JP7342582B2

JP7342582B2 - 設備稼働管理システム

Info

Publication number: JP7342582B2
Application number: JP2019181937A
Authority: JP
Inventors: 賢太郎古賀
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2023-09-12
Anticipated expiration: 2039-10-02
Also published as: JP2021055169A

Description

本発明は、電解精錬に用いるアノードの矯正設備用の設備稼働管理システムに関し、特に、アノード矯正設備内で発生した故障等のトラブルの原因を特定することが可能な設備稼働管理システムに関する。

非鉄金属製錬においては、電解液が満たされた電解槽内に複数のアノードと複数のカソードとを１枚ずつ交互に対面させた状態で吊り下げ、これらに直流電流を流すことで、カソード表面に目的金属を電着させる電解精製が行われている。例えば銅の電解精製においては、アノードに厚さ４０～５０ｍｍ程度の粗銅板を使用し、カソードに厚さ０.５～１.０ｍｍ程度の電気銅薄板を使用することが一般的に行われている。

上記カソードを電解槽内で吊り下げるため、図１に示すように、略矩形板状部材からなるカソード１の上端部２ヶ所に、各々帯状の金属板を湾曲させて形成したリボン２の両端部を接合し、該リボン２の湾曲部に挿通させた金属製のクロスバー３を電解槽の対向する両壁部間に架け渡すことが行われている。一方、上記アノードを電解槽内で吊り下げるため、図２に示すように、略矩形板状部材からなるアノード４の上側両隅部から左右に耳部５、５が突出する形状に鋳造し、これら両耳部５、５を上記電解槽の両壁部の上端面に載置することが行われている。

なお、上記電解槽の両壁部の上端面には、直流電源に電気的に接続する金属製の陰陽一対のいわゆるブスバー６、７が互いに平行に載置されている。これにより、カソード１のクロスバー３の一端部に陰極側のブスバー６を介して通電が行われ、アノード４の一方の耳部５に陽極側のブスバー７を介して通電が行われる。その際、カソード１のクロスバー３の他端部と陽極側のブスバー７とを電気的に絶縁するため、陽極側のブスバー７上においてカソード１のクロスバー３の他端部が載置される部分には絶縁体７ａが設けられている。同様に、アノード４のもう一方の耳部５と陰極側のブスバー６とを電気的に絶縁するため、陰極側のブスバー６上においてアノード４のもう一方の耳部５が載置される部分には絶縁体６ａが設けられている。

ところで、上記の電解精製では、給電効率の向上及び装置スペースの有効利用の観点から、カソード１とアノード４との極板間隔を等間隔で且つできるだけ狭くすることが望ましい。しかしながら、カソード１は上記したように薄いため極板自体が湾曲状に変形しやすく、一方、アノード４は鋳造品であるため凝固不均一により極板自体が湾曲状に変形したり、型抜き時に耳部が変形したりすることがある。上記のような変形が生じると極板間隔が不揃いとなり、またその変形の程度が大きいとカソード１とアノード４とが相互接触して短絡を起こすので安定的な電解が困難になる。

そこで、特許文献１には、電解槽に装入する前に両極板ともプレスして平らに矯正する技術が開示されている。また、特許文献２には、プレス機により加圧してアノードの歪みや曲がりを矯正することに加えて、耳部の表面、裏面及び下面をアノード切削機を用いて切削することで平坦にするアノード矯正設備が開示されている。また、特許文献３には、アノード矯正設備を構成する複数の機器の経年劣化や設備故障による性能低下を分析するため、稼動データを用いてタイムチャート分析を行う技術が開示されている。

更に、特許文献４には、アノードの耳部にＱＲ（ＱｕｉｃｋＲｅｓｐｏｎｓｅ）コードを貼り付けることで、銅の電解工場及び各置場におけるアノードの在庫量、仕掛銅量、貴金属量などの管理をリアルタイムで行う技術が開示されている。また、特許文献５には、アノードに対して、その面が水平となるように保持しながら単重量及び厚みを測定し、それらのいずれかの測定値において予め定めた合格範囲から外れた場合に不良アノードとして工程から排除するアノード矯正設備が開示されている。

特開２０１７－１２２２５４号公報特開２０１４－０２５１１３号公報特開２０１５－０６０２５２号公報特開２００６－００９１３３号公報特開昭５９－１７３２８５号公報

上記したような従来のアノード矯正設備では、例えばアノード矯正設備内の各所に取り付けられたセンサーからの出力信号に基づいて各機器の作動状態が正常であるか否かを制御装置において判定している。そして、正常でないと判定した場合はその重要度に応じて重故障と軽故障に類別し、ヒューマンマシンインターフェース（以降、単にＨＭＩと称する）に警報を出力したり機器の作動を停止したりする操作が行われる。

しかしながら、従来のアノード矯正設備は、故障等のトラブルが発生した機器を故障情報として制御装置に記憶させることは特に行われていない。また、アノード矯正設備には、上記したようにアノードの単重量や厚みを測定するものがあり、この場合は制御装置に過去１０回分程度のデータを記憶すると共に、その上位に位置するパーソナルコンピュータ（以降、単にＰＣと称する）において過去全てのデータを記憶することが多い。しかしながら、該故障が生じた機器に位置しているアノードの製造番号やアノード特性のデータを、上記の故障情報と関連付けて記憶することは行われていない。そのため、アノード矯正設備で生じるトラブルの原因を特定してアノード矯正設備の調整を行ったり、前工程のアノード鋳造工程等に的確にフィードバックしたりするのは難しく、同様のトラブルが繰り返されることがあった。

例えば、アノード矯正設備の故障は、アノードの耳部の厚みが平均よりも顕著に厚い場合に発生しやすいということが経験的には分かっている場合であっても、数値データとして記録が残っていないと耳部の厚みとの因果関係を正確に解析するのは困難であった。また、特定の故障がある日から数日間に亘って頻発した後、全く発生しなくなるといった場合のように、ある製造ロットにおいて製造したアノード群の個々の単重量や厚み等のアノード特性が標準値から顕著に偏ることに起因する現象である可能性が高い場合であっても、該アノード特性のデータと故障履歴が関連付けて記録されていないと、原因を的確に特定するのは困難であった。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、非鉄金属の電解精製に用いるアノードの矯正設備を構成する複数の機器のいずれかにおいて故障が発生した時にその原因を特定できる設備稼働管理システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る設備稼働管理システムは、複数の機器で構成されるアノード矯正設備用の設備稼働管理システムであって、該アノード矯正設備において矯正対象となる全てのアノードに個別に製造番号を採番する採番手段と、アノードごとにそのアノード特性を該製造番号と共に記憶する特性記憶手段と、アノードごとに該複数の機器のうちのいずれに位置するか管理する位置管理手段と、該複数の機器のいずれかで故障が検出されたとき、該検出された機器をそこに位置するアノードの該製造番号と関連付けて記録する故障記録手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、アノード矯正設備を構成する複数の機器のいずれかで生じたトラブルの原因を該トラブルが生じた機器に位置するアノードの特性に基づいて特定することができるので、同様のトラブルの再発を抑えることができ、よってアノード矯正設備の稼働率を高めることができる。

電解精錬で用いる一般的なカソードの正面図（ａ）及びそのＡ－Ａ’矢視図（ｂ）である。本発明の実施形態の設備稼働管理システムが対象とするアノード矯正設備で取扱う一般的なアノードの正面図（ａ）及びそのＢ－Ｂ’矢視図（ｂ）である。本発明の設備稼働管理システムが好適に適用されるアノード矯正設備の模式的な平面図である。図３のアノード矯正設備が有する矯正部の胴部矯正プレス機（ａ）、耳部平面側切削機（ｂ）及び耳部下側切削機（ｃ）の模式的な平面図及び正面図である。本発明の実施形態の設備稼働管理システムの概略ブロック図である。本発明の実施形態の設備稼働管理システムが実施する処理工程のフローチャートである。

１．アノード矯正設備
先ず、本発明の実施形態の設備稼働管理システムが好適に適用される設備について図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態の設備稼働管理システムが適用される設備は、複数の工程をそれぞれ担う複数の機器で構成されており、これら複数の機器の各々の作動は、プログラマブルロジックコントローラ（以下、単にＰＬＣと称する）によって制御されている。このような設備としては、例えば、銅熔錬により生成した粗銅を鋳造することによって成型したアノードを矯正する図３に示すようなアノード矯正設備を挙げることができる。

この図３に示すアノード矯正設備は、図示しないアノード鋳造装置から複数枚（通常十数枚）ずつ整列された状態でフォークリフトにより搬入される矯正前のアノードを受け入れると共に、単重量や厚み等のアノード特性の測定を行う受入部１０と、該受入部１０で受入れたアノードをプレス機や切削機などにより１枚ずつ矯正する矯正部２０と、該矯正部２０で矯正されたアノードを良品と不良品に振り分け、それぞれ別々に搬出する送出部３０とから構成される。

具体的には、受入部１０は、整列されたアノードの搬入を行う受入コンベア１１と、該受入コンベア１１上のアノードを１枚ずつ取り上げて後段の機器に移す受入移載機１２と、該受入移載機１２から１枚ずつ導入されるアノードの単重量を測定する単重量測定装置１３と、アノードの厚みを測定する厚み測定装置１４と、アノード面が水平方向に対して垂直になるように吊り下げた時に耳部の下端面が鉛直方向に対して垂直となるように（すなわち、耳部の下端面が水平になるように）矯正する耳部垂直矯正プレス機１５と、該耳部垂直矯正プレス機１５で矯正されたアノードを後段の機器に向けて整列した状態で搬送する受入整列コンベア１６と、該受入整列コンベア１６上のアノードを１枚ずつ取り上げて矯正部２０に移す第１移載機１７とから構成される。

矯正部２０は、上記第１移載機１７によって受入部１０から順次導入されるアノードの略矩形板状部をプレス加工する胴部矯正プレス機２１と、該胴部矯正プレス機２１でプレスされたアノードを一時的に保持しながら後段に搬送するアイドルポジションコンベア２２と、アノードの耳部平面側を切削加工する耳部平面側切削機２３と、アノードの耳部下側を切削加工する耳部下側切削機２４とから構成される。

ここで、図４を参照しながら上記の矯正部２０が有する胴部矯正プレス機２１、耳部平面側切削機２３、及び耳部下側切削機２４の一具体例について説明する。粗銅、粗ニッケル、粗鉛などの粗金属から鋳造される電解精製用のアノード４は、前述したように、略四角形の板状部材の上側両隅部から１対の耳部５、５が左右に突出した形状を有している。このようにアノード４は特徴的な形状を有しているため、鋳型から取り出す際に歪みや曲がりが生じやすく、また、鋳型から取り出しやすくするため耳部５、５の下端面は傾斜している。そのため、上記の矯正部２０の胴部矯正プレス機２１で上記の歪みや曲がりを矯正し、耳部平面側切削機２３、及び耳部下側切削機２４で耳部５、５の下端面を水平にしたりバリを除去したりすることが行われている。

具体的には、胴部矯正プレス機２１は、アノード４のアノード面よりも広い平坦な押圧面を有する１対の互いに対向する挟持板５０、５０と、これら挟持板５０、５０の少なくとも一方に該対向側に向けて押圧力を加える油圧シリンダなどの加圧手段５１とを備えている。これら１対の挟持板５０、５０でアノード４を挟んで加圧手段５１で押圧することにより、アノード４の歪みや曲がりを矯正して平板状にすることができる。

耳部平面側切削機２３は、アノード面に平行な面内で回転する４つのスライスカッター６０を備えている。これらのスライスカッター６０で１対の耳部５、５の表面及び裏面を切削して平坦にすることで、鋳造により耳部５、５の縁に生じるバリを除去することができる。また、耳部下側切削機２４は、水平面内で回転する２つのスライスカッター７０を備えている。これらのスライスカッター７０をアノード４の裏面側から表面側まで移動させることで、１対の耳部５、５の下端面を平坦に切削することができる。このように、耳部５、５の下端面を平坦にすることで、電解精製時に耳部５、５を電解槽の両側壁の上端部に載置したとき、ブスバーに確実に接触させることができる。

再度図３に戻ると、送出部３０は、矯正部２０で矯正されたアノードを１枚ずつ取り上げて良品と不良品に振り分ける第２移載機３１と、良品と判断されたアノードを上記第２移載機３１から受け入れて後段の機器に搬送するストックコンベア３２及び上昇コンベア３３と、該上昇コンベア３３上のアノードを取り上げて後段の機器に移動させる第３移載機３４と、該第３移載機３４からアノードを受け入れて整列した状態で搬送する整列コンベア３５と、不良品と判断されたアノードを上記第２移載機３１から受け入れて搬送するリジェクトコンベア３６とから構成される。

なお、上記の受入部１０、矯正部２０及び送出部３０の各々を構成する機器である、移載機、プレス機、切削機等の機械類や種々の駆動装置（例えばエアシリンダ、油圧シリンダ、サーボモータ等）は、ＰＬＣ等の下位制御手段４０からの指令によってそれらの作動が制御される。このＰＬＣ等の下位制御手段４０は、各機器ごとに１個の下位制御手段を設けてもよいし、複数の機器に対して１個の下位制御手段を設けてもよい。いずれの場合においても、下位制御手段４０は所定のアルゴリズムに基づいて動作指令を出力し、これにより当該機器の作動が制御される。

上記のＰＬＣから出力される動作指令には、例えば、各機器の作動開始を指示する開始指令や、作動停止を指示する停止指令等を挙げることができるが、ＰＬＣから出力される動作指令はこれらの指令に限定されるものではない。なお、上記のＰＬＣには一般的な市販品を用いることができる。また、下位制御手段４０はＰＬＣに限定されるものではなく、リレー回路やパーソナルコンピュータを用いてもよい。

次に、上記複数の機器で構成されるアノード矯正設備の動作について説明する。上記アノード矯正設備は、一般的に十数枚１組で整列された状態のアノード（積層アノード又は整列アノードとも称する）が受入コンベア１１に搬入される。この受入コンベア１１に受け入れられたアノードは、受渡しリフター等の受入移載機１２によって１枚ずつ取り上げられて単重量測定装置１３に導入される。このアノードの移載の際、後述するように個々のアノードに製造番号が採番される（採番工程Ｓ１）。

次に、単重量測定装置１３において、個々のアノードの単重量が測定され（単重量測定工程Ｓ２）、更に厚み測定装置１４においてアノードの厚みが測定される（厚み測定工程Ｓ３）。これら単重量測定装置１３及び厚み測定装置１４でアノード特性としての単重量及び矩形板状部の厚みが測定されたアノードは、次に耳部垂直矯正プレス機１５において耳部が垂直になるようにプレスされる（耳部垂直矯正プレス工程Ｓ４）。耳部垂直矯正プレス機１５でプレス加工されたアノードは、次に受取アーム、コンベア、横送りコンベア等の搬送機構によって構成される第１移載機１７に取り上げられて順次胴部矯正プレス機２１に導入される（第１移載工程Ｓ５）。

第１移載機１７によって胴部矯正プレス機２１に導入されるアノードは、順次プレス加工されて曲がりが矯正される（胴部矯正プレス工程Ｓ６）。胴部矯正プレス機２１でプレス加工された後のアノードは、アイドルポジションコンベア２２によって耳部平面側切削機２３に搬送され、ここで耳部の平面側が順次切削加工される（耳部平面側切削工程Ｓ７）。耳部平面側切削機２３で切削加工されたアノードは、引き続き耳部下側切削機２４に導入され、ここで耳部の下側が順次切削加工される（耳部下側切削工程Ｓ８）。なお、上記の耳部平面側切削機２３及び耳部下側切削機２４は、各々アノードの切削加工が終了すると、次のアノードが搬送されるまで待機状態となる。

耳部下側切削機２４によって切削加工されたアノードは、左右に振り分けて分別する分別用コンベアなどからなる第２移載機３１によって良品と不良品の分別が行われる（第２移載工程Ｓ９）。これにより、良品と判断されたアノードは電解用のアノードとしてストックコンベア３２及び上昇コンベア３３側に送り出され、第３移載機３４は該上昇コンベア３３上のアノードを取り上げて整列コンベア３５にストックさせる。一方、例えば単重量測定装置１３や厚み測定装置１４で測定したアノードの単重量や厚みの値が所定の合格範囲から外れた場合のように、不良品と判断されたアノードは、再加工又はスクラップとして処理するためリジェクトコンベア３６側に送り出される。

上記のように、アノード矯正設備を構成する複数の機器の作動を制御するＰＬＣ等の下位制御手段４０は、その上位に位置づけられる上位ＰＣ、ＤＣＳ、サーバーなどの上位制御手段５０との間で信号のやりとりが行われる。すなわち、上位制御手段５０は、所定のアルゴリズムに従って下位のＰＬＣに指令したり、該ＰＬＣからのデータを収集して記録したりする統合制御・データ管理を行う。

具体的には、この上位制御手段５０は、アノード矯正設備において矯正対象となる全てのアノードに対して、好適には上記第１移載機１７で順次移載される際に個別に製造番号を採番する採番手段５１と、アノードごとに上記の単重量測定装置１３や厚み測定装置１４において測定したアノード特性を該製造番号と共に記憶する特性記憶手段５２と、アノードごとに該複数の機器のうちのいずれに位置するか管理する位置管理手段５３と、該複数の機器のいずれかで故障が検出されたとき、該検出された機器をそこに位置するアノードの該製造番号と関連付けて記録する故障記録手段５４とを有している。なお、上記の特性記憶手段５２は、上記のアノード特性が合格基準を満たしているか否かを判定し、その判定結果を該製造番号と関連付けて記憶するのが好ましい。

これにより、個々のアノードに対して採番した製造番号に関連付けて、アノード特性やアノード矯正設備内でのアノード位置を管理することができるので、アノード矯正設備を構成する複数の機器のうちのいずれかで故障等のトラブルが発生した時に、その故障が発生した機器に位置しているアノードの製造番号を特定することができる。すなわち、上記のアノード矯正設備においては、図６に示すように、各アノードは、前述した採番工程Ｓ１から第３移載工程Ｓ１０までの全工程により矯正が行われるため、アノード矯正設備が稼働して各アノードが１工程ずつ進行していくごとに、アノード矯正設備内におけるアノードの位置が移動する。これに対応して位置管理手段５３は、アノード矯正設備内における各アノードの位置を更新していくので、採番されたアノードがアノード矯正設備内において現在どの位置に存在しているか特定できる。よって、故障発生時に該故障発生の信号を出力する機器に位置するアノードの製造番号をそのアノード特性と共に特定することができる。

より具体的に説明すると、ＰＬＣからの出力により制御される横送りコンベアなどの搬送機構の間欠運転により、アノードはアノード矯正設備を構成する複数の機器を後段に向けて１つずつ移送されるので、位置管理手段５３は、受入移載機１２で例えば製造番号１と採番したアノードが、搬送機構の１回の駆動により単重量測定装置１３に移動し、２回の駆動により厚み測定装置１４に移動し、３回の駆動により耳部垂直矯正プレス機１５に移動し、４回の駆動により第１移載機１７に移動し、５回の駆動により胴部矯正プレス機２１に移動し、６回の駆動によりアイドルポジションコンベア２２に移動し、７回の駆動により耳部平面側切削機２３に移動し、８回の駆動により耳部下側切削機２４に移動し、９回の駆動により第２移載機３１に移動し、１０回の駆動により第３移載機３４に移動することを記憶する。他の製造番号に採番されたアノードについても同様に記憶する。

また、上記の搬送機構の例えば８回の駆動により例えば胴部矯正プレス機２１に製造番号４、アイドルポジションコンベア２２に製造番号３、耳部平面側切削機２３に製造番号２、耳部下側切削機２４に製造番号１のアノードがそれぞれ位置しているときにＰＬＣからの出力により搬送機構が１回だけ駆動すると、アノードが１つずつ後段側に移送されるので、位置管理手段５３は、胴部矯正プレス機２１に製造番号５のアノードが、アイドルポジションコンベア２２に製造番号４のアノードが、耳部平面側切削機２３に製造番号３のアノードが、耳部下側切削機２４に製造番号２のアノードがそれぞれ移動することを記憶する。

また、上位制御手段５０は、アノード矯正設備内の各所に設置されたセンサーやリミットスイッチ等からの出力信号に基づいて故障の発生を検知できるため、故障が発生した装置や機器を特定することができ、更に故障が発生する要因の一つと考えられる、当該故障が発生した装置や機器に位置しているアノードの製造番号を特定することができる。なお、アノード矯正設備での主たるトラブルの原因としては、（１）受入移載機１２や第１移載機１７においてアノードを持ち上げる時に耳部のバリが後ろ側に隣するアノードの耳部にひっかかってアノードを２枚同時に持ち上げようとして発生するトラブル、（２）耳部下側切削機２４で切削したときに生じる切削粉による異常停止を挙げることができる。

このように、本発明の実施形態の設備稼働管理システムは、アノード矯正設備を構成する複数の装置や機器において故障が発生した時、その故障した装置等に位置しているアノードの製造番号を記憶しているデータベースから読み出して例えばディスプレイ等のＨＭＩ上に表示させることができるので、故障の原因となったアノードの製造番号を特定することができる。これにより、該特定されたアノードの製造番号に関連付けられたアノード特性を調査したり、更に上流工程のアノード鋳造工程のデータログを調査したり、該特定されたアノードのバリの有無等を調査したりすることで、故障の原因をより正確に特定することができるので、その対策を講じることで、同様の故障が繰り返されるのを防ぐことができる。

１カソード
２リボン
３クロスバー
４アノード
５耳部
６、７ブスバー
６ａ、７ａ絶縁体
１０受入部
１１受入コンベア
１２受入移載機
１３単重量測定装置
１４厚み測定装置
１５耳部垂直矯正プレス機
１６受入整列コンベア
１７第１移載機
２０矯正部
２１胴部矯正プレス機
２２アイドルポジションコンベア
２３耳部平面側切削機
２４耳部下側切削機
３０送出部
３１第２移載機
３２ストックコンベア
３３上昇コンベア
３４第３移載機
３５整列コンベア
３６リジェクトコンベア
４０下位制御手段
５０上位制御手段
５１採番手段
５２特性記憶手段
５３位置管理手段
５４故障記録手段
６０、７０スライスカッター

Claims

複数の機器で構成されるアノード矯正設備用の設備稼働管理システムであって、該アノード矯正設備において矯正対象となる全てのアノードに個別に製造番号を採番する採番手段と、アノードごとにそのアノード特性を該製造番号と共に記憶する特性記憶手段と、アノードごとに該複数の機器のうちのいずれに位置するか管理する位置管理手段と、該複数の機器のいずれかで故障が検出されたとき、該検出された機器をそこに位置するアノードの該製造番号と関連付けて記録する故障記録手段とを有することを特徴とする設備稼働管理システム。
前記アノード特性が、前記アノード矯正設備内で測定したアノードの単重量又は厚みであることを特徴とする、請求項１に記載の設備稼働管理システム。
前記採番手段、前記特性記憶手段、前記位置管理手段、及び前記故障記録手段は、前記複数の機器を各々制御する下位制御手段の上位に位置する上位制御手段に含まれることを特徴とする、請求項１又は２に記載の設備稼働管理システム。