鑄坯質(zhì)量檢測：連鑄生產(chǎn)的核心保障

前言
在鋼鐵生產(chǎn)的連續(xù)鑄造環(huán)節(jié)中，鑄坯質(zhì)量直接決定了后續(xù)軋制工序的效率和最終產(chǎn)品的性能。鑄坯檢測作為質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如同守護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量的生命線，貫穿于連鑄生產(chǎn)的始終。其核心目標(biāo)在于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除存在缺陷的坯料，防止缺陷流入下游工序造成更大損失，同時(shí)為工藝優(yōu)化提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

質(zhì)量生命線：鑄坯常見缺陷類型及影響

鑄坯在凝固和冷卻過程中，受工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、操作水平等多重因素影響，可能產(chǎn)生多種缺陷：

1. 表面缺陷：

   • 裂紋： 表面縱裂、橫裂、角部裂紋等，是最常見也最危險(xiǎn)的缺陷之一。裂紋不僅影響產(chǎn)品外觀，更可能在后續(xù)加工中擴(kuò)展，導(dǎo)致斷裂或性能下降。
   • 結(jié)疤/重皮： 鋼液飛濺或保護(hù)渣卷入凝固殼形成的不規(guī)則凸起或薄層，影響表面質(zhì)量和軋制。
   • 夾渣/夾雜： 保護(hù)渣、耐火材料等非金屬物質(zhì)被卷入鑄坯表面或皮下區(qū)域，破壞基體連續(xù)性，降低力學(xué)性能和加工性能。
   • 凹陷/鼓肚： 因凝固殼強(qiáng)度不足或支撐不當(dāng)導(dǎo)致的鑄坯表面局部下陷或凸起，影響尺寸精度和內(nèi)部質(zhì)量。
   • 振痕異常： 結(jié)晶器振動(dòng)不當(dāng)造成的振痕過深或形狀不規(guī)則，可能成為裂紋源。

2. 內(nèi)部缺陷：

   • 內(nèi)部裂紋： 如中間裂紋、角部內(nèi)裂、中心裂紋等，通常位于凝固前沿或脆弱區(qū)域，軋制時(shí)難以焊合，嚴(yán)重影響產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量。
   • 中心偏析與疏松： 鑄坯中心部位化學(xué)成分不均勻（偏析）和存在微小孔洞（疏松），導(dǎo)致該區(qū)域強(qiáng)度、韌性下降，是厚板、管線鋼等高端產(chǎn)品的主要控制難點(diǎn)。
   • 縮孔： 凝固末期補(bǔ)縮不足在鑄坯頭部形成的較大孔洞。
   • 皮下氣泡/針孔： 位于鑄坯表皮下的微小氣孔，暴露在表面后形成缺陷或?qū)е萝堉破鹌ぁ?/li>

3. 形狀與尺寸缺陷： 鑄坯橫截面形狀不規(guī)則（如脫方、鼓肚）、長度方向彎曲（鐮刀彎）、尺寸超差（寬度、厚度）等，影響后續(xù)軋制穩(wěn)定性和成材率。

這些缺陷輕則導(dǎo)致產(chǎn)品降級、報(bào)廢，增加生產(chǎn)成本；重則可能在后續(xù)加工或使用中引發(fā)安全事故。因此，在生產(chǎn)線上進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的檢測至關(guān)重要。

技術(shù)之眼：主流鑄坯檢測技術(shù)與方法

現(xiàn)代鑄坯檢測技術(shù)已形成在線、離線相結(jié)合的綜合體系，利用多種物理原理對鑄坯進(jìn)行全面“體檢”：

1. 表面質(zhì)量檢測：

   • 機(jī)器視覺（光學(xué)檢測）： 主流在線檢測手段。通過部署在鑄流不同位置（如切割前、去毛刺后、精整區(qū)）的高分辨率工業(yè)相機(jī)，結(jié)合高強(qiáng)度、特定角度的照明系統(tǒng)（如LED線光源、面光源），實(shí)時(shí)捕捉鑄坯表面圖像。利用齊全的圖像處理算法（邊緣檢測、紋理分析、模式識別、深度學(xué)習(xí)）自動(dòng)識別裂紋、結(jié)疤、夾渣、凹陷、氧化鐵皮殘留等各類表面缺陷，并進(jìn)行分類、定位和尺寸測量。具有非接觸、速度快、覆蓋范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
   • 渦流檢測 (ECT)： 對表面和近表面裂紋、折疊等開口缺陷靈敏度高。適用于在線或離線抽檢，常用于對表面質(zhì)量要求極高的鋼種（如汽車板、家電板）的補(bǔ)充檢測。

2. 內(nèi)部質(zhì)量檢測：

   • 超聲波檢測 (UT)：
     • 手動(dòng)UT： 離線檢測的傳統(tǒng)方法，使用便攜式超聲波探傷儀，由操作人員對鑄坯特定部位（如端部、疑似缺陷區(qū)）進(jìn)行掃描。靈活性高，但效率低、覆蓋不全、人為因素影響大。
     • 自動(dòng)超聲檢測 (AUT)： 在線或離線自動(dòng)進(jìn)行。鑄坯通過檢測區(qū)域時(shí)，多個(gè)超聲探頭（通常采用相控陣或多通道技術(shù)）沿長度和寬度方向進(jìn)行掃描。探頭通過水或耦合劑與鑄坯耦合，發(fā)射超聲波并接收反射回波。通過分析回波信號的位置、幅度和特征，可以探測內(nèi)部裂紋、夾雜、中心偏析、疏松等缺陷，并能進(jìn)行缺陷定位和定量評估（深度、尺寸）。是評價(jià)鑄坯內(nèi)部質(zhì)量最有效的手段。
   • 電磁超聲檢測 (EMAT)： 一種非接觸式超聲檢測技術(shù)，無需耦合劑。利用電磁效應(yīng)在鑄坯表面激發(fā)和接收超聲波。適用于高溫在線檢測（如切割后熱坯檢測）或表面狀況不佳（如存在氧化鐵皮）的情況，但靈敏度和穿透深度通常低于常規(guī)水耦合法。

3. 尺寸與形狀檢測：

   • 激光輪廓測量/三維掃描： 使用激光測距傳感器（如激光三角法、飛行時(shí)間法）或多線激光掃描儀，快速獲取鑄坯整個(gè)表面或關(guān)鍵截面的三維輪廓數(shù)據(jù)。可精確測量寬度、厚度、長度、彎曲度、脫方度、鼓肚量等幾何參數(shù)，并檢測表面凹凸不平。是控制鑄坯外形精度的核心設(shè)備。
   • 高溫計(jì)/紅外熱像儀： 主要用于在線監(jiān)測鑄坯表面溫度分布，評估冷卻均勻性，間接反映內(nèi)部凝固狀況，有時(shí)也能輔助發(fā)現(xiàn)表面溫差異常區(qū)域（可能對應(yīng)缺陷）。

4. 其他輔助檢測：

   • 目視檢查： 最基本的方法，由操作工或質(zhì)檢員對鑄坯表面進(jìn)行觀察，作為自動(dòng)檢測的補(bǔ)充或初步篩選。
   • 低倍檢驗(yàn)/硫印/酸浸： 離線實(shí)驗(yàn)室檢測方法。切割鑄坯試樣，經(jīng)過研磨、酸蝕或硫印處理后，宏觀觀察其凝固組織、偏析、裂紋、疏松等缺陷的形態(tài)和分布，是評價(jià)內(nèi)部質(zhì)量的重要依據(jù)，但具有破壞性。

構(gòu)建防線：鑄坯檢測系統(tǒng)的實(shí)施關(guān)鍵與挑戰(zhàn)

要充分發(fā)揮鑄坯檢測系統(tǒng)的效能，確保其成為可靠的質(zhì)量“守門員”，需關(guān)注以下核心環(huán)節(jié)：

1. 系統(tǒng)集成與布局： 根據(jù)生產(chǎn)線速度、鑄坯規(guī)格、關(guān)鍵檢測需求，科學(xué)規(guī)劃各類檢測設(shè)備的安裝位置（在線切割前后、精整區(qū)、冷床等），確保檢測覆蓋關(guān)鍵工序點(diǎn)，并考慮高溫、水汽、氧化鐵皮、振動(dòng)等惡劣環(huán)境對設(shè)備的影響，做好防護(hù)。各系統(tǒng)之間以及與MES/QMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊必須穩(wěn)定可靠。
2. 檢測精度與可靠性： 這是系統(tǒng)的生命線。需要：
   • 高精度傳感： 選用性能穩(wěn)定、分辨率高的相機(jī)、激光器、超聲探頭等核心傳感器。
   • 齊全算法： 持續(xù)開發(fā)和優(yōu)化圖像識別、超聲信號處理、缺陷分類算法，提高檢測的準(zhǔn)確性（減少漏檢和誤報(bào)）。人工智能（尤其是深度學(xué)習(xí)）在提升缺陷識別準(zhǔn)確率方面潛力巨大。
   • 嚴(yán)格標(biāo)定： 定期對尺寸測量系統(tǒng)（激光）、超聲靈敏度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。
   • 抗干擾設(shè)計(jì)： 針對現(xiàn)場環(huán)境（如蒸汽、粉塵、光照變化、振動(dòng)）設(shè)計(jì)有效的抗干擾措施。
3. 數(shù)據(jù)處理與判定： 實(shí)時(shí)處理海量檢測數(shù)據(jù)（圖像、波形、輪廓點(diǎn)云），快速提取特征信息，依據(jù)預(yù)設(shè)的、科學(xué)合理的判定標(biāo)準(zhǔn)（不同鋼種、用途對應(yīng)不同標(biāo)準(zhǔn)）對鑄坯質(zhì)量進(jìn)行自動(dòng)分級（合格、待判、待修磨、報(bào)廢），并生成詳細(xì)的檢測報(bào)告。系統(tǒng)需具備數(shù)據(jù)存儲、追溯、統(tǒng)計(jì)分析功能。
4. 人機(jī)交互與報(bào)警： 提供直觀的人機(jī)界面（HMI），實(shí)時(shí)顯示檢測結(jié)果、報(bào)警信息（聲光報(bào)警）、缺陷圖像/位置等。便于操作人員快速響應(yīng)，對報(bào)警坯進(jìn)行確認(rèn)和處理（如噴號標(biāo)記、剔廢）。
5. 維護(hù)與校準(zhǔn)： 制定嚴(yán)格的設(shè)備點(diǎn)檢、維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃（如鏡頭清潔、耦合水系統(tǒng)維護(hù)、探頭檢查、軟件升級），保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。定期進(jìn)行精度校準(zhǔn)。
6. 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一與人員培訓(xùn)： 建立清晰、可操作的鑄坯質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)，并確保檢測人員、操作人員、工藝人員對該標(biāo)準(zhǔn)理解一致。對相關(guān)人員進(jìn)行系統(tǒng)的操作、維護(hù)和結(jié)果判讀培訓(xùn)。

面臨的挑戰(zhàn)：

• 高溫、高濕、多塵環(huán)境 對設(shè)備穩(wěn)定性和壽命提出嚴(yán)峻考驗(yàn)。
• 氧化鐵皮、水漬、劃痕等干擾物 容易導(dǎo)致視覺系統(tǒng)誤報(bào)。
• 鑄坯表面狀態(tài)（溫度、氧化層）變化 影響光學(xué)和超聲檢測效果。
• 對微小缺陷、特殊類型缺陷（如發(fā)紋） 的穩(wěn)定檢出和準(zhǔn)確識別仍有難度。
• 檢測速度 需與高速連鑄匹配。
• 海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理 對計(jì)算能力要求高。
• 建立普適性強(qiáng)、精準(zhǔn)的缺陷自動(dòng)識別與判定模型是長期課題。

結(jié)語：構(gòu)筑質(zhì)量長城

鑄坯檢測絕非單一的設(shè)備投入，而是一項(xiàng)融合齊全傳感技術(shù)、智能算法、嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)與精益管理的系統(tǒng)工程。它如同在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線上布設(shè)的精密“篩網(wǎng)”和“診斷儀”，實(shí)時(shí)守護(hù)著產(chǎn)品質(zhì)量的底線。通過精準(zhǔn)識別缺陷、快速反饋信息，鑄坯檢測系統(tǒng)不僅有效攔截了不合格品，降低了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)和生產(chǎn)成本，更為連鑄工藝的持續(xù)優(yōu)化提供了不可或缺的數(shù)據(jù)基石。

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)分析、新型傳感技術(shù)的不斷突破，未來的鑄坯檢測將朝著更高精度、更快速度、更強(qiáng)智能化、更全面覆蓋的方向發(fā)展。構(gòu)建高效、可靠的鑄坯質(zhì)量檢測防線，是鋼鐵企業(yè)提升產(chǎn)品競爭力、邁向高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。從原料到工藝，從設(shè)備到管理，從在線到離線，只有環(huán)環(huán)相扣，方能筑起堅(jiān)不可摧的質(zhì)量長城。