连铸坯检测

连铸坯检测：铸钢生命线的质量卫士

引言：质量从源头把控
连铸作为现代钢铁生产的核心环节，其产品质量直接影响后续轧制工序的效率和最终产品的性能。连铸坯内部及表面存在的各类缺陷，如裂纹、夹杂、偏析、气孔等，不仅会造成废品损失，更可能在后续加工和使用过程中引发严重事故。因此，系统、精确、高效的连铸坯检测技术，是保障钢铁产品质量、提升生产效率、降低生产成本的关键环节，是铸钢生命线上不可或缺的“质量卫士”。

一、 连铸坯常见缺陷类型与影响

连铸坯缺陷种类繁多，根据其位置和形态，主要分为表面缺陷和内部缺陷两大类：

1. 表面缺陷：

   • 裂纹： 最常见且危害巨大的缺陷，包括纵向裂纹、横向裂纹、角部裂纹、星状裂纹等。成因涉及热应力、机械应力、钢水成分不当、二冷控制不良等多方面。裂纹易在轧制过程中扩展，导致钢材断裂，是重点检测对象。
   • 夹渣/结疤： 保护渣或氧化皮卷入凝固坯壳形成。影响表面光洁度，严重时导致轧材表面缺陷甚至断裂。
   • 振痕异常： 结晶器振动留下的周期性痕迹，过深或形状异常可能成为裂纹源。
   • 凹陷/凸起： 局部区域的凹凸变形，影响轧制稳定性及尺寸精度。

2. 内部缺陷：

   • 内部裂纹（中间裂纹、角部裂纹）： 通常发生在凝固前沿，由热应力、机械应力或凝固组织脆弱导致。隐蔽性强，危害大。
   • 中心偏析/疏松： 铸坯中心区域元素分布不均（偏析）或组织不致密（疏松）。显著降低钢材的力学性能，特别是韧性和抗疲劳性能。
   • 夹杂物： 内生（脱氧产物）或外来（耐材侵蚀、保护渣卷入）的非金属夹杂物。破坏基体连续性，是裂纹萌生与扩展的起点。
   • 气泡/针孔： 钢液中溶解气体在凝固过程中未能及时逸出而形成。影响材料致密度和性能。

二、 关键检测技术与装备

连铸坯检测技术需满足在线、高速、非接触、高精度、高可靠性的要求。根据检测对象（表面/内部）和位置（铸流/切割后/精整段），主要采用以下方法：

1. 表面缺陷检测技术：

   • 机器视觉表面检测系统： 核心技术。在高温铸流或冷坯输送辊道上方安装高分辨率、高动态范围线阵或面阵相机，配合强光源（LED、激光）照明。
     • 原理： 采集坯料表面图像，通过先进的图像处理和深度学习算法（缺陷识别、分类、尺寸测量）。
     • 优势： 全覆盖、高速度、非接触、可识别裂纹、夹渣、结疤、振痕异常等多种缺陷，并能定位、量化缺陷尺寸。现代系统已具备实时报警、缺陷标记（如喷印）、质量判定等功能。
     • 挑战： 克服高温钢坯强辐射（需特殊滤光）、水汽、氧化铁皮干扰；保证高速运动下的成像清晰度；算法的鲁棒性与泛化能力（适应不同钢种、规格、表面状态变化）。
   • 激光轮廓扫描： 利用激光三角测量或飞行时间法，扫描铸坯表面轮廓。
     • 应用： 主要用于检测凹陷、凸起等几何形状缺陷以及测量铸坯宽度、厚度、弯曲度（镰刀弯）等尺寸信息。
     • 作用： 提供几何精度保障，可与视觉系统互补。

2. 内部缺陷检测技术：

   • 超声波检测：
     • 离线/精整段全自动超声检测： 在精整区域（冷坯或温坯状态），采用多通道探头阵列（通常为水浸法或喷水耦合法）对铸坯进行全覆盖扫查。
     • 原理： 超声波在材料内部传播，遇到缺陷（如裂纹、夹杂、疏松）产生反射、散射或衰减，接收信号分析后可定位、量化内部缺陷。
     • 优势： 对内部体积型缺陷（气孔、夹杂、较大疏松）和面积型缺陷（裂纹）有较好检出能力，可提供深度信息。
     • 挑战： 铸态组织晶粒粗大导致声波散射严重（信噪比低），检测难度大；需要耦合介质（如水）；通常离线进行，实时性受限。
   • 电磁超声检测：
     • 原理： 利用电磁效应在导体（钢坯）中直接激发和接收超声波，无需耦合剂，可实现非接触检测（可保留微小空气间隙）。
     • 优势： 适用于高温（甚至在线铸流）、表面粗糙或有氧化铁皮的铸坯；检测速度快。
     • 应用： 在连铸坯高温在线检测方面具潜力，特别是对近表面缺陷（皮下裂纹、夹杂）的探测。技术成熟度和成本是应用推广的考虑因素。

3. 其他辅助检测技术：

   • 红外热像测温： 监测铸坯表面温度场分布，助力二冷工艺优化，间接预防裂纹等缺陷产生。
   • 电磁感应/漏磁： 可用于检测近表面裂纹或某些类型的夹杂，但在连铸坯粗大晶粒背景下效果受限。

三、 检测实施策略与流程整合

有效的连铸坯检测需要合理的策略和系统集成：

1. 位置选择：

   • 铸流在线检测： 表面检测系统通常部署在扇形段出口或切割前。优点：实时发现缺陷，快速调整工艺；缺点：环境恶劣（高温、水汽、振动），维护要求高。
   • 切割后/输送辊道检测： 表面检测常用位置（坯温稍降），环境相对改善。
   • 精整区/下线检测： 主要进行离线超声检测或更精细的表面复查。优点：环境稳定，可进行深度检测；缺点：滞后性。

2. 多技术融合： 单一技术难以覆盖所有缺陷类型。实践中常采用“在线视觉表面检测 + 离线/在线超声/EMAT内部检测”的组合策略，互为补充。

3. 数据集成与质量判定： 检测系统需与MES、过程控制系统集成。将检测结果（缺陷类型、位置、尺寸、图像）与工艺参数（钢种、拉速、温度、二冷水量等）关联分析，实现：

   • 实时质量判定： 自动分级（合格、待处理、报废）。
   • 缺陷溯源分析： 快速定位工艺问题根源。
   • 质量预测与工艺优化： 基于大数据分析，预测质量趋势，指导工艺改进。

4. 闭环控制（高级应用）： 将关键检测结果（如表面温度不均匀、特定缺陷频发）实时反馈给过程控制系统（如二冷水量动态调节），实现质量问题的主动预防。

四、 技术发展与挑战

连铸坯检测技术持续向更高精度、更快速度、更强智能、更优适应性发展：

1. 智能化： 深度学习算法的应用显著提升了复杂背景下微小缺陷的识别率和分类精度，降低误报漏报。人工智能助力特征提取、模式识别和缺陷预测。
2. 多维度融合： 探索多模态传感融合（如视觉+激光+红外+超声/EMAT），结合不同物理量信息，构建更全面的铸坯质量图谱。
3. 内部缺陷在线检测突破： 高温在线超声/电磁超声检测技术是攻坚重点，目标是实现内部缺陷的实时监控，减少离线检测滞后。
4. 高速高分辨率成像： 适应更高拉速，同时提升微小缺陷（如发纹）的检出能力。
5. 数据处理与利用： 工业大数据平台整合检测数据、工艺数据、设备数据，深度挖掘价值，实现预测性维护和质量精准控制。
6. 适应性挑战： 应对不同钢种（尤其高强钢、特殊钢）、不同断面规格、不同表面状态（氧化皮厚度、颜色变化）带来的检测干扰仍需持续研究。

五、 结语：铸就品质基石，驱动精益生产

连铸坯检测已从传统的离线抽检、人工目视，发展为覆盖全流程、融合多技术的智能化在线质量控制体系。它不仅充当着剔除缺陷坯的“防火墙”，更是优化连铸工艺、提升产品质量稳定性、实现精益化生产的“智慧眼”和“决策脑”。随着人工智能、大数据、新型传感技术的深度融合与应用，连铸坯检测将持续向更智能、更精准、更高效的方向演进，为钢铁工业迈向高质量、绿色化、智能化发展提供坚实可靠的质量保障基础。精准掌握铸坯质量状况，方能铸就钢铁产品的卓越品质。