1 引言

    某冶煉廠為吹煉爐配置有2臺陽極爐，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，再由圓盤澆鑄機澆鑄為陽極板。在陽極爐入爐原料僅僅為熱料時，吹煉爐放銅一陽極爐（精煉成陽極銅）一圓盤澆鑄機（澆鑄成陽極板）的整個過程連續(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，精煉時間延長，用于澆鑄的時間縮短。從而出現(xiàn)圓盤澆鑄機作業(yè)尚未完成時，已到達吹煉爐向陽極爐放銅的時間，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 改進前圓盤澆鑄機作業(yè)狀況

    改進前圓盤澆鑄機工作示意圖見圖1。

    圖1 改進前圓盤澆鑄機工作示意圖

    2.1.1 陽極模具不到位

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

    經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，當發(fā)生陽極模具轉換不到位現(xiàn)象時，PLC數(shù)字通道狀態(tài)指示燈快速閃動，嚴重時還會有PLC故障發(fā)生，須要用復位鑰匙進行復位，才能使其重新運行，每次故障影響時間5min左右。

    2.1.2 變頻器偶爾出現(xiàn)故障

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

    2.1.3 原澆鑄過程時間控制程序設計

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

    圖2 改進前圓盤澆鑄機時間控制程序圖

    2.1.4 澆鑄機的取板、歸位動作

    當陽極板模具經(jīng)過圓盤轉動到位后，向取板機發(fā)出取板信號。取板機得到取板信號后由等待位置（水槽位置）左行3s到達取板位置。頂桿頂起陽極板、取板機掛好陽極板右行7s返回到等待位置（水槽位置），等待下一個取板信號。

  2.2 改進前圓盤澆鑄機作業(yè)效率分析

    課題組隨機抽取了連續(xù)20d的數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)其中有6個班次發(fā)生陽極爐被迫合爐重復精煉現(xiàn)象嚴重，合爐重煉陽極銅平均每班達3.4t，作業(yè)效率為25.3t/h。改進前的作業(yè)效率分析表見表1。

    表1 改進前的圓盤澆鑄機作業(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2.5min，PLC故障處理影響平均每班次多耗時4.2min，變頻器故障處理影響平均每班次多耗時5min，平均每班次被迫合爐陽極銅剩余量3.4t，澆鑄機的平均作業(yè)效率每小時25.3t，如果將圓盤澆鑄機的作業(yè)效率提高到每小時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)能與圓盤澆鑄機產(chǎn)能匹配表見表2。

    表2 陽極爐產(chǎn)能與圓盤澆鑄機產(chǎn)能匹配表

3 查找原因及改進措施

    3.1 模具不到位、PLC故障原因及改進措施

    3.1.1 原因查找

    課題組經(jīng)過現(xiàn)場查找發(fā)現(xiàn)，當模具不到位時，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)在澆鑄機偷停時，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誤動作或死機。

    3.1.2 改進措施

    首先，課題組將連接“接近開關”的普通電纜更換為屏蔽電纜。同時，為了避免“接近開關”由于長時間高溫輻射引起其特性變化而產(chǎn)生的誤動作，將“接近開關”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，變頻器從工作頻率降低至0Hz的時間遠短于默認的10s，從而造成變頻器過電壓保護性鎖死。為了保證變頻器迅速制動后正常工作，須使用能耗制動的方式制動。

    3.2.2 改進措施

    課題組將制動電阻加裝于變頻器內(nèi)置的制動單元，從而可以將迅速制動時電動機回饋的能量以熱能的形式消耗掉，以保護電動機和變頻器的安全。

    3.3 取板機等待位置及取板、歸位時間控制程序調(diào)整

    3.3.1 原因查找

    結合圖1、圖2分析，生產(chǎn)1塊陽極板耗時25s，其中圓盤轉動模具到位耗時15s，向空模具中澆鑄銅水耗時6s，而取板和歸位耗時7s?？梢?，取板機等待位置和取板、歸位時間控制程序設計存在不足。

    3.3.2 改進措施

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

    圖3 PLC程序改進后的圓盤澆鑄機工作示意圖

    圖4 PLC程序改進后的時間控制程序圖

4 效果分析及結論

    通過采取“接近開關”安裝位置調(diào)整，“接近開關”與PLC連線更換為屏蔽電纜，修改PLC程序中的取板機等待位置及時間控制程序，將變頻器制動單元中加入制動電阻等一系列改進措施，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。取板機在作業(yè)過程中，掛板準確，拉板平滑，返回迅速，整個過程連續(xù)順暢。對比“圖1、圖2”和“圖3、圖4”可知，生產(chǎn)1塊陽極板所用時間由原來的25 s縮短到22.5s。上述措施的整體實現(xiàn)，使改進后的圓盤澆鑄機的平均作業(yè)效率提高了10%。對比表2和表3可見，改進后的平均作業(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個班次圓盤澆鑄機作業(yè)分析表。

    表3 改進后的圓盤澆鑄機作業(yè)分析表

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