方向右側方セクション端部及び第２の長手方向右側方セクション端部とを有し、長手方向左側方セクションが、対向する、第１の長手方向左側方セクション端部と、第２の長手方向左側方セクション端部と、を有し、第１の長手方向右側方セクション端部が、第１の連結用セグメントによって第１の中央セクション端部に連結され、第１の長手方向左側方セクション端部が第２の連結用セグメントによって第２の中央セクション端部に連結され、少なくとも１つの交流電源が第２の長手方向右側方セクション端部と第２の長手方向左側方セクション端部との間に連結される請求項１の装置。
【請求項３】
長手方向左側方セクション及び長手方向右側方セクションが、中央長手方向セクションの凡そ半分の長さを有する請求項２の装置。
【請求項４】
中央長手方向セクションと、長手方向右側方セクションと、長手方向左側方セクションとが、各々矩形のインダクタとして形成され、中央長手方向セクションと、長手方向右側方セクションと、長手方向左側方セクションとが、各々フェース面を有し、長手方向右側方セクション及び長手方向左側方セクションの各フェース面が中央長手方向セクションのフェース面の方向に角度付けされる請求項１〜３の何れかの装置。
【請求項５】
中央長手方向セクションが、対向する、第１の中央長手方向セクション部分第１端部及び第２の中央長手方向セクション部分第１端部を有する第１の中央長手方向セクション部分と、対向する、第１の中央長手方向セクション部分第２端部及び第２の中央長手方向セクション部分第２端部を有する第２の中央長手方向セクション部分と、を有し、長手方向右側方セクションが、対向する、長手方向右側方セクション第１端部及び長手方向右側方セクション第２端部を有し、長手方向左側方セクションが、対向する、長手方向左側方セクション第１端部及び長手方向左側方セクション第２端部を有し、第１の中央長手方向セクション部分第１端部が、長手方向右側方セクション第１端部に連結され、第２の中央長手方向セクション部分第１端部が、長手方向左側方セクション第１端部に連結され、第１の中央長手方向セクション第２端部及び第２の中央長手方向セクション第２端部が相互に接近して位置付けられ、長手方向右側方セクション第２端部と、第２の中央長手方向セクション部分第２端部との間及び、長手方向左側方セクション第２端部と、第１の中央長手方向セクション部分第２端部との間に、少なくとも１つの交流電源が連結され、かくして、瞬間電流の流れが、長手方向右側方セクションと、第１の中央長手方向セクション部分と、第２の中央長手方向セクション部分と、長手方向左側方セクションとを通してか、又は、第１の中央長手方向セクション部分と、長手方向右側方セクションと、長手方向左側方セクションと、第２の中央長手方向セクション部分とを通して流れるようにした請求項１の装置。
【請求項６】
スカートインダクタ右側セクションが、第１のスカートインダクタ右側セクション部分及び第２のスカートインダクタ右側セクション部分を含み、スカートインダクタ左側セクションが、第１のスカートインダクタ左側セクション部分及び第２のスカートインダクタ左側セクション部分を含み、第１のスカートインダクタ右側セクション部分が、対向する、第１のスカートインダクタ右側セクション部分第１端部及び第２のスカートインダクタ右側セクション部分第１端部を有し、第２のスカートインダクタ右側セクション部分が、対向する、第１のスカートインダクタ右側セクション部分第２端部及び第２のスカートインダクタ右側セクション部分第２端部を有し、第１のスカートインダクタ左側セクション部分が、第１のスカートインダクタ左側セクション部分第１端部及び第２のスカートインダクタ左側セクション部分第１端部を有し、第２のスカートインダクタ左側セクション部分が、第１のスカートインダクタ左側セクション部分第２端部及び第２のスカートインダクタ左側セクション部分第２端部を有し、第１のスカートインダクタ右側セクション部分第１端部と、第１のスカートインダクタ左側セクション部分第１端部とが、第１の連結用セグメントによって相互に連結され、第２のスカートインダクタ右側セクション部分第１端部と、第２のスカートインダクタ左側セクション部分第１端部とが、第２の連結用セグメントによって相互に連結され、第１のスカートインダクタ右側セクション部分第２端部と、第２のスカートインダクタ右側セクション部分第２端部とが相互に接近して位置付けられ、第１のスカートインダクタ左側セクション部分第２端部と、第２のスカートインダクタ左側セクション部分第２端部とが相互に接近して位置付けられ、第２のスカートインダクタ右側セクション部分第２端部と、第１のスカートインダクタ左側セクション部分第２端部とを交差セクションが連結し、第１のスカートインダクタ右側セクション部分第２端部と、第２のスカートインダクタ左側セクション部分第２端部との間に少なくとも１つの交流電源が連結された請求項１〜５の何れかの装置。
【請求項７】
第１のスカートインダクタ右側セクション部分と、第２のスカートインダクタ右側セクション部分と、第１のスカートインダクタ左側セクション部分と、第２のスカートインダクタ左側セクション部分と、が各々略同じ長さを有している請求項６の装置。
【請求項８】
第１のスカートインダクタ右側セクション部分と、第２のスカートインダクタ右側セクション部分と、第１のスカートインダクタ左側セクション部分と、第２のスカートインダクタ左側セクション部分と、が各々矩形のインダクタとして形成され、且つ、フェース面を有し、各フェース面が垂直方向に関して相互に離間するように角度付けされる請求項６又は７の装置。
【請求項９】
スカートインダクタ右側セクションが、対向する、右側スカートインダクタ第１端部及び右側スカートインダクタ第２端部を有し、スカートインダクタ左側セクションが、対向する、左側スカートインダクタ第１端部及び左側スカートインダクタ第２端部を有し、スカートインダクタ右側セクション第１端部及びスカートインダクタ左側セクション第１端部が相互に接近して位置付けられ、且つ、交差セクションによって相互に連結され、スカートインダクタ右側セクション第２端部とスカートインダクタ左側セクション第２端部との間に少なくとも１つの交流電源が連結される請求項１〜５の何れかの装置。
【請求項１０】
少なくともその球状端部が導電体である、長手方向に配向した加工物の球状端部を誘電加熱するための方法であって、
長手方向に配向した加工物を、該加工物の球状端部が少なくとも１つの頂頭部インダクタの下方で且つ少なくとも１つのスカートインダクタとの間に配向される状態下に少なくとも１つの頂頭部インダクタと、少なくとも１つのスカートインダクタとに交互に通すこと、
少なくとも１つの頂頭部インダクタ及び少なくとも１つのスカートインダクタに交流電力を印加して前記少なくとも１つの頂頭部インダクタ及び少なくとも１つのスカートインダクタの周囲に、導電体である前記球状端部にカップリングして渦電流により該球状端部を加熱する磁界を発生させること、
を含み、
前記少なくとも１つの頂頭部インダクタが、球状端部の頂部がその下方を通過する中央長手方向セクションと、球状端部の側部がその内部を通過する長手方向右側方セクション及び長手方向左側方セクションと、を含み、少なくとも１つのスカートインダクタが、球状端部の側部がそこを通過する、対向する、スカートインダクタ右側セクション及びスカートインダクタ左側セクションとを含む前記方法。
【請求項１１】
加工物を少なくとも１つの頂頭部インダクタと、少なくとも１つのスカートインダクタとに交互に通す間に、少なくとも１つの頂頭部インダクタ及び少なくとも１つのスカートインダクタの少なくとも一方を移動させることを更に含む請求項１０の方法。
【請求項１２】
加工物を少なくとも１つの頂頭部インダクタと、少なくとも１つのスカートインダクタとに交互に通す以前においては、長手方向に配向した前記加工物の長手方向長さに沿った球状端部の断面温度プロファイルは非一様であり、長手方向に配向した加工物を少なくとも１つの頂頭部インダクタ及び少なくとも１つのスカートインダクタに交互に通すに際して、長手方向に配向した加工物が少なくとも１つの頂頭部インダクタ及び少なくとも１つのスカートインダクタを出る時の、該加工物の長手方向長さに沿った球状端部の断面温度プロファイルが一様化されるように少なくとも１つの頂頭部インダクタ又は少なくとも１つのスカートインダクタに印加される交流電流を調節することを更に含む請求項１０又は１１の方法。
【請求項１３】
長手方向に配向した加工物を少なくとも１つの頂頭部インダクタと、少なくとも１つのスカートインダクタに交互に通す前に、又は加工物を少なくとも１つの頂頭部インダクタ及び少なくとも１つのスカートインダクタに交互に通す間に該加工物の少なくとも１カ所の温度を測定することと、該少なくとも１カ所の温度測定値に応じて、少なくとも１つの頂頭部インダクタ又は少なくとも１つのスカートインダクタに印加する交流電流を調節することによって磁界の強度を調節すること、を更に含む請求項１２の方法。
【請求項１４】
少なくともその球状端部が導電体である、長手方向に配向した加工物の球状端部を誘電加熱するための方法であって、
長手方向に配向した加工物の長手方向の少なくとも一部分に渡り、該加工物の球状端部の頂部を覆って少なくとも１つの頂頭部インダクタを交互に移動させること、及び、前記長手方向に配向した加工物の長手方向の少なくとも一部分に渡り、該加工物の球状端部の側部の周囲で少なくとも１つのスカートインダクタを交互に移動させること、
少なくとも１つの頂頭部インダクタ及び少なくとも１つのスカートインダクタに交流電力を印加して前記少なくとも１つの頂頭部インダクタ及び少なくとも１つのスカートインダクタの周囲に、導電体である前記球状端部にカップリングして渦電流により該球状端部を加熱する磁界を発生させること、
を含み、
前記少なくとも１つの頂頭部インダクタが、該少なくとも１つの頂頭部インダクタが移動する際に球状端部の頂部を覆って位置決めされる中央長手方向セクションと、該少なくとも１つの頂頭部インダクタが移動する際に球状端部の各側部がその間部分に位置決めされるところの、長手方向右側方セクション及び長手方向左側方セクションと、を含み、前記少なくとも１つのスカートインダクタが、該少なくとも１つのスカートインダクタが移動する際に球状端部の各側部がその間部分に位置決めされるところの、対向するスカートインダクタ右側セクション及びスカートインダクタ左側セクションを含む前記方法。
【請求項１５】
長手方向に配向した加工物を、少なくとも１つの頂頭部インダクタ又は少なくとも１つのスカートインダクタの少なくとも一方を通して移動することを更に含む請求項１４の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は２００７年９月１２日付で提出した米国仮出願番号第６０／９７１，７５６号の利益を主張するものである。
本発明は、初期の長手方向温度分布が一様ではない鉄道用長尺レールの、長手方向に沿ったレール頭部温度を誘電加熱によって全体に一様化する事に関する。
【背景技術】
【０００２】
線路敷設用のレールは、熱処理を行い、通常使用時の冶金学的な破損耐性を持たせる必要がある。図１ａ及び図１ｂには、頭部９０ａと、腹部９０ｂと、底部９０ｃとを有する代表的な平底レール（以下、単にレールとも称する）９０が示される。頭部は鉄道車両の車輪と接触する部分であり、一方、腹部は、頭部を底部に接続させることにより頭部が受ける負荷を枕木やレール道床に分散させる部分であることから、レール頭部が熱処理又は冶金学的に硬化される場合がある。図１ｃには、レール頭部の近位部分を説明する場合に用いる代表的名称が示される。頂頭部には車輪のリム部が接触し、頭部の一方の側面には車輪のフランジ部が接触する。下方ジョー（ｊａｗ）部は、頭部を腹部９０ｂに接続する部分を画定する。現代の鉄道設計では、比較的長い、例えば２０メートルを超える連続レールが必要とされ得る。レールは、高温の長尺レールを鍛造する熱間圧延設備で作製され得、この設備を出ると直ちに、適正なスケーリング及び、例えば空気及び又は水のような流体媒体を使用する焼き入れによって熱処理され得る。レール頭部の長手方向の全長さＬrに沿った断面温度プロファイルが全体的に同じである場合は、レール頭部を十分に熱処理する必要がある。その方法の１つは、熱間圧延設備を出たレールをその全長さ（つまり、頭部、腹部及び底部）の断面温度が同じになるように加熱することである。しかしながら、レール頭部はレールの腹部や底部の断面温度を一様化させなくても有効に熱処理されるので、この方法ではエネルギーが無駄になる。
【０００３】
【特許文献１】米国仮出願番号第６０／９７１，７５６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱間圧延設備を出たレールを焼き入れ処理に先立って誘電加熱することにより、レールの全長さに渡るレール頭部の断面温度を全体的に同一化するための装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
長さ方向での断面温度が非一様であるレールの頭部の断面温度を、レール全長さにおいて全体的に一様化する装置及び方法が提供される。組み合わせたインダクタによりレールの各セクションを誘導加熱して、レールの全長さにおける断面温度を全体的に一様化する。組み合わされた１つ以上のインダクタを流れる電流により生じる磁界強度を変調させてレールの長手方向に沿った長さ部分におけるレール頭部内の温度に影響を与えることで、断面温度が全体的に一様化され得る。
【０００６】
本発明の他の様相によれば、少なくとも１つの頭頂面インダクタと、少なくとも１つのスカートインダクタとを含む、レール頭部用の誘電加熱装置が提供される。頂頭部インダクタは、中央長手方向セクションと、この中央長手方向セクションの各側に位置付けられ且つ中央長手方向セクションよりも短い左右の各長手方向側方セクションとを有する。中央長手方向セクションと、左右の各長手方向側方セクションとは、異なる形態下に相互連結されて頂頭部インダクタを構成する。スカートインダクタは、異なる形態下に相互連結されてスカートインダクタを構成する、対向する左右の各側方スカートインダクタセクションを含む。
【０００７】
本発明の他の様相によれば、長手方向に配向した加工物、例えばレールの、頭部の如き球状端部を誘導加熱するための方法であって、少なくとも前記球状端部が導電性を有する前記方法が提供される。本発明に従うある誘電加熱法では、加工物は、その球状端部が頂頭部インダクタの下方で且つ各スカートインダクタの間部分に配向される状態下に、少なくとも１つの頂頭部インダクタ及び少なくとも１つのスカートインダクタを通して送られる。頂頭部インダクタは、球状端部の頂部がその下方を通過する中央長手方向セクションと、球状端部の各側部がその内側を通過する左右の各長手方向側方セクションとを含む。スカートインダクタは、球状端部の各側部が隣接する状態下にそこを通過するところの、対向する左右の各スカートインダクタセクションを含む。頂頭部インダクタとスカートインダクタに交流電流を印加して、頂頭部インダクタとスカートインダクタの少なくとも一方の周囲に磁界を発生させ、かくして磁束を導電性の球状端部にカップリングさせて渦電流による加熱を誘起させる。
本発明の他の誘電加熱法によれば、頂頭部インダクタ及びスカートインダクタが加工物の球状端部の各側部の上部及び周囲を移動する間、加工物が静止状態に維持され得る。
本発明のまた別の誘電加熱法によれば、加工物と、少なくとも頂頭部インダクタ又はスカートインダクタとが組み合わせて移動され得る。
【発明の効果】
【０００８】
熱間圧延設備を出たレールを、焼き入れ処理に先立って誘電加熱することにより、レールの全長さに渡るレール頭部の断面温度を全体的に同一化するための装置及び方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図２には、本発明の誘導加熱処理プロセスを使用するレール製造プロセスの非限定例が示される。熱間圧延設備内で高温化されたレール９０は、熱間圧延設備を出た後、前縁部９０’から後縁部９０”にかけてスケール除去ステーション８２を移動する。高温レールは、その表面上におけるスケール形成が制御される状態下に、テーブル上で冷却／移行ステーション８４内を移動（移行）される。レールは、その全長に沿って前縁部９０’から徐々に熱間圧延設備を出て行くので、前縁部９０’での頭部断面温度は、レールがスケール除去及び冷却／移行の各ステーションを通過するに従い、後縁部９０”の頭部断面温度よりもかなり低下し得る。この状況は図３に例示され、レール９０が図２のＰＯＳ1で示す位置にある場合の、レール長さＬrに沿った、図１ｂのｐ1で示す代表的位置での温度が曲線Ｃ1により表わされている。図３に示すように、レールの前縁部９０’と後縁部９０”とではｐ1位置の温度におよそ３５℃の差が生じ得る。レール９０が図２のＰＯＳ1で示す位置にある場合の、レール長さＬrに沿った、図１ｂのｐ2で示す代表的位置における温度が曲線Ｃ2により表わされている。曲線Ｃ2でのレールの前縁部９０’と後縁部９０”とにおけるｐ2位置の温度差はおよそ２５℃である。これらの曲線及び温度は以下の事実、即ち、比較的高温のレールからの周囲放熱量は、その頭部内の深い部分からよりも頂頭部に近い部分からの方がずっと多いという事実を一般化及び例証するものである。
【００１０】
本発明のこの非限定例では、その物理レイアウト上、レール９０はその後縁部９０”が前縁部９０’に先行する形で誘導加熱セクション８６に移動する。誘導加熱ステーションは、この誘導加熱ステーションに進入する、全長さに沿った温度が非一様であるレールの断面を以下に説明するように誘導加熱し、その全長さに沿った温度を一様化する。
図面ではＸ、Ｙ、Ｚの各軸が、ダイヤグラム図で例示（都合上例示されるものであってこれに限定しようとするものではない）するような直交空間を画定する。
【００１１】
図４ａ〜図４ｄには、本発明の誘導加熱処理プロセスで使用する頂頭部インダクタ１２の非限定例が例示される。頂頭部インダクタの中央セクション１２ａは、レールの頂頭部の長手方向長さＬ1に渡り配置される。一般に、頭部の断面が対称性を有する場合は中央セクション１２ａはレール頂頭部上でセンタリングされる。中央セクション１２ａを通して流れる交流電流により確立される磁束が、頂頭部の頂部中央部分と全体的にカップリングし、この頂部中央部分を誘導加熱する。頂頭部インダクタの右側方セクション１２ｂは中央セクション１２ａの右側（頂頭部インダクタの下方を動くレールの方向（＋Ｘ）に関して（図４ｃ））に配置され、頂頭部に面する表面１２ｂ’が頂頭部平面９１に対して角度ａ1傾けられる。同様に、この非限定的実施例では頂頭部インダクタの左側方セクション１２ｃは中央セクション１２ａの右側（頂頭部インダクタの下方を動くレールの方向（＋Ｘ）に関して（図４ｄ））に配置され、頂頭部に面する表面１２ｃ’が頂頭部平面９１に対して角度付けされる。頂頭部インダクタの左右の各側方セクションを通して流れる交流電流により確立される磁束は、全体的にレール頭部のフランジ角部とカップリングする。代表的には、左右の各側方セクションの長さは頂頭部インダクタの中央セクションの長さＬ1の凡そ半分である。図４ａ〜図４ｄに示す本発明の非限的的実施例では、頂頭部インダクタ１２に導電体又は電気的ライザ９２ａ及び９２ｂを介して電力を送る中央の交流電源を使用する。各電気的ライザは、直接か又は変圧器のような中間回路部品を通して交流電源に好適に接続される。
【００１２】
左右の各側方セクションの、各電気的ライザとは反対側の各端部は、結局、接続用セグメント１２ｄ及び１２ｅを介して中央セクション１２ａの対向する各端部に夫々接続され、かくして、磁界がレールの頂頭部と、フランジ角部位置での頂頭部の周囲縁部とを対称配分的に覆う状況が維持される。中央セクション１２ａの、頂頭部に面する表面１２ａ’は、この表面とレール頭部の頂頭部の表面との間の、図４ｃ及び図４ｄに示す断面方向距離ｄ1が最小化されるように好ましく形状付けされる。図４ａ〜図４ｄに例示するような本発明の非限定例では頂頭部インダクタ１２は、例えば銅で形成した中空の矩形形状の導電体を含む。本実施例では、頂頭部インダクタは、インダクタの中空通路を通る流体、例えば、これに限定しないが水のような流体媒体の流れによって冷却され得る。頂頭部インダクタは、特定用途でのレール頭部の形状に依存するその他形状のものであり得る。表面１２ｂ’及び１２ｃ’は湾曲形状又はそうでなければ、レール頭部のフランジ角部方向への磁束の配向を助成する形態を有し得る。図４ｃ及び図４ｄに示すように、頂頭部インダクタ内の交流電流の流れによって発生した磁束をレール頭部に配向する磁束集中体１３（点線で示す）を頂頭部インダクタの長さ部分全体の又は一部の周囲に設け得る。図４ｅには非限定的な別態様における頂頭部インダクタが、瞬間的な交流電流流れを矢印で示す状態で例示され、別個の２つのＵ字型インダクタ２２及び２４を使用している。この構成では、頂頭部インダクタの中央セクションはインダクタ２２及び２４を組み合わせて形成され、各インダクタは中央セクション部分２２ａ及び２４ａと、左右の各側方セクション２２ｂ及び２４ｃと、連結用セグメント２２ｄ及び２４ｅとを有している。所望の瞬間電流流れを実現させる１つ以上の交流電源を端部端子９２ａ’、９２ｂ’、９２ａ”、９２ｂ”の間部分に接続し得る。
【００１３】
図５ａ〜図５ｃには、本発明の誘導加熱処理プロセスで使用するスカートインダクタ１４の非限定実施例が例示される。スカートインダクタの右側方セクションはサブセクション１４ａ及び１４ｂを含み、同左側方セクションはサブセクション１４ｃ及び１４ｄを含む。スカートインダクタの左右の各側方セクションは長手方向長さＬ2に渡り、レール頭部の対向する各側面に沿って配置される。本発明の１実施例では、各サブセクション１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの長さは長手方向長さＬ2の凡そ半分である。レール頭部の対向する各側部上の各サブセクション１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの各端部は連結セグメント１４ｅ及び１４ｆによって夫々相互に連結され、かくしてレール頭部の頂頭部を対称配分状況下に覆う磁界が維持される。スカートインダクタの交差セグメント１４ｇが、レール頭部の対向する各側部上でサブセクション１４ｂ及び１４ｃの隣り合う各端部を連結する。スカートインダクタの各サブセクションのこの構成により、中央の交流電源からの電力を、レール頭部の対向する各側部上のサブセクション１４ａ及び１４ｄの隣り合う各端部位置の導電体、又はライザ９２ｃ及び９２ｄを介してスカートインダクタに供給させることができる。各ライザは、直接か又は変圧器のような中間回路部品を介して交流電源に好適に接続される。
【００１４】
本実施例では、加工物に面するスカートインダクタの表面１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’、１４ｄ’は、レール頭部の側面に対し、垂直軸に関して同じ角度ａ2で傾斜（相互に離れる方向で）され（図５ｃ）、また、スカートインダクタの側方セクションの、加工物に面する表面（フェース）と、この表面に対向するレール頭部の側面との間の断面方向距離ｄ2（図５ｃ）が最小となるように好ましく形状付けされる。スカートインダクタ１４の左右の各側方セクションを通して流れる交流電流によって確立される磁束は、レール頭部の各側部と全体的にカップリングしてこれらの各側部を誘導加熱する。図５ａ〜図５ｃに示すような本発明の非限定実施例では、スカートインダクタ１４は、例えば銅で形成した矩形の中空の導電体を含む。この実施例では、スカートインダクタは、このスカートインダクタの中空通路を通して流れる、これに限定しないが、例えば水のような流体媒体によって冷却され得る。スカートインダクタは、特定用途におけるレール頭部の形状に依存してその他の形状のものであり得る。加工物に面するスカートインダクタの表面１４ａ’、１４ｂ’、１４ｃ’、１４ｄ’の１つ以上を、レール頭部の側部への磁束配向を助成するような曲線形状に形状付けすることができる。図５ｃに例示されるように、スカートインダクタの周囲全体又は一部に、このスカートインダクタ内を流れる交流電流によって生じた磁束をレール頭部に差し向けるための磁束集中体１５（点線で輪郭を示す）を設け得る。図５ｄにはスカートインダクタの別態様の非限定実施例が示される。スカートインダクタ２６はレール頭部の対向する各側部に隣り合って位置付けた、対向する各側方セクション２６ａ及び２６ｂを含む。これらの各側方セクションはその対向する各端部位置で連結用セグメント２６ｃにより相互に連結され、反対側の各端部は、交流電力をスカートインダクタに供給する電気的なライザ９２ｃ’及び９２ｄ’に連結される。
【００１５】
図６には、誘導加熱ステーション８６におけるレールの頂頭部インダクタ及びスカートインダクタの非限定構成が例示される。この構成は、例えば先に説明され且つ図３にグラフで表すような、その長さ方向に沿った初期温度が非一様であるレール頭部の長さＬrの部分を一様に加熱するために使用されるものである。レール９０は、矢印で示すような＋Ｘの方向で誘導加熱ステーションを通して移動する。この誘導加熱ステーション内のレール入口からレール出口にかけては、頂頭部インダクタＣＲ1、頂頭部インダクタＣＲ2、スカートインダクタＳＫ1、スカートインダクタＳＫ2、が順に配列される。頂頭部インダクタ又はスカートインダクタの、これに限定しないが代表的な長さは１メートルであり得る。この非限定構成の各インダクタを用い、頂頭部インダクタを先に説明し且つ図４ａに例示するようなものとし、スカートインダクタを先に説明し且つ図５ａに例示したようなものとした場合、レール頭部は以下のようなシーケンス順、即ち、頂頭部右側部、頂頭部左側部（頂頭部インダクタＣＲ1）、頂頭部右側部、頂頭部左側部（頂頭部インダクタＣＲ2）、スカート（スカートインダクタＳＫ1）、スカート（スカートインダクタＳＫ2）、の順に誘導加熱される。特定用途で使用する頂頭部インダクタ及びスカートインダクタの数及び構成（例えば、各インダクタ間の間隔）は変化され得る。
【００１６】
一般に、直接誘導加熱には、レール頭部への誘導磁界の侵入深さによる制約がある。誘導された熱はレールが誘導加熱ステーションを通して進行するに従い、レール頭部内に伝導される（ヒート“ソーキング”と称する）。結局、レール断面は、誘導加熱ステーション内の各インダクタ間に生じ得る誘導加熱とヒートソーキングとの組み合わせによって加熱される。誘導加熱ステーションを出た時点では、レール全長さに沿った、図１ｂに夫々示す位置ｐ1及びｐ2でのレールの断面温度は、例えば図３に曲線Ｃ1及びＣ2に例示するように実質的に一様となる。図８には、誘導加熱ステーションを出た後の、実質的に一様に加熱されたレール頭部の断面等温線（１０°Ｋ間隔の点線で表した）の非限定例が示される。
【００１７】
１つ以上の好適な電源から誘導加熱ステーションの各インダクタに交流電力が供給される。特定用途での必要に応じて、別個の供給源から各インダクタに電力が供給され得、又は単一の供給源から一群のインダクタに電力が供給され得る。電力は電源から直接供給され得、又は電圧降下用又は電力整合用の各変圧器のような中間回路部品を介して供給され得る。誘導加熱処理プロセス中の、電源からインダクタへの出力電力（電圧）の大きさは一定に維持され得又は変動され得る。誘導加熱処理プロセス中の電源からインダクタへの周波数の電気的出力は一定に維持され得、又は、例えばレール頭部内への磁束の侵入深さを変えるために変動され得る。
【００１８】
誘導加熱ステーション内のインダクタを通して長いレール（レール頭部）が処理される間、様々なタイプの制御システムを用いて１つ以上の電源の出力周波数の出力パラメーター（例えば、電力（電圧）及び又は周波数）を制御することができる。例えば、誘導加熱ステーションに入る前のレール頭部の一カ所以上の温度を読み取る（例えばパイロメーターを使用して）ことができる。これらの読み取り温度は、読み取り温度を分析して１つ以上の電源における単数又は複数の要求出力パラメーターを連続調節する、コンピュータープロセス処理システム内の保存データと比較され得る。コンピューターによる分析及び保存データーは、ディメンションの異なる、また、レール頭部温度一様化のための単数又は複数の要求出力パラメータ値の異なるレールを用いた試行に基づくものであり得る。
【００１９】
本発明の他の実施例では、スケール除去、冷却／移行、及び又は図２に示す誘導加熱ステーションの１つ以上における１つ以上のパイロメーター８１、８３、及び又は８５の如き温度検出器を通過するレールを走査することで、焼き入れステーションに移動する連続するレールの、＋Ｘ方向でのレール頭部の非一様な温度プロファイルが取得される。あるいは、Ｘ軸方向に静止したレールに沿って１つ以上の温度検出器をＸ軸方向に移動させることにより冷却するレールが走査される。こうした１つ以上の検出器はレール頭部全体の温度を測定し得、又は頂頭部、スカート部及び又は下方ジョー部の各温度を別個に測定し得る。
【００２０】
取得された読み取り温度（データ）は好適な記憶装置に記憶され、計算機（コンピュータープロセッサのような）内のアルゴリズム（ソフトウェアにより事項される）内で使用され得る。アルゴリズムの出力は、温度データ取得後か又は取得中にレールがインダクタを通過する際に、個別の又は組み合わせて使用する頂頭部インダクタ及びスカートインダクタ内を流れる電流から供給される磁界強度を変調させるために使用され得る。例えば、レールの長さＬrに沿った頂頭部、スカート部又は下方ジョー部の各位置における取得（測定）温度が、焼き入れ中に冶金学的な最適変化を得るために望ましい温度よりも低い場合は、アルゴリズムは、それらのレール位置が各頂頭部インダクタ及び又はスカートインダクタの下方を通過する際に必要となる磁界強度増大分を算出する。こうして磁界強度が増大されることで、例えば、図３に示すような非一様な温度プロファイルが排除される。逆に、レールの長さＬrに沿った頂頭部、スカート部又は下方ジョー部の各位置での取得（測定）温度値が焼き入れ中に冶金学的に最適に変化し得る所望温度よりも高い場合は、アルゴリズムは、それらのレール位置が各頂頭部インダクタ及び又はスカートインダクタの下方を通過する際に必要となる磁界強度減少分を算出する。このアルゴリズムでは、温度の走査（取得）時点と、レール位置が各インダクタの下方に至る時点との間のある位置で生じるレール頭部の冷却も考慮される。
【００２１】
本発明の他の実施例では、レール頭部の温度を動的に検出して、レール頭部が誘導加熱ステーションを通して加熱処理される際に１つ以上の電源の単数又は複数の出力パラメーターを調節し得るよう、誘導加熱ステーションの長手方向に沿って１つ以上の温度検出装置を組み込み得る。
本発明の他の実施例では、システムは、誘導加熱ステーションを出たレール頭部の、長さ方向に沿った１つ以上の位置の温度を測定すること、測定した温度値が非一様である部分を識別すること、誘導加熱するべく誘導加熱ステーションに入る次のレールの非一様温度が補正されるように１つ以上の電源の出力パラメーターを調節すること、による適応制御がなされ得る。
【００２２】
各インダクタは、空冷され得、又は、例えば液体又はガスのような冷却用媒体をインダクタを通すか（例えばインダクタが中空通路を有している場合）又は、インダクタの周囲に流すかして循環させることにより冷却され得る。インダクタは、レール又はレール頭部用の入口と出口の各通路を除いて閉鎖容器内にパッケージ化され得、また、この閉鎖容器を通して冷却用媒体を循環させ得る。
本発明のまた別の実施例では、インダクタは頂頭部及びスカート組み合わせ型インダクタであり得、そうした組み合わせ型インダクタには、例えば、頂頭部インダクタの中央セクションと、スカートインダクタの１つ以上のセクションとの組み合わせ、あるいは、頂頭部インダクタの中央部分及び単数又は複数の側方部分と、スカートインダクタの１つ以上の側方セクションとの組み合わせが含まれ得る。
【００２３】
本発明の別の実施例では、頂頭部インダクタ及び又はスカートインダクタを、誘導加熱ステーションを通して前進するレール頭部の上部及び周囲を覆う状態に恒久的に位置付け得る。本発明の他の実施例では、１つ以上の頂頭部インダクタ及び又はスカートインダクタを、例えばこれらインダクタを、図７ａ、図７ｂ、図７ｃ、に例示したようにキャリッジ３０上に取り付けることにより、可動状態とされ得る。この特定の非限定的なキャリッジ構成によれば、キャリッジ上に取り付けたインダクタＩcarをＹ軸及びＺ軸方向に移動させることにより、例えば、Ｉcarを後退（−Ｙ軸方向）させてレール取り扱い装置を収受させたり、Ｉcarを上昇（＋Ｚ軸方向）させて頂頭部インダクタの下側のレール頭部の高さ方向での異形部（ａｎｏｍａｌｉｅｓ）を収受させたり、Ｉcarを後退（−Ｙ軸方向）させる前にレール頭部からスカートインダクタを取り外すことなどができる。本発明の他の実施例は、インダクタをＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向の１つ以上に移動させ得るインダクタ移動装置が含まれ得る。
【００２４】
図７ａ、図７ｂ、図７ｃに示すキャリッジ３０は、キャリッジと、このキャリッジに取り付けたインダクタとをＹ軸方向に移動させ得るようにキャリッジレール３４上で転動する車輪３２上に取り付けられている。キャリッジ駆動装置（例えば、モーター及びスプロケットチェーンドライブ）を設けることで、キャリッジを±Ｙ軸方向に移動させ得る。垂直方向構造部材３６が、Ｉcarを装着した片持ち支持構造部材３８を可動（Ｚ軸方向）状態に支持する。この方持ち支持構造部材３８を上下動作させるために、例えば流体圧又は電気／チェーンドライブである垂直方向駆動装置（図示せず）を使用できる。必要であれば、１つ以上の電気的部品、例えばステップダウン変圧器４０をキャリッジ３０に取り付け得る。導電体４２（例えば可撓性ケーブル又は固定母線路）が、好適な電源４４からの電力をＩcarに提供する。これに限定しないが電源４４は代表的には、交流電力入力（例えば商用電源）を直流に整流し、次いでこの直流を必要な交流出力電源レベル及び周波数に変換し得る。
【００２５】
キャリッジ３０は随意的には、図６に例示する構成内で識別される各インダクタに対して、点線で示され且つ参照番号２８で示した空間範囲にキャリッジ及び関連部品を位置付けることによりこれらの各インダクタと共に使用され得る。
現在位置のインダクタＩcarに接近するレールがインダクタの下方を通過した場合に、このレールの物理的特徴部分がインダクタと異常接触するか否かを判定するためのセンサを好適に位置決めし得る。もし異常接触すると判定される場合は、垂直方向駆動装置を使用してインダクタを上昇させ、差し迫った異常接触を回避することができる。
上述した実施例ではレールは、各インダクタを然るべき位置（Ｘ軸方向に関する）に維持する間、誘導加熱ステーションを通して移動（Ｘ軸方向に）する。本発明の他の実施例ではレールが静止状態に維持され得、誘導加熱ステーションを構成する各インダクタがレール頭部の上方及び周囲を移動（Ｘ軸方向で）し得、あるいはレールと、誘導加熱ステーションを構成する各インダクタの１つ以上とを、レール頭部を誘導加熱するべく共に連係動作させ得る。
【００２６】
上述した本発明の各実施例によれば、熱間圧延設備を出たレールはその全長さにおけるレール頭部の断面温度が全体的に同一化されるが、本発明は、レール頭部又は類似形態の加工物の、本発明の誘導加熱処理プロセスを受ける以前における、この加工物の全長さに沿った断面温度が非一様である場合に、この断面温度を全体的に同一化させるために適用され得る。
類似形態の加工物は、レール頭部のそれと類似の球状端部を有する長手方向に配向される加工物であり得る。本発明を適用するためには加工物のこの球状端部のみが導電体であればよい。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１ａ】代表的な鉄道用レールの斜視図である。
【図１ｂ】代表的な鉄道用レールの断面図である。
【図１ｃ】代表的な鉄道用レールの頭部セクションの各部分の名称を示す断面図である。
【図２】本発明の誘導加熱処理を使用するレール加熱処理プロセス構成の１実施例をダイヤグラム的に略示した平面図である。
【図３】レールの製造プロセス中の、熱間圧延設備を出た後におけるレールの長手方向長さ部分に沿った代表的な温度勾配を例示するグラフである。
【図４ａ】本発明の誘導加熱プロセスで使用する頂頭部インダクタの１実施例を示す斜視図である。
【図４ｂ】本発明の誘導加熱プロセスで使用する頂頭部インダクタの１実施例を示す平面図である。
【図４ｃ】図４ａを線Ａ−Ａで切断した断面図である。
【図４ｄ】図４ａを線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。
【図４ｅ】本発明の誘導加熱プロセスで使用する頂頭部インダクタの他の実施例を示す平面図である。
【図５ａ】本発明の誘導加熱プロセスで使用するスカートインダクタの１実施例を示す斜視図である。
【図５ｂ】本発明の誘導加熱プロセスで使用するスカートインダクタの１実施例を示す平面図である。
【図５ｃ】図５ａに示すスカートインダクタの線Ｃ−Ｃで切断した断面図である。
【図５ｄ】本発明の誘導加熱プロセスで使用するスカートインダクタの他の実施例を示す平面図である。
【図６】本発明の誘導加熱処理プロセスを使用する誘導加熱ステーションの１例をダイヤグラム的に略示した平面図である。
【図７ａ】本発明の誘導加熱処理プロセスの１実施例で使用するインダクタ移送装置の構成をダイヤグラム的に例示した側面図である。
【図７ｂ】本発明の誘導加熱処理プロセスの１実施例で使用するインダクタ移送装置の構成をダイヤグラム的に例示した後面図である。
【図７ｃ】本発明の誘導加熱処理プロセスの１実施例で使用するインダクタ移送装置の構成をダイヤグラム的に例示した平面図である。
【図８】本発明の誘導加熱処理プロセスを使用する誘導加熱ステーションを出たレールの、非限定例での断面等温線を表す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１２  頂頭部インダクタ
１２ａ  中央セクション
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  サブセクション
１４ｅ、１４ｆ  連結セグメント
１４ｇ  交差セグメント
２２、２４  Ｕ字型インダクタ
２２ｂ、２４ｃ、２６ａ、２６ｂ  側方セクション
２２ｄ、２４ｅ  連結用セグメント
２６  スカートインダクタ
３０  キャリッジ
３４  キャリッジレール
３６  垂直方向構造部材
３８  支持構造部材
４２  導電体
４４  電源
８１、８３  パイロメーター
８２  スケール除去ステーション
８４  冷却／移行ステーション
８５  温度検出器
８６  誘導加熱セクション
９０’  前縁部
９０”  後縁部
９０  平底レール
９１  頂頭部平面
９２ａ’、９２ｂ’、９２ａ”、９２ｂ”  端部端子
９２ｃ、９２ｄ、９２ｃ’、９２ｄ’  ライザ
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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