高温连铸坯探伤技术的研究

国内外连铸坯高温探伤的状况
       对高温状态下连铸坯表面缺陷的探伤，是各工业国家自连铸工艺诞生以来就已引起高度重视并在竞相发展的一项技术。自70年代初不少人就开始了光学、超声和涡流等多种探伤方法的实验研究。近年来取得了较为突出进展的是德国蒂森公司、法国洛林公司和意大利达涅利公司，他们研究开发的在线探伤技术已相继进入工业试验或工业实用阶段。通过使用多通道和多组探头技术，同时对坯材表面进行扫描检查，可有效检出铸坯表面3mm深的裂纹和各种有害缺陷。

连铸坯缺陷的类型
       连铸坯表面缺陷是影响连轧机产量和铸坯质量的重要缺陷。据统计，铸坯的各类缺陷中裂纹占50%，而铸坯出现裂纹，重者会导致拉漏或废品，轻者要进行精整。这样既影响铸机生产率，又影响产品质量，增加了成本。铸坯缺陷可分为以下三类：表面缺陷：包括表面纵裂纹、横裂纹、网状裂纹、皮下夹杂、皮下气孔、表面凹陷等，如图1所示。

    1-角部横裂纹;2-角部纵裂纹;3-表

面横裂纹;4-宽面纵裂纹;5-星状裂纹;6-振动痕迹;7-气孔;8-大型夹杂物
    图1　连铸坯表面缺陷示意图

      内部缺陷：包括中间裂纹、皮下裂纹、压下裂纹、夹杂、中心裂纹和偏析等。形状缺陷：方坯菱变(脱方)和板坯鼓肚。

       连铸坯表面缺陷常用检测方法、原理铸坯表面质量是铸坯质量的重要指示之一，铸坯表面缺陷性质及程度是判断铸坯是否合格的重要依据之一，需要对铸坯表面进行定量检测。近年来，随着连铸坯热装热送技术的发展，对连铸坯表面缺陷进行在线检测的要求也愈显迫切。当前，实用的连铸坯表面缺陷检测方法有：光学检测法、超声波检测法、涡流检测法等，本文将重点介绍光学法和涡流检测法。

        1　光学检测法原理和设备报价
        光学检测法检验铸坯表面缺陷装置由光源、工业摄像机、信号处理、输出装置等组成，如图2所示。

   
    图2　铸坯表面缺陷光学检测法示意图

       光源：因铸坯温度较高，并有热辐射，需要对表面用强光照射，故采用三个水银灯照射铸坯表面。

       工业摄像机：用三台摄像机从不同的角度摄取铸坯宽度方向图像(包括裂纹、振痕及凹凸不平等)。

       信号处理装置：将摄像机获取的视频信号进行处理，去掉振痕及凹凸不平信号，只留下裂纹信号在荧光屏上显示，经缩小比例后在打印机上打出图形，打印纸移动速度与铸坯同步，操作人员观察打印结果对铸坯表面质量做出判断，决定切割尺寸并决定是否可直接热送。

    此套设备目前市场报价约1000～2000万元，价格昂贵，且设备磨损、更换率较高。

       2　涡流检测法原理、结构、主要技术指标、探伤工艺及设备报价
      1)　涡流检测法
      检测铸坯表面缺陷装置由检测台、前后垂直压送辊装置、中央检测铸机、除鳞装置、电控操作台等组成。

      ①检测台：检测台用于支撑中央检测铸机。检测台高度可通过手柄调整，使中央检测主机对正被检铸坯。

       ②前后垂直压送辊装置：前后垂直压送辊用来使被检铸坯通过中央检测头时匀速稳定。压轮由气缸和弹簧双重顶推。

      ③中央检测主机：中央检测主机置于检测台之上。其上有四个旋转盘，完成对每块铸坯表面的扫差。

      ④除鳞装置：用于去除铸坯表面的氧化皮，消除对涡流探伤形成噪声的影响。

       ⑤电控操作台：用来控制整个检测过程和各单元部分的机械动作及调整仪器参数。可实现“

全自动探伤”和“半自动探伤”两种模式的检测。

       2) 连铸坯表面涡流探伤的主要技术指标。
       ①探伤对象：各种尺寸的圆坯、方坯和板坯。
       ②铸坯钢种：普碳钢或合金钢。
       ③检测温度：400～1000℃。
       ④检测速度：≤3～40m/min。
       ⑤允许速度波动范围：0～40m/min。
       ⑥检测缺陷类型和大小：深度或高度大于3mm的痕、压痕、擦伤、皱皮纹、冷溅、耳子、凸块、凹坑和深度大于3mm的裂纹。
        ⑦剪切后铸坯的端部探伤盲区：50mm。
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bsp;       ⑧检出缺陷后的处理：即时给出声光报警信号;自动或手动分送缺陷铸坯至下料槽中。
        ⑨中央检测台占地：≤1m(传输线方向)

       3)　高温连铸坯表面涡流探伤工艺介绍。
       ①连铸圆坯探伤
       对于连铸圆坯，可采用穿过式涡流探伤的方法进行检测。如图3所示：

    图3　连铸圆坯探伤示意图

       这种方法是让连铸圆坯穿过涡流检测探头，在圆坯直线传输的过程中，完成对整个圆坯表面的检查。在圆坯直径较小的情况下，可采用单通道的涡流探测方式;如果圆坯直径较大，为了提高检测灵敏度，可采用多道的方式进行检查。

       ②连铸方坯探伤
       对于连铸方坯，可采用旋转点探头式涡流探伤的方法进行检查。如图4所示：

    图4　连铸方坯探伤示意图

       这种方法是将点式涡流探头安装与旋转盘(又称旋转头)中，当旋转盘做高速旋转运动和方坯直线前进时，探头完成对铸坯一个平面的扫查。两相对放置的四个旋转涡流探头，完成对连铸方坯四个面的探伤检测。

       ③连铸板坯探伤
       对于连铸板坯，可采用放置式探头的涡流探伤方法进行检查。如图5所示：

    图5　连铸板坯探伤示意图

       这种方法是将若干个放置式涡流探头一字型排列，当板坯直线传输经过组合探头时，即可完成对铸坯一个平面的探测检查。以同样方法，在板坯的其他表面设置摆放阵列探头，即可完成对整个连铸板坯表面的检查。

       4)　此套设备目前市场报价约200～300万元，是光学检测法设备价格的十分之一，且设备使用率高，维修方便。

       高温连铸坯在线自动化探伤是近些年发展起来的新的无损检测技术，它的技术内涵高，我国目前对连铸高温状态探伤技术的应用尚属空白，由于它是在连铸生产线恶劣的工程环境下实施，所以需要精益的设计和高标准、高质量的建造。它的投入是较大的，但随着连铸轧机及热送直轧技术的发展，它的应用能产生直接或间接经济效益是显而易见的，如瑞典斯堪地纳维亚钢厂宣称，他们年产240万吨钢的钢厂由于采用高温连铸坯表面探伤技术，避免了缺陷铸坯的继续深加工，实现高质量坯的“热送热轧”，每年仅节能就达600GWh(按每度电0.1元人民币计算，约合6000万元)。

       相对光学检测设备的高投入、

高消耗，笔者认为，涡流检测法具有投资少，运行成本低，维护方便等诸多优点，值得国内钢厂推广应用。