銅冶煉極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)行狀況分析及優(yōu)化改進(jìn)

李昱民

（江西銅業(yè)集團(tuán)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(diǎn)示范”項(xiàng)目中設(shè)立“江銅貴溪冶煉廠二系統(tǒng)極板智能化轉(zhuǎn)運(yùn)及質(zhì)檢系統(tǒng)”子項(xiàng)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(yùn)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(yùn)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(yùn)及質(zhì)檢系統(tǒng)，使極板轉(zhuǎn)運(yùn)、儲(chǔ)存及質(zhì)量檢測(cè)實(shí)現(xiàn)無人化和智能化管控。極板智能化轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)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(tái)630T回轉(zhuǎn)式陽極爐和一臺(tái)雙18模圓盤澆鑄機(jī)組成。精煉陽極銅由圓盤澆鑄機(jī)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(jī)抓取到水槽進(jìn)一步冷卻，并輸送到水槽末端；水槽抓取機(jī)械手將陽極板取出，通過陽極板背面視覺檢測(cè)后；放入翻轉(zhuǎn)機(jī)，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(gè)工位；陽極板正面視覺檢測(cè)陽極板正面尺寸是否合格，并將結(jié)果告知上位機(jī)；再輸送至碼垛機(jī)械手工位，通過碼垛機(jī)械手夾具抓取、將單個(gè)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(yùn)系統(tǒng)由東、西兩條輸送線路組成；東線對(duì)應(yīng)圓盤澆鑄機(jī)的1號(hào)圓盤，西線對(duì)應(yīng)2號(hào)圓盤。東、西線不合格陽極板碼垛放在專機(jī)頂升旋轉(zhuǎn)臺(tái)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(yùn)［4］系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中需要完成自動(dòng)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(dòng)檢測(cè)功能。極板轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)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(cè)后，放入翻轉(zhuǎn)機(jī)后輸送。

（2）翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)：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(gè)工位。

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

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

（5）打磨機(jī)械手：對(duì)上位機(jī)告知的陽極板需要打磨區(qū)域進(jìn)行打磨。

（6）噴碼機(jī)：在陽極板耳部噴碼，為9位數(shù)字。

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

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

（9）提升機(jī)：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(jī)：具有頂升旋轉(zhuǎn)、鏈條輸送、翻轉(zhuǎn)功能。碼垛機(jī)械手將不合格陽極板碼垛放在專機(jī)頂升旋轉(zhuǎn)臺(tái)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(yùn)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(shí)，將RGV手動(dòng)開至檢修區(qū)域或推至檢修區(qū)域，進(jìn)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(cè)到陽極板，WCS根據(jù)水槽設(shè)備待抓陽極板信息生成機(jī)械手抓取任務(wù)；

（2）機(jī)械手接收到任務(wù)后，反面視覺檢測(cè)后放到翻轉(zhuǎn)機(jī)上；

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

（4）鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)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(jī)進(jìn)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(jī)械手根據(jù)掃描結(jié)果對(duì)陽極板表面進(jìn)行去毛刺打磨作業(yè),不合格陽極板直接通知WMS計(jì)數(shù)，排到不合格陽極板碼垛位置；

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

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

（9）外形不合格陽極板，排除異常口，WMS更新單據(jù)。

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

（1）如果檢測(cè)結(jié)果和重量有一項(xiàng)不合格，WMS會(huì)給WCS發(fā)送一條到異常排出口的任務(wù)；

（2）如果每項(xiàng)都合格，WMS會(huì)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(jī)械手自動(dòng)碼垛，6塊為一垛，碼垛結(jié)束后自動(dòng)觸發(fā)輸送至提升機(jī)對(duì)接口，通過提升機(jī)輸送至RGV，由RGV輸送至外購區(qū)域輸送線，到達(dá)外形檢測(cè)工位，在此工位WCS向WMS發(fā)送入庫請(qǐng)求，WMS接受到請(qǐng)求后，自動(dòng)分配巷道、儲(chǔ)位，并將帶有終點(diǎn)位置的任務(wù)發(fā)送給WCS ，WCS接受到任務(wù)以后驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化設(shè)備將陽極板垛送至庫內(nèi)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)位。

3 極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)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(duì)圓盤澆鑄能力要求較高。極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)因其功能多、工位多，故障率高，陽極板轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間長；從而制約了圓盤澆鑄能力。極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)故障圓盤運(yùn)行不順暢直接影響了陽極板質(zhì)量。

工序通過生產(chǎn)實(shí)踐摸索并結(jié)合極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)性能考核對(duì)板極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析；系統(tǒng)整體運(yùn)行平穩(wěn)，但存在有以下幾個(gè)問題：（1）極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)制約了圓盤澆鑄能力；（2）極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)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(huì)影響極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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

3.1 極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)制約了圓盤澆鑄能力

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

表1 設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)表

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

極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)行前，極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)操作人員與圓盤澆鑄機(jī)操作人員之間需要密切協(xié)同，信息及時(shí)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(duì)極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

精煉陽極銅經(jīng)圓盤澆鑄機(jī)澆鑄成陽極板；抓取到水槽的陽極板都需進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)極板轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。水槽抓取機(jī)械手提取陽極板時(shí)機(jī)械手垂直向下插入陽極板上部并采用液壓夾具提取；如陽極板板面上部彎曲表形，機(jī)械手不能提取陽極板或?qū)е聶C(jī)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(huì)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(yùn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)械手。圖4為夾具（剪刀叉）。

圖3 水槽機(jī)械手

圖4 夾具（剪刀叉）

生產(chǎn)實(shí)踐過程中工序通過極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)性能考核，系統(tǒng)分析了陽極板質(zhì)量對(duì)極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)性能考核期間設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)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(yùn)系統(tǒng)運(yùn)行次數(shù)最多。

表2 設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)表

4 優(yōu)化改進(jìn)

4.1 針對(duì)制約圓盤澆鑄能力的解決方案

通過對(duì)極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備運(yùn)行摸底調(diào)查，極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)制約圓盤澆鑄能力主要工位為：機(jī)器人自動(dòng)打磨工位遇到難以處理的陽極板時(shí)等待時(shí)間太長；工位光電限位故障頻繁，影響整體輸送時(shí)間。

工序?yàn)闇p少極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)圓盤澆鑄能力的影響；減掉了打磨、噴碼機(jī)兩個(gè)工位并保證每個(gè)工位輸送時(shí)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(yùn)系統(tǒng)整體輸送時(shí)間，可保證與圓盤同步運(yùn)行。

4.2 圓盤澆鑄與極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)融合的解決方案

圓盤澆鑄與極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)結(jié)合點(diǎn)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(yùn)水槽光電限位和擋塊只供極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)使用，并未結(jié)合在一起。通過改變極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)水槽光電限位和擋塊、把圓盤水槽堆垛限位信號(hào)導(dǎo)入極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，做到信號(hào)互通。圓盤操作人員只需切換到極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)模式，水槽機(jī)械手接到信號(hào)就可以自動(dòng)啟動(dòng)。

4.3 陽極板質(zhì)量的解決方案

4.3.1 利用終點(diǎn)測(cè)氧儀,精準(zhǔn)判斷銅液含氧量

通過生產(chǎn)的實(shí)踐摸索，在保證陽極銅澆鑄溫度1180～1190℃的情況下，還原終點(diǎn)含O量控制在0.20%以下，可以保證銅液的流動(dòng)性，陽極板物理規(guī)格可以得到基本保證；采用終點(diǎn)測(cè)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(jī)澆鑄陽極板質(zhì)量的措施

（1）對(duì)噴淋水進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)底部水噴頭進(jìn)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(duì)開裂的銅模進(jìn)行捶打，開裂嚴(yán)重的銅模及時(shí)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(duì)銅模底邊進(jìn)行抹粉作業(yè)。

（6）澆鑄開始上部水開啟量必須達(dá)到兩個(gè)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(huì)被預(yù)頂起頂穿。

（7）廢陽極崗位人員必須對(duì)表面有渣及小包進(jìn)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(shí)踐、性能考核對(duì)陽極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)行有了全面的了解,運(yùn)行中遇到的問題得到優(yōu)化改進(jìn)，極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)整體運(yùn)行平穩(wěn)。極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)［6］取代了傳統(tǒng)的叉車轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)，提高了設(shè)備的機(jī)械化及自動(dòng)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(shí)，極板轉(zhuǎn)運(yùn)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(shí)的應(yīng)急補(bǔ)償手段，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性。