Page 270 - 《应用声学》2025年第2期

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How to resist such harsh working environments is a technical challenge. In this essay, a novel high temperature
piezoelectric micro-acoustics chip with layered structure is designed based on electro-magnetic micro-acoustics
(EMMA) technology. The electrode adopts Ti/Al multi-layer structure. Build a new automatic data acqui-
sition platform for high temperature experiments to achieve real-time and accurate measurement of electrical
performance and high temperature resistance of devices under high temperature conditions. The maximum
operating temperature reaches 550 C and the insertion loss of the device does not exceed −35 dB, which
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can realize relatively long distance recognition. This technology has been applied in Zhanjiang and Long-
men Iron industry, verifying the significant advantage of EMMA based recognition, tracking, and positioning
technology in long-term maintenance free. The technology has solved the problem of identifying and tracking
high-temperature molten metals, assisting in the intelligent manufacturing of metallurgical processes.
Keywords: Metallurgical process; The identification and tracking of ladle; Electromagnetic micro-acoustic
technology; Intelligent manufacturing; Hierarchical Structure

的清楚、相机镜头的清洁，系统实现高识别率、纯无
0 引言
人化还有较大的技术挑战。另外一种为基于半导体
智能制造的浪潮下，机器人、人工智能、5G等新 的 RFID 技术方案 [8] ，通过隔热材料保护 RFID 芯
兴技术应用到冶金流程工程，已在热轧、冷轧等后端 片，设计散热结构，减缓温度传递到芯片，提高芯片
高温下的寿命。常规的 RFID 芯片工作温度上限为
流程工序成功应用并产生显著生产效益 [1] ，冶金行
125 C，若芯片长期超过 200 C 工作会发生电子逃
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业的转型升级 [2] 稳步进行。然而，高炉、转炉、精炼
等炼铁、炼钢的核心单元，仍被视为 “黑箱”，设备内 逸等现象，影响其识别性能 [9] 。
部的化学反应过程、物理信息无法实时直接采集 [3] 。 钢包精准识别跟踪是智慧炼钢的必备信息感
知技术之一，如出现钢包定位跟踪信息的丢失或误
钢包、中间包等高温熔融设备作为炼钢 -连铸 “界面
技术” 的核心装备 [4] ，承载着钢水串联在转炉、精 判，将会出现炼钢工序等钢包、生产物流信息不畅，
炼、连铸等多个工序，运行在烘烤位、出钢位、精炼 甚至导致浇错钢水等严重后果 [10] 。因此，钢包定位
跟踪技术的识别率须达到100%，且要求长期稳定并
位、大包位、检修位等多个路径。钢包贯穿着整个炼
免维护。
钢生产工艺流程，其设备智能化的基础水准是高水
平智能流程化的保障。现阶段对钢包智能化的研究 sp2
sp1 ~283.1 C sp3

主要集中在智能烘烤、调度优化、智能控制等冶金 ~242.9 C ~281.3 C sp5 ~52.4 C
~265.5 C
流程工艺、工序优化 [5−6] ，而钢包的识别跟踪技术
sp4
是钢包智能化的核心基础感知技术，是上述 “界面 sp7 ~226.3 C
~233.3 C
sp8
~216.8 C
技术”实现的硬件基础。
sp6
传统钢包识别跟踪的方法是依靠肉眼观察记 ~209.8 C
录钢包表面喷涂的号码，如图 1(a) 所示，采用手动
记录钢包周转信息的方法，会导致钢包信息匹配
易出错、周转时间长、钢水温降大等问题出现。如
(a) ངᨂԈЯᨂӊ (b) ጚܱੇϸᄊᨂӊ᛫᭧ພए
图 1(b) 所示，钢包表面温度较高，局部高温区域达
到 350 C，这为技术上实现识别跟踪定位带来了难 图 1 炼钢厂内钢包条件
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Fig. 1 Condition of ladle in steel plant
题。行业内进行过很多尝试，包括图像识别和射频
识别 (Radio frequency identification, RFID) 技术。 鉴于以上工业环境和技术需求，本文提出电磁
图像识别方案基于工业相机 [7] ，通过图像处理算法 微 声 (Electro-magnetic micro-acoustics, EMMA)
识别钢包表面喷涂的包号，该方案具有硬件成本低、 技术方案，雷达发射电磁波，经微声芯片转换为
监控识别一体的优势。然而在恶劣的炼钢环境中， 声波，再转为电磁波回传信息。该技术的核心微声
强光、金属反射、粉尘、振动等因素干扰相机成像质 芯片，是一种制备在压电单晶上的微机电系统，从本
量，包号遭受钢渣覆盖遮挡，需要定期维护钢包号码 质上具有耐高温工作的特点，利用 Ti/Al 等材料设