C2I 2021信息、数据和连接奖得主:利用工业4.0优化铝行业的性能

如果没有铝，我们将何去何从?这种无处不在的金属几乎涉及到我们日常生活的方方面面，从我们驾驶的汽车、我们居住和工作的建筑、我们乘坐的飞机，到我们饮用的罐头。铝的用途很多，在这里无法列出，但2019年铝的产量略高于6440万吨，是全球产量最高的金属，同年中国以3.6万吨的产量位居榜首。

铝是从铝土矿中提取出来的，从原材料到成品的过程可能会产生大量的碳排放。这是坏消息。好消息是，一旦它被生产出来，它几乎是无限可回收的，这一点对于那些热衷于继续使用这种多功能原材料，同时减少其生产活动对环境影响的生产商来说并没有失去。

ptc赞助的2022年C2I奖的数据和连接类别的获奖者，通过题为“利用工业4.0优化铝工业性能”的条目，为“二次铝”的生产带来了进一步的收获。

故事始于2020年，当时空气产品公司与总部位于康顿的铝合金、母合金和回收铝产品、废料和废渣生产商坦敦冶金集团(坦敦)合作，探索如何引入智能技术——如设备传感器和相关分析——生成数据，用于提高效率和生产力，提高产量和减少碳排放。

空气产品公司燃烧发展专家Martin Lawrence博士解释说，铝回收行业严重依赖操作员的技能和经验来预测铝何时达到出料温度。再加上重熔过程中固有的巨大变异性，往往会导致性能次优和结果不一致。这意味着更长周期，降低能源效率，增加铝损耗。

为了克服这些限制，Air Products和random展开了一项为期10个月的研究，利用Air Products Process Intelligence (APPI) Process Advisor系统捕获和使用设备、工艺和操作数据，创建了一个数字孪生的random重熔工艺。

据Lawrence博士介绍，APPI Process Advisor系统为Tandom各级人员提供了新的数据洞察，使操作人员和管理人员能够远程访问实时和历史数据，从而更好地了解性能，并通过更快地标记维护问题减少停机时间。

Lawrence博士说:“空气产品公司的团队设计了该系统，以捕获传统上记录在纸上的所有操作数据，这减少了数据收集的错误，并为Tandom提供了实时的操作数据。”“将记录数字化存储也意味着，坦登团队可以快速分析熔炉性能，从而做出影响生产率的更准确的决策。”

他补充称:“传统上，这是一个完全依靠操作员的技能和经验来预测铝何时达到开采温度的行业。这通常会导致效率低下和不准确。APPI Process Advisor系统的开发就是为了解决这些问题，在铝重熔过程中提供更一致、更准确的结果。”

结果表明，金属攻丝温度明显降低且更加稳定，提高了铝的产量和生产效率，降低了燃料消耗和二氧化碳排放。劳伦斯说，空气产品公司的团队分析了2400多个熔炼循环的数据，以了解轻叩温度和性能之间的关系。

“在攻丝温度和铝氧化之间确定了明确的关系，表明铝氧化随温度升高而呈指数增长，高于铝熔点(660^oC)，”他说，“这与发表在文献中的学术实验室研究是一致的，也是第一个在生产炉上进行的同类研究，并确认了这种关系是可以看到的……此外，防止金属过热也节省了能源和时间，因为在没有模型帮助的情况下，大多数熔体循环被操作人员高估了。”

丹顿致力于持续改进，其在该领域的经验使其能够识别出直接影响生产效率、能源消耗和产量的整体熔炼周期的低效率。然而，它确实需要空气产品公司在收集和分析足够级别的数据以创建基线方面的数字专业知识，以及在使用工业4.0技术应用解决方案方面的支持。

“Air Products的团队设计了该系统来捕获所有传统上记录在纸上的操作数据，这减少了数据收集的错误，并为随机存储器提供实时的操作数据。”

马丁·劳伦斯博士，空气产品燃烧发展专家

Lawrence博士说:“这个项目是一个例子，说明了产业界和第三方专家之间的合作是多么关键，而且可以创造显著的结果。”“我们的合作不仅仅是在理论上确定一种创新方法，以实现更高的生产率、效率和可持续性。这种合作是分享专家见解、用户体验和商业目标的关键因素，以确保技术适用于目的。由于两个组织愿意合作和共享数据，现在有了一个更广泛的行业可以效仿的模式。”

劳伦斯博士解释说，空气产品通常在实验室环境或在空气产品现场进行开发项目。为此，Air Products公司每周都会到Tandom的工厂与运营商、运营商主管和维护经理一起工作，以确保他们理解项目的目标。这也意味着，空气产品公司的工程师可以监测该技术的使用情况，如果它运行良好，并在听取反馈的同时做出必要的调整。

劳伦斯博士说:“关键挑战之一是建立运营商的信心。”“倾听他们的反馈是至关重要的，因为这将帮助团队做出任何改变，进而建立对技术的信任。模型的攻丝温度最初设置得更高，以确保铝准备好攻丝;如果温度过低，金属在30-40米的洗涤过程中会结冰，导致产品损失和重大清理。一旦建立了信心，温度就会降到720°c。”

事实上，该项目的一个关键结果发现，对于含铝80%的电荷材料，在900°C下敲打液态铝，而不是750°C下敲打，将导致约3%的额外产量损失。此外，金属敲打温度也导致能耗平均减少15%。

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