銅冶煉極板智能轉(zhuǎn)運運行狀況分析及優(yōu)化改進

李昱民

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠, 江西 貴溪 335424）

1 引言

2018年江銅貴溪冶煉廠在工信部“銅冶煉智能工廠試點示范”項目中設(shè)立“江銅貴溪冶煉廠二系統(tǒng)極板智能化轉(zhuǎn)運及質(zhì)檢系統(tǒng)”子項目［1］；貴冶熔煉車間以長年累積的冶煉技術(shù)為基礎(chǔ)與科大智能通力合作，建設(shè)了極板智能化轉(zhuǎn)運及質(zhì)檢系統(tǒng)［2］；于2019年11月開始滿負(fù)荷投入生產(chǎn)運行。在行業(yè)內(nèi)率先建立了基于智能化立體庫房的極板智能轉(zhuǎn)運及質(zhì)檢系統(tǒng)，使極板轉(zhuǎn)運、儲存及質(zhì)量檢測實現(xiàn)無人化和智能化管控。極板智能化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的應(yīng)用提升了工廠智能化、現(xiàn)代化水平。

2 極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)主要構(gòu)造介紹

貴溪冶煉廠熔煉車間二系統(tǒng)陽極爐工序主要由2臺630T回轉(zhuǎn)式陽極爐和一臺雙18模圓盤澆鑄機組成。精煉陽極銅由圓盤澆鑄機將高溫液態(tài)銅定量澆鑄［3］成陽極板，經(jīng)圓盤冷卻系統(tǒng)冷卻后，由提取機抓取到水槽進一步冷卻，并輸送到水槽末端；水槽抓取機械手將陽極板取出，通過陽極板背面視覺檢測后；放入翻轉(zhuǎn)機，將陽極板從直立狀態(tài)翻轉(zhuǎn)成水平狀態(tài)，輸送至下一個工位；陽極板正面視覺檢測陽極板正面尺寸是否合格，并將結(jié)果告知上位機；再輸送至碼垛機械手工位，通過碼垛機械手夾具抓取、將單個陽極板碼垛成6塊一垛；最后由RGV通過環(huán)形軌道將陽極板垛輸送到陽極板立體庫區(qū)域。極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)由東、西兩條輸送線路組成；東線對應(yīng)圓盤澆鑄機的1號圓盤，西線對應(yīng)2號圓盤。東、西線不合格陽極板碼垛放在專機頂升旋轉(zhuǎn)臺上，通過鏈條輸送將不合格陽極板輸送到端頭，由叉車取出。

2.1 區(qū)域設(shè)備流程

極板智能轉(zhuǎn)運［4］系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運過程中需要完成自動取板、轉(zhuǎn)接、稱重、外形整修、碼垛、鉆孔取樣、打包、跨車間輸送、不合格品的分離、入庫、出庫、發(fā)貨輸出、噴碼、掃碼等眾多工序功能，還需完成在線質(zhì)量自動檢測功能。極板轉(zhuǎn)運系統(tǒng)功能多、工序繁雜。圖1為區(qū)域設(shè)備流程圖。

圖1 區(qū)域設(shè)備流程圖

工位設(shè)備功能說明：

（1）水槽機械手：通過液壓夾爪從水槽中將陽極板取出，通過陽極板背面視覺檢測后，放入翻轉(zhuǎn)機后輸送。

（2）翻轉(zhuǎn)輸送機：將陽極板從直立狀態(tài)翻轉(zhuǎn)成水平狀態(tài)，再輸送至下一個工位。

（3）陽極板視覺檢測系統(tǒng)：檢測陽極板正面、背面尺寸是否合格，并將結(jié)果告知上位機。

（4）帶秤重功能的鏈條輸送機：檢測陽極板重量是否合格，并將結(jié)果告知上位機。

（5）打磨機械手：對上位機告知的陽極板需要打磨區(qū)域進行打磨。

（6）噴碼機：在陽極板耳部噴碼，為9位數(shù)字。

（7）碼垛機械手：通過夾具抓取、將單個陽極板碼垛成6塊一垛。再由鏈條輸送機及液壓頂升機組成，碼垛機械手將陽極板碼放在頂升機上，碼垛完成，頂升機下降，陽極板垛落在鏈條輸送機上進行輸送。

（8）旋轉(zhuǎn)輸送機：改變輸送方向，只在提升機或地坑輸送線故障時啟用，陽極板傳輸?shù)讲缓细耜枠O板下線機由叉車叉走。

（9）提升機：改變輸送高度，將地面上陽極板下降到地下輸送。

（10）不合格陽極板下線機：具有頂升旋轉(zhuǎn)、鏈條輸送、翻轉(zhuǎn)功能。碼垛機械手將不合格陽極板碼垛放在專機頂升旋轉(zhuǎn)臺上，通過鏈條輸送將不合格陽極板輸送到端頭，由叉車叉走。

（11）RGV及RGV檢修區(qū)域：輸送轉(zhuǎn)運功能，通過環(huán)形軌道將陽極板垛輸送到陽極板立體庫區(qū)域；RGV故障時，將RGV手動開至檢修區(qū)域或推至檢修區(qū)域，進行檢修。

2.2 控制原理介紹

WCS與電氣系統(tǒng)架構(gòu)原理：

（1）水槽檢測到陽極板，WCS根據(jù)水槽設(shè)備待抓陽極板信息生成機械手抓取任務(wù)；

（2）機械手接收到任務(wù)后，反面視覺檢測后放到翻轉(zhuǎn)機上；

（3）WCS任務(wù)完成時獲取反面視覺檢測結(jié)果并生成稱重任務(wù)；

（4）鏈?zhǔn)捷斔蜋C將陽極板輸送至稱重位置，經(jīng)稱重后經(jīng)過三維掃描相機進行正面掃描，并將掃描結(jié)果輸送給WCS；

（5）WCS通過輸送線將合格陽極板打磨結(jié)果發(fā)送給機械手根據(jù)掃描結(jié)果對陽極板表面進行去毛刺打磨作業(yè),不合格陽極板直接通知WMS計數(shù)，排到不合格陽極板碼垛位置；

（6）打磨后陽極板進入噴碼位置，噴碼機在陽極板掛耳上修磨平整的區(qū)域進行噴碼（數(shù)字編號）標(biāo)記，噴碼作業(yè)完成后進行碼垛；

（7）碼垛后的陽極板經(jīng)過輸送線外形檢測；（8）外形合格陽極板；堆垛機取陽極板入庫存儲，WMS系統(tǒng)更新庫存信息；

（9）外形不合格陽極板，排除異?？?，WMS更新單據(jù)。

WMS: 自產(chǎn)陽極板入庫：機械手從水槽抓取一塊陽極板，經(jīng)過背面視覺檢測，放到翻轉(zhuǎn)輸送線，輸送至正面視覺檢測工位，檢測完成后輸送至稱重工位，WCS在此位置向WMS發(fā)送請求，附帶背面檢測結(jié)果、正面檢測結(jié)果和陽極板的重量，WMS接受到請求后會做如下判斷：

（1）如果檢測結(jié)果和重量有一項不合格，WMS會給WCS發(fā)送一條到異常排出口的任務(wù)；

（2）如果每項都合格，WMS會給WCS發(fā)送一條去碼垛工位的任務(wù)。

到達(dá)碼垛工位后，機械手自動碼垛，6塊為一垛，碼垛結(jié)束后自動觸發(fā)輸送至提升機對接口，通過提升機輸送至RGV，由RGV輸送至外購區(qū)域輸送線，到達(dá)外形檢測工位，在此工位WCS向WMS發(fā)送入庫請求，WMS接受到請求后，自動分配巷道、儲位，并將帶有終點位置的任務(wù)發(fā)送給WCS ，WCS接受到任務(wù)以后驅(qū)動自動化設(shè)備將陽極板垛送至庫內(nèi)對應(yīng)的儲位。

3 極板智能轉(zhuǎn)運運行中出現(xiàn)的問題

熔煉車間陽極爐工序陽極銅產(chǎn)量高，生產(chǎn)作業(yè)周期緊湊，對圓盤澆鑄能力要求較高。極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)因其功能多、工位多，故障率高，陽極板轉(zhuǎn)運時間長；從而制約了圓盤澆鑄能力。極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)故障圓盤運行不順暢直接影響了陽極板質(zhì)量。

工序通過生產(chǎn)實踐摸索并結(jié)合極板智能轉(zhuǎn)運性能考核對板極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)進行了全面的分析；系統(tǒng)整體運行平穩(wěn)，但存在有以下幾個問題：（1）極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)制約了圓盤澆鑄能力；（2）極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)與圓盤澆鑄系統(tǒng)未完全融合；（3）澆鑄陽極板質(zhì)量會影響極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的正常運行。

針對上述問題工序通過對整個系統(tǒng)的全面分析，發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)生的原因并進行了優(yōu)化改進。

3.1 極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)制約了圓盤澆鑄能力

為全面了解極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)運行情況，提高系統(tǒng)的工作效率，工序?qū)O板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)每個工位設(shè)備運行時間及設(shè)備故障發(fā)生的原因進行摸底，并進行了改進優(yōu)化。表1為生產(chǎn)運行中設(shè)備故障統(tǒng)計表。通過表1可看出：設(shè)備故障點主要為工位光電限位故障及機械手夾具的變形問題。

表1 設(shè)備故障統(tǒng)計表

3.2 圓盤澆鑄系統(tǒng)與極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)未完全融合

極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)運行前，極板智能轉(zhuǎn)運操作人員與圓盤澆鑄機操作人員之間需要密切協(xié)同，信息及時溝通，協(xié)調(diào)叉車師傅在圓盤澆鑄模式下將水槽內(nèi)的陽極板取出，確保無陽極板滯留水槽內(nèi)。再由輔助人員將水槽光電限位和擋塊安裝好，并保證安裝位置偏差不要大于5mm。圖2為水槽光電限位和擋塊。

圖2 水槽光電限位和擋塊

每爐次都須在水槽末端安裝水槽光電限位和擋塊存在一定的安全隱患，操作繁瑣。

3.3 澆鑄陽極板對極板智能轉(zhuǎn)運的影響

精煉陽極銅經(jīng)圓盤澆鑄機澆鑄成陽極板；抓取到水槽的陽極板都需進入?yún)^(qū)域內(nèi)極板轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。水槽抓取機械手提取陽極板時機械手垂直向下插入陽極板上部并采用液壓夾具提??；如陽極板板面上部彎曲表形，機械手不能提取陽極板或?qū)е聶C械手夾具（剪刀叉）變形損壞。鏈條輸送過程中如有變形、側(cè)面飛邊、毛刺等不合格陽極板提取至輸送鏈上會導(dǎo)致鏈條卡頓、不合格陽極板碼垛傾斜。

澆鑄陽極板質(zhì)量［5］的好壞直接影響到極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)穩(wěn)定運行，極板智能轉(zhuǎn)運的穩(wěn)定性也直接影響到陽極板質(zhì)量，兩者相互影響關(guān)聯(lián)。圖3為水槽機械手。圖4為夾具（剪刀叉）。

圖3 水槽機械手

圖4 夾具（剪刀叉）

生產(chǎn)實踐過程中工序通過極板智能轉(zhuǎn)運性能考核，系統(tǒng)分析了陽極板質(zhì)量對極板智能轉(zhuǎn)運的影響，并制定了提高陽極板質(zhì)量的措施。表2為極板智能轉(zhuǎn)運性能考核期間設(shè)備故障統(tǒng)計表。通過表2可以看出：陽極板出現(xiàn)變形、飛邊影響極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)運行次數(shù)最多。

表2 設(shè)備故障統(tǒng)計表

4 優(yōu)化改進

4.1 針對制約圓盤澆鑄能力的解決方案

通過對極板智能轉(zhuǎn)運設(shè)備運行摸底調(diào)查，極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)制約圓盤澆鑄能力主要工位為：機器人自動打磨工位遇到難以處理的陽極板時等待時間太長；工位光電限位故障頻繁，影響整體輸送時間。

工序為減少極板智能轉(zhuǎn)運對圓盤澆鑄能力的影響；減掉了打磨、噴碼機兩個工位并保證每個工位輸送時間在15s 內(nèi)通過，安裝了質(zhì)量較好的光電設(shè)備。減少了光電限位故障發(fā)生率，縮短了極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)整體輸送時間，可保證與圓盤同步運行。

4.2 圓盤澆鑄與極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)融合的解決方案

圓盤澆鑄與極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)結(jié)合點在水槽末端限位，圓盤水槽堆垛限位只供圓盤澆鑄使用，極板智能轉(zhuǎn)運水槽光電限位和擋塊只供極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)使用，并未結(jié)合在一起。通過改變極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)水槽光電限位和擋塊、把圓盤水槽堆垛限位信號導(dǎo)入極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，做到信號互通。圓盤操作人員只需切換到極板智能轉(zhuǎn)運模式，水槽機械手接到信號就可以自動啟動。

4.3 陽極板質(zhì)量的解決方案

4.3.1 利用終點測氧儀,精準(zhǔn)判斷銅液含氧量

通過生產(chǎn)的實踐摸索，在保證陽極銅澆鑄溫度1180～1190℃的情況下，還原終點含O量控制在0.20%以下，可以保證銅液的流動性，陽極板物理規(guī)格可以得到基本保證；采用終點測氧儀后，可以精準(zhǔn)判斷銅液含氧量，保證陽極銅品質(zhì)。

4.3.2 提高圓盤澆鑄機澆鑄陽極板質(zhì)量的措施

（1）對噴淋水進行改進，對底部水噴頭進行固定，增加噴淋頭以達(dá)到均衡冷卻效果；并在噴淋水總管安裝過濾器，防止噴淋水雜物堵塞噴頭。

（2）對開裂的銅模進行捶打，開裂嚴(yán)重的銅模及時更換。

（3）銅模自然冷卻超過4h的提前烘烤（去除水蒸汽）；減少澆鑄陽極板前期飛邊、毛刺。

（4）嚴(yán)格噴涂配比。

（5）對銅模底邊進行抹粉作業(yè)。

（6）澆鑄開始上部水開啟量必須達(dá)到兩個要求：①上部水不能過大（水不能流入銅模尾部邊框）；②保證陽極板在廢陽極處不會被預(yù)頂起頂穿。

（7）廢陽極崗位人員必須對表面有渣及小包進行處理，以達(dá)到合格陽極板的要求。

（8）澆鑄正常情況下，銅模溫度控制在140～180℃之間，銅模溫度要保持均衡；并控制好澆鑄速度。

5 結(jié)語

工序通過生產(chǎn)實踐、性能考核對陽極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的運行有了全面的了解,運行中遇到的問題得到優(yōu)化改進，極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)整體運行平穩(wěn)。極板智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)［6］取代了傳統(tǒng)的叉車轉(zhuǎn)運作業(yè)，提高了設(shè)備的機械化及自動化程度，減少了叉車作業(yè)，降低了人工成本及安全隱患。同時，極板轉(zhuǎn)運系統(tǒng)又保留了緊急情況下的叉車作業(yè)空間，作為系統(tǒng)故障時的應(yīng)急補償手段，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性。