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廢雜銅因其良好的再生利用特性，一直是銅冶煉和加工工業(yè)的重要原料。在“城市礦產(chǎn)”中，再生銅作為來源廣和數(shù)量大的有色金屬而名列第二，再生銅的循環(huán)利用已成為我國銅工業(yè)的重要組成部分叫頂吹轉(zhuǎn)爐作為一種火法冶煉固體廢雜銅的專用工業(yè)爐具，工藝實質(zhì)上是一種富氧頂吹技術(shù)，它可處理各種品位的廢雜銅。頂吹轉(zhuǎn)爐具有原料適應(yīng)性強，綜合能耗低，生產(chǎn)周期短，環(huán)保效果好等優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。
國內(nèi)廢雜銅冶煉加料一般工藝流程為：首先原料打包成方塊狀，然后通過叉車和吊車把打包成塊的原料吊裝至加料平臺，最后通過加料機把原料加入爐內(nèi)。該加料工藝流程耗用時間長,爐前加料作業(yè)環(huán)境溫度高，且加料過程中有銅水飛濺和大量有害煙氣冒出，存在作業(yè)安全隱患和環(huán)境污染嚴(yán)重的問題，同時爐具生產(chǎn)效率較低，自動化程度不高。
在這種背景下，本文擬通過工程實例探討此類頂吹轉(zhuǎn)爐上料系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用情況，以期實現(xiàn)一種作業(yè)速度快，自動化程度高,環(huán)境保護效果好的加料方法。
1工藝過程描述
頂吹轉(zhuǎn)爐上料系統(tǒng)主要由上料小車、裝載槽、行走軌道、卷揚機、煙塵罩、爐腰門、稱重單元、小車位移編碼器、鋼絲繩、滾輪、安全行程開關(guān)、驅(qū)動裝置、PLC控制裝置、工作站組成。物料通過裝載槽加入上料小車，上料小車在行走軌道上運行，卷揚機將上料小車提升至倒空位置并完成倒料后，返回裝載位置再次裝料。裝料和倒料操作均在封閉的空間內(nèi)完成，從而可以防止倒料時爐內(nèi)飛濺出的液態(tài)金屬和冒出的有害煙塵進入到環(huán)境中，即可以防止污染環(huán)境。頂吹轉(zhuǎn)爐上料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示

上料小車通過鋼絲繩與稱重單元連接，利用拉力傳感的工作原理準(zhǔn)確稱出加入到上料小車的物料重量,若上料小車的物料重量大于工藝設(shè)定值時，則不能啟動上料小車。在卷揚機上安裝有一個位移編碼器，通過換算測出上料小車在行走軌道上的位移。裝載槽和爐腰門根據(jù)上料小車的位移自動開啟和關(guān)閉。卷揚機驅(qū)動裝置釆用無極變頻調(diào)速裝置，實現(xiàn)上料小車運行無極變速。PLC控制系統(tǒng)通過釆集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對整個加料過程的順序控制和聯(lián)鎖控制。
2系統(tǒng)實施
為了實現(xiàn)整個上料操作的全自動化，并確保上料的安全性，卷揚機驅(qū)動裝置采用無極變頻調(diào)速裝置,實現(xiàn)上料小車運行無極變速。某銅冶煉廠實施的頂吹轉(zhuǎn)爐上料系統(tǒng)的上料小車上行時間速度位移如圖2所示，下行時間速度位移如圖3所示

圖中，位移S1為裝載位置至位移置位位置(P3)的位移；位移S2為位移置位位置(P3)至特定位置(P4)的位移；位移S3為特定置位(P4)至等待位置(P5)的位移；位移S4為等待位置(P5)至倒空位置(P6)的位移。
一個完整的加料作業(yè)周期的工藝過程描述為：上料小車處于裝載位置，物料通過裝載槽加入上料小車,稱重單元對加入上料小車的物料進行計量，如果物料的重量大于設(shè)定值(安全提升上限值)時，PLC控制系統(tǒng)發(fā)送控制指令禁止卷揚機驅(qū)動裝置啟動。經(jīng)歷時間t1，物料裝載完畢,PLC控制系統(tǒng)向裝載槽發(fā)送控制指令，裝載槽自動打開,PLC控制系統(tǒng)得到裝載槽處于全開位置時,PLC控制系統(tǒng)向卷揚機驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令，使料小車以加速度a1啟動，經(jīng)歷時間t1，上料小車以速度V1勻速向上行走。經(jīng)歷時間t3,上料小車上行至位移置位位置，觸碰到位移置位開關(guān)，位移置位開關(guān)發(fā)送控制指令使小車位移編碼器置入設(shè)定位移，校正上料小車運行過程中的積累誤差，同時PLC控制系統(tǒng)向卷揚機驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令，使上料小車以加速度a2加速，經(jīng)歷時間t4,上料小車以速度V2勻速向上行走。經(jīng)歷時間t5,上料小車上行至特定位置，PLC控制系統(tǒng)向爐腰門發(fā)送控制指令，爐腰門自動打開，同時PLC控制系統(tǒng)向卷揚機驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令，使上料小車以減速度a3減速，經(jīng)歷時間t6，上料小車以速度V3勻速向上行走。經(jīng)歷時間t7,PLC控制系統(tǒng)向卷揚機驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令，使上料小車以減速度a4減速，經(jīng)歷時間t8,上料小車上行至等待位置，速度減為零，同時PLC控制系統(tǒng)向爐腰門發(fā)送控制指令，爐腰門自動關(guān)閉。等待爐具的爐口傾轉(zhuǎn)至垂直向上方向，經(jīng)歷時間t9，爐口傾轉(zhuǎn)到位，PLC控制系統(tǒng)向卷揚機驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令，使上料小車以加速度a5加速，經(jīng)歷時間(10,±料小車以速度V4勻速向上行走。經(jīng)歷時間tll,PLC控制系統(tǒng)向卷揚機驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令，使上料小車以減速度a6減速，經(jīng)歷時間tl2,±料小車上行至倒空位置，速度減為零，上料小車將物料倒入爐具內(nèi)。
經(jīng)歷時間t13,物料倒空完畢，PLC控制系統(tǒng)向卷揚機驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令，使上料小車以加速度a7加速，經(jīng)歷時間t14,上料小車以速度V5勻速向下行走。經(jīng)歷時間tl5,PLC控制系統(tǒng)向卷揚機驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令，使上料小車以減速度a8減速，經(jīng)歷時間tl6,上料小車下行至等待位置,速度減為零，在此之前，爐具受聯(lián)鎖控制，不能傾轉(zhuǎn)。PLC控制系統(tǒng)向爐腰門發(fā)送控制指令，爐腰門自動打開，經(jīng)歷時間t17,爐腰門處于全開狀態(tài),PLC控制系統(tǒng)向卷揚機驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令，使上料小車以加速度a9加速，經(jīng)歷時間t18,上料小車以速度礦V6勻速向下行走。經(jīng)歷時間t19,上料小車下行至位移置位位置,PLC控制系統(tǒng)向爐腰門發(fā)送控制指令，爐腰門自動關(guān)閉，同時PLC控制系統(tǒng)向卷揚機驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令,使上料小車以減速度alO減速,經(jīng)歷時間t20,上料小車以速度V7勻速向下行走。經(jīng)歷時間t21,PLC控制系統(tǒng)向卷揚機驅(qū)動裝置發(fā)送控制指令,使上料小車以減速度all減速，經(jīng)歷時間t22,上料小車下行至裝載位置，速度減為零，同時PLC控制系統(tǒng)向裝載槽發(fā)送控制指令，裝載槽自動關(guān)閉，進行物料裝載作業(yè)。
在小車位移編碼器發(fā)生異常時，上料小車觸碰到下行極限位置安全限位開關(guān)和上行極限位置安全限位開關(guān)時，安全限位開關(guān)發(fā)出控制指令使卷揚機驅(qū)動裝置停止運行,保證上料小車的安全運行。
3結(jié)論
本次設(shè)計的頂吹轉(zhuǎn)爐上料系統(tǒng)實現(xiàn)加料過程全自動化，并在封閉空間內(nèi)，實現(xiàn)加料作業(yè)，是集物料稱重和上料小車位移實時監(jiān)控為一體的上料系統(tǒng)。釆用全數(shù)字交流調(diào)速模塊對卷揚機進行驅(qū)動控制，接收現(xiàn)場一次儀表所采集的數(shù)據(jù)，輔以PLC系統(tǒng)的程序調(diào)節(jié)和控制，實現(xiàn)上料小車運行速度分段控制和各種運動連鎖控制，保證在誤操作情況下的財產(chǎn)和人身安全。該上料系統(tǒng)具有作業(yè)速度快、自動化程度高、生產(chǎn)操作安全可靠、勞動衛(wèi)生整潔、環(huán)保的優(yōu)點。

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