熔鋅爐自動投料及自動碼垛生產線的改造

馬福元，馮旭輝

（西部礦業股份有限公司，青海 西寧 810000）

1 前言

熔鑄車間是我公司60kt/a鋅濕法冶煉系統的最后一道工序，這個工序主要是將鋅片原料加入熔鋅爐，利用熔鋅爐的電熱轉化將鋅片熔化，用直線鑄錠機澆鑄成錠，然后通過碼垛，打包計量后標識入庫。這個工序的主要技術裝備有熔鋅爐和直線鑄錠機，其設備的主要操作以人工來實現。我公司為了實現的自動化操作，對生產線進行了技術改造，通過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與均衡，增加了加料時對電爐的沖擊力，導致感應體使用壽命縮短；碼錠操作采用純人工碼垛，每塊鋅錠約25kg，每班產量90噸，意味著12小時內要將3600塊約250℃的鋅壘成錠垛，工作量較大，環境溫度也高，尤其在炎熱的夏季，員工很容易中暑，給員工的身體帶來傷害；改造前直線鑄錠機冷卻裝置是機上的3臺1．1kW軸風機，由于冷卻效果差，冷卻后的鋅錠的溫度仍然有250℃左右，高溫導致鋅錠物理表面質量差，同時加劇了鑄錠模的氧化，縮短了使用壽命。

3 技術改造內容

針對改造前的實際狀況，我公司技術人員在現有的工藝條件下進行了一系列的自動化改造，主要體現在以下兩個方面。

3.1 進料操作的自動化改造

將原來的人工操作進料改為液壓自動加料機，可收縮自如的進料推板，進料厚度設計點調節，每次進料按照工藝要求和生產實際，調節進料厚度。保證了鋅片加入的持續與均衡，減輕了加料時對電爐的沖擊力，確保了電爐使用壽命。

3.2 直線鑄錠機的改造

主要將現有23．5米的直線鑄錠機拆除，新裝一臺17．46米的水冷式爬坡鑄錠機。

3.2.1 鑄錠機結構

直線鑄錠機由雙勺舀鋅裝置、尾輪及張裝裝置、機架、錠模組、傳動裝置、打印裝置、風冷裝置、水冷裝置、脫模裝置、頭輪裝置組成。

3.2.2 主要原理

通過自動加料機向感應爐連續均勻加料后，由感應電爐經雙勺舀鋅裝置將鋅液（～480度）注入到移動中的錠模內，鑄模內鋅液經風冷結合模底噴水冷卻而凝固成鋅錠，并在鑄錠機頭部附近被打上印記，再通過脫模裝置與鑄模脫離。

3.2.3 控制說明

直線鑄錠機控制包含澆注裝置控制和直線鑄錠機本體控制兩部分。

3.2.3.1 澆注裝置

澆注采用單勺舀鋅澆注。由安裝在鑄錠機上的兩個行程開關控制舀鋅電機的啟動，安裝在舀鋅機構的行程開關控制電機的停止。

鑄錠機線上安裝有“舀鋅機構啟動”行程開關。舀鋅電機上安裝有“舀鋅機構停止”開關。

3.2.3.2 鑄錠機

鑄錠機由變頻器控制，可通過調節變頻器輸出頻率改變鑄錠機運行速度。

操作方式：鑄錠機通過現場操作箱控制（參見圖1）。操作箱設有“手動/自動”切換按鈕，點按該按鈕可使系統在“手動狀態”和“自動狀態”間切換。

3.2.3.3 冷卻風扇

鑄錠機生產線上裝有兩臺1．1kW冷卻風扇。風扇和鑄錠機同步啟停。

3.3 碼垛操作自動化改造

根據實際需要增加一套自動碼垛機組。

3.3.1 機組的主要構成

錠塊輸送輥道、錠塊編排裝置、碼垛裝置、錠垛輸送機及電控系統五大部分組成。

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、回轉平臺 、錠塊編排平臺、推錠二、推錠三、液壓站；碼垛裝置由機架、油缸、導向裝置、小車、吊斗等組成；錠垛輸送機由鏈條及錠垛支撐裝置、機架、頭輪裝置、尾輪裝置、驅動裝置組成；電控系統由電控柜、操作臺、光電開關、接近開關等組成。

3.3.2 工作原理

脫模后的鋅錠掉落到錠塊輸送輥道上，經過錠塊輸送輥道送往錠塊編組平臺上，并繼續被推入回轉平臺上，錠塊編組平臺按每層鋅錠排列要求在回轉平臺旋轉排列，由推錠裝置將鋅錠塊送往堆垛裝置吊斗上，進行分層堆碼，按每垛56塊錠往復進行。為方便叉車搬運，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。奇數層與偶數層的排列是不同的，每十五層為一垛（堆碼方式見圖2）。堆碼一垛后，錠垛輸送機運行一個垛位，在錠垛輸送機上穿好0．9×32mm鋼帶再用天車將錠垛從機組運出。除了扒皮及錠垛轉運、錠垛捆扎須人工操作外，其余過程全部為自動化操作。鋅錠垛在車間堆場放置10小時以上，再由人工將鋼帶捆扎牢固。

圖1 鑄錠機操作箱

圖2 鋅錠堆碼方式圖

3.3.3 控制說明

（1）錠傳送及廢錠推出

①錠傳送：錠傳送輥道一（落錠輥道），其啟停和鑄錠機同步。

自動啟動，錠傳送二電機啟動，錠傳送開始運轉，當電機有故障時將停止運轉并報警。

錠塊從鑄錠機上掉落到錠傳送輥道一，通過錠傳送一輥道的固定翻錠機構后，落至錠傳送輥道二。在錠傳送輥道二的末端裝有“待料檢測光電開關”。如果此時推錠一油缸或翻錠機構或加緊機構沒有回位或者檢測到推錠一還有錠塊沒有推出（含位置正常與不正常），錠傳送二電機M4停止，錠塊停留在該位置，等待狀態允許后重新啟動。

②廢錠推出：在碼垛系統處于“自動狀態”時，錠塊從直線鑄錠機上下來傳送至錠傳送輥道二，由操作人員觀察錠塊情況。當發現錠塊屬于廢錠時，在鋅錠進入廢錠推出裝置前，踩下“廢錠確認”開關（腳踏開關），即在PLC中將該錠塊標記為廢錠。當該標記后的廢錠繼續傳送到廢錠推出裝置時，“廢錠檢測”光電開關檢測到該錠塊，廢錠推出氣缸動作，將該錠推出輥道。

（2）翻錠和推錠

①翻錠。

原位狀態：翻錠缸原位，夾緊缸松開到位。

翻錠裝置包括翻錠缸和夾緊缸。翻錠計數根據推錠一計數生成，當推錠一計數為40、41、42、43，待推錠一有料檢測再次檢測到有錠時（即第41、42、43、44錠來到時）程序執行翻錠。

當“推錠一有料檢測”檢測到錠塊并且維持0．2S后該錠塊才被最終確認。根據計數該鋅錠需要被翻錠時，首先推錠一伸出稍許(伸出長度可通過觸摸屏設置)，使落至翻錠平臺的鋅錠位置合適，推錠一縮回處于等待狀態。然后夾緊缸縮回，加緊鋅錠，夾緊缸加緊動作持續0．5s表明夾緊完成，翻錠缸動作翻錠；待翻錠到位檢測開關持續0．3s表明翻錠完成，此時夾緊缸松開；夾緊缸松開動作持續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。待翻錠原位檢測開關有信號且夾緊缸處于松開狀態表明整個翻錠動作完成，此后程序引導推錠一動作。

②推錠一。

原位狀態：推錠一油缸縮回到位。

錠塊從錠傳送輥道二經過“待料位置檢測”光電開關后到達推錠一推錠平臺，“推錠一有料檢測”檢測到錠塊并且維持0．2s后錠塊才被最終確認。

如果該錠塊無需翻錠，則當加緊機構、翻錠機構和推錠二都在原位，且推錠二不處在推錠等待狀態時，推錠一推錠。推錠到“前進停止位置”后油缸自動縮回，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，各狀態都已回到位后才能動作。

當推錠一前進到位時，推錠一計數加1。該計數作為翻錠、推錠二和回轉的基準計數，顯示在屏上，并可根據實際情況進行預置。

③推錠二、回轉。

原位狀態：推錠二油缸縮回到位；回轉油缸伸出到位。

推錠一推過來的錠塊根據編碼規則選擇回轉或在推錠二位置等待或直接由推錠二推出。

第一層、第二層以及后續雙數層的錠塊：推錠一推過來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，其它層推錠二連續推錠兩次完成一層。

從第三層開始的奇數層： 該層第一塊錠推到推錠二位置后，回轉缸縮回，回轉臺帶動錠塊旋轉90°，然后推錠二推出，到位后自動縮回。推錠二縮回時回轉缸自動伸出復位。第二、三塊錠時回轉臺不動作，待兩塊錠塊到位后由推錠二一次推出。第四塊錠的動作如第一塊錠。

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作后，推定三自動推錠；其余各層，當“推錠三有料檢測”光電開關檢測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：推車缸縮回到位，升降缸下降到位，抽板缸縮回到位，錠垛輸送機停在錠垛停止位。

放錠：推錠三推錠后檢測到回到原位，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，升降缸下降。升降缸下降到位（接近開關動作），升降缸下降停止，抽板缸抽出，將錠塊放置于錠垛輸送機上。

返回：抽板缸伸出指令發出數秒后（時間必須在觸摸屏上預置），升降缸上升。升降缸上升到位，抽板缸縮回，同時推車缸縮回。如果已經放置12層，當推車缸縮回到位時，錠垛輸送機開始運行，當運行至下一個碼堆停止位或者“錠垛運行時間”到時停止。

抽板缸和推車缸都縮回到位后，升降缸下降，光電開關動作，下降停止，完成一個動作周期，等待下一層錠。抽板缸縮回時進行層計數。

（4）錠垛輸送機

原位：碼堆停止位有信號。

當鋅錠已經放置12層，在推車缸縮回到位時，錠垛輸送機開始運行，當運行至下一個碼堆停止位或者“錠垛運行時間”到時停止。

觸摸屏設有錠垛運行時間，以保證鑄錠機在沒檢測到停止位時也能停下。

當錠垛輸送機上的“堆碼堵料預警”光電開關有信號時，操作臺報警，提醒趕快將輸送機上的錠垛搬走；當“堆碼堵料極限位”光電開關有信號時，錠垛輸送機將禁止運行。

動作指令：層計數為12，升降缸升到上升極限同時推車缸回退到位。

手動狀態：觸摸屏自保啟動，到達碼堆停止位后停止；“手動/自動”狀態變化時運行停止。

4 效果體現

通過自動化改造后效果主要體現在工人的勞動強度大大降低，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至兩年以上更換一套；通過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 結語

熔鑄車間是鋅錠產品的生產車間，其自動化程度的高低直接決定產品質量和加工成本。我公司通過技術改造做到了減員增效，改善了生產環境，提高了產品質量，促使企業在市場上的競爭力大幅提高，自動化生產是我們企業未來發展的方向。

[1]靳哲．PLC的原理及應用[J]．北京師范大學出版社,2008．

[2]蔡鶴皋．機電一體化技術手冊[M]．北京機械工業出版社,2000．

[3]張宏友．液壓與氣動技術[M]．大連理工大學出版社,2009．