熔鋅爐自動(dòng)投料及自動(dòng)碼垛生產(chǎn)線的改造

馬福元，馮旭輝

（西部礦業(yè)股份有限公司，青海 西寧 810000）

1 前言

熔鑄車間是我公司60kt/a鋅濕法冶煉系統(tǒng)的最后一道工序，這個(gè)工序主要是將鋅片原料加入熔鋅爐，利用熔鋅爐的電熱轉(zhuǎn)化將鋅片熔化，用直線鑄錠機(jī)澆鑄成錠，然后通過(guò)碼垛，打包計(jì)量后標(biāo)識(shí)入庫(kù)。這個(gè)工序的主要技術(shù)裝備有熔鋅爐和直線鑄錠機(jī)，其設(shè)備的主要操作以人工來(lái)實(shí)現(xiàn)。我公司為了實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化操作，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行了技術(shù)改造，通過(guò)改造后使用效果非常好。

2 改造前的狀況

我公司目前熔鋅爐投料操作，是員工用鋼釬向爐內(nèi)撬推析出鋅片，不僅操作困難，而且不容易保證鋅片加入的持續(xù)與均衡，增加了加料時(shí)對(duì)電爐的沖擊力，導(dǎo)致感應(yīng)體使用壽命縮短；碼錠操作采用純?nèi)斯ごa垛，每塊鋅錠約25kg，每班產(chǎn)量90噸，意味著12小時(shí)內(nèi)要將3600塊約250℃的鋅壘成錠垛，工作量較大，環(huán)境溫度也高，尤其在炎熱的夏季，員工很容易中暑，給員工的身體帶來(lái)傷害；改造前直線鑄錠機(jī)冷卻裝置是機(jī)上的3臺(tái)1．1kW軸風(fēng)機(jī)，由于冷卻效果差，冷卻后的鋅錠的溫度仍然有250℃左右，高溫導(dǎo)致鋅錠物理表面質(zhì)量差，同時(shí)加劇了鑄錠模的氧化，縮短了使用壽命。

3 技術(shù)改造內(nèi)容

針對(duì)改造前的實(shí)際狀況，我公司技術(shù)人員在現(xiàn)有的工藝條件下進(jìn)行了一系列的自動(dòng)化改造，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

3.1 進(jìn)料操作的自動(dòng)化改造

將原來(lái)的人工操作進(jìn)料改為液壓自動(dòng)加料機(jī)，可收縮自如的進(jìn)料推板，進(jìn)料厚度設(shè)計(jì)點(diǎn)調(diào)節(jié)，每次進(jìn)料按照工藝要求和生產(chǎn)實(shí)際，調(diào)節(jié)進(jìn)料厚度。保證了鋅片加入的持續(xù)與均衡，減輕了加料時(shí)對(duì)電爐的沖擊力，確保了電爐使用壽命。

3.2 直線鑄錠機(jī)的改造

主要將現(xiàn)有23．5米的直線鑄錠機(jī)拆除，新裝一臺(tái)17．46米的水冷式爬坡鑄錠機(jī)。

3.2.1 鑄錠機(jī)結(jié)構(gòu)

直線鑄錠機(jī)由雙勺舀鋅裝置、尾輪及張裝裝置、機(jī)架、錠模組、傳動(dòng)裝置、打印裝置、風(fēng)冷裝置、水冷裝置、脫模裝置、頭輪裝置組成。

3.2.2 主要原理

通過(guò)自動(dòng)加料機(jī)向感應(yīng)爐連續(xù)均勻加料后，由感應(yīng)電爐經(jīng)雙勺舀鋅裝置將鋅液（～480度）注入到移動(dòng)中的錠模內(nèi)，鑄模內(nèi)鋅液經(jīng)風(fēng)冷結(jié)合模底噴水冷卻而凝固成鋅錠，并在鑄錠機(jī)頭部附近被打上印記，再通過(guò)脫模裝置與鑄模脫離。

3.2.3 控制說(shuō)明

直線鑄錠機(jī)控制包含澆注裝置控制和直線鑄錠機(jī)本體控制兩部分。

3.2.3.1 澆注裝置

澆注采用單勺舀鋅澆注。由安裝在鑄錠機(jī)上的兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)控制舀鋅電機(jī)的啟動(dòng)，安裝在舀鋅機(jī)構(gòu)的行程開(kāi)關(guān)控制電機(jī)的停止。

鑄錠機(jī)線上安裝有“舀鋅機(jī)構(gòu)啟動(dòng)”行程開(kāi)關(guān)。舀鋅電機(jī)上安裝有“舀鋅機(jī)構(gòu)停止”開(kāi)關(guān)。

3.2.3.2 鑄錠機(jī)

鑄錠機(jī)由變頻器控制，可通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率改變鑄錠機(jī)運(yùn)行速度。

操作方式：鑄錠機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作箱控制（參見(jiàn)圖1）。操作箱設(shè)有“手動(dòng)/自動(dòng)”切換按鈕，點(diǎn)按該按鈕可使系統(tǒng)在“手動(dòng)狀態(tài)”和“自動(dòng)狀態(tài)”間切換。

3.2.3.3 冷卻風(fēng)扇

鑄錠機(jī)生產(chǎn)線上裝有兩臺(tái)1．1kW冷卻風(fēng)扇。風(fēng)扇和鑄錠機(jī)同步啟停。

3.3 碼垛操作自動(dòng)化改造

根據(jù)實(shí)際需要增加一套自動(dòng)碼垛機(jī)組。

3.3.1 機(jī)組的主要構(gòu)成

錠塊輸送輥道、錠塊編排裝置、碼垛裝置、錠垛輸送機(jī)及電控系統(tǒng)五大部分組成。

錠塊輸送輥道由落錠輸送輥道、中間輸送輥道；錠塊編排裝置由推錠一、回轉(zhuǎn)平臺(tái) 、錠塊編排平臺(tái)、推錠二、推錠三、液壓站；碼垛裝置由機(jī)架、油缸、導(dǎo)向裝置、小車、吊斗等組成；錠垛輸送機(jī)由鏈條及錠垛支撐裝置、機(jī)架、頭輪裝置、尾輪裝置、驅(qū)動(dòng)裝置組成；電控系統(tǒng)由電控柜、操作臺(tái)、光電開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等組成。

3.3.2 工作原理

脫模后的鋅錠掉落到錠塊輸送輥道上，經(jīng)過(guò)錠塊輸送輥道送往錠塊編組平臺(tái)上，并繼續(xù)被推入回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，錠塊編組平臺(tái)按每層鋅錠排列要求在回轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)排列，由推錠裝置將鋅錠塊送往堆垛裝置吊斗上，進(jìn)行分層堆碼，按每垛56塊錠往復(fù)進(jìn)行。為方便叉車搬運(yùn)，第一二層每層兩塊鋅錠，第三至十三層每層四塊鋅錠按不同程序指令被編成一層。奇數(shù)層與偶數(shù)層的排列是不同的，每十五層為一垛（堆碼方式見(jiàn)圖2）。堆碼一垛后，錠垛輸送機(jī)運(yùn)行一個(gè)垛位，在錠垛輸送機(jī)上穿好0．9×32mm鋼帶再用天車將錠垛從機(jī)組運(yùn)出。除了扒皮及錠垛轉(zhuǎn)運(yùn)、錠垛捆扎須人工操作外，其余過(guò)程全部為自動(dòng)化操作。鋅錠垛在車間堆場(chǎng)放置10小時(shí)以上，再由人工將鋼帶捆扎牢固。

圖1 鑄錠機(jī)操作箱

圖2 鋅錠堆碼方式圖

3.3.3 控制說(shuō)明

（1）錠傳送及廢錠推出

①錠傳送：錠傳送輥道一（落錠輥道），其啟停和鑄錠機(jī)同步。

自動(dòng)啟動(dòng)，錠傳送二電機(jī)啟動(dòng)，錠傳送開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)電機(jī)有故障時(shí)將停止運(yùn)轉(zhuǎn)并報(bào)警。

錠塊從鑄錠機(jī)上掉落到錠傳送輥道一，通過(guò)錠傳送一輥道的固定翻錠機(jī)構(gòu)后，落至錠傳送輥道二。在錠傳送輥道二的末端裝有“待料檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)”。如果此時(shí)推錠一油缸或翻錠機(jī)構(gòu)或加緊機(jī)構(gòu)沒(méi)有回位或者檢測(cè)到推錠一還有錠塊沒(méi)有推出（含位置正常與不正常），錠傳送二電機(jī)M4停止，錠塊停留在該位置，等待狀態(tài)允許后重新啟動(dòng)。

②廢錠推出：在碼垛系統(tǒng)處于“自動(dòng)狀態(tài)”時(shí)，錠塊從直線鑄錠機(jī)上下來(lái)傳送至錠傳送輥道二，由操作人員觀察錠塊情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)錠塊屬于廢錠時(shí)，在鋅錠進(jìn)入廢錠推出裝置前，踩下“廢錠確認(rèn)”開(kāi)關(guān)（腳踏開(kāi)關(guān)），即在PLC中將該錠塊標(biāo)記為廢錠。當(dāng)該標(biāo)記后的廢錠繼續(xù)傳送到廢錠推出裝置時(shí)，“廢錠檢測(cè)”光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到該錠塊，廢錠推出氣缸動(dòng)作，將該錠推出輥道。

（2）翻錠和推錠

①翻錠。

原位狀態(tài)：翻錠缸原位，夾緊缸松開(kāi)到位。

翻錠裝置包括翻錠缸和夾緊缸。翻錠計(jì)數(shù)根據(jù)推錠一計(jì)數(shù)生成，當(dāng)推錠一計(jì)數(shù)為40、41、42、43，待推錠一有料檢測(cè)再次檢測(cè)到有錠時(shí)（即第41、42、43、44錠來(lái)到時(shí)）程序執(zhí)行翻錠。

當(dāng)“推錠一有料檢測(cè)”檢測(cè)到錠塊并且維持0．2S后該錠塊才被最終確認(rèn)。根據(jù)計(jì)數(shù)該鋅錠需要被翻錠時(shí)，首先推錠一伸出稍許(伸出長(zhǎng)度可通過(guò)觸摸屏設(shè)置)，使落至翻錠平臺(tái)的鋅錠位置合適，推錠一縮回處于等待狀態(tài)。然后夾緊缸縮回，加緊鋅錠，夾緊缸加緊動(dòng)作持續(xù)0．5s表明夾緊完成，翻錠缸動(dòng)作翻錠；待翻錠到位檢測(cè)開(kāi)關(guān)持續(xù)0．3s表明翻錠完成，此時(shí)夾緊缸松開(kāi)；夾緊缸松開(kāi)動(dòng)作持續(xù)0．3s表明放錠完成，隨后夾緊缸再次夾緊，翻錠缸回旋至原位，夾緊缸再次松開(kāi)。待翻錠原位檢測(cè)開(kāi)關(guān)有信號(hào)且?jiàn)A緊缸處于松開(kāi)狀態(tài)表明整個(gè)翻錠動(dòng)作完成，此后程序引導(dǎo)推錠一動(dòng)作。

②推錠一。

原位狀態(tài)：推錠一油缸縮回到位。

錠塊從錠傳送輥道二經(jīng)過(guò)“待料位置檢測(cè)”光電開(kāi)關(guān)后到達(dá)推錠一推錠平臺(tái)，“推錠一有料檢測(cè)”檢測(cè)到錠塊并且維持0．2s后錠塊才被最終確認(rèn)。

如果該錠塊無(wú)需翻錠，則當(dāng)加緊機(jī)構(gòu)、翻錠機(jī)構(gòu)和推錠二都在原位，且推錠二不處在推錠等待狀態(tài)時(shí)，推錠一推錠。推錠到“前進(jìn)停止位置”后油缸自動(dòng)縮回，回到“推錠一回退停止位”。

如果該錠塊需要翻錠，則推錠一等待，直到翻錠完成，各狀態(tài)都已回到位后才能動(dòng)作。

當(dāng)推錠一前進(jìn)到位時(shí)，推錠一計(jì)數(shù)加1。該計(jì)數(shù)作為翻錠、推錠二和回轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)計(jì)數(shù)，顯示在屏上，并可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)置。

③推錠二、回轉(zhuǎn)。

原位狀態(tài)：推錠二油缸縮回到位；回轉(zhuǎn)油缸伸出到位。

推錠一推過(guò)來(lái)的錠塊根據(jù)編碼規(guī)則選擇回轉(zhuǎn)或在推錠二位置等待或直接由推錠二推出。

第一層、第二層以及后續(xù)雙數(shù)層的錠塊：推錠一推過(guò)來(lái)兩塊后由推錠二推出到推錠三位置。第一層推錠二推錠一次完成一層，其它層推錠二連續(xù)推錠兩次完成一層。

從第三層開(kāi)始的奇數(shù)層： 該層第一塊錠推到推錠二位置后，回轉(zhuǎn)缸縮回，回轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)錠塊旋轉(zhuǎn)90°，然后推錠二推出，到位后自動(dòng)縮回。推錠二縮回時(shí)回轉(zhuǎn)缸自動(dòng)伸出復(fù)位。第二、三塊錠時(shí)回轉(zhuǎn)臺(tái)不動(dòng)作，待兩塊錠塊到位后由推錠二一次推出。第四塊錠的動(dòng)作如第一塊錠。

④推錠三。

原位：推錠三縮回到位。

第十二層在推錠二完成一次推錠動(dòng)作后，推定三自動(dòng)推錠；其余各層，當(dāng)“推錠三有料檢測(cè)”光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到有料并且推錠二回到原位后，推錠三推出。

（3）堆碼裝置

原位狀態(tài)：推車缸縮回到位，升降缸下降到位，抽板缸縮回到位，錠垛輸送機(jī)停在錠垛停止位。

放錠：推錠三推錠后檢測(cè)到回到原位，升降缸上升。升降缸上升到位，推車缸推出。推車缸推出到位且碼堆停止位有信號(hào)，升降缸下降。升降缸下降到位（接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作），升降缸下降停止，抽板缸抽出，將錠塊放置于錠垛輸送機(jī)上。

返回：抽板缸伸出指令發(fā)出數(shù)秒后（時(shí)間必須在觸摸屏上預(yù)置），升降缸上升。升降缸上升到位，抽板缸縮回，同時(shí)推車缸縮回。如果已經(jīng)放置12層，當(dāng)推車缸縮回到位時(shí)，錠垛輸送機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行至下一個(gè)碼堆停止位或者“錠垛運(yùn)行時(shí)間”到時(shí)停止。

抽板缸和推車缸都縮回到位后，升降缸下降，光電開(kāi)關(guān)動(dòng)作，下降停止，完成一個(gè)動(dòng)作周期，等待下一層錠。抽板缸縮回時(shí)進(jìn)行層計(jì)數(shù)。

（4）錠垛輸送機(jī)

原位：碼堆停止位有信號(hào)。

當(dāng)鋅錠已經(jīng)放置12層，在推車缸縮回到位時(shí)，錠垛輸送機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行至下一個(gè)碼堆停止位或者“錠垛運(yùn)行時(shí)間”到時(shí)停止。

觸摸屏設(shè)有錠垛運(yùn)行時(shí)間，以保證鑄錠機(jī)在沒(méi)檢測(cè)到停止位時(shí)也能停下。

當(dāng)錠垛輸送機(jī)上的“堆碼堵料預(yù)警”光電開(kāi)關(guān)有信號(hào)時(shí)，操作臺(tái)報(bào)警，提醒趕快將輸送機(jī)上的錠垛搬走；當(dāng)“堆碼堵料極限位”光電開(kāi)關(guān)有信號(hào)時(shí)，錠垛輸送機(jī)將禁止運(yùn)行。

動(dòng)作指令：層計(jì)數(shù)為12，升降缸升到上升極限同時(shí)推車缸回退到位。

手動(dòng)狀態(tài)：觸摸屏自保啟動(dòng)，到達(dá)碼堆停止位后停止；“手動(dòng)/自動(dòng)”狀態(tài)變化時(shí)運(yùn)行停止。

4 效果體現(xiàn)

通過(guò)自動(dòng)化改造后效果主要體現(xiàn)在工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，人員配置將從原有每班15人降至每班10人,可減員5人；鑄錠模使用壽命由以前的每年更換一套可延長(zhǎng)至兩年以上更換一套；通過(guò)改造熔鋅爐直收率有很大的提高，鋅錠的物理外觀也有了很大的提高；電耗降至115kW·h以下。

5 結(jié)語(yǔ)

熔鑄車間是鋅錠產(chǎn)品的生產(chǎn)車間，其自動(dòng)化程度的高低直接決定產(chǎn)品質(zhì)量和加工成本。我公司通過(guò)技術(shù)改造做到了減員增效，改善了生產(chǎn)環(huán)境，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，促使企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力大幅提高，自動(dòng)化生產(chǎn)是我們企業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向。

[1]靳哲．PLC的原理及應(yīng)用[J]．北京師范大學(xué)出版社,2008．

[2]蔡鶴皋．機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)[M]．北京機(jī)械工業(yè)出版社,2000．

[3]張宏友．液壓與氣動(dòng)技術(shù)[M]．大連理工大學(xué)出版社,2009．