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(duì)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(kāi)始出現(xiàn)松動(dòng)，目前價(jià)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(shí)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(gè)典型案例，就是通過(guò)高精度和強(qiáng)大的雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的優(yōu)化和自動(dòng)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(guó)一家科技初創(chuàng)公司OndoSense開(kāi)發(fā)了一種雷達(dá)解決方案，可有效測(cè)量長(zhǎng)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(duì)金屬半成品的測(cè)量精度可達(dá)到300μm，經(jīng)過(guò)必要改裝后可應(yīng)用于金屬軋制廠。
鋼材對(duì)經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要，但屬于能源密集型產(chǎn)品
基本上每個(gè)經(jīng)濟(jì)部門(mén)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(wú)法取代。通過(guò)再加熱和軋制，金屬產(chǎn)品獲得了理想的強(qiáng)度和延性。無(wú)論是鋼、鋁、銅，還是其他金屬產(chǎn)品，已經(jīng)在洗衣機(jī)、汽車(chē)、手表、計(jì)算機(jī)、房屋或橋梁等諸多行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
時(shí)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(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
行業(yè)迫切需要一種鋼材在線測(cè)量的有效傳感器技術(shù)，用于測(cè)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(xiàng)自動(dòng)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(chē)間，用卡尺手動(dòng)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(dòng)化不僅可以有效消除安全隱患，也有利于實(shí)現(xiàn)高精度要求。此外，手動(dòng)測(cè)量只能在金屬產(chǎn)品軋制后進(jìn)行，在生產(chǎn)過(guò)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(lái)不及的，強(qiáng)制調(diào)整還可能會(huì)對(duì)軋制基礎(chǔ)設(shè)施和機(jī)器造成持久損害。
敏感光學(xué)傳感器涉及X射線安全問(wèn)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(dòng)等因素影響，激光傳感器等傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的自動(dòng)化受到嚴(yán)重限制。
敏感的光學(xué)電子設(shè)備必須防止過(guò)熱，并且鏡片需要經(jīng)常清洗。這些任務(wù)不僅是勞動(dòng)密集型的，而且會(huì)帶來(lái)巨大的停機(jī)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(yáng)的環(huán)境，這些因素可能會(huì)造成測(cè)量失敗或錯(cuò)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(xiàng)能源密集型任務(wù)，可能會(huì)導(dǎo)致能源成本居高不下。
傳統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)不僅依賴(lài)于X射線技術(shù)或放射性伽瑪發(fā)射器，還會(huì)有其他缺點(diǎn)：其一，為了使輻射測(cè)量系統(tǒng)足夠準(zhǔn)確，對(duì)每種金屬合金測(cè)量時(shí)都需要進(jìn)行校準(zhǔn)，這是一項(xiàng)復(fù)雜且耗時(shí)的工作；其二，輻射測(cè)量系統(tǒng)不能用于寬度測(cè)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(cè)量所需的放射性銫源極為缺乏；其四，電離輻射對(duì)工廠工人的安全和健康構(gòu)成了威脅，需要對(duì)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(shí)費(fèi)力的做法，且具有一定安全風(fēng)險(xiǎn)。
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(huì)帶來(lái)健康問(wèn)題，可以安全地測(cè)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(qiáng)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(cè)量，測(cè)量精度高達(dá)幾微米，測(cè)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?yàn)樗魵?、粉塵、煙霧或較差的照明條件并不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。另外，該公司還在測(cè)試一種誤差在0.02mm以下的厚度測(cè)量系統(tǒng)。
為了測(cè)量尺寸，產(chǎn)品的兩側(cè)都放置了兩個(gè)雷達(dá)距離傳感器。金屬產(chǎn)品的寬度或厚度是通過(guò)將兩個(gè)距離相加并減去兩個(gè)傳感器之間的已知距離計(jì)算而來(lái)。由于測(cè)量與所選材料無(wú)關(guān)，因此，在檢查不同的金屬、合金或表面類(lèi)型時(shí)，無(wú)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(shí)借助耐熱的屏蔽來(lái)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(duì)雷達(dá)波是透明的，因此不會(huì)影響測(cè)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(duì)軋鋼廠進(jìn)行改造。此外，由于雷達(dá)波的波長(zhǎng)比激光等光學(xué)傳感器技術(shù)更長(zhǎng)一些，并不會(huì)受到塵?；虮§F中小顆粒的影響，從而獲得可靠的測(cè)量結(jié)果。
提高效率和生產(chǎn)力
雷達(dá)系統(tǒng)可以對(duì)軋制工藝的監(jiān)控進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)，從而提高軋鋼廠的效率和生產(chǎn)力。由于可以在線識(shí)別尺寸有缺陷的金屬產(chǎn)品，從而及時(shí)調(diào)整軋制參數(shù)，避免生產(chǎn)線停產(chǎn)、原材料報(bào)廢或軋制設(shè)備的損壞，這不僅節(jié)省了寶貴的維護(hù)時(shí)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(duì)在客戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施雷達(dá)解決方案的詳細(xì)分析表明，綜合考慮報(bào)廢產(chǎn)品、維護(hù)時(shí)間和工作量以及能源消耗，投資回報(bào)期約為3-6個(gè)月。通過(guò)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(shí)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(cè)量、生產(chǎn)設(shè)備的精確定位、液態(tài)金屬的液位測(cè)量、間歇式加熱爐中除渣機(jī)的自動(dòng)化或涂層及酸洗產(chǎn)線帶鋼的定位。
此前，安賽樂(lè)米塔爾集團(tuán)與OndoSense公司合作，成功地實(shí)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(cè)量。借助OndoSense雷達(dá)傳感器，安賽樂(lè)米塔爾能夠使產(chǎn)品監(jiān)控自動(dòng)化，即使在熱軋廠的惡劣條件下，排除了粉塵、蒸汽、振動(dòng)以及鋼材溫度高達(dá)1300℃等影響，在軋制工藝初期測(cè)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(cè)量保護(hù)了軋鋼廠的機(jī)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。
