1 引言

    某冶煉廠為吹煉爐配置有2臺(tái)陽極爐，其中50t陽極爐用于將吹煉爐生產(chǎn)出的熱粗銅精煉成陽極銅，再由圓盤澆鑄機(jī)澆鑄為陽極板。在陽極爐入爐原料僅僅為熱料時(shí)，吹煉爐放銅一陽極爐（精煉成陽極銅）一圓盤澆鑄機(jī)（澆鑄成陽極板）的整個(gè)過程連續(xù)順暢，沒有出現(xiàn)瓶頸問題。為了增加陽極爐的產(chǎn)能，嘗試在消化熱料的陽極爐中加入一定量的冷料紫雜銅。但是，隨著陽極爐入爐原料成分增加紫雜銅等冷料成分，精煉時(shí)間延長，用于澆鑄的時(shí)間縮短。從而出現(xiàn)圓盤澆鑄機(jī)作業(yè)尚未完成時(shí)，已到達(dá)吹煉爐向陽極爐放銅的時(shí)間，使陽極爐內(nèi)尚未完成澆鑄陽極板作業(yè)的剩余陽極銅被迫合爐重新精煉，沒能達(dá)到提高陽極板產(chǎn)量、降低成本的目的。很顯然，提高圓盤澆鑄機(jī)的作業(yè)效率是解決作業(yè)瓶頸、提高陽極板產(chǎn)量、降低成本的有效措施。

2 基本情況

    2.1 改進(jìn)前圓盤澆鑄機(jī)作業(yè)狀況

    改進(jìn)前圓盤澆鑄機(jī)工作示意圖見圖1。

    圖1 改進(jìn)前圓盤澆鑄機(jī)工作示意圖

    2.1.1 陽極模具不到位

    澆鑄過程中，陽極模具位置轉(zhuǎn)換時(shí)，時(shí)常出現(xiàn)到位不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。需要經(jīng)過5s的二次轉(zhuǎn)換模具操作才能準(zhǔn)確到位，每個(gè)作業(yè)班為此多耗時(shí)間3min左右。

    經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)生陽極模具轉(zhuǎn)換不到位現(xiàn)象時(shí)，PLC數(shù)字通道狀態(tài)指示燈快速閃動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)有PLC故障發(fā)生，須要用復(fù)位鑰匙進(jìn)行復(fù)位，才能使其重新運(yùn)行，每次故障影響時(shí)間5min左右。

    2.1.2 變頻器偶爾出現(xiàn)故障

    澆鑄過程中，平均每個(gè)作業(yè)班有1到2次變頻器鎖死故障。發(fā)生此類故障時(shí)，變頻器控制面板失效、變頻器故障報(bào)警。必須有維修電工到達(dá)現(xiàn)場處理故障，每次故障影響時(shí)間6min左右。

    2.1.3 原澆鑄過程時(shí)間控制程序設(shè)計(jì)

    澆鑄1塊陽極板需要用時(shí)25s，其中圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)使陽極模具到達(dá)“澆銅位”位用時(shí)15s，銅水澆鑄到位6s，取板機(jī)由等待位置（水槽位置）左行到達(dá)取板位置用時(shí)3s（與銅水澆鑄并行），掛板右行返回用時(shí)7s（部分時(shí)間與銅水澆鑄并行）。圖2為圓盤澆鑄機(jī)時(shí)間控制程序圖。

    圖2 改進(jìn)前圓盤澆鑄機(jī)時(shí)間控制程序圖

    2.1.4 澆鑄機(jī)的取板、歸位動(dòng)作

    當(dāng)陽極板模具經(jīng)過圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，向取板機(jī)發(fā)出取板信號(hào)。取板機(jī)得到取板信號(hào)后由等待位置（水槽位置）左行3s到達(dá)取板位置。頂桿頂起陽極板、取板機(jī)掛好陽極板右行7s返回到等待位置（水槽位置），等待下一個(gè)取板信號(hào)。

  2.2 改進(jìn)前圓盤澆鑄機(jī)作業(yè)效率分析

    課題組隨機(jī)抽取了連續(xù)20d的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中有6個(gè)班次發(fā)生陽極爐被迫合爐重復(fù)精煉現(xiàn)象嚴(yán)重，合爐重?zé)掙枠O銅平均每班達(dá)3.4t，作業(yè)效率為25.3t/h。改進(jìn)前的作業(yè)效率分析表見表1。

    表1 改進(jìn)前的圓盤澆鑄機(jī)作業(yè)效率分析表

    從表1可見，由于模具不到位影響平均每班次多耗時(shí)2.5min，PLC故障處理影響平均每班次多耗時(shí)4.2min，變頻器故障處理影響平均每班次多耗時(shí)5min，平均每班次被迫合爐陽極銅剩余量3.4t，澆鑄機(jī)的平均作業(yè)效率每小時(shí)25.3t，如果將圓盤澆鑄機(jī)的作業(yè)效率提高到每小時(shí)26.8t以上，則可以徹底解決陽極爐被迫合爐重新精煉問題，陽極爐產(chǎn)能與圓盤澆鑄機(jī)產(chǎn)能匹配表見表2。

    表2 陽極爐產(chǎn)能與圓盤澆鑄機(jī)產(chǎn)能匹配表

3 查找原因及改進(jìn)措施

    3.1 模具不到位、PLC故障原因及改進(jìn)措施

    3.1.1 原因查找

    課題組經(jīng)過現(xiàn)場查找發(fā)現(xiàn)，當(dāng)模具不到位時(shí)，在PLC連線端子處可檢測到2～4V的直流電壓存在。另外，發(fā)現(xiàn)在澆鑄機(jī)偷停時(shí)，在PLC連線端子處可檢測到5～6V的直流電壓，判斷存在電磁干擾通過連接電纜串入了PLC，從而造成PLC誤動(dòng)作或死機(jī)。

    3.1.2 改進(jìn)措施

    首先，課題組將連接“接近開關(guān)”的普通電纜更換為屏蔽電纜。同時(shí)，為了避免“接近開關(guān)”由于長時(shí)間高溫輻射引起其特性變化而產(chǎn)生的誤動(dòng)作，將“接近開關(guān)”選擇合理的位置重新安裝。

    3.2 變頻器故障原因查找及改進(jìn)措施

    3.2.1 原因查找

    課題組根據(jù)資料分析，模具到位后迅速制動(dòng)，變頻器從工作頻率降低至0Hz的時(shí)間遠(yuǎn)短于默認(rèn)的10s，從而造成變頻器過電壓保護(hù)性鎖死。為了保證變頻器迅速制動(dòng)后正常工作，須使用能耗制動(dòng)的方式制動(dòng)。

    3.2.2 改進(jìn)措施

    課題組將制動(dòng)電阻加裝于變頻器內(nèi)置的制動(dòng)單元，從而可以將迅速制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)回饋的能量以熱能的形式消耗掉，以保護(hù)電動(dòng)機(jī)和變頻器的安全。

    3.3 取板機(jī)等待位置及取板、歸位時(shí)間控制程序調(diào)整

    3.3.1 原因查找

    結(jié)合圖1、圖2分析，生產(chǎn)1塊陽極板耗時(shí)25s，其中圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)模具到位耗時(shí)15s，向空模具中澆鑄銅水耗時(shí)6s，而取板和歸位耗時(shí)7s。可見，取板機(jī)等待位置和取板、歸位時(shí)間控制程序設(shè)計(jì)存在不足。

    3.3.2 改進(jìn)措施

    課題組對(duì)PLC控制程序進(jìn)行了修改，在程序中，將取板機(jī)的等待位置由原來的水槽位置修改為取板位置，同時(shí)修改時(shí)間控制程序。因此，模具到位后，節(jié)省了待取板機(jī)由水槽位置左行到取板位置所耗時(shí)間，可以直接掛板右行，縮短了取板、歸位的時(shí)間2.5s。PLC程序修改后的圓盤澆鑄機(jī)作業(yè)示意圖及時(shí)間控制程序圖見圖3、圖4。

    圖3 PLC程序改進(jìn)后的圓盤澆鑄機(jī)工作示意圖

    圖4 PLC程序改進(jìn)后的時(shí)間控制程序圖

4 效果分析及結(jié)論

    通過采取“接近開關(guān)”安裝位置調(diào)整，“接近開關(guān)”與PLC連線更換為屏蔽電纜，修改PLC程序中的取板機(jī)等待位置及時(shí)間控制程序，將變頻器制動(dòng)單元中加入制動(dòng)電阻等一系列改進(jìn)措施，模具不到位的現(xiàn)象大大降低，PLC故障影響和變頻器故障影響降低為零。取板機(jī)在作業(yè)過程中，掛板準(zhǔn)確，拉板平滑，返回迅速，整個(gè)過程連續(xù)順暢。對(duì)比“圖1、圖2”和“圖3、圖4”可知，生產(chǎn)1塊陽極板所用時(shí)間由原來的25 s縮短到22.5s。上述措施的整體實(shí)現(xiàn)，使改進(jìn)后的圓盤澆鑄機(jī)的平均作業(yè)效率提高了10%。對(duì)比表2和表3可見，改進(jìn)后的平均作業(yè)效率為28.5t/h（最低為28t/h以上），大于理論需要的作業(yè)效率26.8t/h，消除了因圓盤澆鑄機(jī)作業(yè)效率不能滿足要求而引起的陽極爐中剩余陽極銅被迫合爐重新精煉的現(xiàn)象，提高了陽極板的產(chǎn)量。表3為隨意抽取的連續(xù)6個(gè)班次圓盤澆鑄機(jī)作業(yè)分析表。

    表3 改進(jìn)后的圓盤澆鑄機(jī)作業(yè)分析表

    通過1a多的實(shí)際運(yùn)行，改進(jìn)后的圓盤澆鑄機(jī)不但運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低、作業(yè)效率高，而且人工現(xiàn)場維護(hù)成本低，陽極板產(chǎn)量提高，陽極板單位生產(chǎn)成本較大幅度降低。