BR112014019030B1

BR112014019030B1 - Método de resfriamento de trilhos

Info

Publication number: BR112014019030B1
Application number: BR112014019030-5A
Authority: BR
Inventors: Rinya Kojo; Hiroyuki Fukuda; Yuta Tamura; Yoshikazu Yoshida; Hideki Takahashi; Ryo Matsuoka; Yuzuru Kataoka
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2022-09-20
Also published as: BR112014019030A2; JPWO2013118235A1; US20140360715A1; BR112014019030A8; US9429374B2; WO2013118235A1; JP5429434B1

Abstract

MÉTODO DE RESFRIAMENTO DE TRILHOS. A presente invenção refere-se a um valor alvo ou uma faixa de valor alvo que é calculada para cada temperatura (Th0, Th1, Tf0 e Tf1) de maneira tal que o empenamento de um trilho a uma temperatura normal fique dentro de uma taxa permissível, as condições de resfriamento sejam definidas de acordo com os valores alvo ou as faixas de valor alvo e a cabeça e o patim sejam resfriados, com base da relação existente entre o empenamento do trilho quando o trilho retorna para uma temperatura normal após um tratamento térmico e as seguintes temperaturas: uma temperatura de início de resfriamento (Th0) da cabeça de um trilho durante o início do resfriamento forçado da cabeça, uma temperatura final de resfriamento (Th1) da cabeça durante a finalização do resfriamento forçado da cabeça, uma temperatura de início de resfriamento (Tf0) do patim do trilho durante o início do resfriamento forçado do patim e uma temperatura de finalização de resfriamento (Tf1) do patim durante a finalização do resfriamento forçado do patim.

Description

CAMPO

[001] A presente invenção refere-se a um método de resfriamento de trilhos para a execução de resfriamento forçado na cabeça e patim de um trilho laminado a quente.

ANTECEDENTES

[002] Trilhos laminado a quentes a uma alta temperatura, acima da faixa de temperatura de transformação de austenita são, em alguns casos, submetidos a resfriamento forçado como tratamento térmico para garantir a obtenção das qualidades desejadas, como a dureza necessária para a cabeça do trilho, por exemplo. Em outras palavras, os trilhos laminado a quentes são resfriados com um meio refrigerante aspergido sobre os trilhos. Normalmente, o resfriamento forçado (doravante também denominado resfriamento por tratamento térmico) em um processo de tratamento térmico é executado até que a microestrutura da cabeça do trilho esteja completamente transformada de austenita em perlita ou bainita, sendo o resfriamento encerrado quando a temperatura cai para cerca de 400°C a 500° C. O resfriamento por tratamento térmico empregado em trilhos é normalmente realizado sobre a cabeça e o patim dos trilhos, em posição vertical. O resfriamento por tratamento térmico sobre a cabeça do trilho é empregado visando garantir qualidades como dureza, conforme anteriormente mencionado, enquanto que o resfriamento por tratamento térmico sobre o patim do trilho é empregado para prevenir distorções verticais e horizontais, causadas pelo estresse térmico que ocorre em função da diferença de temperatura entre a cabeça e o patim.

[003] Há diversas técnicas reveladas para a obtenção de trilhos com deformação reduzida e que também visam assegurar as qualidades da cabeça do trilho. Por exemplo, a Literatura de Patente 1 revela um método de resfriamento de trilhos através do qual a cabeça do trilho é resfriada com um meio refrigerante aspergido sobre a cabeça do mesmo, em uma determinada proporção, visando satisfazer a qualidade do material, sendo o patim do trilho resfriado com um meio refrigerante em uma proporção ajustada a fim de desempenar uma forma curvada do trilho. A Literatura de Patente 2 revela um método cujo resfriamento do patim inicia-se antes do resfriamento da cabeça. A Literatura de Patente 3 revela um método cujo resfriamento da cabeça e do patim se inicia simultaneamente, sendo a cabeça resfriada mais intensamente do que o patim, visando minimizar as distorções.

LISTA DE CITAÇÃO LITERATURA DE PATENTE

[004] Literatura de Patente 1: Pedido de patente japonesa submetida à inspeção pública n° 61-060827

[005] Literatura de Patente 2: Pedido de patente japonesa no 10130730, submetido à inspeção pública

[006] Literatura de Patente 3: Pedido de patente japonesa no 2005-290486, submetido à inspeção pública

SUMÁRIO PROBLEMA DA TÉCNICA

[007] A deformação de um trilho após termo laminação conforme descrito acima ocorre não apenas no processo de resfriamento por tratamento térmico, mas também em um período após o processo de resfriamento por tratamento térmico até que o trilho seja resfriado até atingir a temperatura ambiente. As técnicas divulgadas nas Literaturas de Patente 1 a 3, entretanto, desconsideram a deformação do trilho, que ocorre após o processo de resfriamento por tratamento térmico até que o trilho atinja a temperatura ambiente, eventualmente impedindo o trilho de ser desempenado, em alguns casos, quando esse é resfriado até atingir a temperatura ambiente.

[008] A presente invenção foi desenvolvida tendo em vista o problema descrito acima, e é objeto da presente invenção fornecer um método de resfriamento de trilhos com o qual a deformação do trilho pode certamente ser evitada quando o trilho é resfriado até atingir a temperatura ambiente.

SOLUÇÃO DO PROBLEMA

[009] Para resolver o problema descrito acima e atingir o objetivo proposto, o método de resfriamento de trilhos, conforme a presente invenção, realiza um resfriamento forçado na cabeça e patim de um trilho laminado a quente e inclui: com base em uma relação entre as temperaturas e um proporção de deformação do trilho resfriado até a temperatura ambiente, após o resfriamento forçado, em que as temperaturas incluem uma temperatura inicial de resfriamento da cabeça quando a resfriamento forçado da cabeça é iniciada; uma temperatura final de resfriamento da cabeça quando a resfriamento forçado da cabeça é finalizada; uma temperatura inicial de resfriamento do patim quando a resfriamento forçado sobre o patim é iniciada uma temperatura final de resfriamento do patim quando a resfriamento forçado sobre o patim é finalizada; calcular um valor alvo ou uma faixa de valores-alvo para cada uma das temperaturas a fim de que a proporção de deformação do trilho à temperatura normal esteja dentro da faixa permissiva; e definir uma condição de resfriamento em conformidade com o valor alvo ou a faixa de valores-alvo a fim de realizar o resfriamento forçado na cabeça e no patim.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0010] O método de resfriamento de trilhos, segundo a presente invenção pode, certamente, impedir distorções de um trilho quando esse é resfriado até atingir a temperatura ambiente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0011] A FIGURA 1 é um diagrama que ilustra uma configuração principal de uma linha de produção de trilhos.

[0012] A FIGURA 2 é uma vista esquemática em corte transversal que ilustra uma configuração de um dispositivo de resfriamento forçado.

[0013] A FIGURA 3 é um diagrama de bloco que ilustra um exemplo de configuração de um sistema de controle principal do dispositivo de resfriamento forçado.

[0014] A FIGURA 4 é um diagrama que ilustra uma proporção de deformação de um trilho ao longo do comprimento do produto.

[0015] A FIGURA 5 é um diagrama que ilustra curvas de transição que indicam as temperaturas de um trilho em um processo de resfriamento forçado.

[0016] A FIGURA 6 é um diagrama que ilustra uma relação entre uma proporção real e uma proporção estimada de deformação.

[0017] A FIGURA 7 é um fluxograma que ilustra um procedimento de resfriamento forçado.

DESCRIÇÃO DA MODALIDADE

[0018] O texto a seguir descreve uma modalidade do método de resfriamento de trilhos de acordo com a presente invenção, tendo-se como referência os desenhos em anexo. A modalidade não limita o escopo da presente invenção. As mesmas referências numéricas são aplicadas às mesmas peças ilustradas nos desenhos.

MODALIDADE

[0019] A FIGURA 1 é um diagrama que ilustra uma configuração principal de uma linha de produção de trilhos 1 à qual se aplica o método de resfriamento de trilhos, conforme a presente invenção. Como ilustrado na FIGURA 1, a linha de produção de trilho 1 inclui uma fresa de acabamento 2, uma serra a quente 3, um dispositivo de resfriamento forçado 4 (doravante também denominado como um dispositivo de tratamento térmico 4) um leito de resfriamento 5 e a produção de trilhos (trilhos para ferrovia). Na linha de produção de trilhos 1, o trilho, após passar pelo processo anterior, é conduzido à fresa de acabamento 2 na qual o trilho é laminado para se obter a forma de corte transversal do produto. O trilho é então conduzido à serra a quente 3 na qual as rebarbas das extremidades anterior e posterior do trilho são cortadas sendo o trilho, então, cortado a fim de obter um comprimento predeterminado. O trilho resultante é transportado para o dispositivo de tratamento térmico 4. O dispositivo de tratamento térmico 4 executa o tratamento térmico (resfriamento forçado: doravante também simplesmente denominado como resfriamento) sobre um trilho laminado a quente, dependendo das qualidades desejadas. Após o resfriamento por tratamento térmico no dispositivo de tratamento térmico 4, o trilho é conduzido ao leito de resfriamento 5 para ser resfriado até atingir a temperatura ambiente.

[0020] A FIGURA 2 é uma vista em corte esquemático que ilustra uma configuração do dispositivo de tratamento térmico 4. A FIGURA 3 é um diagrama de bloco que ilustra um exemplo de configuração de um sistema de controle principal do dispositivo de tratamento térmico 4. Após a termo laminação, um trilho 10 é transportado em uma posição vertical para uma posição de processamento no dispositivo de tratamento térmico 4, e o dispositivo de tratamento térmico 4 esfria a cabeça 11 e um patim 13 do trilho de 10.

[0021] Como ilustrado na FIGURA 2, o dispositivo de tratamento térmico 4 inclui um cabeçote de resfriamento superior de cabeça 41 e cabeçotes de resfriamento laterais de cabeça 42 para resfriar a cabeça 11 do trilho 10 e inclui um cabeçote de resfriamento de patim 43 para resfriar o patim 13 do trilho 10.

[0022] O cabeçote de resfriamento superior de cabeça 41, os cabeçotes de resfriamento laterais de cabeça 42 e o cabeçote de resfriamento de patim 43 (doravante coletivamente denominados cabeçotes de resfriamento 41, 42 e 43, conforme o caso) estão ligados a uma fonte de um meio refrigerante através de tubos, e aspergem o meio refrigerante, como ar, por exemplo, a partir de uma pluralidade de bocais (não ilustrado). Especificamente, o cabeçote de resfriamento superior de cabeça 41 é colocado acima da cabeça 11 do trilho 10 na posição de processamento no sentido longitudinal do trilho 10, e resfria a cabeça 11 aspergindo o meio refrigerante na parte superior de cabeça da cabeça 11, conforme indicado pelas setas A11 na FIGURA 2. Os cabeçotes de resfriamento laterais de cabeça 42 são colocados em ambos os lados da cabeça 11 do trilho 10 na posição de processamento no sentido longitudinal do trilho 10 e resfriam a cabeça 11 aspergindo o meio refrigerante em ambos os lados da cabeça 11, conforme indicado pelas setas A13 na FIGURA 2. O cabeçote de resfriamento de patim 43 é colocado abaixo do patim 13 do trilho 10 na posição de processamento no sentido longitudinal do trilho 10 e resfria o patim 13 aspergindo o meio refrigerante na superfície inferior do patim 13 conforme indicado pelas setas A15 na FIGURA 2.

[0023] O dispositivo de tratamento térmico 4 inclui um par pinças 45 dispostas de forma oposta, uma de frente para a outra, em ambos os lados do patim 13 do trilho 10, voltadas para a posição de processamento. O par de pinças 45 é fornecido para impedir que o trilho 10 se mova durante o processo do resfriamento por tratamento térmico no sentido vertical ou horizontal do trilho 10, mantendo ambos os lados do patim 13 do trilho 10 na posição de processamento, sendo que diversos pares de pinças 45 ficam dispostos no sentido longitudinal do trilho 10, em posições adequadas, em ambos os lados do patim 13 do trilho 10 na posição de processamento.

[0024] O dispositivo de tratamento térmico 4 inclui um termômetro de cabeça 47 disposto acima da cabeça 11 do trilho 10 para medição de temperatura da cabeça 11, mais especificamente, a temperatura de uma borda de cabeça (um canto de bitola), e um termômetro de patim 49 colocado abaixo do patim 13 do trilho 10 para medição da temperatura no patim 13. O termômetro de cabeça 47 e o termômetro de patim 49 são conectados a um controlador 7, conforme ilustrado na FIGURA 3, e emitem continuamente os valores medidos para o controlador 7.

[0025] O controlador 7 monitora as temperaturas da cabeça 11 e do patim 13 do trilho 10 no processo de resfriamento por tratamento térmico, além de controlar os cabeçotes de resfriamento 41, 42 e 43 para aspergir o meio refrigerante para que uma temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0 e uma temperatura final de resfriamento de cabeça Th1 da cabeça 11, e uma temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 e uma temperatura final de resfriamento Tf1 do patim 13, ilustradas na FIGURA 5 a serem descritas posteriormente, atinjam os valores-alvo. O controlador 7 está conectado a unidade de armazenamento 8 que armazena no mesmo, por exemplo, diversos programas de computador e dados necessários para monitorar as temperaturas da cabeça 11 e do patim 13 do trilho 10 e para controlar cabeçotes de resfriamento 41, 42, e 43 para aspergir o meio refrigerante. A unidade de armazenamento 8 acumula e armazena em si, por exemplo, valores-alvo para a temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0, a temperatura final de resfriamento de cabeça Th1, a temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 e a temperatura final de resfriamento de patim Tf1, sendo que e os valores reais das temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 foram obtidas em operações anteriores. A unidade de armazenamento 8 é implantada por um dispositivo de armazenamento, por exemplo vários tipos de memórias IC, tais como uma memória flash ou RAM que são memórias regraváveis, discos rígidos ou outros tipos de mídia de armazenamento. O controlador 7 também é conectado, conforme necessário, a um dispositivo de entrada (não ilustrado) que alimenta o controlador 7 com as informações necessárias para o monitoramento das temperaturas e controle dos cabeçotes de resfriamento 41, 42 e 43 para aspergir o meio refrigerante; e um dispositivo de visualização (não ilustrado) que exibe em um monitor as temperaturas da cabeça 11 e o patim 13 do trilho 10 no processo de resfriamento por tratamento térmico , por exemplo.

[0026] Conforme ilustrado na FIGURA 3, o controlador 7 inclui, como principais unidades funcionais, uma unidade de cálculo de temperatura alvo 71, uma unidade de definição de condições de resfriamento 73, uma unidade de modificação de condições de resfriamento 75 e uma unidade de controle dos cabeçotes de resfriamento 77.

[0027] A unidade de cálculo de temperatura-alvo 71 calcula valores- alvo para a temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0, a temperatura final de resfriamento de cabeça Th1, a temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 e a temperatura final de resfriamento de patim Tf1. A unidade de definição de condições de resfriamento 73 define condições de resfriamento, tais como, tempo de resfriamento para os respectivos cabeçotes de resfriamento 41, 42 e 43, ou volume de ar do meio refrigerante (ar) aspergido a partir dos cabeçotes de resfriamento 41, 42 e 43 com base nos valores-alvo calculados para as temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1. A unidade de modificação de condições de resfriamento 75 modifica as condições de resfriamento com base nos valores reais das temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 obtidos na operação de resfriamento. A unidade de controle dos cabeçotes de resfriamento 77 controla os cabeçotes de resfriamento 41, 42 e 43 para aspergir o meio refrigerante conforme as condições de resfriamento definidas pela unidade de definição de condições de resfriamento 73 ou modificadas pela unidade de modificação de condições de resfriamento 75.

[0028] Como descrito acima, após o processo de resfriamento por tratamento térmico no dispositivo de tratamento térmico 4, o trilho laminado a quente 10 é resfriado no leito de resfriamento 5, eventualmente, até atingir a temperatura ambiente. Neste processo de resfriamento, o trilho 10 pode ser curvado (deformado) vertical ou horizontalmente. A deformação do trilho 10 ocorre não apenas no processo de resfriamento por tratamento térmico no dispositivo de tratamento térmico 4, mas também durante um período em que o trilho 10 é disposto no leito de resfriamento 5, ou seja, durante o tempo no qual o trilho 10 é resfriado a partir de uma faixa de temperatura, imediatamente após o resfriamento por tratamento térmico até atingir a temperatura ambiente. A FIGURA 4 é um diagrama que ilustra uma proporção δ de deformação do trilho 10 ao longo do comprimento do produto. A extensão δ de deformação do trilho 10 é definida como a proporção máxima crescente ou a proporção máxima decrescente da superfície superior da cabeça do trilho 10 de uma linha, unindo ambas as extremidades da superfície superior da cabeça do trilho 10 indicada pela linha tracejada com traços longos e curtos alternados ilustrada na FIGURA 4, ou a proporção máxima crescente ou decrescente da superfície inferior do trilho 10 de uma linha (não ilustrado) unindo ambas as extremidades da superfície inferior do trilho de 10 na presente modalidade. A proporção crescente é representada por um valor negativo, e a proporção decrescente é representada por um valor positivo.

[0029] A FIGURA 5 é um diagrama que ilustra curvas de transição indicando as temperaturas de superfície (doravante simplesmente denominadas temperaturas) do trilho 10 no processo de resfriamento por tratamento térmico, e uma mudança de temperatura da cabeça 11 é indicada pela linha em negrito e, do patim 13, uma mudança de temperatura está indicada pela linha fina. No exemplo ilustrado na FIGURA 5, o cabeçote de resfriamento do patim 43 primeiramente asperge o meio refrigerante para resfriar o patim 13, e o tempo inicial de resfriamento da cabeça 11 inicia 15 segundos após o tempo inicial de resfriamento do patim 13, quando o cabeçote de resfriamento superior de cabeça 41 e os cabeçotes de resfriamento laterais de cabeça 42 começam a aspergir o meio refrigerante para resfriar a cabeça 11. O tempo final de resfriamento da cabeça 11 e do patim 13 ocorre 135 segundos após o tempo de inicial de resfriamento do patim 13, quando os cabeçotes de resfriamento 41, 42 e 43 cessam a aspersão do meio refrigerante para finalizar simultaneamente o resfriamento na cabeça 11 e no patim 13.

[0030] Como ilustrado na FIGURA 5, a temperatura da cabeça 11 do trilho 10 no processo de resfriamento por tratamento térmico diminui progressivamente da temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0 que é a temperatura da cabeça 11 no tempo inicial de resfriamento (15 segundos) da cabeça 11. A temperatura da cabeça 11 aumenta por um determinado tempo devido à liberação de calor de transformação, e diminui para a temperatura final de resfriamento de cabeça Th1 que é a temperatura da cabeça 11 no tempo final de resfriamento da cabeça (135 segundos). A temperatura aumenta novamente por um determinado tempo em função da recuperação de calor, e então diminui até a temperatura ambiente. A temperatura do patim 13 muda da mesma maneira. A temperatura do patim 13 do trilho 10 durante o processo de resfriamento por tratamento térmico diminui a partir da temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 que é a temperatura do patim 13 no tempo de início do resfriamento (0 segundos) do patim 13 para a temperatura final de resfriamento Tf1 que é uma temperatura do patim 13 no tempo final de resfriamento (135 segundos) do patim 13, e diminui para a temperatura ambiente.

[0031] Os inventores da presente invenção modificaram as condições de resfriamento e realizaram o resfriamento por tratamento térmico. Os inventores estudaram a proporção δ de deformação do trilho 10 resfriado à temperatura ambiente e constataram uma correlação entre a temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0, a temperatura final de resfriamento de cabeça Th1, a temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 e a temperatura final de resfriamento de patim Tf1 do trilho 10 no processo de resfriamento por tratamento térmico e a proporção δ de deformação do trilho 10 à temperatura ambiente.

[0032] Em outras palavras, os inventores concluíram que a proporção δ, de deformação à temperatura ambiente pode ser representada por uma expressão empregando as temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1, especificamente, representada por uma fórmula de regressão representada pela expressão (1) obtida por cálculos de regressão empregando as temperaturas Th0, Th1, Th0 e Tf1. O valor constante da expressão (1) é -1.254. Os coeficientes e o valor constante são ilustrativos e são calculados dependendo das condições, tais como, tipos de trilho. Os inventores utilizaram um trilho com 25 m de comprimento (61,69 kg por km [136 libras por jarda]) neste exemplo. A forma da expressão pode ser alterada conforme o caso.

[0033] A proporção de δ de deformação à temperatura ambiente = -1,06Th0 + 4,02Thi + 2, 59Tfo - 2, 86Tfi + constante... (1)

[0034] A FIGURA 6 é um diagrama que ilustra uma relação entre uma proporção real δ (mm) de deformação e uma proporção estimada δ (mm) de deformação. A proporção real δ de deformação é uma proporção δ de deformação do trilho 10 obtida medindo-se a deformação que o trilho 10 realmente tem quando o trilho 10 é resfriado até a temperatura ambiente. A proporção estimada δ de deformação é um valor de regressão obtido pela substituição dos valores reais das temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 no processo de tratamento térmico pelas temperaturas correspondentes na expressão (1) acima. A FIGURA 6 ilustra uma alta correlação entre a proporção real δ e a proporção estimada δ de deformação.

[0035] Na presente modalidade, valores-alvo para as temperaturas ideais Th0, Th1, Tf0 e Tf1 são calculados com os quais a proporção δ de deformação na temperatura ambiente tenha um valor de zero utilizando uma expressão relacional, como a expressão (1), e as circunstâncias de resfriamento são definidas e modificadas de modo que as temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 da cabeça 11 principais e do patim 13, no processo de resfriamento por tratamento térmico, atinjam os valores-alvo calculados para controlar a operação de aspersão do meio refrigerante. Isto impede a eventual deformação do trilho 10 quando esse é resfriado até atingir a temperatura ambiente.

[0036] A FIGURA 7 é um fluxograma que ilustra o procedimento de tratamento térmico implantado pelo dispositivo de tratamento térmico 4. O dispositivo de tratamento térmico 4 implanta o método de resfriamento de trilhos ao realizar os processos ilustrados na FIGURA 7.

[0037] Como ilustrado na FIGURA 7, a unidade de cálculo de temperatura-alvo 71 calcula valores-alvo para a temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0, a temperatura final de resfriamento de cabeça Th1, a temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 e a temperatura final de resfriamento de patim Tf1 (Etapa S1). Especificamente, a unidade de cálculo de temperatura-alvo 71 calcula valores-alvo para as temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 através de uma expressão relacional, como a expressão (1) acima para que a proporção δ de deformação na temperatura ambiente tenha um valor de zero.

[0038] No cálculo dos valores-alvo para as temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1, definem-se antecipadamente as restrições a seguir.

[0039] Os valores-alvo para a temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0 e temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 precisam ser valores viáveis para que o trilho possa atingir as temperaturas-alvo quando processadas pelo dispositivo de tratamento térmico 4 em uma linha de produção real. Definir uma temperatura elevada que nunca foi utilizada em operações anteriores, por exemplo, é impraticável. Assim, os limites das temperaturas Th0 e Tf0 são definidos antecipadamente com base nos resultados das operações anteriores. O valor alvo para a temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0 é definido para um valor igual ou superior ao limite inferior da temperatura à qual a dureza necessária da cabeça do trilho pode ser atribuída. Especificamente, o valor alvo para a temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0 precisa ser uma temperatura na qual a cabeça é transformada na fase de austenita.

[0040] O valor alvo para a temperatura final de resfriamento de cabeça Th1 tem que ser definido para uma temperatura sob a qual a transformação da cabeça 11 pode ser concluída para que as qualidades, como a dureza necessária da cabeça 11 sejam garantidas. Assim, um limite superior é definido no valor alvo da temperatura final de resfriamento de cabeça Th1 em termos de conclusão da transformação. A definição de um valor extremamente baixo para os valores-alvo para a temperatura final de resfriamento de cabeça Th1 e para a temperatura final de resfriamento de patim Tf1 requer um tempo de processamento maior do que o necessário no dispositivo de resfriamento forçado (dispositivo de tratamento térmico). Assim, é preferível definir um limite inferior dos valores-alvo para as temperaturas Th1 e Tf1.

[0041] Os valores das temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 são calculados para satisfazer as restrições descritas acima e com as quais δ = 0 seja obtido a partir de uma expressão relacional, como a expressão (1), e os valores sejam definidos para serem os valores-alvo.

[0042] O resfriamento por tratamento térmico na cabeça 11 do trilho 10 continua até que o trilho 10 esteja completamente transformado a fim de garantir as qualidades, como dureza necessária, para a cabeça 11. Isso determina uma faixa de temperatura e o tempo de resfriamento (taxa de resfriamento) para a cabeça 11 no processo de resfriamento por tratamento térmico necessário para garantir as qualidades-alvo. O resfriamento por tratamento térmico no patim 13 é realizado para evitar deformações do trilho 10 causadas pela tensão térmica que ocorre devido a uma diferença de temperatura entre a cabeça 11 e o patim 13. Assim, as condições de resfriamento do patim 13 podem ser ajustadas em certa medida, contanto que a deformação seja suprimida dentro de uma faixa permitida. Na presente modalidade, a unidade de cálculo da temperatura alvo 71 calcula valores-alvo para as temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 ajustando os valores da temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 e da temperatura final de resfriamento de patim Tf1 para que a proporção δ de deformação à temperatura ambiente chegue próximo de zero, tanto quanto possível. A faixa permitida de deformação pode ser determinada dependendo do processo de fabricação ou da utilidade do trilho. Exemplos de faixas permitidas incluem tolerâncias de deformação permitidas para um produto. Quando o processo de produção inclui um processo de desempenamento por rolete realizado sobre o trilho na linha de produção depois de passar pelo processo de resfriamento por tratamento térmico, a faixa permitida pode ser determinada considerando-se o efeito do desempenamento sobre a deformação durante o procedimento de desempenamento por rolete.

[0043] A unidade de definição de condições de resfriamento 73 define condições de resfriamento com base nos valores-alvo para as temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 calculadas na Etapa S1 (Etapa S3). Nesse processo, as condições de resfriamento para a cabeça 11 precisam ser definidas de forma que a faixa de temperatura e o tempo de resfriamento para a cabeça 11 no processo de resfriamento por tratamento térmico sejam viáveis pelas mesmas razões da Etapa S1. A unidade de definição de condições de resfriamento 73, na presente modalidade, define condições de resfriamento para o patim 13, especificamente, define os tempos inicial e final de resfriamento do cabeçote de resfriamento do patim 43 e/ou o volume de ar do meio refrigerante aspergido pelo cabeçote de resfriamento do patim 43 para serem as condições de resfriamento.

[0044] Quando se definem os tempos inicial e final de resfriamento, por exemplo, a unidade de definição de condições de resfriamento 73 define-os para que a temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 e a temperatura final de resfriamento de patim Tf1 atinjam valores-alvo juntamente com o resfriamento por tratamento térmico na cabeça 11 com base nos resultados das operações anteriores, por exemplo. O volume de ar do meio refrigerante também pode ser definido com base nos resultados das operações anteriores. A unidade de definição de condições de resfriamento 73 pode definir o volume de ar do meio refrigerante para que as temperaturas Tf0 e Tf1 atinjam os valores-alvo. Durante o processamento da Etapa S3, requer-se simplesmente que a unidade de definição de condições de resfriamento 73 defina as condições de resfriamento para que os valores reais das temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 no processo de resfriamento por tratamento térmico atinjam os valores-alvo para as temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 calculadas na Etapa S1. Assim, a unidade de definição de condições de resfriamento 73 pode definir as condições de resfriamento ajustando tanto o tempo inicial quanto o tempo final de resfriamento e o volume de ar do meio refrigerante.

[0045] Após a Etapa S3, o dispositivo de tratamento térmico 4 inicia o resfriamento por tratamento térmico no trilho 10, e a unidade de controle dos cabeçotes de resfriamento 77 controla os cabeçotes de resfriamento 41, 42 e 43 para aspergirem o meio refrigerante em conformidade com as condições de resfriamento definidas (Etapa S5). Depois que o processo de tratamento térmico é iniciado conforme descrito acima, o controlador 7 monitora as temperaturas da cabeça 11 e patim 13 continuamente alimentadas a partir do termômetro da cabeça 47 e do termômetro do patim 49. Se os valores reais das temperaturas Th0, Th1, Tf0, e Tf1 corresponderem aos valores alvo definidos na etapa S1 (Sim, na Etapa S7), o dispositivo de tratamento térmico 4 repete o processo de resfriamento por tratamento térmico nos trilhos 10 sequencialmente transportados da fresa de acabamento 2, como matérias de processamento.

[0046] Se os valores reais das temperaturas Th0, Th1, Tf0, e Tf1 não corresponderem aos valores-alvo (Não, na Etapa S7), a unidade de modificação de condições de resfriamento 75 modifica as condições de resfriamento (Etapa S9). A presente modalidade admite fundamentalmente um caso em que a temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 e a temperatura final de resfriamento de patim Tf1 não corresponde aos valores-alvo. Especificamente, quando as temperaturas Tf0 e Tf1 estão definidas para não corresponderem aos valores-alvo, a unidade de modificação de condições de resfriamento 75 obtém uma diferença de temperatura entre o valor real e o valor alvo e modifica as condições de resfriamento para o patim 13, de acordo com a diferença de temperatura obtida. Em caso de modificação do tempo inicial de resfriamento, por exemplo, quando o valor real da temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 é inferior ao valor alvo, a unidade de modificação de condições de resfriamento 75 modifica o tempo inicial de resfriamento para um tempo anterior para que o valor real corresponda ao valor alvo. Mais especificamente, quando o valor real da temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0, ilustrado na FIGURA 5 for inferior ao valor alvo, a unidade de modificação de condições de resfriamento 75 modifica o tempo inicial de resfriamento (zero segundo) que está definido o patim 13 de tal modo que o tempo inicial de resfriamento seja alterado para um tempo anterior, durante um determinado período, em conformidade com a diferença de temperatura entre o valor alvo e o valor real. O período em conformidade com a diferença de temperatura pode ser determinado com base nos resultados das operações anteriores, por exemplo.

[0047] A descrição acima é ilustrativa e não limitadora. As condições de resfriamento podem ser modificadas recalculando-se os valores alvo para as temperaturas Th0, Th1, Tf0, e Tf1, e utilizando-se a expressão (1) acima, para que a proporção δ de deformação à temperatura ambiente tenha um valor igual a zero e, redefinindo as condições de resfriamento com base nos valores alvo recalculados da mesma forma em que foram calculados na Etapa S3.

[0048] A unidade de controle dos cabeçotes de resfriamento 77 controla os cabeçotes de resfriamento 41, 42 e 43 para aspergirem o meio refrigerante conforme as condições de resfriamento modificadas no processo de resfriamento por tratamento térmico subsequente (Etapa S11). Contanto que a operação continue (Não, na Etapa 13), o processo retorna à Etapa S7 e os processos descritos acima se repetem.

EXEMPLOS

[0049] Os inventores realizaram o resfriamento por tratamento térmico em conformidade com o procedimento ilustrado na FIGURA 7 e estudaram a proporção δ de deformação à temperatura ambiente. Os inventores utilizaram um trilho com 25 m de comprimento (61,69 kg por km [136 libras por jarda]). O trilho tem normalmente uma temperatura de cerca de 900°C imediatamente após a termo lamina ção na fresa de acabamento 2, sendo a temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0 de cerca de 720°C e a temperatura final de resfria mento de cabeça Th1 de cerca de 420°C. Nesse sentido, os inventores definiram o valor alvo para a temperatura inicial de resfriamento de cabeça Tho em 720°C e o valor alvo para a temperatura final de resfriamento de cabeça Th1 em 420°C. Os inventores calcularam os valores-alvo para a temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 e a temperatura final de resfriamento de patim Tf1 utilizando a expressão (1) acima e obtiveram a temperatura Tfo de 680°C e a temperatura Tfi, de 500°C. Os inventores então começaram o resfriamento por tratamento térmico e monitoraram as temperaturas da cabeça e do patim para constatarem que o valor real da temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 foi de 660°C, inferior ao valor alvo. Os valores reais da temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0 e a temperatura final de resfriamento de cabeça Thi corresponderam substancialmente aos valores-alvo.

[0050] Os inventores demonstraram um primeiro exemplo em que o tempo inicial de resfriamento para o patim i3 foi alterado para um tempo anterior de i0 segundos para que a temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 atingisse o valor alvo de 680°C. O cabeçote de res friamento de patim 43 foi controlado para aspergir o meio refrigerante, em conformidade com o que foi definido.

[0051] Os inventores demonstraram um segundo exemplo em que o valor alvo para a temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 foi alterada para o valor real de 660°C, e o valor alvo da temperatura final de resfriamento de patim Tfi foi recalculada de acordo com a expressão (i) acima, para que a proporção δ de deformação tivesse um valor de zero. O recém-obtido valor alvo da temperatura final de resfriamento de patim Tfi foi de 482°C. Os inventores aumentaram o volume de ar do meio refrigerante do cabeçote de resfriamento de patim 43, de acordo com a diferença de temperatura entre o novo valor alvo obtido de 482°C e o valor alvo antigo de 500°C para que a temperatu ra final de resfriamento de patim Tfi tivesse um novo valor alvo de 482°C. O cabeçote de resfriamento de patim 43 foi controlado para aspergir o meio refrigerante, em conformidade com o que foi definido.

[0052] Os inventores também demonstraram um exemplo comparativo no qual o resfriamento por tratamento térmico foi continuado sem modificar as condições de resfriamento. Os inventores repetiram o processo de resfriamento por tratamento térmico para 10 peças de trilhos em cada exemplo, e mediram a proporção δ de deformação de cada trilho resfriado até atingir a temperatura ambiente.

[0053] Os resultados demonstraram que as proporções δ de deformação medida à temperatura ambiente no primeiro e segundo exemplos estão entre ± 15 mm. A faixa permitida da proporção δ de deformação está entre ± 20 mm para trilhos deste tipo. Assim, os resultados obtidos nos primeiro e segundo exemplos foram bons porque as proporções δ de deformação estavam dentro da faixa permitida. No exemplo comparativo, no entanto, a deformação descendente (50 a 70 mm) foi medida nos trilhos e as proporções δ de deformação à temperatura ambiente estavam fora da faixa permitida. Requer-se um processo de desempenamento por prensa para trilhos com as proporções δ de deformação fora da faixa permitida à temperatura ambiente, para desempenar os trilhos deformados.

[0054] De acordo com a presente modalidade descrita acima, os valores-alvo para as temperaturas ideais Th0, Th1, Tf0 e Tf1 podem ser calculados com os quais a proporção δ de deformação possui valor zero à temperatura ambiente, em conformidade com uma relação, como a expressão (1), entre as temperaturas pré-determinadas (isto é, a temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0 ,a temperatura final de resfriamento de cabeça Th1, a temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0 e a temperatura final de resfriamento de patim Tf1) do trilho de 10 no processo de resfriamento por tratamento térmico e a proporção δ de deformação do trilho 10 na temperatura ambiente. A cabeça e o patim do trilho podem ser resfriados definindo-se as condições de resfriamento de modo que as temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 da cabeça 11 e do patim 13 no processo de resfriamento por tratamento térmico atinjam os valores-alvo calculados. Quando os valores reais das temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 desviam-se dos valores-alvo na operação, as condições de resfriamento podem ser modificadas de modo que as temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 atinjam os valores-alvo. Isso pode certamente reduzir a deformação que o trilho eventualmente apresenta quando esse é resfriado até atingir a temperatura ambiente. Isso elimina a necessidade do processo de desempenamento por prensa para desempenar o trilho deformado, melhorando, portanto, a produtividade.

[0055] Embora os valores-alvo da temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0, da temperatura final de resfriamento de cabeça Th1, da temperatura final de resfriamento de patim Tf0 e da temperatura final de resfriamento de patim Tf1 sejam calculados na modalidade descrita acima, as condições de resfriamento podem ser modificadas de modo que as faixas de valor alvo para as temperaturas Th0, Th1, Tf0 e Tf1 sejam calculadas e os valores reais das mesmas estejam dentro das faixas de valor alvo.

[0056] Embora, na modalidade descrita acima, as condições de resfriamento para o patim 13 sejam definidas e modificadas, as condições de resfriamento para a cabeça 11 também podem ser definidas e modificadas. Quando, por exemplo, os valores alvo para a temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0 e para a temperatura final de resfriamento Th1 da cabeça possuem uma determinada faixa, os valores alvo para a temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0 e para a temperatura final de resfriamento de cabeça Th1 podem ser modificados conforme apropriado para que as temperaturas estejam dentro da faixa (faixa de valor alvo). Nesse sentido, as condições de resfriamento para a cabeça 11, ou seja, o tempo inicial e o tempo final resfriamento do cabeçote de resfriamento superior de cabeça 41 e os cabeçotes de resfriamento laterais de cabeça 42, ou o volume de ar do meio refrigerante aspergido pelo cabeçote superior de resfriamento de cabeça 41 e pelos cabeçotes laterais de resfriamento de cabeça 42 podem ser definidos ou modificados. LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS 4 Dispositivo de resfriamento forçado, (Dispositivo de tratamento térmico) 41 Cabeçote de resfriamento superior de cabeça 42 Cabeçote de resfriamento lateral de cabeça 43 Cabeçote de resfriamento de patim 45 Pinça 47 Termômetro de cabeça 49 Termômetro de patim 50 Controlador 71 Unidade de cálculo de temperatura alvo 73 Unidade de definição de condições de resfriamento 75 Unidade de modificação de condições de resfriamento 77 Unidade de controle de cabeçotes de resfriamento 8 Unidade de armazenamento Th0 Temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th1 Temperatura final de resfriamento de cabeça Tf0 Temperatura inicial de resfriamento de patim Tf1 Temperatura final de resfriamento de patim δ Proporção de deformação

Claims

1. Método de resfriamento de trilho para a execução de resfriamento forçado em uma cabeça e um patim de um trilho laminado a quente, em que o método de resfriamento de trilho é caracterizado pelo fato de que compreende: calcular uma proporção de deformação estimada a temperatura ambiente, baseando-se em uma fórmula, a qual é um valor de regressão obtido por cálculos de regressão utilizando temperaturas que incluem (1) temperatura inicial de resfriamento de cabeça Th0, (2) temperatura final de resfriamento de cabeça Th1, (3) temperatura inicial de resfriamento de patim Tf0, e (4) temperatura final de resfriamento de patim Tf1; sendo que a fórmula é expressada como: a proporção de deformação estimada a temperatura ambiente = -1,06Th0 + 4,02Th1 + 2,59Tfo - 2, 86Tfi + constante; medir a proporção real de deformação do trilho que é a deformação que o trilho realmente apresenta quando o trilho é resfriado a temperatura ambiente após resfriamento forçado; calcular, baseando-se na relação entre a real proporção de deformação, e a proporção de deformação estimada a temperatura ambiente, o valor alvo ou a faixa de valores-alvo para cada temperatura Th0, Th1, Tf0, Tf1, de modo que a proporção de deformação do trilho a temperatura normal esteja dentro de uma faixa permissiva. definir uma condição de resfriamento em conformidade com o valor alvo ou a faixa de valor alvo a fim de realizar o resfriamento forçado na cabeça e no patim.

2. Método de resfriamento de trilho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente: obter um valor real de cada uma das temperaturas em um processo de resfriamento na cabeça e no patim; e quando o valor real diferir do valor alvo ou estiver fora da faixa do valor alvo, modificar a condição de resfriamento, de modo que cada uma das temperaturas corresponda ao valor real ou esteja dentro da faixa de valor alvo para realizar o resfriamento forçado na cabeça e no patim.

3. Método de resfriamento de trilho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: quando o valor real obtido diferir do valor alvo ou estiver fora da faixa de valor alvo, recalcular um valor alvo ou uma faixa de valor alvo para pelo menos uma das temperaturas com base na relação entre a real proporção de deformação e a proporção de deformação estimada, para modificar a condição de resfriamento, de tal modo que cada uma das temperaturas corresponda ao valor alvo recalculado ou esteja dentro da faixa de valor alvo recalculada.

4. Método de resfriamento de trilho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a relação entre a real proporção de deformação e a proporção de deformação estimada é representada por uma expressão linear.

5. Método de resfriamento de trilho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que: o resfriamento forçado na cabeça e no patim é realizado com um meio refrigerante predeterminado; e a condição de resfriamento é, pelo menos, um tempo de resfriamento para resfriar o patim e/ou uma proporção do meio refrigerante utilizado para resfriar o patim.