鑄坯質量檢測：連鑄生產的核心保障

前言
在鋼鐵生產的連續鑄造環節中，鑄坯質量直接決定了后續軋制工序的效率和最終產品的性能。鑄坯檢測作為質量控制的關鍵環節，如同守護產品質量的生命線，貫穿于連鑄生產的始終。其核心目標在于及時發現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，同時為工藝優化提供精準的數據支撐。

質量生命線：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、設備狀態、操作水平等多重因素影響，可能產生多種缺陷：

1. 表面缺陷：

   • 裂紋： 表面縱裂、橫裂、角部裂紋等，是最常見也最危險的缺陷之一。裂紋不僅影響產品外觀，更可能在后續加工中擴展，導致斷裂或性能下降。
   • 結疤/重皮： 鋼液飛濺或保護渣卷入凝固殼形成的不規則凸起或薄層，影響表面質量和軋制。
   • 夾渣/夾雜： 保護渣、耐火材料等非金屬物質被卷入鑄坯表面或皮下區域，破壞基體連續性，降低力學性能和加工性能。
   • 凹陷/鼓肚： 因凝固殼強度不足或支撐不當導致的鑄坯表面局部下陷或凸起，影響尺寸精度和內部質量。
   • 振痕異常： 結晶器振動不當造成的振痕過深或形狀不規則，可能成為裂紋源。

2. 內部缺陷：

   • 內部裂紋： 如中間裂紋、角部內裂、中心裂紋等，通常位于凝固前沿或脆弱區域，軋制時難以焊合，嚴重影響產品內部質量。
   • 中心偏析與疏松： 鑄坯中心部位化學成分不均勻（偏析）和存在微小孔洞（疏松），導致該區域強度、韌性下降，是厚板、管線鋼等高端產品的主要控制難點。
   • 縮孔： 凝固末期補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導致軋制起皮。

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

這些缺陷輕則導致產品降級、報廢，增加生產成本；重則可能在后續加工或使用中引發安全事故。因此，在生產線上進行及時、準確的檢測至關重要。

技術之眼：主流鑄坯檢測技術與方法

現代鑄坯檢測技術已形成在線、離線相結合的綜合體系，利用多種物理原理對鑄坯進行全面“體檢”：

1. 表面質量檢測：

   • 機器視覺（光學檢測）： 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）的高分辨率工業相機，結合高強度、特定角度的照明系統（如LED線光源、面光源），實時捕捉鑄坯表面圖像。利用齊全的圖像處理算法（邊緣檢測、紋理分析、模式識別、深度學習）自動識別裂紋、結疤、夾渣、凹陷、氧化鐵皮殘留等各類表面缺陷，并進行分類、定位和尺寸測量。具有非接觸、速度快、覆蓋范圍廣的優點。
   • 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，常用于對表面質量要求極高的鋼種（如汽車板、家電板）的補充檢測。

2. 內部質量檢測：

   • 超聲波檢測 (UT)：
     • 手動UT： 離線檢測的傳統方法，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）進行掃描。靈活性高，但效率低、覆蓋不全、人為因素影響大。
     • 自動超聲檢測 (AUT)： 在線或離線自動進行。鑄坯通過檢測區域時，多個超聲探頭（通常采用相控陣或多通道技術）沿長度和寬度方向進行掃描。探頭通過水或耦合劑與鑄坯耦合，發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，可以探測內部裂紋、夾雜、中心偏析、疏松等缺陷，并能進行缺陷定位和定量評估（深度、尺寸）。是評價鑄坯內部質量最有效的手段。
   • 電磁超聲檢測 (EMAT)： 一種非接觸式超聲檢測技術，無需耦合劑。利用電磁效應在鑄坯表面激發和接收超聲波。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、飛行時間法）或多線激光掃描儀，快速獲取鑄坯整個表面或關鍵截面的三維輪廓數據。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，并檢測表面凹凸不平。是控制鑄坯外形精度的核心設備。
   • 高溫計/紅外熱像儀： 主要用于在線監測鑄坯表面溫度分布，評估冷卻均勻性，間接反映內部凝固狀況，有時也能輔助發現表面溫差異常區域（可能對應缺陷）。

4. 其他輔助檢測：

   • 目視檢查： 最基本的方法，由操作工或質檢員對鑄坯表面進行觀察，作為自動檢測的補充或初步篩選。
   • 低倍檢驗/硫印/酸浸： 離線實驗室檢測方法。切割鑄坯試樣，經過研磨、酸蝕或硫印處理后，宏觀觀察其凝固組織、偏析、裂紋、疏松等缺陷的形態和分布，是評價內部質量的重要依據，但具有破壞性。

構建防線：鑄坯檢測系統的實施關鍵與挑戰

要充分發揮鑄坯檢測系統的效能，確保其成為可靠的質量“守門員”，需關注以下核心環節：

1. 系統集成與布局： 根據生產線速度、鑄坯規格、關鍵檢測需求，科學規劃各類檢測設備的安裝位置（在線切割前后、精整區、冷床等），確保檢測覆蓋關鍵工序點，并考慮高溫、水汽、氧化鐵皮、振動等惡劣環境對設備的影響，做好防護。各系統之間以及與MES/QMS系統的數據通訊必須穩定可靠。
2. 檢測精度與可靠性： 這是系統的生命線。需要：
   • 高精度傳感： 選用性能穩定、分辨率高的相機、激光器、超聲探頭等核心傳感器。
   • 齊全算法： 持續開發和優化圖像識別、超聲信號處理、缺陷分類算法，提高檢測的準確性（減少漏檢和誤報）。人工智能（尤其是深度學習）在提升缺陷識別準確率方面潛力巨大。
   • 嚴格標定： 定期對尺寸測量系統（激光）、超聲靈敏度等關鍵參數進行標定校驗，確保數據準確。
   • 抗干擾設計： 針對現場環境（如蒸汽、粉塵、光照變化、振動）設計有效的抗干擾措施。
3. 數據處理與判定： 實時處理海量檢測數據（圖像、波形、輪廓點云），快速提取特征信息，依據預設的、科學合理的判定標準（不同鋼種、用途對應不同標準）對鑄坯質量進行自動分級（合格、待判、待修磨、報廢），并生成詳細的檢測報告。系統需具備數據存儲、追溯、統計分析功能。
4. 人機交互與報警： 提供直觀的人機界面（HMI），實時顯示檢測結果、報警信息（聲光報警）、缺陷圖像/位置等。便于操作人員快速響應，對報警坯進行確認和處理（如噴號標記、剔廢）。
5. 維護與校準： 制定嚴格的設備點檢、維護保養計劃（如鏡頭清潔、耦合水系統維護、探頭檢查、軟件升級），保證系統長期穩定運行。定期進行精度校準。
6. 標準統一與人員培訓： 建立清晰、可操作的鑄坯質量判定標準，并確保檢測人員、操作人員、工藝人員對該標準理解一致。對相關人員進行系統的操作、維護和結果判讀培訓。

面臨的挑戰：

• 高溫、高濕、多塵環境 對設備穩定性和壽命提出嚴峻考驗。
• 氧化鐵皮、水漬、劃痕等干擾物 容易導致視覺系統誤報。
• 鑄坯表面狀態（溫度、氧化層）變化 影響光學和超聲檢測效果。
• 對微小缺陷、特殊類型缺陷（如發紋） 的穩定檢出和準確識別仍有難度。
• 檢測速度 需與高速連鑄匹配。
• 海量數據的實時處理 對計算能力要求高。
• 建立普適性強、精準的缺陷自動識別與判定模型是長期課題。

結語：構筑質量長城

鑄坯檢測絕非單一的設備投入，而是一項融合齊全傳感技術、智能算法、嚴格標準與精益管理的系統工程。它如同在高速運轉的生產線上布設的精密“篩網”和“診斷儀”，實時守護著產品質量的底線。通過精準識別缺陷、快速反饋信息，鑄坯檢測系統不僅有效攔截了不合格品，降低了質量風險和生產成本，更為連鑄工藝的持續優化提供了不可或缺的數據基石。

隨著人工智能、大數據分析、新型傳感技術的不斷突破，未來的鑄坯檢測將朝著更高精度、更快速度、更強智能化、更全面覆蓋的方向發展。構建高效、可靠的鑄坯質量檢測防線，是鋼鐵企業提升產品競爭力、邁向高質量發展的必由之路。從原料到工藝，從設備到管理，從在線到離線，只有環環相扣，方能筑起堅不可摧的質量長城。