綠鋼是使用氫氣等碳中和或低碳能源生產(chǎn)的鋼材，不僅可以降低二氧化碳排放，還被視作鋼鐵行業(yè)減少對氣候變化影響的一大“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。但另一方面，綠鋼生產(chǎn)需要相當(dāng)大的投資，即使生產(chǎn)成本已經(jīng)開始出現(xiàn)松動，目前價格仍然比傳統(tǒng)鋼材高出20%-30%。
在快速降低生產(chǎn)成本和碳足跡，同時提高軋鋼質(zhì)量和工廠生產(chǎn)率等方面，投資密集型解決方案當(dāng)中的一個典型案例，就是通過高精度和強大的雷達(dá)系統(tǒng)實現(xiàn)軋制過程的優(yōu)化和自動化。顯然這并不是生產(chǎn)綠鋼的工藝，而是一種快速降低成本和碳排放的、額外的智能方式。
在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，作為高性能傳感器技術(shù)的供應(yīng)商，德國一家科技初創(chuàng)公司OndoSense開發(fā)了一種雷達(dá)解決方案，可有效測量長材和扁平材的厚度或?qū)挾取＿@種穩(wěn)健、低維護(hù)的雷達(dá)技術(shù)對金屬半成品的測量精度可達(dá)到300μm，經(jīng)過必要改裝后可應(yīng)用于金屬軋制廠。
鋼材對經(jīng)濟至關(guān)重要，但屬于能源密集型產(chǎn)品
基本上每個經(jīng)濟部門都需要高質(zhì)量金屬產(chǎn)品，因此，目前軋制廠的地位依舊無法取代。通過再加熱和軋制，金屬產(chǎn)品獲得了理想的強度和延性。無論是鋼、鋁、銅，還是其他金屬產(chǎn)品，已經(jīng)在洗衣機、汽車、手表、計算機、房屋或橋梁等諸多行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
時至今日，鋼材的生產(chǎn)和軋制依舊是能源密集型工藝，消耗化石燃料。提高軋鋼廠的能源效率對于降低生產(chǎn)成本和減少碳足跡至關(guān)重要，進(jìn)而使鋼鐵和金屬行業(yè)在未來實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
行業(yè)迫切需要一種鋼材在線測量的有效傳感器技術(shù)，用于測量板坯、鋼梁、鋼軌、方坯、棒材、鋼樁或其他半成品的尺寸，但在金屬行業(yè)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中，這項自動化任務(wù)還是具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性。因此，在軋鋼廠的某些車間，用卡尺手動檢查半成品的寬度和厚度仍然是主要的程序。但普通卡尺的分辨率往往被限制在1mm，因此，在惡劣的作業(yè)環(huán)境中，自動化不僅可以有效消除安全隱患，也有利于實現(xiàn)高精度要求。此外，手動測量只能在金屬產(chǎn)品軋制后進(jìn)行，在生產(chǎn)過程中，如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品尺寸與規(guī)格不匹配而要想調(diào)整軋制參數(shù)是來不及的，強制調(diào)整還可能會對軋制基礎(chǔ)設(shè)施和機器造成持久損害。
敏感光學(xué)傳感器涉及X射線安全問題
由于金屬產(chǎn)品溫度高達(dá)1300℃，在惡劣的光線條件下，加之蒸汽、灰塵和振動等因素影響，激光傳感器等傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的自動化受到嚴(yán)重限制。
敏感的光學(xué)電子設(shè)備必須防止過熱，并且鏡片需要經(jīng)常清洗。這些任務(wù)不僅是勞動密集型的，而且會帶來巨大的停機成本。此外，灼熱的液態(tài)金屬、反射率的變化、金屬產(chǎn)品粗糙表面和塵土飛揚的環(huán)境，這些因素可能會造成測量失敗或錯誤頻繁出現(xiàn)。最后，為了使光學(xué)系統(tǒng)在這些環(huán)境中工作，經(jīng)常需要使用大量加壓空氣進(jìn)行清潔，作為一項能源密集型任務(wù)，可能會導(dǎo)致能源成本居高不下。
傳統(tǒng)測量系統(tǒng)不僅依賴于X射線技術(shù)或放射性伽瑪發(fā)射器，還會有其他缺點：其一，為了使輻射測量系統(tǒng)足夠準(zhǔn)確，對每種金屬合金測量時都需要進(jìn)行校準(zhǔn)，這是一項復(fù)雜且耗時的工作；其二，輻射測量系統(tǒng)不能用于寬度測量，并且系統(tǒng)的精度隨著產(chǎn)品厚度的增大而降低；其三，由于俄烏沖突，受地緣政治影響，厚度約50mm以上的板坯、厚板測量所需的放射性銫源極為缺乏；其四，電離輻射對工廠工人的安全和健康構(gòu)成了威脅，需要對放射源所在廠區(qū)的通道進(jìn)行嚴(yán)格限制，這又是一種耗時費力的做法，且具有一定安全風(fēng)險。
穩(wěn)健耐用的雷達(dá)傳感器是金屬工業(yè)的理想選擇
相比之下，OndoSense雷達(dá)傳感器解決方案不會帶來健康問題，可以安全地測量板坯、方坯、大方坯以及其他半成品在軋制初期的寬度。得益于強大的雷達(dá)技術(shù)和智能雷達(dá)AI算法，即使是1300℃鐵水產(chǎn)品，也可以可靠地進(jìn)行測量，測量精度高達(dá)幾微米，測量速率高達(dá)300Hz。雷達(dá)傳感器非常適用于金屬工業(yè)的惡劣條件，這是因為水蒸氣、粉塵、煙霧或較差的照明條件并不會影響測量結(jié)果。另外，該公司還在測試一種誤差在0.02mm以下的厚度測量系統(tǒng)。
為了測量尺寸，產(chǎn)品的兩側(cè)都放置了兩個雷達(dá)距離傳感器。金屬產(chǎn)品的寬度或厚度是通過將兩個距離相加并減去兩個傳感器之間的已知距離計算而來。由于測量與所選材料無關(guān)，因此，在檢查不同的金屬、合金或表面類型時，無需校準(zhǔn)傳感器，比如粗加工或拋光的金屬。
如果需要，不銹鋼制成的重型外殼可以保護(hù)傳感器免受極端溫度的影響，同時借助耐熱的屏蔽來保護(hù)傳感器免受發(fā)光的鋼鐵產(chǎn)品的照射。這種薄片對雷達(dá)波是透明的，因此不會影響測量的可靠性和準(zhǔn)確性。
OndoSense雷達(dá)傳感器系統(tǒng)幾乎不需要維護(hù)，也不需要清潔，而且很容易集成于制造工藝中，這意味著很容易對軋鋼廠進(jìn)行改造。此外，由于雷達(dá)波的波長比激光等光學(xué)傳感器技術(shù)更長一些，并不會受到塵?；虮§F中小顆粒的影響，從而獲得可靠的測量結(jié)果。
提高效率和生產(chǎn)力
雷達(dá)系統(tǒng)可以對軋制工藝的監(jiān)控進(jìn)行自動化升級，從而提高軋鋼廠的效率和生產(chǎn)力。由于可以在線識別尺寸有缺陷的金屬產(chǎn)品，從而及時調(diào)整軋制參數(shù)，避免生產(chǎn)線停產(chǎn)、原材料報廢或軋制設(shè)備的損壞，這不僅節(jié)省了寶貴的維護(hù)時間，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，而且使得工廠消耗更少的能源，排放更少的二氧化碳。對在客戶現(xiàn)場實施雷達(dá)解決方案的詳細(xì)分析表明，綜合考慮報廢產(chǎn)品、維護(hù)時間和工作量以及能源消耗，投資回報期約為3-6個月。通過在傳統(tǒng)軋鋼廠改裝OndoSense雷達(dá)傳感器，有助于快速降低鋼鐵生產(chǎn)的能源消耗和二氧化碳排放。
實際應(yīng)用
該解決方案的應(yīng)用范圍包括軋鋼廠的寬度和厚度測量、生產(chǎn)設(shè)備的精確定位、液態(tài)金屬的液位測量、間歇式加熱爐中除渣機的自動化或涂層及酸洗產(chǎn)線帶鋼的定位。
此前，安賽樂米塔爾集團與OndoSense公司合作，成功地實施了一種雷達(dá)傳感器解決方案，可用于半成品鋼材尺寸的精確測量。借助OndoSense雷達(dá)傳感器，安賽樂米塔爾能夠使產(chǎn)品監(jiān)控自動化，即使在熱軋廠的惡劣條件下，排除了粉塵、蒸汽、振動以及鋼材溫度高達(dá)1300℃等影響，在軋制工藝初期測量板坯、方坯和大方坯的尺寸，誤差低于1mm。因此，這種在線尺寸測量保護(hù)了軋鋼廠的機械，還減少了成本和碳排放，并提高了工廠的利用率和安全性。
