铝材轧制工艺中的非接触式红外温度控制

铝轧制工艺中红外测温的挑战

铝轧制是铝加工行业中的关键工序，准确的温度测量对于确保高质量产品输出和保护设备至关重要。该工艺通过多种方式生产铝卷，包括冷轧、直接铸造和连续铸造，在决定材料性能方面发挥着基础性作用。

在此过程中，铝板或铝坯根据所需材料特性，可选择冷加工或热加工。冷轧通过改变显微组织来提高铝的强度和硬度，但同时也会使材料更脆。而热加工则在260°C至510°C之间进行（具体取决于合金类型），通过避免加工硬化来保持铝的延展性。铝材通过轧机时，温度变化显著——从预热阶段约200°C开始，进入轧机时升至约450°C，随后在出口处降至100°C以下。

该工艺中的一大关键挑战在于铝材温度的准确实测，尤其因其表面具有极高的反射性。铝在红外光谱中发射率低且反射率高，是公认难以用红外相机测量的材料。特别是在抛光或光亮状态下，铝的发射率极低，对长波红外设备而言，典型值仅为0.02至0.1。如此低的发射率意味着铝相较于其他材料仅发出极少红外辐射，使得长波红外相机难以提供准确的温度读数。此外，铝的发射率随温度变化而波动，进一步增加了准确实测的难度。短波红外相机虽然通常具有较高的温度评估范围，但与铝加工过程中的温度区间往往不兼容，因此在此类应用中适用性较差。

利用楔形效应：克服红外测温中的发射率难题

应对铝材测温发射率挑战的有效方法之一，是将测温点聚焦于铝卷端部形成的楔形区域——该结构为红外辐射提供了一个近乎闭合的腔体。在该楔形的深处，腔体相当于一个虚拟黑体，其发射率稳定趋近于1。这种被称为“楔形法”的测温策略，尤其适用于抛光钢带的温度测量（其自然发射率通常仅为0.37左右）。楔形结构在卷材中自然形成，使其成为准确实测的理想位置。

红外热成像中的“楔形效应”解释了为何楔形结构内表面的表观发射率高于平坦表面。这一发射率提升源于红外辐射在楔形内的多次反射——辐射在两侧壁面间来回反射，增加了被吸收和再发射的概率。这一过程营造出逼近理想黑体的环境，表观发射率可达0.998，且与材料自身的自然发射率无关。该效应显著降低了发射率波动和背景辐射对温度测量的影响。要使楔形效应有效发挥作用，楔形深度须远大于其开口宽度。

Xi410红外相机虽为长波设备，却可自主利用楔形效应。通过在PIXConnect软件中配置感兴趣区域（ROI），热像仪可精准识别铝卷楔形区域内的温度。随后，Xi410可通过模拟量输出或数字接口将温度数据直接传输至可编程逻辑控制器（PLC），实现实时、准确、可靠的温度监控。

以经济的温度监测方案实现铝冷轧——楔形测量技术的应用

轧制高等级铝材产品的决定性因素在于准确的温度控制。若能精准维持所需温度，既可确保产品质量，又能避免轧机机架受损。该应用场景适用于在卷取机处或轧制过程中辊与产品之间采用楔形测量技术，该技术有效消除了低温及发射率变化带来的挑战，同时排除了背景反射干扰。由此，制造商可实现连续的过程温度监测，确保系统持续跟踪生产全流程中的温度变化，支持实时调整，并为工艺及工具温度提供数据记录，从而洞察生产过程，实现闭环控制，自动维持工况，防止工艺偏差。

任何Optris长波红外相机均可利用楔形效应，在冷轧和卷取应用中准确测量带材温度。Xi系列自主式热像仪在该应用中提供多种接口选项，便于将相机轻松集成至新建或既有过程控制系统。与市面其他方案不同，Optris红外相机无需特殊软件或特定波长组合即可应对这一测温挑战——且以经济实惠的成本实现楔形效应的精准测量。