続いて、添付した図面を参照しつつ、本� ��明を具体化した実施の形態につき説明し、� ��発明の理解に供する。なお、以下では、長� ��の圧延鋼材としてレールを例に採り説明す� ��。

 本発明の一実施の形態に係る圧延鋼材の冷� ��に使用する冷却装置(以下、単に冷却装置と いう)10、20は、熱間圧延されたレール30を冷� �する冷却装置である。図1に示すように、レ� ��ル30の頭頂部31に対向して冷却装置10が配置� ��れ、両頭側部32にそれぞれ対向して冷却装� �20が配置される。冷却装置10とレール30の頭� �部31との距離、及び冷却装置20とレール30の� �側部32との距離は、それぞれ数mm~数十mmとさ� ��る。
 冷却装置10は、レール30の長手方向に細長い 形状(長手方向の寸法は1000~5000mm程度)の箱形� �チャンバー11を複数有している。レール30の� ��長を同時に冷却する必要があるため、複数� ��チャンバー11が、レール30の長手方向に沿い 、レール30の全長に渡って一列に連続して配� ��される。つまり、チャンバー11の数は、レ� �ル30の長さに応じて決められる。1個あたり� �チャンバー11の長さは、例えば、5m~10m程度が 好ましい。そのため、例えば、レール30の長� ��が50mの場合は、一列に連続して配置される� ��ャンバー11の数は、5~10個になる。また、レ� ��ル30の長さが100mの場合は、一列に連続して� ��置されるチャンバー11の数は、10~20個になる 。
 上記は、本発明のチャンバーの長さや数を� ��定するものではなく、実際の製造設備では� ��その設備において製造される圧延鋼材の最� ��圧延長さを覆う分だけチャンバーを配置し� ��実際の圧延長さに応じて稼動するチャンバ� ��の数を選択することになる。
 以下、個々のチャンバー11,21について詳細� �説明する。

 冷却装置10のチャンバー11には、図示しな いブロワーから送出される空気(冷却用加圧� �体の一例)を導入する気体導入口13が上部に� �続されている。この箱形のチャンバー11内に は、配管17を介して供給される冷却水をレー� ��30の頭頂部31の方向に供給するように冷却水 供給ノズル15が設置されている。チャンバー1 1の下流側の端部には、吹出口12が設けられ、 ブロワーからの空気によって、供給された冷 却水を吹出口12に向けて押すように構成され� ��いる。

 チャンバー11は、上部に気体導入口13を設 けるために、その幅が広く形成された拡幅部 11aと、吹出口12が下流側の端部に設けられ、� ��幅部11aよりも幅が狭い縮幅部11cと、拡幅部1 1aと縮幅部11cとの間でこれらを連結するテー� ��ー状の傾斜部11bとで形成される。レール30� �対向する吹出口12には、複数のノズル孔14c(� �2参照)を有するノズルプレート14が、レール3 0の頭頂部31と平行になるように装着されてい る。また、拡幅部11a内で、気体導入口13と冷� ��水供給ノズル15との間には、気体導入口13か ら導入された空気がノズルプレート14に直接� ��たるのを防止する整流板16が水平状態に設� �されている。

 一方、冷却装置20のチャンバー21も、図示 しないブロワーから送出される空気を導入す る気体導入口23が接続されている。箱形のチ� ��ンバー21内には、配管27を介して供給される 冷却水をレール30の頭側部32の方向に供給す� �ように冷却水供給ノズル25を設置されている 。チャンバー21の下流側の端部には、吹出口2 2が設けられ、ブロワーからの空気によって� �供給された冷却水を吹出口22に向けて押すよ うに構成されている。

 チャンバー21は、側部に気体導入口23を設 けるために、その幅が広く形成された拡幅部 21aと、吹出口22が下流側の端部に設けられ、� ��幅部21aよりも幅が狭い縮幅部21cと、拡幅部2 1aと縮幅部21cとの間でこれらを連結するテー� ��ー状の傾斜部21bとで形成される。レール30� �対向する吹出口22には、複数のノズル孔を有 するノズルプレート24が、レール30の頭側部32 と平行になるように装着されている。また、 拡幅部21a内で、気体導入口23と冷却水供給ノ� ��ル25との間には、チャンバー21全体に均一に 気体が分散して流れるように整流板26が設置� ��れている。

 次に、冷却装置10のノズルプレート14、冷 却水供給ノズル15、及び整流板16について詳� �に説明するが、冷却装置20のノズルプレート 24、冷却水供給ノズル25、及び整流板26もほぼ 同様である。

 ノズルプレート14には、図2に示すように� ��例えば直径2~10mm程度の多数のノズル孔14c…� ��所要の間隔(例えば2mm~10mm程度の間隔)をおい て規則的に形成されている。また、ミスト(� �気と冷却水との混合体からなる冷却媒体)が� ��ール30の頭頂部31全幅に垂直に当たるように 、ノズル孔14cが形成されている領域の短手方 向(レール30の幅方向)の幅Wは、レール30の頭� �部31の幅と略同一とされている。

 チャンバー11内にレール30の長手方向と平行 になるように配管17が配置され、図3に示すよ うに、この配管17から複数の分岐管17a…が下� ��に向けて分岐している。冷却水供給ノズル1 5は、分岐管17aの各先端に装着されている。� �却水供給ノズル15から供給される冷却水は、 ミスト状、シャワー状、流水状のいずれでも 良い。
 また、冷却水供給ノズル15から冷却水のみ� �供給しても良いし、冷却水と空気とを混合� �て供給しても良い。

 冷却水供給ノズル15から供給される水滴� �ノズルプレート14に向けて噴射されるように 、ノズルプレート14からノズル孔14cを通じて� ��射されるミストの水量密度は均一とする(図 4A、図4B、参照)。

 整流板16は、図5に示すように、平面視で� ��ャンバー11の少なくとも気体導入口13相当部 の直下に配置される。また、整流板16の側端� ��拡幅部11aの内壁との間には空気が通過する� ��うに隙間が形成されている。これにより、� ��体導入口13から導入された空気は、整流板16 によりチャンバー11全体に分散して均整に流� ��、チャンバー11内における水量密度分布の� �ラツキが防止される。

 なお、図示しないが、整流板に多数の孔� ��形成してもよく、さらにその際に複数ある� ��体導入口の各直下に形成される孔の単位面� ��当たりの合計面積が、他の箇所に形成され� ��孔の単位面積当たりの合計面積より小さく� ��るようにすることで、ノズルプレート14か� �ノズル孔14cを通じて噴射されるミストがチ� �ンバー11の長手方向で均一となるようにして もよい。

 図6Aは、チャンバー11内に整流板が無い状態 (図6B参照)における空気の吐出分布及びミス� �の水量密度割合を示したグラフである。冷� �水供給ノズル15とノズルプレート14との距離� ��100mm、隣接する冷却水供給ノズル15間の間隔 は500mmとし、冷却水供給ノズル15間の中央に� �体導入口13が位置している(距離及び間隔は� �ずれも試験例)。
 チャンバー11内に整流板が無い場合、チャ� �バー11の長手方向に関する空気の吐出量は、 気体導入口13直下が大きく、気体導入口13か� �離れるにつれて小さくなる。この状態で、� �却水供給ノズル15からミストを供給した場合 、空気の流れが強い気体導入口13直下では、� ��ストが空気に押されるため、ノズルプレー� ��14からノズル孔14cを通じて噴射されるミス� �の量は減少する。このため、チャンバー11長 手方向の水量は不均一となる。

 図7Aは、気体導入口13の直下に適切な形状の 整流板16を設置した状態(図7B参照)における空 気の吐出分布及びミストの水量密度割合を示 したグラフである。他の条件は、図6Aおよび� ��6Bと同条件である。整流板16とノズルプレー ト14との距離は185mm(試験例)である。
 気体導入口13の直下に整流板16を設置した場 合、気体導入口13からチャンバー11内に導入� �れた空気は、整流板16に一旦衝突した後、チ ャンバー11全体に分散されるため、ノズルプ� ��ート14からノズル孔14cを通じて噴出する空� �の吐出量は、チャンバー11全体で均一となる 。

 気体導入口13から導入された空気は、整� �板16によりチャンバー11の長手方向にも流れ� ��ため、チャンバー11の長手方向の水量分布� �均一となる。

 上記構成を有する冷却装置10、20を用いて レール頭部を冷却する場合、ノズルプレート 14、24からノズル孔を通じて噴射される空気� �冷却水との混合体からなる冷却媒体の気水� �を1000~50000、レール頭部へのミストの衝突速� ��を50~200m/sとして、レール30の頭頂部31に対向 して配置したノズルプレート14からノズル孔1 4cを通じて該頭頂部31に向けて冷却媒体をミ� �ト噴射する。またこれと同時に、レール30の 頭側部32に対向して配置したノズルプレート2 4からノズル孔を通じて該頭側部32に向けて冷 却媒体をミスト噴射する。そして、オーステ ナイト域温度から450~600℃までの間について� �ール頭部を均一に冷却する。

 冷却温度を上記のように定めた理由は、� ��却開始温度をオーステナイト域温度以上、� ��つ冷却終了温度を少なくとも600℃以下とし� ��ければ、焼き入れを実施する上で好ましく� ��いためである。一方、450℃未満まで加速冷� ��を継続すると、レール頭部にマルテンサイ� ��組織が生じるため、硬度は増すものの延靭� ��が低下するため好ましくない。

 図8は、実験によって得られた、ミストの衝 突速度と冷却速度との関係をグラフ化したも のである。
 冷却水供給ノズルは、株式会社いけうち製� ��ノズルBIM J 2015、供試体は、長さ100mmの141� �ンドレールとし、供試体の頭頂部から深さ2m mの位置に熱電対を埋め込んだものを使用し� �。
 供試体を加熱炉で820℃まで加熱した後、取� ��出して750℃から本冷却装置による冷却を開� ��し、500℃以下になるまで冷却した。冷却条� ��は、吐出冷却水量密度を70L(リットル)/m ² ・min一定とし、空気の量を変化させてミスト の衝突速度を10、20、50、150、200m/sの5条件に� �定した。なお、この際の空気圧は、1.1~1.2気� ��とした。

 ミストの衝突速度Vaは、吐出速度をVe、吹出 口とレールとの間の距離をh、吹出口径をdと� ��て、次式により算出した。
 Va=6.39×Ve/(h/d+0.6)

 各衝突速度について10回ずつ実験を行い� �熱電対の指示値が750℃から500℃までに要し� �時間から冷却速度を求めた。その結果、衝� �速度を速くするほど高い冷却速度が得られ� �衝突速度を50m/s以上とすると、冷却速度のバ ラツキが±1.5℃程度まで低減し安定すること� ��判明した。なお、衝突速度が200m/sを超える� ��、設備の大型化やランニングコストの増大� ��伴い、現実的ではない。

 また、表1は、気水比と冷却速度との関係 を示したものである。同表より、気水比を100 0以上とすると、冷却速度の標準偏差が2.2以� �となり、気水比50000でその効果が飽和し、安 定的な冷却が可能となることがわかる。なお 、図9は、表1のデータをグラフ化したもので� ��る。

 なお、本冷却装置を用いてレールの柱部� ��足部を冷却する場合については、これらの� ��位の冷却速度が頭部より速くなるため、別� ��、冷却条件を設定する必要がある。

 以上、本発明の実施の形態について説明� ��てきたが、本発明は何ら上記した実施の形� ��に記載の構成に限定されるものではなく、� ��許請求の範囲に記載されている事項の範囲� ��で考えられるその他の実施の形態や変形例� ��含むものである。例えば、上記の実施の形� ��では、チャンバーに導入される冷却用加圧� ��体は空気としたが、窒素でも良い。