摘要：轉(zhuǎn)爐捅風(fēng)眼機是銅冶煉轉(zhuǎn)爐的重要輔助設(shè)備，其作用是清理轉(zhuǎn)爐的風(fēng)眼，防止風(fēng)眼導(dǎo)管被堵住。轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼機由于人工操作導(dǎo)致風(fēng)眼機工作效率低下，故障較高。造成轉(zhuǎn)爐吹煉時間加長，影響整個生產(chǎn)過程。隨著智能工廠的推進，陳舊、效率低下的設(shè)備需要進行自動化研發(fā)，取代人工操作。根據(jù)我廠自動化改造的過程及改造過程中遇到的問題及成效，對自動風(fēng)眼機的控制系統(tǒng)進行研發(fā)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐;捅風(fēng)眼機;自動化;伺服

引言

PS轉(zhuǎn)爐捅風(fēng)眼機是轉(zhuǎn)爐的重要組成設(shè)備。傳統(tǒng)的風(fēng)眼機由于自動化程度低，全由操作工手動操作。無法滿足現(xiàn)在智能化工廠發(fā)展的趨勢。為了提供冶煉工藝安全可靠、高效智能的要求，全自動捅風(fēng)眼機的研發(fā)，將改善操作人員的作業(yè)環(huán)境，降低勞動強度，減少操作工人數(shù)，提高工人的勞動效率，滿足現(xiàn)代智能化工廠的技術(shù)要求。

1 工藝要求

轉(zhuǎn)爐吹煉的主要過程是精礦經(jīng)過熔煉后，把精礦中部分硫、鐵除掉，而銅熔體中依然含有硫化物與鐵的硫化物，化合物組成冰銅（Cu+Fe+S=85%～95%），冰銅由包子吊車運至PS轉(zhuǎn)爐，進行送風(fēng)吹煉，把冰銅中的硫和鐵幾乎全部氧化除去而得到粗銅（Cu98.5%～99.5%），金、銀等貴金屬熔于粗銅中。

冰銅的吹煉過程是分周期進行的，作業(yè)分為造渣期和造銅期。在造渣期，從風(fēng)口向爐內(nèi)熔體中鼓入空氣或富氧空氣，通過空氣的攪拌，冰銅中的硫化亞鐵被氧化，生成氧化亞鐵和二氧化硫;氧化亞鐵再與添加的 熔劑中的二氧化硅進行造渣反應(yīng)。在造銅期，留在爐內(nèi)的白冰銅（主要以Cu2S的形式存在）與鼓入的空氣中的氧反應(yīng)，生成粗銅和二氧化硫煙氣。通過動力送風(fēng)機鼓入的空氣及富氧和爐內(nèi)熔體進行化學(xué)反應(yīng)，為了確保送風(fēng)量及送風(fēng)壓力，必須保證風(fēng)管通風(fēng)橫截面積，因此要進行捅風(fēng)眼作業(yè)。捅風(fēng)眼作業(yè)對轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，保證捅風(fēng)眼機的穩(wěn)定將會提高轉(zhuǎn)爐的工作效率。

2 捅風(fēng)眼機的功能及工作特點

傳統(tǒng)捅風(fēng)眼機主要由機械部分和電氣部分組成。

機械部分：主體框架、捅打氣缸、捅打機構(gòu)、車輪、軌道、齒輪、減速機、氣動系統(tǒng)等組成。

電氣部分：電氣控制、PLC控制、變頻器、回位限位、電機等組成。

操作人員操作捅風(fēng)眼機左右行走，在捅風(fēng)眼機的釬桿對齊要捅的風(fēng)眼后，使小車迅速停車并操作發(fā)出捅打信號，壓縮空氣推動氣缸動作，使釬桿捅入風(fēng)眼完成捅打風(fēng)眼的工作。這個風(fēng)眼捅打完畢后，滑座帶動鋼釬收回，行走到下一個風(fēng)眼迅速停車捅打風(fēng)眼。

手動操作的捅風(fēng)眼機的步驟：行走→停車→捅打風(fēng)眼→行走→停車→捅打風(fēng)眼。

3自動捅風(fēng)眼機改造

滿足自動捅風(fēng)眼機則需要精準(zhǔn)定準(zhǔn)風(fēng)眼位置，所以采用伺服驅(qū)動將解決定位問題。如果采用其他的定位方式，所需要安裝的諸多的傳感器。安裝完成后定位調(diào)整則需要花費大量的時間和材料，并且穩(wěn)定性能也會隨之降低，導(dǎo)致故障率提高最終，可能無法實現(xiàn)自動捅風(fēng)眼機。

采用伺服定位的方式進行建模，可降低費用的投入。如圖1，自動捅風(fēng)眼機的控制系統(tǒng)與轉(zhuǎn)爐和人機交互的關(guān)系。從而提供滿足操作需要的個性化編程，可提供多種自動化控制的方式。

4自動捅風(fēng)眼機達到的目的

4.1、實現(xiàn)操作人員在轉(zhuǎn)爐操作室直接輸入命令直接進行自動捅風(fēng)眼、自動清風(fēng)眼作業(yè);

4.2、實現(xiàn)可視監(jiān)控的全自動化控制系統(tǒng);

4.3、捅風(fēng)眼機實現(xiàn)自動精準(zhǔn)定位、捅打、故障自動退出、安全警示等功能;

4.4、以軸編碼器及硬接限位開關(guān)的定位方式實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，以硬接開關(guān)實現(xiàn)風(fēng)眼機的極限保護功能;

4.5、實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐各時期各區(qū)域風(fēng)眼捅打深度的自動調(diào)節(jié)功能;

4.6、操作模式實現(xiàn)手動、半自動、自動三種模式，操作方式實現(xiàn)操作臺、遙控器兩種操作方式;

5自動捅風(fēng)眼機使用方法

在PLC控制系統(tǒng)上實現(xiàn)了捅風(fēng)眼機在1#風(fēng)眼處設(shè)置原點位置，消除在整體運行中產(chǎn)生的累計誤差。

當(dāng)生產(chǎn)中有損壞的風(fēng)眼時，通過在操作屏上面設(shè)置故障風(fēng)眼后自動捅風(fēng)眼機自動跳過該故障眼，避免了誤操作帶來的設(shè)備損傷。如果風(fēng)眼中有損壞，則在PLC控制屏幕上直接把他設(shè)置成故障風(fēng)眼，自動捅風(fēng)眼將自動跳過該故障眼繼續(xù)完成捅風(fēng)眼作業(yè)。

自動捅風(fēng)眼機可以選用兩種捅釬桿模式：單釬桿和雙釬桿。自動捅風(fēng)眼機是采用雙釬桿工作的，即一次性捅兩個風(fēng)眼，盲的風(fēng)眼是偶數(shù)個，捅風(fēng)眼正常做和正常停止，當(dāng)盲風(fēng)眼是奇數(shù)個，則電機步進一個風(fēng)眼位置與前一個風(fēng)眼共同捅。如果盲區(qū)內(nèi)只有一個風(fēng)眼的，則該風(fēng)眼不能自動捅，也是和人工操作一樣，拿下一根釬桿，實行手動操作。

6自動捅風(fēng)眼機的控制邏輯

由圖3可以看出整個捅風(fēng)眼機的閉環(huán)控制原理。所有電源供電，伺服電機無報警，急停復(fù)位，檢查觸摸屏上的故障燈全滅，然后在進行電氣送電。

按下啟動按鈕自動捅風(fēng)眼機送電，此時可以使用觸摸屏上的手動或者遙控器上的手動控制自動捅風(fēng)眼機左右運行。自動捅風(fēng)眼機手動情況下不受任何限位限制，以便于自動捅風(fēng)眼機在故障情況下可以離開工作區(qū)域。

自動捅風(fēng)眼機的風(fēng)眼位置設(shè)置，自動捅風(fēng)眼機采用的是伺服電機進行定位控制。所以定位準(zhǔn)確與否對機械有著較高的要求。首先要求運行時無晃動，其次在捅打過程中無明顯的震動導(dǎo)致跳齒或者整個機構(gòu)晃動。

確保機械穩(wěn)定工作之后，將自動捅風(fēng)眼機點擊自動復(fù)位按鈕，自動捅風(fēng)眼機將自動查找零點，零點完成后自動風(fēng)眼機會到達第一個風(fēng)眼位置，然后手動操作風(fēng)眼機對正風(fēng)眼位置，然后記錄坐標(biāo)值輸入進對應(yīng)的風(fēng)眼地址。

自動捅風(fēng)眼機分為兩個坐標(biāo)，第一個坐標(biāo)是從1#風(fēng)眼至最后一個風(fēng)眼，第二個坐標(biāo)是從最后一個坐標(biāo)至1#風(fēng)眼。按原理來說兩邊的坐標(biāo)值應(yīng)該一樣，但是實際的機械運行過程中正向運動與反向運動會有偏差。所以設(shè)置兩個坐標(biāo)，讓其精度準(zhǔn)確。在校對風(fēng)眼坐標(biāo)時應(yīng)單向運行，盡量不要反向運行。這樣在調(diào)試過程中可以減少誤差。完成此步驟后將完成自動風(fēng)眼機的初步建模。

校對完風(fēng)眼后進行風(fēng)眼機的自動測試，可以將所有風(fēng)眼設(shè)置成壞風(fēng)眼，使用清風(fēng)眼模式進行風(fēng)眼核對。完成此步驟后將完成自動風(fēng)眼機的最終建模。

核對無誤后，可以使用自動模式進行風(fēng)眼機使用風(fēng)眼機進行捅打，捅打一次后回位傳感器感應(yīng)到回位后，自動捅風(fēng)眼機運行至下一個風(fēng)眼進行捅打。如此進行自動循環(huán)操作，在做好了最后一次的捅風(fēng)眼操作后進行反向捅打，直至回到1#風(fēng)眼位置，然后又進行零點校準(zhǔn)。當(dāng)風(fēng)眼機自動運行至零點接近開關(guān)感應(yīng)位置后，零點校準(zhǔn)完畢，運行到1#風(fēng)眼位置進行準(zhǔn)備，等待操作命令。

7自動捅風(fēng)眼機的效果

通過自動捅風(fēng)眼機的投用，我廠的風(fēng)眼機電氣故障率呈現(xiàn)斷崖式的下降。主要是降低了操作人員的手動操作和機械振動的影響。手動操作雖然一氣呵成，但是操作工的操作總存在失誤的概率。一旦失誤就會對設(shè)備進行損壞，一段時間內(nèi)就會出現(xiàn)故障。而電氣故障在風(fēng)眼機上最為明顯。自動捅風(fēng)眼機的投用降低了電氣故障率，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。提高了轉(zhuǎn)爐的工作效率，為整個工藝生產(chǎn)流程提供有力的保障。

2017年年底3臺轉(zhuǎn)爐捅風(fēng)眼機改造成自動捅風(fēng)眼機，電氣故障率下降較為明顯。

8自動捅風(fēng)眼機的未來

自動捅風(fēng)眼機有著很多好處，減少了操作工的勞動強度，同時減少設(shè)備故障率。

自動捅風(fēng)眼機是智能工廠建設(shè)的需要，也是推行智慧冶煉、引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的使命。同時也改變工人的現(xiàn)場工作環(huán)境和勞動強度，當(dāng)全面推廣自動通風(fēng)眼后可實現(xiàn)減員增效，目前是銅冶煉行業(yè)的創(chuàng)新，是人類智慧的結(jié)晶。后續(xù)在不斷地使用過程中還將進一步完善設(shè)備的性能，為轉(zhuǎn)爐提供穩(wěn)定的設(shè)備條件。

參考文獻：

[1]童吉才，煉銅轉(zhuǎn)爐機械捅風(fēng)眼機的實踐，中國有色冶金，1993，（5）：47-49

[2]江西華正新技術(shù)有限公司，捅風(fēng)眼機說明書，2007，3.

[3]張志中，汪秉文，運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對捅風(fēng)眼機定位，機電一體化，2003，（9）：68-69

[4]齊俊峰，轉(zhuǎn)爐機械捅風(fēng)眼機的改造，新疆有色金屬，2012，（2）：80-82

[5]龔思南 徐東祥 自動捅風(fēng)眼機在轉(zhuǎn)爐上的應(yīng)用 湖南有色金屬，2020，第二期：48-49

作者簡介：呂堅，男，電子信息工程學(xué)士學(xué)位，電氣工程師，從事電氣自動化工作10年，對工業(yè)自動化，現(xiàn)場儀表具有豐富的理論和實踐。