连铸坯检测

8连铸坯检测8.1连铸坯表面温度的测量连铸坯表面温度是很重要的工艺参数，直接影响到连铸坯的表面及内部质量，是二冷区配水的依据的主要参数。测量连铸坯表面温度的主要方法是以非接触式为主，目前较多采用的是红外窄波段光电高温计测量铸坯表面温度。首先用透镜将被测连铸坯表面的热辐射聚焦，采用光纤维输运到变送器，变送器内的红外传感器将光信号转换为电信号，并将电信号放大线性化后，成为线性的标准电流信号输出到显示仪表。其工作原理如图8-1所示。图8-1光纤高温计原理框图由于测头对测量的环境要求较为苛刻，为此对测量头需要进行保护并对铸坯表面进行去铁皮处理。图8-2为测头的保护套管，在保护套管上有冷却用的进出水嘴，还有吹扫测头周围水蒸汽用的压缩空气，其吹扫所用压缩空气的压力要大于0.4MPa。图8-3为一种去除连铸坯表面氧化铁皮的测量装置。图8-2测量头保护套图图8-3高温计氧化铁皮清除装置由于上述方法安装起来比较复杂，测量连铸坯表面温度也可采用远红外仪、红外热成像仪等方法。CCD红外传感器将多个相同类型的单个CCD单元以线形和矩阵形式排列，可以构成行作用和面作用图像采集通道，在测定铸坯表面温度分布时，采用一列CCD作为传感器，装在水冷外壳内，用广角镜头，可测量整个宽度上的温度分布，用微机进行数据处理，并进行显示，其安装示意图如8-4所示。图8-4CCD传感器测量连铸坯表面温度示意图8.2连铸坯凝固末端的测量在连铸生产过程中，凝固终点的位置是影响连铸坯拉速的关键因素；连铸轻压下和凝固末端电磁搅拌技术的实施与连铸坯液芯的长度有着非常密切的关系。通常确定铸坯凝固终点的方法有三种，一是数学模型方法，建立传热数学模型，计算出连铸坯完全凝固所需的时间；二是试验确定法，例如用射钉方法测量坯壳厚度；三是在线测定法，包括铸坯鼓肚力测定法、表面温度测定法（根据实测的表面温度与数模计算的表面温度进行比较，最终确定凝固终点的位置）等。以下介绍射钉法测量连铸坯凝固末端。国内普遍采用射钉法来测量铸坯的凝固层厚度。射钉的过程是将装有示踪剂（硫）的钉在连铸机的不同位置射入铸坯，待铸坯冷却后，切取含有射钉的铸坯试样。对铸坯试样进行刨削处理，用刨床刨削至钉的中心线位置，此时，射钉的轮廓将清晰显现。再用磨床对铸坯表面进行加工，保证一定的光洁度。待上述加工完成后，对已露出射钉轮廓的铸坯进行酸浸处理。这样，射钉的全貌会显露出来。根据射钉的不同形貌可以测得凝固坯壳的厚度，确定凝固末端的位置。再根据凝固的平方根定律计算得到连铸机的综合凝固系数，由综合凝固系数可以计算得到连铸机的冶金长度。图8-5为连铸板坯射钉后，铸坯酸浸、硫印结果，由图8-5a能清楚的区分连铸铸坯的凝固结构（a）区--固相区；（b）区—固液两相区；（c）区--液相区图8-5射钉后铸坯酸浸、硫印结果8.3连铸坯表面质量的检测连铸坯表面质量的检测方法可按在线及离线来分类。在线的检测方法主要有光学方法、感应加热法、涡流法。离线检测主要有目视观察，为了提高检测的分辨率，还可采用荧光、着色、磁粉探伤及目视检查等检测方法来发现连铸坯表面缺陷，离线物理探伤通常需要对连铸坯进行取样简单加工后再进行探伤。本节主要介绍以下几种检测方法。8.3.1光学检测法光学检测法中有利用外部光源，也有利用板坯表面发射光的方法。图8-6为利用外部光源铸坯表面缺陷检测示意图。该方法可检测出长度为50mm以上的裂纹，通过观察打印结果判断铸坯的表面质量，决定切割尺寸及是否热送。图8-6光学法检验铸坯表面缺陷示意图8.3.2涡流检测法高温连铸坯表面缺陷也有采用涡流法来检测，其原理是在靠近铸坯表面的线圈上加以交流电，在铸坯表面会产生涡流，并产生相应的磁通，当铸坯表面有缺陷时，铸坯表面产生的磁通发生变化，结果影响铸坯表面附近线圈阻抗的变化，测出线圈阻抗的变化就可确定表面缺陷。这种检测方法能对裂纹深度进行定量分析。8.3.3着色探伤法着色探伤法是一种离线探伤法，是一种简单而有效的无损探伤方法。着色探伤的原理是利用一种渗透液渗透到铸坯缺陷的缝隙中，既将铸坯表面刷涂或喷涂渗透液，然后将铸坯表面的渗透液清洗干净，再涂抹显色剂使缺陷内的渗透液吸附在显色剂上，就能呈现缺陷轮廓的图像。如图8-7所示。图8-7着色探伤原理示意图（a）渗透剂向缺陷内渗透（b）经显色处理后将缺陷中渗透液吸出8.3.4磁粉探伤法磁力线通过磁性材料的铸坯，当铸坯表面有裂纹、孔洞等缺陷存在时，因为缺陷与基体金属的磁导率不同，所以当磁力线穿过基体金属而遇到缺陷时发生弯曲，部分磁力线被排挤到外面形成漏磁，如图8-8所示。在磁粉探伤中，当磁力线和裂纹方向平行时，磁力线不可能泄露到空气中，此时铸坯缺陷不可能被检测出来。这种探伤也属于离线探伤，能够探伤铸坯表面与近表层的缺陷，具有灵敏度高、讯速、直观、操作简单等特点。图8-8磁粉探伤原理磁粉探伤可分两种，即干法和湿法。干法磁粉探伤是在经磁化的铸坯表面撒上干燥的磁粉，湿法探伤是在铸坯上浇淋含有磁粉的悬浊液。干态磁粉操作不大方便，一般采用湿态悬浊液，磁悬浊液是将少量的油（水）与磁粉混合，搅成稀糊状后，再加入全部油（水），磁粉一般采用质量分数大于95%的Fe3O4，平均粒度在5~10m。在探伤之前，应清理铸坯表面去除赃物，然后对铸坯进行浇注磁悬液或撒上磁粉，同时将铸坯进行通电磁化，开始检验，确定磁痕（磁粉聚集痕迹）分布。表9-3列举出了常见缺陷的磁粉探伤痕迹。缺陷名称磁粉痕迹特征夹杂物呈单个的或密集的点状，有时也程连续的线状（细长、两头尖）白点单个或成群的分布，呈弯曲无一定方向的短线状，磁粉痕迹清晰浓密裂纹一般程曲折的线条状，磁粉沉积清晰、浓密疏松不规则的磁粉痕迹，有时呈点状8.3.5目视检查多数情况下，采用目视检验来检查铸坯的表面缺陷，包括用高倍望远镜或放大镜。目视检查可以在线也可以离线，对在线的连铸坯，检查出表面缺陷超过标准时，铸坯要下线，不能进行热送热装；对离线的铸坯检查，当铸坯缺陷超过标准时，要及时做标记，不能运至轧钢厂。8.4连铸坯内部质量的检测连铸坯内部质量对最终产品质量有很大影响，连铸坯内部缺陷极易造成产品不合格。连铸坯内部质量检查有多种方式，如铸坯取样进行硫印与低倍检验，采用超声波进行探伤及射线探伤（无损探伤）。以下简介铸坯的硫印和酸浸低倍检验。8.4.1铸坯的硫印检验硫印是通过预先在硫酸溶液中浸泡过的相纸上的印迹来确定钢中硫化物夹杂的分布位置。其原理是由于硫化氢的析出而使感光剂卤化银转变为硫化银变黑，显示出硫的富集区。实验时，先将铸坯试样表面磨光，将相纸在显影液中浸泡1～2分钟，然后将相纸放在试样表面，赶净气泡，放置2～5min，揭下相纸在流水中冲洗，放入定影液，然后取出晾干进行评级。硫印检验可显示出铸坯内部化学成分的不均匀性、铸坯的一些形状缺陷，如裂纹和孔隙等形状缺陷。图8-9为典型的硫印检验结果。图8-9典型的铸坯中心线偏析硫印图图51未采用末端电磁搅拌（左图）和采用末端电磁搅拌（右图）的硫印对比8.4.2铸坯的酸浸低倍检验酸浸实验，就是将制备好的铸坯试样用酸液腐蚀，以显示其宏观组织和缺陷。酸浸实验是宏观检验中最常用的一种方法。酸浸实验的方法及评定仍分别执行GB226－77钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验法和GBl979—80结构钢低倍组织缺陷评级图。酸浸实验可分为热酸浸蚀法、冷酸浸蚀法和电解酸蚀法三种。生产检验时可从三种酸浸法中任选一种，应用最多的是热酸浸蚀法。采用热酸浸检验时，先将铸坯试样表面磨光，将试样放入1:1的盐酸溶液中，浸蚀面要完全被酸浸泡，用电热炉加热至70～80℃之间，在该温度范围内保持20分钟后将试样取出，立即用清水冲洗，再用吹风机吹干，用数码相机获取低倍图像，以分析方坯的低倍缺陷。检验铸坯的中心疏松、中心缩孔、裂纹、柱状晶和等轴晶等凝固组织。图8-10为铸坯的热酸浸低倍照片。图8-10铸坯的热酸浸低倍照片有结晶器电磁搅拌没有结晶器电磁搅拌图8-11距离坯壳64mm处的二次枝晶臂间距