铜电解高速机器人剥片机组生产运维实践

陈金球，谢钿生，杨 胜，陈世宏

（铜陵有色股份有限公司金冠铜业分公司，安徽 铜陵 244000）

1 引言

铜陵有色金冠铜业分公司电解车间设计阴极铜产能40万t，采用永久不锈钢阴极电解法，双跨厂房布局，配置1台阳极整形机组，2台高速剥片机组，1台残极洗涤机组及两台电解专用行车［1］。其中高速剥片机组单台设计最高加工速度为700片/h（不含停机时间），该机组自2013年2月投入生产运行，运行一年多后，实际能力与设计能力仍存在较大差距，并且性能不稳定，严重影响生产，因此提升机组设备性能及综合效率势在必行。

2 阴极剥片流程

铜阳极板完成一个阴极周期电解后，首先由电解专用行车将电铜吊运到高速剥片机组输入单元的接收架，电铜经过电铜洗涤、单块称重筛选、电铜剥离加工、阴极板挑选、夹边条校紧及导电棒清洁排距、阴极铜铆接、堆垛、称重、贴标签、打包处理，成为阴极铜产品。整个流程工作均由阴极剥片机组完成。

阴极剥片机组作为阴极铜加的工关键设备，主要有输入单元、剥片单元、阴极板输出单元、阴极铜输出单元等组成。其配置如图1所示。

图1 阴极剥片机组配置图

3 阴极剥片机组运行分析

针对阴极剥片机组故障多发，严重影响电解生产状态，公司成立了电解机组平稳运行攻关组，对2014年机组的运行进行了详细分析。全年东部剥片机组的主要故障与影响详见表1。

表1 全年东部剥片机组的主要故障与影响

从以表1可以看出：

（1）机械类故障。机械类故障尤为突出，占比达到78%，主要表现为设备结构及材料选型方面存在诸多不足。一是力学失效类故障，例如电铜锁螺栓易松动断裂、剥片站分离小刀油缸连接销断裂或螺栓脱落、剥片站砍斧固定螺栓易松动、剥片站DDU限位拉杆螺栓易断裂；二是结构失效类故障，主要有剥片站砍斧移位变形，砍斧大臂易弯曲、1#和2#机器人抓手易疲劳变形，抓取电铜板不稳定等；三是功能障碍类故障，主要为剥片机组洗涤链链条无法满载、砍斧工作中易提带阴极板，对机器人工作造成极大风险［1-3］。

（2）电气类故障。机组电控系统采用西门子PLC控制，S7-300系统，通过远程I／0构成自控系统，电气网络由以太网、控制网、设备网等组成。在生产运行中，电气类故障可以分为三类：一是信号电缆故障，主要发生在剥片站分离机架周围电缆、翻转轮周围电缆、铜捆链两侧电缆；二是信号开关类损坏，主要发生在输入小车检测开关、洗涤链出口、输出链入口、剥片站、打包机、铜捆链等单元；三是气动单元结构损坏，主要发送在剥片站、机器人、打包机的气缸、气管及连接件；四是系统联锁信号或通信故障，主要包括机器人与剥片站的联锁，信号异常，导致机器人撞击剥片站，1#与2#机器人撞击，机组与行车的联锁，通信联锁出现故障，导致行车与输入小车、输出小车发生撞击，甚至造成机组或行车停车，1#与2#机器人联锁，起初设计时，无空间保护程序，在运行过程中，可能因某个物体异常遮挡触发功能信号，导致机器人相互撞击。

（3）工艺及操作类故障。主要为生产的电铜不合格，包括单面板（阴极板仅一个面生长电铜）、凉少板（阴极板导电不良，电铜质量过轻）、热烧板（电铜长时间短路未处理，返溶）、粒子板（工艺控制或极板异常等原因板面长粒子）等，以上不合格电铜进入机组后，在输入单元、剥片单元、阴极铜输出单元均可能发生卡板、掉板甚至砸坏设备等故障。操作类故障主要分布在出铜、机组2个工序，出铜工序主要故障为行车吊板观察不精细，导致极板挤坏、夹边条损伤、导电棒镀铜损坏等，出装槽检查出现不够细致，就会产生不合格电铜；机组人员操作不精细，发现异常物料未及时停机或拒收处理，导致机组故障，或是机组手动操作模式未按操作规程操作，导致设备故障。

以上分析得出结论：机组全年影响作业时间26700min（以320天计，平均每天影响作业约83.4min），影响因素556项，影响作业事件条数2970次。产生故障的主要原因是设备前期设计缺陷、生产不规范操作、日常维护不到位、专业点检优化改进不充分。

4 阴极机组运维体系建设

4.1 健全电解机组运维组织机构

机组是电解车间最为关键的设备，电解机组运维组织机构应在车间主任主管下，建立运维组织机构，主要成员由设备副主任、设备保全机械专业工程师、电气及仪表工程师、设备专职、机组班班长组成。按照设备运维体系目标，分工协作。（1）生产车间主抓机组基础管理、日常保全，做好操作人员技能培训，实施“彻底5S”工作，建立设备运行、润滑保养、故障记录等各类台账。（2）机电仪工程师负责设备维修、专业保全、机组技术标准编制修订等各类技术工作。（3）组织开展TPM活动、合理化建议、个案改善等各类设备管理活动，实施设备改善措施，提升设备综合运行效率。（4）组织、指导、监督、检查和考核设备操作及维修人员对制度和标准的执行及效果评估。（5）围绕机组运维体系目标，持续结合生产实际，不断总结优化体系，提高各类标准的实用性及科学性。

4.2 完善操作规程与技术标准

在充分学习掌握《阴极剥片机组操作指南》的基础上，制定了《阴极剥片机组SOP》、《阴极剥片机组技术标准》、《阴极剥片机组点检标准》、《阴极剥片机组润滑标准》、《阴极剥片机组检修作业标准》，同时根据剥片机组几年来运行实践及存在的问题，针对性的制定了《剥片机组故障手册》、《高速剥片机组异常物料及处置方法》、《电解剥片机组设备清扫标准》、《剥片机组小岗位工作细则》作为操作规程与设备四大技术标准的补充［4］。

4.3 强化工艺操作为前提

（1）加强工艺操作人员SOP培训，上岗前组织理论与操作考核，使机组操作人员及维修人员做到“四懂”（懂结构、懂原理、懂性能、懂用途）、“四会”（会使用、会保养、会检修、会排除故障）。

（2）加强工艺管控，提高剥片机组物料质量标准。一是控制阳极板负锥度，减少刀口板的装槽；二是阳极板单重下限由365 kg提升到375 kg（设计390±5 kg）；三是对于一次拒收的不合格阳极板，单独设置参数和工艺条件使用。

（3）改进生产工艺增加后期铜下部厚度。通过延长阳极板挂耳板身长度，按照设计要求，阳极板挂耳长度最低不应低于1089mm。有效保证阴极板底部对应电极，使阴极板板面电极分布更加均匀，增加阴极板底部长铜厚度。

4.4 夯实日常保全为基础

（1）彻底的“5S”活动。建立机组“5S”实施机构并明确责任，将“5S”管理工作融合到设备管理体系之中，杜绝了机组发生“跑、冒、滴、漏”和“脏、松、缺、锈”现象，以提高机组实物质量。

（2）详细的规范标准。编制日常保全班前设备检查、运行中设备检查、班后设备检查的检查部位、检查内容、检查方法、检查间隔时间、对异常问题的判断标准、检查作业规范（标准），并建立岗位点检机制，落实使用人员的岗位点检责任。

（3）适当的日常保全。日常维护中由操作人员进行开机维护、班前保养、间歇保养和班后保养，同时组织实施了日保养、周保养和月保养活动。

4.5 坚持专业保全为核心

（1）适时调整点检标准：由于剥片机组是芬兰奥图泰最新一代剥片机组，具有针对性或深度的单元维护缺乏。因此要对点检部位、点检基准、点检周期、点检方法进行探索固化形成适合剥片机组的点检标准。

（2）不定期分析点检结果：根据现场点检发现的问题，攻关组对点检结果进行分析，对点检中发现问题按照原因分析不清不放过，整改措施不落实不放过。

（3）持续改进优化机组结构：针对剥片机组运行中发现的各类问题，逐个研究分析，并对关键设备单元实施改进、优化、替代等工作［2-6］。详见表2。

4.6 重视设备维修为补充

（1）按照《阴极剥片机组技术标准》、《阴极剥片机组检修作业标准》制定维修方案并实施机组维修，在维修过程中发现问题同时对相关标准提出修改建议。

（2）采用先进的维修技术、方法和合适材料提升机组的质量。

表2 高速剥片机组优化改造表

5 结语

通过开展剥片机组运维管理，阴极剥片机组设备故障率大幅下降，剥片机组加工速度由原来的450片/h提升到700片/h。同时体会到设备前期管理与运维管理同样重要，设备寿命周期管理是综合效率得到保证的前提。