专利名称：包括阳极位置调整在内的电解铝池阳极更换方法以及实施该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过熔浴电解来炼铝的霍尔-赫鲁特(Hall-Heroult)法，尤其涉及炼铝装置中的阳极更换以及用于阳极更换的多功能天车。
背景技术：
铝是根据熟知的霍尔-赫鲁特法通过在电解池中的熔浴电解进行工业生产的。法国专利申请FR 2806742(相应于美国专利No.6409894)记载了用来炼铝的电解设备的安装。
根据最普遍的技术，电解池具有多个由碳质材料制成的“预焙”阳极，该“预焙”阳极在铝的电解还原反应过程中被消耗掉。阳极的逐渐消耗使得需要对电解池进行维护，特别是用新阳极替代废阳极。
在更换阳极时，为了限制对电解池运行的干扰，优选将新阳极放置得使其下表面与池中其它阳极处于同一高度。
已知可按如下所述进行操作以正确地确定新阳极的高度。在与阳极框架上的确定标记相应的位置处，在废阳极的杆上用粉笔线做标记。从池中取出废阳极并将其放置在参考表面上，所述参考表面通常为金属板。记录所述杆上粉笔线的高度，取下废阳极，并将新阳极放置在该参考表面上。在所记录的高度处，在新阳极杆上画条粉笔线。将新阳极放置在阳极架上，使其粉笔线与阳极架上的确定标记处于同一高度。这些基本为手动操作，需要操作人员在使用阳极装卸工具的区域内进行操作，并且使操作人员面临诸如装载脱钩和液态金属泼溅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。在这种情况下，测量取出废阳极时该工具所经过的距离，将废阳极放置在参考表面上，并测量在阳极放置在参考表面上时该工具所经过的距离。取下废阳极，将新阳极放置在参考表面上，并测量在新阳极放置在参考表面上时，该工具所经过的距离。将后两次测得的距离之差加到第一个测得的距离上，以确定当将新阳极放置在电解池中时，装卸工具还应当经过的剩余距离。
这些不同的工作方式需要进行多个阳极操作，并且需要将参考表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电解池维护周期的持续时间，以及池盖处于打开状态的时间，这降低了用于收集电解池生成的流出物的收集装置的效率。
因此，申请人寻求可避免这些缺点的一种方法和一些装置。
发明内容
本发明的一个目的是包括多个阳极的熔浴电解炼铝池的一种阳极更换方法，所述电解池包含电解液，并包括至少一个阴极块，每一个阳极包括至少一个阳极块和一个金属杆，并通过机械固定装置可拆卸地固定于可移动的金属架上，每一个阳极块具有一个参考表面，其中通过使用至少一个包含一定位装置、一抓握装置以及一个用于确定该抓握装置的竖直位置的传感器的阳极装卸工具，将至少一个确定的废阳极用一个替代阳极替代，并且其中通过使用该阳极装卸工具或每一阳极装卸工具的位置传感器，测量该抓握装置或每一抓握装置相对于参考高度N所经过的竖直距离，其特征在于，在一个确定的参考线或一个确定的参考平面内，产生至少一束声波或电磁波，其特征还在于，对于每一个确定的废阳极-将抓握装置放置在所述废阳极的金属杆的抓取位置，并测量该抓握装置到达所述位置所经过的竖直距离A；-将所述废阳极从电解池中取出，该阳极的阳极块以竖直移动方式穿过所述波束，并测量该阳极的参考表面穿过所述波束时该抓握装置所经过的竖直距离B；-用抓握装置抓取替代阳极的金属杆，使该阳极的阳极块以竖直移动方式穿过所述波束，并测量该阳极的参考表面穿过所述波束时该抓握装置所经过的竖直距离C；-用得到的所述经过距离A、B和C的值确定所述替代阳极在电解池中的竖直位置，并将该替代阳极放入废阳极先前所占据的位置处。
本发明使得定位替代阳极所必需的测量，在阳极的更换所必需的装卸操作(即，典型地，将废阳极从电解池中取出，将该废阳极放置在装卸底托或运送装置上，从装卸底托或运送装置上取出替代阳极并将该替代阳极放置在电解池中)中进行，其优点在于不需要额外的装卸操作。本发明尤其可以避免延长电解池打开的时间。
有利地，将一束或多束声波或电磁波事先放置在一位置处，该位置使得废阳极或替代阳极在其正常装卸操作过程中穿过所述一束或多束波，该位置包括例如电解池、装卸底托或运送装置的上方。
测量可手动进行，即操作人员记录所述方法的每一步所获得的数据，或以半自动或全自动方式进行，即计算机设备以自动化方式进行全部或部分测量。
本发明的另一目的为一测量系统，其包括一个位置传感器，用来测量阳极抓握装置所经过的竖直距离；一个波束发生器，能够在确定的参考线或确定的参考平面内产生至少一束声波或电磁波；至少一个声波或电磁波检测器，能够检测到阳极的确定部分通过所述波束；以及至少一个定位装置，所述发生器和/或所述检测器固定于其上。
本发明的又一目的为一多功能机组，用于一系列熔浴电解炼铝池中的阳极更换操作，所述多功能机组包括至少一阳极装卸工具，该阳极装卸工具包括一定位装置、一抓握装置以及一个用于确定该抓握装置的竖直位置的传感器，并且该多功能机组的特征还在于其包括所述的测量系统。
本发明的再一目的为一种用于熔浴电解炼铝设备的多功能天车，其包括一个移动式起重机以及至少一个本发明的多功能机组。
以下将参照附图更详细地描述本发明。
图1是示出了典型的炼铝车间的剖视图，其中示意性示出了多功能天车。
图2示出了用于炼铝的典型电解池的截面图。
图3示意性地示出了多功能天车的侧视图。
图4和7示出了本发明的阳极更换方法的实施方案。
图8至10示意性地示出了本发明的阳极位置确定方法的实施方案。
用于炼铝的电解设备包括一液态铝的生产区域，该区域包括一个或多个电解车间(1)。如图1所示，每一电解车间(1)都包括电解池(2)和至少一个多功能天车(4)。该多功能天车经常称作多功能天车(PTA)或多功能机组。
电解池(2)通常成行或成列放置，每一行或每一列通常包括一百多个电解池，这些池借助于连接导体以串联方式电连接。电解池(2)的放置方式使电解池之间以及沿着电解车间留出通道。
如图2所示，每个电解池(2)包括一个槽(2’)、一个称为“上部结构”的支撑结构(35)，以及多个阳极(20，20’)。该槽(2’)包括一个钢壳(26)；一个内衬(27，28)，其通常由耐火材料制成的块构成；以及一套阴极组件(29，30)，其包括被称为“阴极块”的由碳质材料制成的块(29)以及金属连接棒(30)，输送电解电流的电导体(31)连接在该金属连接棒上。阳极(20，20’)包括至少一个由预焙的碳质材料制成的阳极块(21，21’)和一金属杆(22，22’)。该阳极块(21，21’)典型地为平行六面体形状。该杆(22，22’)典型地通过固定连接元件(22a，22a’)固定在阳极块(21，21’)上，固定连接元件常称为“多脚夹”，它(典型地借助于铸铁)锚定在阳极块上。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”的金属框架(23)上，该机械固定装置(24，25)典型地包括一个连接器(24)和多个吊钩(25)。可移动框架(23)由上部结构(35)支撑，并固定在用来输送电解电流的电导体(未示出)上。
电解池(2)通常包括一盖系统(36)，该盖系统典型地包括一系列的用于将流出物限制在池内的盖，以及用于将流出物排向处理中心的的装置(未示出)。
内衬(27，28)以及阴极块(29)在槽(2’)内形成坩锅，该坩锅能够在电解池运行时容纳电解液(33)以及一层液体金属(32)。通常，氧化铝和固化电解液(34)的盖层覆盖电解液以及部分或全部阳极。
阳极(20，20’)，更确切地说阳极决(21，21’)，部分浸入含有溶解氧化铝的电解液(33)中。阳极的下表面(21a，21a’)典型地基本为平面，并且平行于通常为水平的阴极块(29)上表面(29’)。阳极下表面与阴极块上表面之间的距离称为“阳极-阴极距离”，它是电解池调整中的一个重要参数。阳极-阴极距离通常被控制得非常精确。
阳极块(21，21’)在使用过程中被逐渐消耗。为了弥补该消耗，常规操作包括均匀地将可移动框架(23)向下移动而逐渐降低阳极(20，20’)。此外，如图2所示，阳极块(21，21’)通常有不同程度的消耗。因此，在每次更换阳极时，通常调整更换阳极(20”)——通常称为“新阳极”——相对于可移动框架(23)的位置。更确切地说，调整阳极的位置，使得阳极块(21，21’，21”)的所谓的“下”表面(21a，21a’，21a”)放置在同一平面内，该“下表面”即用来浸入电解池(2)中包含的电解液(33)中，并与阴极块(29)的上表面(29’)相平行的阳极决表面。实际上，放置替代阳极(20”)，使得在达到其操作温度以后，其下表面(21a”)与它所替代的废阳极(20’)的下表面(21a’)位于同一高度。阳极块(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)用来在电解池(2)上进行操作，例如进行阳极更换或用碾碎的电解液(crushed bath)和AlF3装填电解池装料斗。它还可用于操纵多种装载物，例如槽元件、液态金属包或阳极。
如图1和3所示，多功能天车(4)包括一个可以在电解池(2)的上方纵向移动的移动式起重机(5)和多功能机组(6)。该多功能机组(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)上安装有多个操纵和维护装置(10)，例如工具(铲，扳手，打壳机等)。如图3所示，多功能机组模块(8)典型地包括一个安装在天车(7)上的转塔(8’)，使它在使用过程中可以围绕竖直轴V旋转。操纵和维护装置(10)典型地固定在转塔上。多功能机组模块(8)还可以包括一个供操作人员使用的控制室(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主轴(和电解池的行列方向)放置。这样，移动式起重机(5)可沿着电解车间的整个长度移动。天车(7)可以沿移动式起重机(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)安装有一组确定的工具(10)，通常为打壳机(11a)、斗式铲(12a)、阳极抓握装置(称为“阳极钳”)(13a)及安装有可伸缩输送管(15)的漏斗(14)。打壳机(11a)用于将经常覆盖电解池中的部分或全部阳极的氧化铝壳和固化电解液(34)打开；斗式铲(12a)用于在移去废阳极后，通过移去位于该位置处的固体物质(例如壳片和氧化铝片)来清理该阳极位置；阳极钳(13a)用于通过阳极的金属棒抓取和操作阳极，特别是用于从电解池中移去废阳极并将新阳极放入电解池中；可伸缩输送管(15)用于将氧化铝和/或碎料导入电解池，以便在新阳极放置好后形成一覆盖层。打壳机(11a)、斗式铲(12a)和阳极夹(13a)通常安装在定位装置(11b，12b，13b)例如伸缩杆或臂的下端。“阳极装卸工具”指包括一个阳极抓握装置(13a)和一个定位装置(13b)的组件。
为了实施本发明，多功能机组(6)包括至少一个阳极装卸工具(13)，该阳极装卸工具安装有一个定位装置(13b)、一个阳极抓握装置(13a)和一个用于确定抓握装置的竖直位置的传感器(13c)。
包括多个阳极(20，20’)的电解炼铝池(2)中的阳极更换方法典型地包括下述基本步骤-将多功能机组靠近确定的废阳极(20’)放置；-取下靠近所述废阳极(20’)的防护罩(36)；-将阳极(20，20’)固定于其上的可移动框架(23)固定；-用阳极装卸工具(13)，更确切地说用抓握装置(13a)，抓取废阳极(20’)的金属杆；-将废阳极的机械固定装置(24)拆开；-用装卸工具(13)将废阳极(20’)从电解池中取出；-将废阳极(20’)放置在特定位置；-用装卸工具(13)抓取替代阳极(20”)，该装卸工具(13)通常和用于装卸废阳极的工具相同；-确定替代阳极(20”)的竖直位置；-将替代阳极(20”)放入先前由废阳极所占据的确定的竖直位置处；-借助于机械固定装置将替代阳极(20”)固定在可移动框架(23)上。
根据本发明，用装卸阳极时进行的测量，确定替代阳极(20”)的竖直位置。这些测量一方面涉及阳极装卸工具的位置，另一方面涉及穿过电解池外的确定轴线或确定平面的阳极。为此，首先建立由声波或电磁波限定的虚拟的参考线或参考平面，然后用检测声波或电磁波的系统来检测阳极通过该参考线或该平面。还使用一种阳极装卸工具(13)，其包括用于检测抓取工具(13a)的竖直位置的传感器(13c)，并测量在阳极装卸操作中抓握装置的位移。用确定的时刻的抓取装置位移测量结果确定替代阳极的竖直位置，所述确定的时刻即抓取废阳极时、废阳极通过确定的线或平面时以及替代阳极通过确定的线或平面时。
在图4至7所示的本发明的实施方案中，所述方法如下-在确定的参考线或确定的参考平面(50)内产生至少一束声波或电磁波(51)(图4)；-将阳极装卸工具(13)放置在确定的废阳极(20’)的位置处，该阳极装卸工具(13)包括一个测定抓握装置(13a)的竖直位置的传感器(13c)，并将抓握装置(13a)放置在用来抓取该阳极(20’)的金属杆(22’)的位置(图4)；-用阳极装卸工具(13)的抓握装置(13a)抓取确定的废阳极(20’)的金属杆(22’)，并用所述的位置传感器测量该抓握装置所经过的第一竖直距离A(图4)；-松开废阳极(20’)的机械固定装置(24)，用所述装卸工具(13)从电解池中取出该废阳极(20’)，该阳极的阳极块(21’)以竖直移动方式穿过所述波束，用所述的位置传感器测量该阳极的参考表面(21a’)穿过所述波束时，该抓握装置所经过的第二竖直距离B(图5)；-用抓握装置(13a)抓取替代阳极(20”)的金属杆(22”)，该阳极的阳极块(21”)以竖直移动方式穿过所述波束，用所述的位置传感器测量该阳极的参考表面(21a”)穿过所述波束时，该抓握装置所经过的第三竖直距离C(图6)；-基于所经过的第一、第二及第三距离(A、B及C)的数值确定电解池中替代阳极(20”)的竖直位置，并将替代阳极(20”)放入废阳极先前所占据的竖直位置处(图7)；-用机械固定装置(24)将替代阳极(20”)固定于可移动框架(23)上。
所述的距离测量可以在正常的废阳极更换操作过程中进行。因而本发明能够显著地限制为确定替代阳极的位置所需的装卸操作。
优选地，使用同样的抓握装置(13a)来装卸确定的废阳极(20’)和替代废阳极(20’)的替代阳极(20”)。这种方案避免了对不同的工具传感器的校准以及使用不同工具进行距离测量的固有的差异。这种情况下，在用抓握装置(13a)抓取替代阳极(20”)的金属杆(22”)前，将废阳极(20’)放置在确定位置。
可以在抓取废阳极(20’)的金属杆(22’)之前或之后，测量所述第一距离(A)。优选地，在抓取废阳极(20’)的金属杆(22’)之后和在装卸工具(13)受到机械张力之后，测量所述第一距离，以消除可能的机械间隙并提高测量精度。
该阳极的参考表面(21a，21a’，21a”)优选为阳极块(21，21’，21”)的所谓“下”表面。
为了减少阳极装卸的移动，优选在废阳极(20’)向下移动的过程中测量所述竖直距离B，通常是在将废阳极放置在确定位置的过程中，该位置通常为一取走废阳极的装卸底托或运送装置(40，40’)。为此目的，将所述波束定位于所述的确定位置上方一确定高度处。
为了减少阳极装卸的移动，优选在废阳极(20”)向上移动的过程中测量所述竖直距离C，通常是在将废阳极从一临时位置移走的过程中，该位置通常为一供给废阳极的装卸底托或运送装置(40，40”)。为此目的，将所述波束定位于所述的存放地点上方一确定高度处。
替代阳极(20”)的竖直位置对应于，将该替代阳极放入先前由确定的废阳极所占据的位置时，抓握装置(13a)所经过的竖直距离A’。实际上，将该替代阳极放入时，当抓握装置所经过的距离等于A’时，其下降便停止了。该竖直距离A’典型地可由关系式A’＝A-B+C+D给出，其中D为修正项，用于考虑该替代阳极在电解池中正常运行状态。
根据本发明方法的一个实施方案，用替代阳极(20”)逐个轮流更换废阳极(20’)。
根据本发明方法的另一个实施方案，用替代阳极(20”)同时更换至少两个废阳极(20’)。这种情况下，对每一废阳极(20’)/替代阳极(20”)对，测量所述距离A，B和C并确定所述距离A’。通过使用一个包括多个阳极装卸工具(13)的多功能机组(6)，有利地实施本发明的实施方案，该阳极装卸工具(13)的数量至少为同时更换的废阳极的数量。
位置传感器(13c)用于测量抓握装置(13a)在阳极装卸操作中所经过的距离。距离可以相对于一个任意参考高度N给出。该参考高度N优选在更换相同的阳极过程中所有距离的测量都使用同一个，以简化计算过程，而且不会在确定替代阳极的最终位置时引入误差。
例如，位置传感器(13c)可为电缆编码器或激光测距仪，位置传感器可有利地集成于阳极装卸工具(13)上。典型地，位置传感器(13c)刚性固定于阳极装卸工具(13)的定位装置(13b)的固定部件上；它用于测量从一个与抓握装置相对固定的确定点起的相对距离。例如，位置传感器可以固定在抓握装置固定于其上的伸缩臂或杆的滑动部件上。
由于在本发明中，其它距离的测量都是在受力状态下进行的(参考线或参考平面是虚拟的，调整替代阳极在电解池中的位置时替代阳极悬挂于抓握装置上)，因此，为了补偿阳极装卸工具(13)的组件之间以及阳极抓握装置(13a)和阳极杆(22，22’)之间的间隙，在拉紧状态下进行所述第一经过距离A的测量是有利的，换言之，在该工具的可动部件拉紧后进行(在将阳极杆固定在可移动框架(23)上的连接器(24)松开之前)。为了将所述间隙考虑在内，有利地，阳极装卸工具(13)上安装测量工具中张力的装置是有利的，例如安装轴向测力计，以确定工具的可动部份处于拉紧状态的时刻，并确定机械间隙都已在同一方向上校正的时刻。
所述声波典型地为超声波。
所述电磁波典型地为可见光、红外光或无线电波。有利地，用激光器产生所述波束(51)。
阳极的下表面(21a，21a’，21a”)——尤其是废阳极的下表面——可以是不规则的，尤其是由于表面缺陷、阳极的不均匀损耗或在阳极的使用过程中物质(例如氧化铝)的沉积所造成的不规则。为了避免在测量所经过的距离时因参考表面(21a，21a’，21a”)的不规则造成失真，优选产生两束或多束(典型地为三束)声波或电磁波(51)，以形成确定的参考平面(50)。本发明的这种变体通常用包括两个或多个声波源或电磁波源的发生器实施，换言之，每一波束(51)由不同的波源产生(在电磁波的情况下，每一波源典型地为激光器)。在这种变体中，经过的距离(B和C)由每一波束测得的经过的距离的平均值给出(可在消除一个或多个认为异常的值之后)是有利的。
所述确定的参考线或确定的参考平面(50)优选基本为水平，水平面与所述的参考线或参考平面(50)之间的角度优选小于约10°，更优选小于约5°。
阳极的参考表面(21a’，21a”)穿过所述波束的时刻可由不同的方式确定。根据一种容易计算机化的有利实施方式，用声波或电磁波发生器(或发射器)产生所述波束，并用检测器(或接收器)检测所述波束。根据图8示意性示出的该实施方式的第一实施方案，将声波或电磁波检测器(54)放置在与声波或电磁波波束发生器(52)相对的位置，使得该检测器能检测到该发生器所产生的波束(图8a)。当阳极块(21’，21”)中断了所述波束向检测器的传播时，检测到阳极(20’，20”)的参考表面(21a’，21a”)穿过所述波束的时刻(图8b)。
根据图9示意性示出的该实施方式的另一种实施方案，将声波或电磁波检测器(54)以及声波或电磁波波束发生器(52)放置在与反射面(55)如镜面相对的位置，使得该检测器可检测到由该发生器产生并由该反射面(55)反射的波束(图9a)。这些元件可以呈三角形放置以形成一个平面。当阳极块(21’，21”)中断了所述波束向检测器的传播时，检测到阳极(20’，20”)的参考表面(21a’，21a”)穿过所述波束的时刻(图9b)。
根据图10示意性示出的该实施方式的再一种实施方案，将声波或电磁波检测器(54)以及声波或电磁波波束发生器(52)放置为该检测器可检测到由该发生器产生并由阳极块(21’，21”)反射的波束(图10a)。当阳极块(21’，21”)将全部或部分所述波束反射到该检测器时，检测到阳极(20’，20”)的参考表面(21a’，21a”)穿过所述波束的时刻(图10b)。试验表明，新阳极或废阳极表面的反射性足够满意地实施该方案。该实施方案的优点在于它可使检测器及发生器很容易一起放置在同一定位装置(53)上。
本发明的方法可用如下测量系统实施，该测量系统包括一个位置传感器(13c)，用来测量阳极装卸工具(13)的抓握装置(13a)所经过的竖直距离；一个声波或电磁波波束发生器(52)，能在确定的参考线或参考平面(50)内产生至少一束声波或电磁波(51)；至少一个声波或电磁波检测器(54)，能检测到阳极(20，20’，20”)的确定部分(21a，21a’，21a”)穿过所述波束；以及至少一个定位装置(53)，所述发生器和/或所述检测器固定在该定位装置上。位置传感器(13c)优选集成于阳极装卸工具(13)上。对于每一声波或电磁波波束(52)，发生器(52)典型地包括一个波源。在本发明的变体方案中，波束由电磁波形成，发生器有利地包括至少一个激光器。
在本发明的一个实施方案中，测量系统中的所述定位装置或每一定位装置(53)直接或间接固定在或放置在通道(3)上。
在本发明的另一实施方案中，所述测量系统集成于用于阳极更换操作的多功能天车(4)上。本发明的该实施方案方便了该测量系统的移动和定位。它还使得定位替代阳极所必需的测量能够在废阳极和替代阳极的正常装卸移动过程中进行。本发明的测量系统优选集成于该多功能天车(4)的多功能机组(6)中，更优选集成于该多功能机组(6)的模块(8)中。在这些情况下，该测量系统中用于确定抓握装置(13a)的竖直位置的传感器(13c)典型地为安装在阳极装卸工具(13)上的传感器。在这些变化方案中，该测量系统中的定位装置或每一定位装置(53)直接或间接地固定于多功能天车(4)、多功能机组(6)或模块(8)上。
所述测量系统的所述定位装置或每一定位装置典型地为一伸缩臂或杆。当该测量系统集成于多功能天车(4)中时，发生器(52)和/或检测器(54)典型地固定于定位装置(53)的下部。
经过的距离的测量(A，B，C，A’)可在有或没有操作人员操作的情况下下进行。例如，当阳极的参考表面穿过所述波束时，检测器可发出电、光或声音信号，操作人员可在该信号发出时记录下由位置传感器给出的抓握装置所经过的距离的值。与替代阳极的位置相对应的距离A’也可由操作人员用所获得的第一、第二和第三经过距离(A，B和C)的值确定。所述距离(A，B，C，A’)可有利地全部或部分通过计算机装置进行测量，以简化操作人员的任务并避免计算错误。例如，阳极参考表面(21a，21a’，21a”)穿过所述波束这一动作可通过电或电子方式触发位置传感器进行测量并记录相应的距离。该测量系统有利地包括一个用以记录所进行的测量并确定替代阳极(20”)的所述竖直位置的装置。
发生器(52)和检测器(54)可以位于同一定位装置(53)或不同的定位装置上。发生器(52)和检测器(54)也可集成于同一装置中。
权利要求
1.包括多个阳极(20，20’，20”)的熔浴电解炼铝池(2)的阳极更换方法，所述电解池(2)包含一种电解液(33)，并且包括至少一个阴极块(29)，每一阳极包含至少一个阳极块(21，21’，21”)和一个金属杆(22，22’，22”)，并通过机械固定装置(24，25)可拆卸地固定于可移动的金属框架(23)上，每一阳极块具有一个参考表面(21a，21a’，21a”)，其中通过使用至少一个包含一定位装置(13b)、一抓握装置(13a)以及一个用于确定该抓握装置竖直位置的传感器(13c)的阳极装卸工具(13)，用一个替代阳极(20”)替代至少一个确定的废阳极(20’)，并且其中使用该阳极装卸工具的或每一阳极装卸工具(13)的位置传感器(13c)测量该抓握装置或每一抓握装置(13a)相对于参考高度N所经过的竖直距离，其特征在于，在确定的参考线或确定的参考平面(50)内，产生至少一束声波或电磁波(51)，其特征还在于，对于每一确定的废阳极(20’)-将抓握装置(13a)放置在该废阳极(20’)的金属杆(22’)的抓取位置，测量该抓握装置(13a)到达所述位置所经过的竖直距离A；-将所述废阳极(20’)从电解池中移出，该阳极的阳极块(21’)以竖直移动方式穿过所述波束(51)，并测量该阳极的参考表面(21a’)穿过所述波束时该抓握装置(13a)所经过的竖直距离B；-用抓握装置抓取替代阳极(20”)的金属杆(22”)，使该阳极的阳极块(21”)以竖直移动方式穿过所述波束(51)，测量该阳极的参考表面(21a”)穿过所述波束时该抓握装置(13a)所经过的竖直距离C；-用得到的所述经过距离A、B及C的值确定替代阳极(20”)在电解池中的竖直位置，并将该替代阳极(20”)放入废阳极(20’)先前所占据的位置。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用同一抓握装置(13a)装卸废阳极(20’)以及用于替代废阳极(20’)的替代阳极(20”)。
3.根据权利要求1和2之一的方法，其特征在于，所述阳极的参考表面(21a，21a’，21a”)为阳极块(21，21’，21”)的所谓“下”表面，该“下表面”即用来浸入电解池(2)包含的电解液(33)中，并且与一个或多个阴极块(29)的上表面(29’)相平行的阳极块表面。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，在废阳极(20’)向下移动过程中测量所述竖直距离B。
5.根据权利要求1至4中任一项的方法，其特征在于，在替代阳极(20”)向上移动过程中测量所述竖直距离C。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于，所述替代阳极(20”)的竖直位置对应于，将替代阳极放入先前由废阳极(20’)所占据的位置过程中，抓握装置(13a)所经过的竖直距离A’。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，所述竖直距离A’由关系式A’＝A-B+C+D给出，其中D为修正项，用于考虑所述替代阳极在电解池中正常运行状态。
8.根据权利要求1至7中任一项的方法，其特征在于，所述位置传感器(13c)集成于所述阳极装卸工具(13)上。
9.根据权利要求1至8中任一项的的方法，其特征在于，所述阳极装卸工具(13)具有测量工具中张力的装置，例如轴向测力计。
10.根据权利要求1至9中任一项的方法，其特征在于，所述电磁波选自可见光、红外光或无线电波。
11.根据权利要求1至10中任一项的方法，其特征在于，用激光器产生所述波束(51)。
12.根据权利要求1至9中任一项的方法，其特征在于，所述声波为超声波。
13.根据权利要求1至12中任一项的方法，其特征在于，产生两束或多束声波或电磁波(51)，以形成确定的参考平面(50)。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于，每一波束(51)由不同的波源产生。
15.根据权利要求1至14中任一项的方法，其特征在于，将声波或电磁波检测器(54)放置在与声波或电磁波波束发生器(52)相对的位置，使得该检测器能检测到该发生器所产产生的波束，当阳极块(21’，21”)中断了所述波束向检测器的传播时，检测到阳极(20’，20”)的参考表面(21a’，21a”)穿过所述波束的时刻。
16.根据权利要求1至14中任一项的方法，其特征在于，将声波或电磁波检测器(54)和声波或电磁波发生器(52)放置在与反射面(55)相对的位置，使得该检测器可检测到由该发生器产生并由该反射面(55)反射的波束，其特征还在于，当阳极块(21’，21”)中断了所述波束向该检测器的传播时，检测到阳极(20’，20”)的参考表面(21a’，21a”)穿过所述波束的时刻。
17.根据权利要求1至14中任一项的方法，其特征在于，将声波或电磁波检测器(54)以及声波或电磁波波束发生器(52)放置为该检测器可检测到由该发生器产生并由阳极块(21’，21”)反射的波束，其特征还在于，当阳极块(21’，21”)将全部或部分所述波束反射到该检测器时，检测到阳极(20’，20”)的参考表面(21a’，21a”)穿过所述波束的时刻。
18.根据权利要求1至17中任一项的方法，其特征在于，所述确定的参考线或参考平面(50)基本为水平。
19.根据权利要求1至18中任一项的方法，其特征在于，用替代阳极(20”)逐个更换废阳极(20’)。
20.根据权利要求1至18中任一项的方法，其特征在于，用替代阳极(20”)同时更换至少两个废阳极(20’)。
21.测量系统，其包括一个位置传感器(13c)，用来测量阳极抓握装置(13a)所经过的竖直距离；一个声波或电磁波波束发生器(52)，能在确定的参考线或参考平面(50)内产生至少一束声波或电磁波(51)；至少一个声波或电磁波检测器(54)，能检测到阳极(20，20’，20”)的确定部分(21a，21a’，21a”)穿过所述波束；以及至少一定位装置(53)，所述发生器和/或所述检测器固定于其上。
22.根据权利要求21的测量系统，其特征在于，所述发生器(52)和所述检测器(54)位于同一定位装置(53)上。
23.根据权利要求21的测量系统，其特征在于，所述发生器(52)和所述检测器(54)位于不同的定位装置上。
24.根据权利要求21至23中任一项的测量系统，其特征在于，所述阳极装卸工具(13)中安装有测量工具中张力的装置，例如轴向测力计。
25.根据权利要求21至24中任一项的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括一个用来记录所进行的测量并确定替代阳极(20”)的竖直位置的装置。
26.根据权利要求21至25中任一项的测量系统，其特征在于，所述定位装置或每一定位装置(53)为一可伸缩臂或杆。
27.根据权利要求21至26中任一项的测量系统，其特征在于，所述测量系统中的所述定位装置或每一定位装置(53)直接或间接固定在或放置在通道(3)上。
28.根据权利要求21至27中任一项的测量系统，其特征在于，所述测量系统中的所述定位装置或每一定位装置(53)直接或间接固定在多功能天车(4)、多功能机组(6)或多功能机组模块(8)上。
29.根据权利要求21至28中任一项的测量系统，其特征在于，所述确定的参考线或参考平面(50)基本为水平。
30.根据权利要求21至29中任一项的测量系统，其特征在于，所述电磁波选自可见光、红外光或无线电波。
31.根据权利要求30的测量系统，其特征在于，所述发生器(52)包括至少一个激光器。
32.根据权利要求21至31中任一项的测量系统，其特征在于，所述声波为超声波。
33.根据权利要求21至32中任一项的测量系统，其特征在于，所述发生器能产生两束或多束声波或电磁波(51)以形成确定的参考平面(50)。
34.根据权利33的测量系统，其特征在于，对于每一波束(51)，所述发生器包括不同的波源。
35.多功能机组(6)，用于一系列熔浴电解炼铝池中的阳极更换操作，该多功能组(6)包括至少一个包括一定位装置(13b)和一抓握装置(13a)的阳极装卸工具(13)，其特征在于，该阳极装卸工具包括一个根据权利要求21至34中任一项的测量系统。
36.根据权利要求35的多功能机组(6)，其特征在于，所述测量系统的位置传感器(13c)集成于阳极装卸工具(13)上。
全文摘要
本发明的目的是一种包括多个阳极(20，20’)的熔浴电解炼铝池(2)中的阳极更换方法。本发明方法包括以下步骤(i)使用一种阳极装卸工具(13)，其包括一定位装置(13b)、一抓握装置(13a)以及一个用于检测该抓握装置的竖直位置的传感器，该位置传感器用来测量该抓握装置(13a)相对于一参考高度N所经过的竖直距离；以及(ii)在确定的参考线或参考平面内(50)产生至少一束声波或电磁波(51)，并使阳极穿过所述波束以测量所述距离。替代阳极在电解池中的竖直位置基于所述经过的距离的值来确定，并将替代阳极放入废阳极(20’)先前所占据的位置。
文档编号C25C7/06GK101052749SQ200580037476
公开日2007年10月10日 申请日期2005年9月2日 优先权日2004年9月8日
发明者A·范·阿克, P·马奇安迪 申请人:E.C.L.