专利名称：用于更换电解炼铝池中的阳极，包括调整阳极位置的方法以及实现该方法的多功能机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过熔融电解来炼铝的Hall-Héroult方法。更具体地，涉及阳极更换和设计用于在炼铝工厂中进行阳极更换的多功能天车。
背景技术：
铝是根据熟知的Hall-Héroult方法通过在电解池中熔融电解来在工业上生产的。法国专利申请FR 2806742(相应于美国专利US6409894)描述了用来炼铝的铝电解厂的安装。
根据最普遍的技术，电解池备有多个由碳质(碳质，不是碳制)材料制备的“预焙”阳极，该“预焙”阳极在铝的电解还原反应过程中被消耗。阳极的逐渐消耗需要对电解池进行维护，其中特别是用新阳极更换失效阳极。
为了限制在更换阳极时对电解池运行的干扰，优选地，将新阳极安放就位，使得其下表面和池中的另一阳极处于同一水平。
通常主要借助于人工操作来对新阳极进行准确的对准安装。典型地，用粉笔线在与阳极框架上的确定标记相应的位置处标记失效的阳极杆。从池中取出失效阳极并将其放下到参考面上，该参考面典型地为金属板。记录该杆上粉笔的水平，取出失效阳极，并将新阳极在参考面上安放就位。在新阳极杆的记录的水平处画条粉笔线。将新阳极放入在阳极框架上，使其粉笔线和阳极框架上的确定标记处于同一水平。这些操作需要操作员在使用阳极装卸工具的区域内进行维护，并且还使操作员面临诸如装载脱钩和液体金属溅射等这些操作所固有的风险。
还已知的是，阳极装卸工具可安装有位置传感器，该位置传感器能够测量阳极装卸工具在阳极更换操作过程中的伸长量。在这种情况下，测量该工具在取出失效阳极时的作用距离，然后将失效阳极放置在参考面上，并测量当该阳极再次放置在参考面上时该工具的伸长量。取回失效阳极，将新阳极放置在参考面上，并测量在阳极再次放置在参考面上时，该工具的伸长量。将最后两次测得的伸长量之间的差加到第一次测得的伸长量上，以确定当将新阳极在电解池中安放就位时，还应该对装卸工具施加的剩余伸长量。
这些不同的工作方式需要多个阳极操作以及需要将参考面从一个工作区域转移到另一个工作区域。耗费在这些操作上的时间显著地延长了在电解池上维护操作的持续时间，以及池盖处于打开状态的时间周期，这降低了用于收集电解池生成的废水的废水收集装置的效率。
因此，申请人寻求可避免这些缺点的程序和装置。
发明内容
本发明的目标是一种用于更换熔融电解炼铝池中阳极的方法，该池包括阳极框架和多个阳极，每个阳极都安装有金属杆，其中，该方法使用至少一个包括定位装置和抓握装置的阳极装卸工具，用至少一个替代阳极来取代至少一个确定的失效阳极，并将该替代阳极放入电解池中的确定位置。
根据本发明，通过位于至少一个阳极装卸工具上的固定点P0相对于一组确定参考点{P}的一组确定的位置测量来确定替代阳极的位置，该确定参考点位于独立于阳极装卸工具的确定物体上，并和阳极装卸工具的确定参考位置相关。
更精确地，根据本发明的阳极更换方法的特征在于对于至少一个阳极装卸工具，选择一固定连接到所述工具的固定点P0；选择阳极装卸工具的一组确定的中间参考位置，并且所述组的每个位置和位于独立于阳极装卸工具的确定物体上的中间参考点相关；选择与替代阳极的所述确定位置相应的阳极装卸工具的最终参考位置，并且该参考位置和位于独立于阳极装卸工具的确定物体上的最终确定参考点PF相关；将阳极装卸工具放置在每个所述中间参考位置上，并且对于每个位置，测量所述工具的固定点P0相对于相应中间参考点的相对位置；通过所述相对位置的测量，确定装卸工具的固定点P0相对于确定的最终参考点PF的最终相对位置，该最终参考点PF相应于电解池中替代阳极的所述确定位置；借助于装卸工具固定点P0相对于最终参考点PF的至少一个相对位置的测量来调整替代阳极的位置，从而将所述工具定位在所述最终相对位置上。
优选地，通过遥测测距来进行所述测量，典型地通过光学、声学或无线电遥测测距，并且优选地通过激光遥测测距。光学遥测测距可以基于可见光或不可见光。
申请人有意于将阳极装卸工具用作参考元件来确定在阳极更换过程中的阳极位置，从而，可以在通常的失效阳极更换操作中进行为该确定所必需的测量。如此，本发明能够显著地限制所需的用于确定替代阳极位置的装卸操作。
优选地，使用同一阳极装卸工具用于所述相对位置测量，这样可以只有唯一的固定点P0。
本发明的另一个目标是用于在一系列熔融电解炼铝池中进行阳极更换操作的多功能机组，该池包括多个阳极，每个阳极安装有金属杆，所述多功能机组包括含有定位装置和抓握装置的阳极装卸工具，该阳极装卸工具的特征在于，它包括用于测量位于阳极装卸工具上的固定点P0相对于位于独立于阳极装卸工具的确定物体上的至少一个确定参考点P的位置的装置。
有利地，借助于根据本发明的多功能机组来实现阳极更换方法。
本发明的另一个目标是用于熔融电解炼铝厂的多功能天车，它包括移动式起重机以及至少一个根据本发明的多功能机组。
以下参考附图更详细地描述本发明。
图1是一个剖视图，示出了用于炼铝的典型电解车间，并且包括一个示意性示出的多功能天车。
图2是示出了用于炼铝的典型电解池的截面图。
图3示意性地显示了多功能天车的侧视图。
图4示意性地示出了根据本发明一个优选实施方案的位置测量。
图5至8示出了根据本发明的阳极更换程序的实施方案。
用来炼铝的铝电解厂包括液体铝生产区域，该区域包括一个或多个电解车间(1)。如图1所示，每个电解车间(1)都包括电解池(2)和至少一个多功能天车(PTA)(4)。
电解池(2)通常成排或成列放置，每一排或每一列典型地包括多于一百个的槽，这些槽借助于连接导体以串联方式电连接。放置池(2)，以在沿着电解车间长度方向留出开放的循环通道(3)。
如图2所示，每个电解池(2)都包括槽(2′)，被称为“上部构造”的支撑结构(35)以及多个阳极(20，20′)。槽(2′)包括钢壳(26)；内部保护层(27，28)，其通常由耐火材料制成的块体构成；以及阴极部件(29，30)，其包括被称为“阴极块体”的由碳质材料制成的块体(29)，以及金属连接条(30)，输送电解电流的电导体(31)连接在该金属连接条上。阳极(20，20′)包括至少一个由预焙的碳质材料制备的阳极块体(21，21′)和金属杆(22，22′)。阳极块体(21，21′)典型地为平行六面体形状。杆(22，22′)典型地通过固定元件(22a，22a′)固定在阳极块体(21，21′)上，固定元件(22a，22a′)通常被称为“多极”(“multipode”)，它(典型地借助于铸铁)锚定在阳极块体(21，21′)上。该阳极(20，20′)通过机械固定装置(24，25)可拆卸地固定在称为“阳极框架”的移动金属框架(23)上，机械固定装置(24，25)典型地包括连接器(24)以及吊钩(25)。该阳极框架(23)由上部结构(35)支撑，并被固定在用来输送电解电流的电导体上(未示出)。
电解池(2)通常包括盖系统(36)，该盖系统典型地包括一系列的用于将废水限制在池内的盖，和用于将废水排向处理中心的装置(未示出)。
内部保护层(27，28)以及阴极块体(29)在槽(2′)内构成坩锅，该坩锅能够在池运行时，容纳电解液(33)以及一层液体金属(32)。通常，一铝和固化液(34)的盖层覆盖电解液以及一些或全部阳极。
阳极(20，20′)，更确切地，阳极块体(21，21′)，部分浸入含有熔化的铝的电解液(33)中。阳极下表面(21a，21a′)典型地基本为平面，并且平行于阴极块体(29)的基本水平的上表面(29′)。阳极下表面和阴极块体上表面之间的距离称为“阳极-阴极距离”，它在调节电解池中是一个重要参数。阳极-阴极距离通常被很精确地控制。
在使用过程中，阳极块体(21，21′)被逐渐消耗。为了弥补该消耗，操作规程包括均匀地将阳极框架(23)向下移动而逐渐降低阳极(20，20′)。而且，如图2所示，阳极块体(21，21′)通常有不同程度的消耗。因此，在每次更换阳极时，通常都要调整通常被称为“新阳极”的替代阳极(20″)相对于阳极框架(23)的位置。更确切地，调整阳极位置，从而将阳极块体(21，21′，21″)的所谓“下”表面(21a，21a′，21a″)放置在同一平面上，换言之，该“下表面”指阳极块体将浸没在包含在电解池(2)中的电解液(33)中并且平行于阴极块体(29)的上表面(29′)的阳极块体的表面。实际中，将替代阳极(20″)放置为使得当其运行温度已达到时，它的下表面(21a″)与它所更换的失效阳极(20′)的下表面(21a’)处于同一水平。阳极块体(21，21′，21″)的所述下表面(21a，21a′，21a″)通常基本为平面。
多功能天车(4)用于在池(2)上进行操作，诸如更换阳极或用碾碎的电解液和AlF3充满电解池装料斗。它还可以用于装卸多种装载，诸如槽元件、液体金属包或阳极。
如图1和3所示，多功能天车(4)包括可以在电解池(2)上方移动的移动式起重机(5)和多功能机组(6)。多功能机组(6)包括可移动天车(7)和多功能机组模块(8)，该多功能机组模块(8)上安装有多个装卸和维护装置(10)，诸如工具(铲、扳钳、打壳机等)。如图3所示，多功能机组模块(8)典型地包括转塔(8′)，转塔(8′)安装在天车(7)上，从而在使用过程中，它可以围绕竖直轴A转动。装卸和维护装置(10)典型地固定在转塔上。多功能机组模块(8)还可以包括供操作员使用的控制室(16)。
移动式起重机(5)放置在移动轨道(9，9′)上，并在其上循环往返，所述轨道(9，9′)彼此平行并平行于车间(hall)主轴(和池的行列方向)放置。如此，移动式起重机(5)可以沿着电解车间的长度移动，而天车(7)可以沿着移动式起重机(5)的长度移动。
如图3所示，用于阳极更换操作的多功能机组(6)安装有确定的一组工具(10)，即典型地为打壳机(11a)、斗式铲(12a)、阳极抓握装置(称为“阳极钳”)(13a)以及安装有可伸缩输送管(15)的漏斗(14)。打壳机(11a)用于粉碎铝壳和经常覆盖池中一些或全部阳极的固态化电解液(34)；斗式铲(12a)用于在移去失效阳极后，通过移去位于该位置的固体物质(诸如碎壳片和铝片)来清理该阳极位置；阳极钳(13a)用于通过它们的杆来抓握和操作阳极，特别是用于从电解池移去失效阳极，并将新阳极放入电解池中；可伸缩输送管(15)用于将铝和/或碾碎的电解液送入电解池中，从而在新阳极安放就位后，形成保护层。打壳机(11a)、斗式铲(12a)以及阳极钳(13a)典型地安装在诸如可伸缩柱或伸缩臂的定位装置(11b，12b，13b)的下端。“阳极装卸工具”(13)的用语表示了包括阳极抓握装置(13a)和定位装置(13b)的组件。
包括多个阳极(20，20′)的电解炼铝池(2)的阳极更换的方法典型地包括以下基本步骤将多功能机组靠近确定的失效阳极(20′)放置；将位于失效阳极(20′)附近的盖(36)移去；使固定阳极(20，20′)的阳极框架(23)不可动；借助于阳极装卸工具(13)，更精确地借助于抓握装置(13a)抓取失效阳极(20′)的金属杆，以及；将失效阳极的机械固定装置(24)拆开；借助于所述装卸工具(13)移去电解池的失效阳极(20′)；将失效阳极(20′)向下放置到确定的位置；借助于装卸工具(13)抓取替代阳极(20″)，该装卸工具(13)通常和用于装卸失效阳极的工具相同；确定用于替代阳极(20″)的位置；将替代阳极(20″)放入起先由失效阳极占据的空间中的确定位置；借助于机械固定装置(24)将替代阳极(20″)固定在阳极框架(23)上。
根据本发明，从位于阳极装卸工具(13)上的确定固定点P0相对于位于独立于阳极装卸工具(13)上的确定物体上的确定参考点P的相对位置的确定的一组测量开始，确定用于替代阳极(20″)的位置。所述测量在装卸阳极的过程中进行，并且优选地，在阳极更换的操作过程中的确定时刻进行，诸如在抓取失效阳极(20′)时、将失效阳极存放在典型地为装卸底托上的确定位置(40′)时、从典型地为装卸底托的确定位置(40″)拿起替代阳极时。本发明还具有这样的优势，即它不需要附加的装卸动作，这就特别地避免了电解池处于打开状态时间的延长。
为了获取点P0位置的令人满意的精确度，同时有效标记参考点P，参考点P典型地位于在相对位置测量中，所具有的表面积相对于固定点P0和每个参考点P之间的间距很小的元件上。为了便于测量，参考点P优选地位于反射表面上(优选地为金属表面)。
优选地，固定点P位于抓握装置(13a)上，或位于固定在抓握装置的装卸工具的元件上。这使得能够更精确地确定阳极位置。实际上，由于在阳极装卸过程中，抓握装置(13a)相对于阳极装卸工具(13)的其他构件(13b)以及相对于多功能天车(4)移动，这种安排就避免了涉及相对位置和涉及抓握装置(13a)和阳极装卸工具(13)的其他构件(13b)或多功能天车(4)之间任何间隙的测量的不确定性。
根据本发明的用于失效阳极(20′)和替代阳极(20″)的方法典型地包括固定点P0相对于连接到电解池(2)的参考点的至少一个相对位置测量，以及固定点P0相对于独立于电解池(2)的参考点的至少一个相对位置测量。连接到电解池用于确定阳极在电解池中的位置的参考点典型地位于阳极框架(23)上(图5和8中的点PA和PF)；独立于电解池用于测量阳极的参考点典型地位于阳极传送装卸底托(40)上(图6和7中的点PB和PC)。
在本发明的一个优选实施方案中，相对位置的测量包括固定点P0相对于位于电解池(2)上的第一中间参考点PA的相对位置的第一测量，这相应于失效阳极(20′)的初始位置。优选地，当抓握装置(13a)处于抓取电解池中失效阳极(20′)的金属杆(22′)的位置时，进行该测量；固定点P0相对于独立于电解池(2)的第二中间参考点PB的相对位置的第二测量，相应于确定的失效阳极(20′)的长度。优选地，当抓握装置(13a)处于抓取失效阳极(20′)的金属杆(22′)的位置，并且该阳极放置在第一确定参考物体(40′)上时，进行该测量；固定点P0相对于独立于电解池(2)的第三中间参考点PC的相对位置的第三测量，相应于替代阳极(20″)的长度。优选地，当抓握装置(13a)处于抓取替代阳极(20″)的金属杆(22″)的位置，并且该阳极放置在第二确定参考物体(40″)上时，进行该测量；优选地，在调整电解池中的替代阳极(20″)的位置的过程中，当抓握装置(13a)处于抓取替代阳极的金属杆(22″)的位置，并且该阳极放置在电解池中时，进行固定点P0的最终相对位置的测量。
在图5至8所示的本发明实施方案中，更精确地采用了以下程序在取出确定的失效阳极(20′)之前，将阳极装卸工具(13)的抓握装置(13a)放入相对于失效阳极的金属杆(22′)的第一参考位置A，并且测量该工具的固定点P0相对于位于电解池(2)上，优选地位于阳极框架(23)上的第一确定中间参考点PA(图5)的第一相对位置。
在取出失效阳极(20′)并将它放到优选地包括确定的参考面的参考物体(40′)上之后，将阳极装卸工具(13)的抓握装置(13a)放置在相对于失效阳极(20′)金属杆(22′)的第二参考位置B，并且测量该工具的固定点P0相对于第二确定中间参考点PB的第二相对位置，该第二确定中间参考点PB位于相对于参考物体(40′)的确定位置上(图6)。
在将替代阳极(20″)放置在优选地包括确定的参考面的参考物体(40″)上之后，将阳极装卸工具(13)的抓握装置(13a)放置在相对于替代阳极(20″)的金属杆(22″)的第三参考位置C，并且测量该工具的固定点P0相对于第三确定中间参考点PC的第三相对位置，该第三确定中间参考点PC位于相对于参考物体(40″)的确定位置上(图7)。
因此，在本发明的该实施方案中，所述确定的中间参考位置组包括在从电解池(2)取出失效阳极(20′)之前，相对于其金属杆(22′)的第一参考位置A。该位置相应于确定的失效阳极(20′)的初始位置；在从电解池(2)取出失效阳极(20′)并放到参考物体(40′)上之后，相对于其金属杆(22′)的第二参考位置B。该位置用来测量失效阳极(20″)；在将替代阳极(20″)放到参考物体(40″)上之后，相对于它的金属杆(22″)的第三参考位置C。该位置用来测量替代阳极(20″)。
优选地，所述第一和第二参考位置是失效阳极(20′)的金属杆(22′)的抓取位置，而所述第三参考位置是替代阳极(20″)的金属杆(22″)的抓取位置。优选地，在使用阳极装卸工具(13)的抓握装置(13a)抓取所述金属杆(22′，22″)之后，进行相对位置的测量。
优选地，所述最终参考位置是替代阳极(20″)的金属杆(22″)的抓取位置。
和第一参考位置A相关的中间参考点PA优选地位于电解池(2)上，并且更优选地位于阳极框架(23)上。为了简化对替代阳极(20″)最终位置的确定，确定的最终参考点PF优选地和相关于第一参考位置A的中间参考点PA相同。
和第二参考位置B相关的中间参考点PB典型地位于第一参考物体(40′)上，第一参考物体(40′)位于电解池外部。该参考物体(40′)典型地为阳极传送装卸底托或阳极传送装卸底托的一部分。
和第三参考位置C相关的中间参考点PC典型地位于第二参考物体(40″)上，第二参考物体(40″)位于电解池外部。可以和第一参考物体相同的第二参考物体(40″)典型地为阳极传送装卸底托或阳极传送装卸底托的一部分。
优选地，所述第二和第三中间参考点(PB和PC)基本处于同一水平，以避免需要考虑在两点之间可能的水平差异。
优选地，所述参考面处于同一水平；如果水平差距已知，它们可以处于不同水平。
使用用于所述第一、第二和第三位置(A、B、C)中的所述相对位置测量的所得结果，确定阳极装卸工具(13)上的固定点P0相对于优选地为所述第一参考点PA的确定最终参考点PF的最后位置(F)，该最终参考点相应于当装卸工具(13)的抓握装置(13a)位于所述最后参考位置(F)上时替代阳极(20″)在电解池(2)中的位置，并将位于该位置的替代阳极(20″)放入起先被失效阳极(20′)占据的位置，并通过运载阳极的工具的固定点P0相对于最后参考点PF(图8)的至少一位置测量，来调整替代阳极的位置。
所述最后参考位置F优选为替代阳极(20″)的抓取位置，以便于调整它在电解池中的位置。
相对于金属杆(22′，22″)的参考位置优选地相同，以此避免必须考虑在确定最终位置(F)过程中这些位置的差距。
在将替代阳极(20″)放入起先由失效阳极占据的位置的过程中，使用所获取的用于相对位置A、B、C的结果，经计算来确定相应于替代阳极(20″)的确定位置的最终相对位置。为了放置替代阳极(20″)，从而使它的下表面(21a″)位于它正要更换的失效阳极(20′)的下表面(21a′)，要调整替代阳极(20″)相对于参考点PF的最终位置F，从而以使固定点P0和最终参考点PF之间的竖直距离满足关系EF＝EA-EB+EC+Δ，其中EA、EB和EC分别是固定点P0和位置A、B和C处相应的参考点(PA、PB和PC)之间的竖直距离E，其中Δ是修正项，用于考虑池中替代阳极的操作启动(operating start up)。
如图4所示，作用为用于确定阳极装卸工具位置的识别标记的参考点P不必位于固定点P0的正下方，换言之，参考点P可以从固定点P0偏离垂线V。位置A、B、C和F则相应于三个维度上的位置矢量，如图4所示，该位置矢量可以通过方向(θ，)以及参考点P和点P0之间的距离D给出。方向(θ，)，例如可以通过相对于确定的竖直轴V(典型地，穿过固定点P0)的角度θ以及相对于确定的水平轴H的角度给出。有利地，所述相对位置由固定点P0和参考点之间的距离D以及参考点相对于固定点P0的空间取向S给出。
申请人发现，选择参考点使得两个角度，θ中的至少一个对于所有参考点基本相同，这样的选择是充分的。特别地，对于失效阳极(20′)和替代阳极(20″)，参考点的角度通常是相同的，而角度θ和距离D不同。另一方面，典型地位于参考物体(40)的等同位置上的参考点PB和PC的角度不用于确定的最终相对位置，换言之，只有为失效阳极(20′)以及替代阳极(20″)测量的角度θ和距离D才是必须考虑的。在这些条件下，点P0相对于参考点PF的最终相对位置，相应于替代阳极(20″)的确定位置，将由关系式F＝A以及DFcosθF＝DAcosθA-DBcosθB+DCcosθC+Δ给出，其中Δ是修正项，用于考虑池中的替代阳极的操作启动。
本发明的这些简化变体限制了待测量的坐标数目，并避免了在确定替代阳极位置时由对多个坐标进行测量引发的不确定性。
优选地，对于所有参考点两个角度和θ基本相同，这将位置测量限于仅仅对固定点P0和参考点之间的距离D的测量。如此，在本发明的优选实施方案中，选择参考位置(典型地为A、B、C和F)以及相应参考点，使得所述的空间取向S对于所有相对位置测量基本相同。在该实施方案中，测量固定点P0和相应于每个中间测量位置(A、B和C)的中间参考点(PA、PB和PC)之间的距离(DA、DB和DC)，从所测量的距离(DA、DB和DC)来确定所述的最终相对位置，并借助于至少一个相应于最终相对位置的距离DF的测量来调整替代阳极(20″)的位置。
优选地，使用同一个阳极装卸工具(13)来装卸失效阳极(20′)和替代阳极(20″)，并进行所述的相对位置测量。该变体促使使用单个固定点P0，如此避免了对测量装置的校准，该测量装置的校准与不同的工具，以及使用不同工具固有的距离测量的差异有关。在这种情况下，在用抓握装置(13a)拿起替代阳极(20″)前，移去失效阳极(20′)。
考虑到位于阳极装卸工具上的绝对标记P0，根据本发明的方法具有的优势是，它可以纠正由一些意外事件引起的对阳极位置的改变。例如，如果在阳极更换操作过程中阳极框架(23)被移动了(这典型地发生在探测阳极事件之后)，根据本发明的方法可当参考点位于阳极框架上时，将更换阳极(20″)放置在相对于其他阳极的正确高度上。类似地，如果阳极相对于其他阳极意外地移动了(这典型地发生在连接器(24)没有充分夹住阳极杆(22)时)，根据本发明的方法可在参考点位于阳极框架上时，将阳极重新放置到相对于其他阳极的正确位高度上。
根据本发明的阳极更换的方法可以借助于多功能机组(6)而实现，该多功能机组(6)安装有装置(13c)，用于测量位于阳极装卸工具(13)上的固定点P0相对于位于独立于阳极装卸工具(13)的确定物体上的至少一个确定参考点P的位置。
优选地，测量装置(13c)包括用于进行所述测量的遥测测距仪。该遥测测距仪典型地选自光学的、声学的或无线电的遥测测距仪。有利地，该遥测测距仪是激光遥测测距仪。典型地，通过测量声波或超声波(如果遥测测距仪是声学的)，或电磁波(如果遥测测距仪是光学的或无线电的)沿遥测测距仪和参考点之间的往返路程传播的时间，来确定遥测测距仪和参考点P之间的距离。所述波典型地呈束形，这在图4至8中用虚线示意性地示出。
为了避免中间的间隙影响位置测量的精确度，测量装置(13c)优选地固定在抓握装置(13a)上，或者固定在固定到抓握装置的元件上。
典型地，测量装置(13c)包括声波束或电磁波束发射器，以及声波或电磁波探测器。典型地，所述电磁波是可见光，红外光或无线电波。有利地，发射器是激光器。发射器和/或探测器典型地互相靠近放置，并且固定点P0位于它们附近，这简化了P0相对于参考点P的位置的确定(特别是避免了需要考虑在发射器、探测器和固定点P0之间的距离)。
如此，根据本发明，借助于发射器向确定参考点P发射声波束或电磁波束(50)，通过借助于探测器测量由参考点反射的声波或电磁波和探测器相对于发射器的相对位置来确定该参考点的相对位置。
如上所述，固定点P0相对于确定参考点P的位置典型地由方向(θ，)和固定点P0与参考点P之间的距离D给出。方向(θ，)可以通过方向探测器的取向测量来确定。该距离D典型地通过测量声波或电磁波在发射和探测之间的传播时间，和探测器相对于发射器的相对位置，特别是发射器和探测器之间的距离，以及波束发射方向和波束探测方向之间的角度差来确定。为了提高测量的精确度，发射器和探测器优选地固定连接到彼此或固定到共同的刚性支架上。发射器和/或探测器典型地固定在抓握装置(13a)上或固定在固定到抓握装置(13a)的元件上。有利地，发射器和探测器并排放置，换言之，它们之间间隔的距离相对于距离D非常小。
为了补偿阳极装卸工具(13)的构件之间以及阳极抓握装置(13a)和阳极杆(22，22′)之间的任何间隙，有利地总是在张紧状态下进行相对位置的测量，换言之，在张紧工具的运动部分之后(在松开将阳极杆保持在阳极框架(23)上的连接器(24)之前)，或者在压缩状态下进行相对位置的测量。为了能够考虑所述间隙，有利地，阳极装卸工具(13)应该安装测量工具内部张力的装置，诸如轴向测力机，以确定工具运动部分处于张紧或压缩状态的时刻，以及确定机械间隙都被调整在同一方向的时刻。
中间相对位置(A、B和C)的测量可以在有或没有操作员参与下进行。测量可以是人工进行的，换言之，操作员记录该方法的每个独立步骤中所获取的数据，或它们可以是全自动或半自动的，换言之，计算机化的设备自动进行全部或部分测量。还可以由操作员借助于用于中间位置(A、B和C)测量所得的值来进行相应于替代阳极的确定位置的最终相对位置的确定。为了简轻操作员的任务和避免计算错误，有利地，所述位置(A、B、C、F)的测量全部或部分地由计算机装置来进行。有利地，测量装置(13c)包括用于记录所做的测量以及用于确定相应于替代阳极(20″)的所述位置F的系统。
权利要求
1.一种用于更换熔融电解炼铝池(2)中阳极的方法，该池包括阳极框架(23)和多个阳极(20)，每个阳极都安装有金属杆(22)，其中，该方法使用至少一个包括定位装置(13b)和抓握装置(13a)的阳极装卸工具(13)，用至少一个替代阳极(20″)来取代至少一个确定的失效阳极(20′)，并将该替代阳极(20″)放入电解池(2)中的确定位置，所述方法的特征在于对于至少一个阳极装卸工具(13)，选择一固定连接到所述工具的固定点P0；选择阳极装卸工具(13)的一组确定的中间参考位置，并且所述中间参考位置组的每个位置和位于独立于阳极装卸工具(13)的确定物体上的中间参考点相关；选择与替代阳极(20″)的所述确定位置相应的阳极装卸工具(13)的最终参考位置，并且该参考位置和位于独立于阳极装卸工具(13)的确定物体上的最终确定参考点PF相关；将阳极装卸工具(13)放置在所述中间参考位置中的每一个位置上，并且对于每个位置，测量工具的固定点P0相对于相应中间参考点的相对位置；通过所述相对位置的测量，确定装卸工具(13)的固定点P0相对于确定的最终参考点PF的最终相对位置，该最终参考点PF相应于替代阳极(20″)在电解池(2)中的所述确定位置；借助于装卸工具(13)的固定点P0相对于最终参考点PF的至少一个相对位置测量来调整替代阳极(20″)的位置，从而将所述工具定位在所述最终相对位置上。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，最终参考点PF位于电解池(2)上。
3.根据权利要求2的用于更换阳极的方法，其特征在于，最终参考点PF位于电解池(2)的阳极框架(23)上。
4.根据权利要求1至3中任一项的用于更换阳极的方法，其特征在于，所述最终相对位置是替代阳极(20″)的金属杆(22″)的抓取位置。
5.根据权利要求1至4中任一项的用于更换阳极的方法，其特征在于，所述的确定组的中间参考位置包括在从电解池(2)取出失效阳极(20′)之前，相对于失效阳极(20′)的金属杆(22′)的第一参考位置A；在从电解池(2)取出失效阳极(20′)并将其放到参考物体(40′)上之后，相对于失效阳极(20′)的金属杆(22′)的第二参考位置B；在将替代阳极(20″)放到参考物体(40″)上之后，相对于替代阳极(20″)的金属杆(22″)的第三参考位置C。
6.根据权利要求5的用于更换阳极的方法，其特征在于，所述第一和第二参考位置是失效阳极(20′)的金属杆(22″)的抓取位置，而所述第三参考位置是替代阳极(20″)的金属杆(22″)的抓取位置。
7.根据权利要求5和6任一项的用于更换阳极的方法，其特征在，与第一参考位置A相关的中间参考点PA位于电解池(2)上。
8.根据权利要求7的用于更换阳极的方法，其特征在于，所述中间参考点PA位于阳极框架(23)上。
9.根据权利要求7或8的用于更换阳极的方法，其特征在于，所述的确定最终参考点PF和相关于第一参考位置A的中间参考点PA相同。
10.根据权利要求5至9中任一项的用于更换阳极的方法，其特征在于，与第二参考位置B相关的中间参考点PB位于第一参考物体(40′)上，该第一参考物体(40′)位于电解池外部。
11.根据权利要求10的用于更换阳极的方法，其特征在于，参考物体(40′)为阳极传送装卸底托。
12.根据权利要求5至11中任一项的用于更换阳极的方法，其特征在于，与第三参考位置C相关的中间参考点PC位于第二参考物体(40″)上，该第二参考物体(40″)位于电解池外部。
13.根据权利要求12的用于更换阳极的方法，其特征在于，所述参考物体(40″)为阳极传送装卸底托。
14.根据权利要求1至13中任一项的用于更换阳极的方法，其特征在于，使用相同的装卸工具(13)来装卸失效阳极(20′)和替代阳极(20″)，以及进行所述相对位置测量。
15.根据权利要求1至14中任何一项的用于更换阳极的方法，其特征在于，所述相对位置由固定点P0和参考点之间的距离D以及参考点相对于固定点P0的空间取向S给出。
16.根据权利要求15的用于更换阳极的方法，其特征在于，选择参考位置以及相应参考点，使得所述的空间取向S对于所有相对位置测量基本相同。
17.根据权利要求1至16中任一项的用于更换阳极的方法，其特征在于，用遥测测距来进行所述测量。
18.根据权利要求17的用于更换阳极的方法，其特征在于，所述遥测测距选自光学的、声学的或无线电的遥测测距。
19.根据权利要求18的用于更换阳极的方法，其特征在于，所述遥测测距是激光遥测测距。
20.根据权利要求1至19中任一项的用于更换阳极的方法，其特征在于，所述固定点P0位于抓握装置(13a)上，或者位于固定到抓握装置(13a)上的装卸工具(13)元件上。
21.用于在一系列熔融电解炼铝池(2)中进行阳极更换操作的多功能机组(6)，该池包括多个阳极(20)，每个阳极都安装有金属杆(22)，所述多功能机组包括至少一个含有定位装置(13b)和抓握装置(13a)的阳极装卸工具(13)，该阳极装卸工具的特征在于，它包括装置(13c)，用于测量位于阳极装卸工具(13)上的固定点P0相对于至少一个位于独立于阳极装卸工具(13)的确定物体上的确定参考点P的位置。
22.根据权利要求21的多功能机组(6)，其特征在于，所述固定点P0位于抓握装置(13a)上，或者位于固定到抓握装置(13a)的装卸工具(13)的元件上。
23.根据权利要求21或22的多功能机组(6)，其特征在于，所述测量装置(13c)包括进行所述测量的遥测测距仪。
24.根据权利要求23的多功能机组(6)，其特征在于，所述遥测测距仪选自光学的、声学的或无线电遥测测距仪。
25.根据权利要求24的多功能机组(6)，其特征在于，所述遥测测距仪是激光遥测测距仪。
26.根据权利要求21至25中任一项的多功能机组(6)，其特征在于，所述测量装置(13c)固定在抓握装置(13a)上，或者固定在固定到抓握装置的元件上。
27.根据权利要求21至26中任一项的多功能机组(6)，其特征在于，所述阳极装卸工具(13)安装有测量工具内部张力的装置，如轴向测力机。
28.根据权利要求21至27中任一项的多功能机组(6)，其特征在于，所述测量装置(13c)包括用以记录所做的测量并用以确定相应于替代阳极(20″)的所述位置A′的系统。
29.用于熔融电解炼铝厂的多功能天车(4)，它包括移动式起重机(5)以及至少一个根据权利要求21至28中任一项的多功能机组(6)。
全文摘要
本发明的目标在于一种用于更换熔融电解炼铝池(2)中阳极的方法，池(2)上使用至少一个包括定位装置(13b)和抓握装置(13a)的阳极装卸工具(13)，其特征在于在用替代阳极(20″)取代确定的失效阳极(20′)的过程中，通过位于至少一个阳极装卸工具(13)上的固定点P
文档编号C25C7/06GK101040063SQ200580035195
公开日2007年9月19日 申请日期2005年10月12日 优先权日2004年10月14日
发明者A·范阿克 申请人:E.C.L.