TWI645922B - Method for reducing surface defects of cast embryo - Google Patents

Abstract

一種降低鑄胚表面缺陷的方法，適用於在鑄道內製造鑄胚的製程，包含一準備步驟、一溫度量測步驟、一溫度數據分析判定步驟，及一調整步驟。準備步驟將溫度異常自動回饋系統與鑄道間隔設置，並包括非接觸式測溫儀、分析判定裝置、控制裝置，及噴水冷卻裝置。溫度量測步驟以非接觸式測溫儀量測鑄道內的鑄胚的寬度溫度數據組。溫度數據分析判定步驟將寬度溫度數據組分成多個連續的溫度區並傳輸至分析判定裝置中，當其中一溫度區低於預定溫度，或相鄰溫度區的絕對溫差大於特徵溫度，產生異常訊號至控制裝置。調整步驟是調降噴水冷卻裝置對未經溫度量測的鑄胚的噴水量，或調降噴水冷卻裝置對鑄胚之對應產生異常訊號的溫度區的噴水量。

Description

降低鑄胚表面缺陷的方法

本發明是有關於一種檢測鑄胚製程，特別是指一種檢測鑄胚製程進而降低鑄胚表面缺陷的方法。

在鋼品製程中，鑄胚階段會經歷三個延性突降的脆性溫度區間，在此脆性溫度區間若受到過大的外加應力時，鑄胚表面容易產生裂縫而形成所謂的鋼胚橫裂。鋼胚橫裂會增加鑄胚重工及造成軋製的鋼板剔退等問題，是影響鋼板產品用胚的品質最主要的原因之一。

具體地說，三個脆性區間分別為熔點在1200℃的第一脆性區、熔點介於1200℃至900℃的第二脆性區，及熔點在900℃至700℃的第三脆性區，一般鈮的碳氮化物在第三脆性區析出導致鑄胚延展性降低，因而容易在此第三脆性區產生橫裂。

詳細地說，橫裂生成的因素和微合金含量、鑄胚溫度、所受應力及冷卻機制相關。其中，合金含量及應力是較難調控，所以若能藉由控制不同鋼種的冷卻噴水模式，使其避開第三脆性區可有效降低橫裂發生機率。

然而，鑄胚過程中有數十個冷卻噴頭，冷卻設備很難一直維持在穩定狀況而難以進行有效的監控。

因此，本發明的目的，即在提供一種降低鑄胚表面缺陷的方法。

於是，本發明降低鑄胚表面缺陷的方法，適用於在一鑄道內製造一鑄胚的製程，該降低鑄胚表面缺陷的方法包含一準備步驟、一溫度量測步驟、一溫度數據分析判定步驟，及調整步驟。

該準備步驟是將一溫度異常自動回饋系統與該鑄道間隔設置，該溫度異常自動回饋系統包括一非接觸式測溫儀、一與該非接觸式測溫儀相連接的分析判定裝置、一與該分析判定裝置連接的控制裝置，及一與該控制裝置相連接的噴水冷卻裝置。

該溫度量測步驟是在該鑄道內的該鑄胚往一預定方向移動時，以該非接觸式測溫儀量測該鑄道內的該鑄胚的寬度的線性連續溫度，以得到一對應該鑄胚的寬度的寬度溫度數據組。

該溫度數據分析判定步驟是將該寬度溫度數據組分成多個連續的溫度區並傳輸至該分析判定裝置中，當其中一該溫度區低於一預定溫度，或相鄰各該溫度區的絕對溫差大於一特徵溫度，產生一異常訊號至該控制裝置。

該調整步驟是該控制裝置接收到該異常訊號後，調降該噴水冷卻裝置對未經溫度量測的該鑄胚的噴水量，或調降該噴水冷卻裝置對該鑄胚之對應產生該異常訊號的該溫度區的噴水量。

本發明的功效在於，藉由設置該溫度異常自動回饋系統，在連鑄過程中，以非接觸式測溫儀對鑄胚表面測溫，能連續偵測鑄胚表面寬度方向的溫度變化，有效掌握該鑄胚冷卻狀況，並藉由該控制裝置即時監控噴水狀況，以調控冷卻及管制鑄胚，進而減少鑄胚表面橫裂。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，本發明降低鑄胚表面缺陷的方法的一實施例適用於在一鑄道101內製造一鑄胚102的製程。具體地說，本發明是以生產鋼胚的鑄胚製程為例做說明，圖2顯示一連鑄生產設備示意圖，熔融的鋼液由鋼液分配器3注入鑄模4中，經由鑄模4的拔熱效果，進行第一次的冷卻使得鑄模4接觸的鋼液凝固生成凝殼包覆內部鋼液，接著，藉由多個輥輪5引拔通過該鑄道201，並進行第二次的冷卻使該鑄胚202完全凝固，最後，由一焰切機6將凝固的該鑄胚202分切成塊。

本發明降低鑄胚表面缺陷的方法主要是對前述連鑄中的鋼胚表面溫度進行全面的偵測，以即時反應該鑄道101內該鑄胚102(即鋼胚)冷卻異常的情況，該降低鑄胚表面缺陷的方法包含一準備步驟101、一溫度量測步驟102、一溫度數據分析判定步驟103、一調整步驟104，及一標記步驟105。

該準備步驟101是將一溫度異常自動回饋系統2與該鑄道201間隔設置。具體地說，該溫度異常自動回饋系統2包括一非接觸式測溫儀21、一與該非接觸式測溫儀21相連接的分析判定裝置22、一與該分析判定裝置22連接的控制裝置23、一與該控制裝置23相連接的噴水冷卻裝置24，及一與該控制裝置23相連接的標記裝置25。該溫度異常自動回饋系統2可安裝在對應於該鑄道201上的任一處，較佳地，該溫度異常自動回饋系統2是設置在該鑄胚202承受應力最大的位置，也就是對應設置在該鑄道的一矯直區S，並讓該非接觸式測溫儀21對應位在該鑄胚202寬度的中間處上。

該溫度量測步驟102是在該鑄道201內的該鑄胚202往一預定方向移動時，以該非接觸式測溫儀21量測該鑄道201內的該鑄胚202的寬度的線性連續溫度，以得到一對應該鑄胚202的寬度的寬度溫度數據組。適用於本發明的該非接觸式測溫儀21為遠距紅外線測溫儀，且可量測的溫度範圍介於600℃~1400℃。更佳地，該非接觸式測溫儀21量測誤差需小於5℃、具備線性量測能力，且線性量測寬度範圍需大於2公尺。

要說明的是，由於該鑄道201內的該鑄胚202的表面溫度約在700℃~1000℃，因此，為避免熱輻射的傷害，該非接觸式測溫儀21與該鑄胚202的量測距離較佳為大於1公尺，更佳為與該鑄胚202距離2公尺並同時加裝具有氣冷或水冷的隔熱保護裝置(圖未示)。

該溫度數據分析判定步驟103是將該寬度溫度數據組分成多個連續的溫度區T _n並傳輸至該分析判定裝置22中進行運算，當其中一該溫度區T _n低於一預定溫度T _C，或相鄰各該溫度區T _n的絕對溫差大於一特徵溫度ΔT _C，產生一異常訊號至該控制裝置23；其中，該控制裝置23具有一人機操作介面(圖未示)，而判定各該溫度區T _n低於該預定溫度T _C，或相鄰各該溫度區T _n的絕對溫差大於該特徵溫度ΔT _C的兩種判定方式可擇一使用或同時使用，當產生該異常訊號可先顯示與該人機操作介面發出警示，再由操作人員手動控制該噴水冷卻裝置24或由該控制裝置23自動控制該噴水冷卻裝置24，或實施停機管制。

要說明的是，由於該鑄胚202溫度越低發生裂縫的風險越高，且在第三脆性區最容易產生橫裂，因此，該預定溫度T _C是選擇介於700℃~900℃，一般可設定為800℃，但確切的設定值可視連鑄設備的狀況調整；而相鄰的各該溫度區T _n的絕對溫差也不能相差太大，一般可設定該特徵溫度ΔT _C為60℃，但確切的設定值也是可視該鑄胚202產生裂縫的敏感度進行調整。

詳細地說，該寬度溫度數據組分別是對該鑄胚202的橫向寬度進行連續線性掃描所得的溫度數據。在量測得到該寬度溫度數據組後，會先將該鑄胚202的寬度兩側溫度值陡降至600℃以下視為該鑄胚202的兩側邊緣，以將此數據予以排除。接著，考量銹皮的干擾，區分該等溫度區T _n的各溫度區T _n的寬度不應小於5公分，此外，由於該鑄胚202的表面不均勻生成的銹皮，會干擾測溫形成異常低溫點，因此，不取用該等溫度區T _n中的溫度均值及最低溫度，而是取用各該溫度區T _n的最大值代表各該溫度區T _n的溫度。

配合參閱圖3，當產生該異常訊號時，該連鑄設備在連鑄生產過程中，通常無法及時停機，因此，需要進行該調整步驟104，以在該控制裝置23接收到該異常訊號後，由操作人員人為控制或由該控制裝置23自動控制，以調降該噴水冷卻裝置24對未經溫度量測的該鑄胚202的噴水量，或調降該噴水冷卻裝置24對該鑄胚202之對應產生該異常訊號的該溫度區T _n的噴水量。

具體地說，該噴水冷卻裝置24包括多個陣列排列的噴嘴241，且該等噴嘴241較佳為分成m列並在該鑄胚202的寬面方向分n區的方式排列。當該調整步驟104是選用調降該噴水冷卻裝置24對未經溫度量測的該鑄胚202的噴水量的調整程序時，其調降該噴水量小於5%，以避免產生其他不良的影響；而當該調整步驟104是依據該等溫度區T _n之具有相對低溫的溫度區T _n調降噴水量時，能針對各噴嘴241的水量進行控制，舉例來說，該噴水冷卻裝置24的噴水量能維持一定，而調降對應該鑄胚202的寬度方向的低溫處的噴嘴241的噴水量，再將其餘水量平均分配到其他噴嘴241，以快速動態調整該鑄胚202的溫差。

該標記步驟105透過該標記裝置25標記該鑄胚202產生異常訊號的位置。具體地說，該標記裝置25為一可追蹤該鑄胚202長度的追蹤裝置，而能將對應該異常訊號標記該鑄胚202相對長度的位置，當該焰切機6對該鑄胚202切割分段完成後，能根據標記位置將經分段的該鑄胚202下線檢驗或重工以確保品質。

參閱圖4，由圖4可知該鑄胚202的最兩側溫度值呈現陡降，而相鄰的溫度區T _n的最大值代表該溫度區T _n溫度，因此，相鄰溫度區T _n的絕對溫差即為該特徵溫度ΔT _C。

為了清楚說明本發明降低鑄胚表面缺陷的方法，以下以一具體例說明。

使用中鋼一號扁鋼胚連鑄機作為該連鑄生產設備，選用精確度為±2度的遠紅外線掃描測溫儀做為該非接觸式測溫儀21，並將其設置在距離鑄胚約2公尺處，該非接觸式測溫儀21能量測該鑄胚202的最大寬度約2公尺，且測溫範圍介於600℃~1400℃。取600℃作為該預定溫度T _C，並設定特徵溫度ΔT _C為60℃，將該非接觸式測溫儀21所量測對應該鑄胚202寬面的寬度溫度數據組傳送至該分析判定裝置22中，並將寬度溫度數據組分成9區，邊緣兩區各7公分，中間區各15公分，並取各區最大溫度值代表該區的溫度。當各區的溫度小於該預定溫度T _C(600℃)或相鄰的各區溫度絕對溫差大於特徵溫度ΔT _C(60℃)時，適化各區對應的該等噴嘴241的噴水量，並將異常區段和該鑄胚202相對長度結合，以利後續管制。以下以表1顯示未設置該溫度異常自動回饋系統2(比較例)進行連鑄過程中，鑄胚溫度異常發生率及缺陷發生率的比較，由表1可知，有設置該溫度異常自動回饋系統2(具體例)進行連鑄的過程中，其溫度異常及缺陷發生率均得到改善。

表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 比較例 </td><td> 具體例 </td></tr><tr><td> 溫度異常發生率 </td><td> 71.4% </td><td> 23.3% </td></tr><tr><td> 缺陷發生率 </td><td> 3.3% </td><td> 0.5% </td></tr></TBODY></TABLE>

綜上所述，本發明降低鑄胚表面缺陷的方法，藉由設置與該鑄道201彼此間隔的該溫度異常自動回饋系統2，在連鑄胚過程中，以該非接觸式測溫儀21對該鑄胚202表面測溫，以連續偵測鑄胚表面寬度方向的寬度溫度數據組，並將寬度溫度數據組分成多個連續的溫度區T _n並傳輸至該分析判定裝置22中，判定是否大於該預定溫度T _C或該特徵溫度ΔT _C來產生該異常訊號，能有效掌握該鑄胚202的冷卻狀況，並藉由該控制裝置23控制該噴水冷卻裝置24即時監控噴水狀況，以調控該鑄胚202的冷卻狀態，進而減少該鑄胚202的表面橫裂，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

101‧‧‧準備步驟

23‧‧‧控制裝置

102‧‧‧溫度量測步驟

24‧‧‧噴水冷卻裝置

103‧‧‧溫度數據分析判定步驟

241‧‧‧噴嘴

104‧‧‧調整步驟

25‧‧‧標記裝置

105‧‧‧標記步驟

3‧‧‧鋼液分配器

201‧‧‧鑄道

4‧‧‧鑄模

202‧‧‧鑄胚

5‧‧‧輥輪

2‧‧‧溫度異常自動回饋系統

6‧‧‧焰切機

21‧‧‧非接觸式測溫儀

S‧‧‧矯直區

22‧‧‧分析判定裝置

ΔT_C‧‧‧特徵溫度

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一流程圖，說明本發明降低鑄胚表面缺陷的方法的一流程； 圖2是一示意圖，說明本發明降低鑄胚表面缺陷的方法使用的一溫度異常自動回饋系統與一鑄胚的相對位置； 圖3是一仰視圖，說明該溫度異常自動回饋系統的一噴水冷卻裝置的多個噴嘴；及 圖4是一溫度與位置關係圖，說明該鑄胚寬面方向的溫度。

Claims (7)

1. 一種降低鑄胚表面缺陷的方法，適用於在一鑄道內製造一鑄胚的製程，該降低鑄胚表面缺陷的方法包含： 一準備步驟，將一溫度異常自動回饋系統與該鑄道間隔設置，該溫度異常自動回饋系統包括一非接觸式測溫儀、一與該非接觸式測溫儀相連接的分析判定裝置、一與該分析判定裝置連接的控制裝置，及一與該控制裝置相連接的噴水冷卻裝置； 一溫度量測步驟，該鑄道內的該鑄胚往一預定方向移動時，以該非接觸式測溫儀量測該鑄道內的該鑄胚的寬度的線性連續溫度，以得到一對應該鑄胚的寬度的寬度溫度數據組； 一溫度數據分析判定步驟，將該寬度溫度數據組分成多個連續的溫度區並傳輸至該分析判定裝置中，當其中一該溫度區低於一預定溫度，或相鄰各該溫度區的絕對溫差大於一特徵溫度，產生一異常訊號至該控制裝置；及 一調整步驟，該控制裝置接收到該異常訊號後，調降該噴水冷卻裝置對未經溫度量測的該鑄胚的噴水量，或調降該噴水冷卻裝置對該鑄胚之對應產生該異常訊號的該溫度區的噴水量。
2. 如請求項1所述的降低鑄胚表面缺陷的方法，還包含一實施於該冷卻緩後步驟之後的標記步驟，該溫度異常自動回饋系統還包括一與該控制裝置相連接的標記裝置，該標記步驟透過該標記裝置標記該鑄胚產生該異常訊號的位置。
3. 如請求項1所述的降低鑄胚表面缺陷的方法，其中，該準備步驟將該溫度異常自動回饋系統對應設置在該鑄道的一矯直區，並讓該非接觸式測溫儀位在該鑄胚寬度的中間處。
4. 如請求項1所述的降低鑄胚表面缺陷的方法，其中，該溫度數據分析判定步驟中，各該溫度區的最大值代表該溫度區的溫度。
5. 如請求項1所述的降低鑄胚表面缺陷的方法，其中，該噴水冷卻裝置包括多個陣列排列的噴嘴，該調整步驟調降該噴水冷卻裝置對未經溫度量測的該鑄胚的噴水量小於5%，或依據該等溫度區之具有相對低溫的溫度區調降該等噴嘴的噴水量。
6. 如請求項1所述的降低鑄胚表面缺陷的方法，其中，該溫度數據分析判定步驟，該預定溫度介於700℃~900℃，該特徵溫度為60℃。
7. 如請求項1所述的降低鑄胚表面缺陷的方法，其中，該非接觸式測溫儀為遠距紅外線測溫儀，且可量測的溫度範圍介於600℃~1400℃。