在运行中测量电解阳极高度的方法

专利名称：在运行中测量电解阳极高度的方法
技术领域：
本发明涉及测量电解阳极高度，该电解阳极尤其是在通过熔融电 解来炼铝的车间中所使用的电解阳极。为了限制在电解池的运行期间 由各种与更换所述阳极相关的多种作业引起的干扰，重要的是精确掌
握所述新的或失效阳极的高度，特别是它们的"功能"高度，即在阳 极的吊挂点和阳极块的下表面之间的距离。
背景技术：
在工业上，铝是根据熟知的霍尔-赫劳尔特(Hall-H6roult)法 通过在电解池中进行熔融电解来生产的。法国专利申请FR 2 806 742 (相应于美国专利US 6 409 894 )描述了用于炼铝的电解车间的设备。
根据最普遍的技术，电解池包括多个由碳质材料制成的"预焙" 阳极，所述阳极在铝的电解还原反应期间被消耗。阳极的逐步消耗需 要对电解池进行维护，尤其是需要用新阳极更换失效阳极。
为了用新阳极对失效阳极进行更换，通常使用称作"坩埚管理装 置，，(Pot Tending Assembly, PTA)或"坩埚管理机，，(Pot Tending Machine, PTM)的服务单元。该服务单元包括可移动的龙门架，其可 以在电解池上方沿一连串的池平移；以及可以在该移动的龙门架上移 动的至少一个服务机器，其包括托架和服务组件，该服务组件设有阳 极装卸装置等。本申请人的国际专利申请W02005/095676描述了例如 一个紧凑的电解服务机器(MSE)。
为了限制在更换阳极时对电解池运行的干扰，优选的是放置新阳 极以使得其下表面与池的其他阳极的下表面处于同一水平。为了保证 将新阳极置于正确的水平高度上，通常仍使用以下传统的方法
一在取出失效阳极之前，用粉笔在与阳极框架上的固定标记对应 的位置给该失效阳^L的杆作标记；
一从池中拔出失效阳极并将其放到参考面上，该参考面通常为金
属平台；
9一记录杆上粉笔标记的水平高度，取出该失效阳极并且将新阳极
放置在所述参考面上；
一在记录的水平高度在该新阳极的杆上作粉笔标记；
一将新阳极放置在阳极框架上以使得该粉笔标记位于阳极框架上 的固定标记的水平高度。
这些操作(主要是手动操作)需要操作者介入阳极装卸工具的动 作区，因此使得操作者暴露于这些作业所固有的危险，诸如与装载脱 钩以及熔融金属喷出有关的危险。
在本申请人提交的申请号为04 09508的法国申请的优选实施方案 中，提出使用新方法更换失效阳极，该新方法需要更少的人工介入
a) 使用阳极装卸工具，其包括定位装置、夹持构件以及竖直位置 传感器，该竖直位置传感器用来测量在该夹持构件的指定点和给定参 考高度N之间的竖直距离，以及
b) 在平行于该参考高度N的平面内放置声波或电磁波束；
c) 在失效阳极的轨道中和更换阳极的轨道中放置该波束，以使得 当所述阳极经过波束的水平高度时，通过位移传感器在运行中获取尺 寸读数，然后该尺寸读数用来正确放置该更换阳极。
以下面的方式获取尺寸读数
一将夹持构件放置到位以抓紧失效阳极的金属杆，并且当该夹持 构件已抓紧所述金属杆时，位移传感器测量在参考高度N和该夹持构 件的指定点之间的竖直距离；
—从电解池取出该失效阳极，该阳极的阳极块在竖直移动中穿过 所述波束，并且在该受夹持的阳极的指定表面穿过所述波束的时刻， 位移传感器测量参考高度N和该夹持构件的指定点之间的竖直距离；
一优选地用相同的夹持构件夹持更换阳极的金属杆，以使用相同 的参考点并因此避免额外的定位校正；
一该阳极的阳极块在竖直移动中穿过所述波束，并且在该阳极的 指定表面穿过所述波束的时刻，位移传感器测量参考高度N和该夹持 构件的指定点之间的竖直距离；
一由前面测量的值并通过考虑各种其他校正，尤其是根据在被抓 紧时的失效阳极和在被放置到位时的更换阳极之间的重量和温度差的校正，来确定该更换阳极在池中的竖直位置；
一最后，将该更换阳极放置到起初由失效阳极占据的空间中的由 前面步骤确定的位置。
产生的问题
该方法相比于上述传统方法具有很大优点，因为它允许在更换阳 极期间减少操作次数。然而，它具有高度依赖阳极的指定表面的质量 的缺点，所述指定表面已被选出用于进行这些测量。实践中，最适合 这种测量的表面是阳极块的下表面。但是，失效阳极的表面形状不再 是带有明显棱边的完全平行六面体。另外，如果阳极在横穿波束时不 管因何种原因而不平衡，则碳块的下表面的平面不再平行于波束，这 使得波束从开始就不受所述块的下表面干扰，而是受腐蚀边、甚至该 边上的点的干扰。因所认为的常见的表面形状以及一个一通常为3° 一角度偏移，这可能在评估水平对准时导致偏差，该偏差对于块的长 度为1550毫米的阳极约为40毫米。这种误差与池的运行不相容。
因此本申请人已寻求一种方法和装置，其允许避免这些缺点并尤 其以工业和经济上满意的方式利用在法国申请04 09508中描述的方 法。
发明目的
本发明的第一目的是一种在运行中测量生产阳极沿方向(z，z)的 长度、通常用于通过熔融电解来炼铝的阳极的长度的方法，所述阳极 包括杆以及阳极块，该杆基本上沿轴线、在方向(z，z)上延伸并且其 垂直横截面是矩形，该矩形的边沿方向(x，x)和(y，y);该阳极块具 有直角平行六面体轮廓形状的碳块，直角平行六面体轮廓高度沿轴方 向(z，z)延伸并且其垂直横截面具有基本平行于(x，x)和(y，y)的 边。它是一种方法，其中
i)所述阳极悬挂于夹持构件，该夹持构件在吊挂点的水平高度抓 紧该阳极杆以使得该阳极杆不能绕其轴线旋转。所述夹持构件的移动 受到导向，以使得它沿竖直轴线Z，Z移动并且使得当它抓紧新阳极时， 方向(x，x)和(y，y)仍基本平行于两个给定的相互垂直的水平方向
ii(X，X)和(Y，Y)。虽然不必要，这些方向却通常分别对应电解池的 小边和大边。所述夹持构件安装有位移传感器，其使得能够测量吊挂 点的竖直位置，即水平参考高度(N)和所述吊挂点之间的竖直距离；
ii)将所述夹持构件竖直移动，以使得该阳极块的下表面穿过由 多数n个声波或电磁波束形成的至少一个平面，并且每次当其中一个 所述波束受到穿过它的阳极的下表面干扰时，所述位移传感器记录所 述吊挂点的竖直位置hi ( i=l至n);
所述方法的特征在于
iii )还测量阳极杆的轴线(z，z)相对于竖直的(Z，Z)的倾斜角， 以便从该倾斜角以及测得的值hi ( i=l至n )推算出吊挂点和阳极块的 下表面之间的距离。
上述方法的特征步骤ii )和iii)不必按先后顺序进行。如此，根 据本发明的可能变体，在杆的竖直移动之前，可在阳极停止时测量该 杆的轴线(z，z)的轴线倾斜角，或者，相反，在该杆竖直移动期间， 可在运行中测量该杆的轴线(z，z)的轴线倾斜角，并且在后者情况下， 可以在n个波束中的第一个受到干扰之前或之后进行测量。
根据本发明的方法是一种在运行中测量的方法，即，不需要固定 阳极并且将其放置在存储位置、托盘或车辆上。当阳极被悬挂，阳极 和夹持构件之间的接触发生在其质心被称作"吊挂点"的区域时，即 可进行测量，该"吊挂点，，可以被认为属于夹持构件和阳极杆两者。 该测量方法用来确定阳极高度，或者，更精确地说成"功能"高度， 其对应于沿(z，z)在所述吊挂点和阳极块的下表面之间的距离。为了 不论阳极的状况而使得该测量有效，当阳极悬挂时必须考虑阳极方位 变化，该阳极方位变化可能产生于由阳极块的磨损甚至损坏引起的不 平衡。
新阳极是完全平衡的，以使得方向(x，x) 、 (y，y)和(z，z)对 应于它们的对称轴的方向。将夹持构件布置为当新阳极悬挂时，方向 (x，x)和(y，y)保持平行于两个给定水平方向(X，X)和(+，Y)。这 些方向可以分别平行于电解池的小边和大边，特别是当如果在电解池 附近进行测量时。实际上，当在阳极更换作业期间新阳极在电解池附 近移动时，它被移置为其轴线(z，z)是竖直的并且方向(x，x)和(y，y)
12平4亍于所述电解池的小边和大边，该池的大边方向对应阳极才匡架的方 向，阳极连接在该阳极框架上。
然而，当悬挂时，失效阳极不再展示其初始平衡，这使得其轴线
(x，x)、 (y，y)和(z，z)不再平行于轴线(X，X) 、 ( Y，Y )和(Z，Z )。 由阳极块的下表面的水平状态缺陷所转化的不平衡，可能起因于阳极 遮盖物(倒入电解池并位于阳极块的上表面上的碎熔融材料和氧化铝 的混合物)的分布缺陷和/或阳极块的局部损坏(碳物质的局部缺失)。 然而，该缺陷对应轻微倾斜，最多相对于水平面几度，并且当评估阳 极的实际高度时必须考虑该角度偏差的影响。
在本发明的领域内所考虑的夹持构件，竖直移动并且抓紧阳极， 以使得该杆不能绕其轴线z，z旋转。该夹持构件可以属于经常在阳极 更换作业期间4吏用的装卸工具，诸如在国际申请W02004/079046中所 描述的装卸工具。 一般而言，这种装卸工具包括固定至定位装置的夹 持构件，该定位装置本身附接到服务机器的托架，该服务机器在可移 动的龙门架上滚动，该龙门架易于在连串的电解池上方并沿其平移。 所述定位装置通常是竖直放置的伸缩臂，包括至少两个立柱，所述立 柱一个在另一个内滑动， 一个立柱由致动器驱动并且由附接到所述服 务机器的另一个立柱导向。固定在由致动器驱动的立柱末端的夹持构 件竖直移动，不进行绕轴线z，z的旋转或者明显的横向移动。
夹持构件的抓取装置防止绕杆的轴线(z，z)的任何旋转。例如， 它可以是一个夹具，其铰接分叉绕水平轴线旋转，该水平轴线保持平 行于通常与轴线(X，X)或(Y，Y)重合的给定方向。在本发明的方法 中，夹具的每个铰接分叉包括例如也称作"爪"的至少一个凸起，其 带一些空间地插入阳极杆的孔内。所述孔(贯穿或非贯穿)沿着与夹 具的分叉的转动轴线的方向的垂直方向，即与杆的横截面的小边或大 边相垂直的方向延伸。这些具有互补形状的吊挂装置显然可以有不同 的几何结构例如，加工在夹具分叉中的孔，以及从杆的小面或大面 突出的轴部分，或者能够锁紧和升高阳极的任何其他几何形状的组合。 此外，在本发明的该方法中，包围杆其他面的坯料(flan)可以有利 地被布置为垂直于所述吊挂装置，即，平行于铰接分叉的转动轴线， 以使得当夹具关闭时，杆的末端不能进行任何大量的相对于定位装置的横向移动。
所述夹持构件装有位移传感器，其能够测量夹持构件的指定点相
对于水平参考高度(N)的竖直位置。例如，该位置传感器可以是带电 缆的编码器或者激光测距仪。通常，它刚性地固定至附接到服务机器 的定位装置的部件，并能够测量在其位置和夹持构件的指定点的位置 之间的相对距离，该指定点在位置传感器是带电缆的编码器的情况下 对应电缆的移动末端的固定点，或者在位置传感器是激光测距仪时， 则对应该夹持构件的由激光束瞄准的点。该指定点和吊挂点之间的竖 直距离可以容易地算出，以使得该位移传感器在任何时刻都可给出该 吊挂点的竖直位置，即，在参考高度(N)和吊挂点之间的距离。
例如，如果夹持构件是一个夹具，在指定点和铰接分叉的转动轴 线之间的距离是已知的，在转动轴线和爪的轴线之间存在的距离是已 知的，并且在所述爪和杆的孔之间存在的空间#>小，以使得能够高准 确度地确定吊挂点的竖直位置。为了确保在指定点和吊挂点之间的竖 直距离在整个测量过程中保持不变，有利的是，给该定位装置提供一 个测量工具中张力的装置，诸如轴向测力计，其用来在该工具的运动 链系承受牵引力时确定力矩并且在完全占据机械空间时确定力矩。
阳极悬挂于夹持构件，例如，通过所述孔和所述凸起，所述孔和 所述凸起位于杆上的吊挂区域中，在所述杆的已知位置。因为由损耗 引起的不平衡，它的轴线(x，x) 、 (y，y)和(z，z)不再一定与初始 轴线(X，X) 、 (Y，Y)和(Z，Z)重合。虽然阳极杆的末端阻止阳极绕 其轴线(z，z)旋转，但是可能像钟摆一样动作，该钟摆可以绕吊挂点 摆动。为了使这些摆动不太严重干扰测量，使得夹持构件在竖直方向 Z，Z上和水平面内(通常在方向X，X和Y，Y上)移动的致动器，优选在 加速和减速时受到控制，以使得当阳极在^4t本发明的本方法的步骤 ii)的范围内降低或升高时，它进行尽可能接近纯竖直平移的移动， 同时轴线(x，x ) 、 ( y，y )和(z，z )在整个所述移动过程中保持其各 自的方向。
在测量方法期间，阳极竖直移动，以使得其下表面穿过由多数n 个声波或电磁波束形成的平面，n至少等于二，并且优选地等于三。 如在法国申请04 09508中所指出的，所述声波通常是超声波，并且所
14述电磁波通常是可见光、红外或无线电波。在本发明的优选方法中， 使用激光产生所述波束。
根据本发明的方法，该平面是水平的或者相对水平面稍微倾斜一
个--通常小于3°的一角度。因为阳极悬挂并且碳块是阳极的最下面 的部分，所以有利的是，在阳极竖直下降的阶段测量阳极高度。然而，
也可以通过使得阳极竖直升高而进行测量。更一般而言，将发生器放 置和定位为当它们发射的波束受到干扰时，可以清楚地确定干扰原因 并且仅保留由阳极块的下表面的平面部引起的干扰。
事实上，申请人已注意到，如果失效阳极的下表面通常沿其周边 受到腐蚀，它却在几乎所有的情况下保持一个垂直于杆的平面区，该 平面区对应阳极块的最下部并因此用作估计在阳极和阴极组件之间的 距离的基础，可以通过测量杆相对于竖直轴线的倾斜来估计该平面区 的实际定位。在本发明的范围内，使用该平面区时，要么保持波束平 面在固定方向(优选地水平面)且考虑到该平面区的周边的最下部首 先干扰所述波束的事实，要么定位波束平面以使得它变得与所述平面 区平行。在后一种情况下，有利的是，发生器聚集在一个平台上，该 平台相对于水平面的方位可受到控制，以使得所述平面波束变得正交 于阳极杆的方向(z，z),该阳极杆的倾斜先前被测量。
在为了测量高度(步骤ii)而使阳极竖直移位期间，吊挂点的位 置在任何时候都是已知的其相对于参考高度(N)的竖直距离从位移 传感器给出的指定点的竖直位置推断出，并且其在水平面中的坐标与 定位装置的坐标有关。当后者固定到用于在电解池附近装卸阳极的服 务机器时，水平面中的这些坐标由托架和移动龙门架的各自的位置确 定，该托架和移动龙门架的移动方向平行于方向X，X和Y'Y。
阳极进行竖直平移运动，优选向下，以使得阳极块的下表面穿过 波束平面。每次n个波束中的一个受到阳极块的下表面穿过而干扰， 就测量所述吊挂点的竖直位置Hi。
如法国申请04 09508所说明的，可以用几种方法检测所述波束的 干扰。根据第一实施方案，将声波或电磁波检测器放置在声波或电磁 波波束发生器对面，以使得检测器可以检测到由发生器生成的波束以及记录下阳极块中断所述波束传播到检测器的时刻。根据另一实施方 案，将声波或电磁波检测器和声波或电磁波波束发生器放置在一表面 的对面，以使得检测器可以检测到由发生器生成并由所述表面反射的 波束。可以将这些元件放置成三角形以形成一平面。如在第一实施方 案中，记录下阳极块的下表面中断所述波束传播到检测器的时刻。
根据又一实施方案，将声波或电磁波检测器和声波或电磁波波束 发生器放置为检测器可以检测由发生器生成的且由阳极块反射的波 束。然后记录下阳极块的下表面穿过所述波束以使得阳极块反射(当 下降时测量)，或不再反射(当升高时测量)所述波束的所有或部分 到检测器的时刻。试验已表明，新或失效阳极的表面反射率足以使得 该实施方面能够满意运行，即使反射表面不完全垂直于波束。事实上， 即使接收器接收到衍射波束而不是反射波束，接收到的强度足以辨别
阻碍波束的表面是否存在。该实施方案的优点在于能够地理上将检 测器和发生器放置在相同地点，因此用于该测量的装置变成易于移动 和独立的测量单元。
为了足够准确地确定阳极的实际高度，阳极块的下表面的平面部 的倾斜程度仍通过测量阳极相对于竖直轴线的倾斜角来估计。因为不 可能预测阳极倾斜的方向，有利的是，沿着两个竖直非平行平面(优 选垂直相交的平面)观察阳极，尤其是阳极杆，并且认为其相对于竖 直Z，Z的倾斜角具有两个分量阳极杆分别与这两个竖直平面形成的 角度oc和P。优选的是，这些平面穿过阳极杆的吊挂点并分别垂直于 两个水平方向V，V和W，W,所述两个水平方向V，V和W，W相互垂直并i皮 称作瞄准方向。我们标记ot作为相对于与第一方向(V，V)垂直的竖直 平面的倾斜角，P作为相对于与第二方向(W，W)垂直的竖直平面的倾 斜角。
用于估计阳极相对于竖直轴线的倾斜角的第一种解决方案是使用 至少一个照相机，该照相机被放置为面对这些竖直平面中的每个并远 离阳极一个--通常为几米的--距离，并且该照相机指向阳极杆。因为 该照相机以这种方式放置和指向，能够直接或使用图像分析软件来测 量杆相对于竖直平面的倾斜角，该竖直平面经过瞄准方向V，V(或W，W), 即，垂直于另一方向W，W (或V，V)。使用该解决方案，可以选择所有的垂直方向对(V，V;W，W),尤其 是(X，X，Y，Y)。优选的是，选择垂直于X，X和Y，Y的竖直平面，以使 得它们允许在基本垂直于杆和阳极块的侧面的方向上瞄准阳极。
用于估计阳极相对于竖直轴线的倾斜角的第二种解决方案是使用 至少一个瞄准装置，例如激光测距仪，该瞄准装置被放置为面对这些 竖直平面中的每个并远离阳极一个一通常为几米的一距离，并且该瞄 准装置在瞄准方向V，V (或FW)上指向阳极杆，以便能够测量沿所述 瞄准方向分隔阳极杆和该瞄准装置的距离。
有利的是，为了受益于更好地接收在杆的一面上的反射或衍射波 束，瞄准方向V，V (或W，W)基本平行于方向X，X (或Y，Y)，即，它与 所述方向X，X (或Y，Y)形成小于25°的角度，优选小于15。的角度， 更优选小于10°的角度。
为了在该第二解决方案的范围内估计杆相对于这些竖直平面中的 每个的倾斜角，首要方法包括面对该平面在远离参考高度(N)已知距 离Hj(j、l，m)处上下排列地放置m个瞄准装置。这些瞄准装置同时测 量分隔它们和阳极杆的所有距离dj(j-l，m)。然后通过对所有记录点 (dj，Hj )的线性回归来估计倾斜。随着这些瞄准装置中最远的之间的 距离接近阳极杆的长度，估值更加准确。
进行该第二解决方案的另一方法是面对所述竖直平面中的每个仅 放置一个瞄准装置，而在阳极竖直移动期间对分隔所述瞄准装置和阳 极杆的距离dj进行m次测量，并且在该测量期间记录吊挂点的位置 hj。通过对所有点(dj，hj)的线性回归来估计倾斜，随着第一次和最 后一次测量之间的时间间隔越大并且通常对应于阳极杆的移动距离越 接近于阳极杆高度，估值也越准确。
最后，可以通过在几个测距仪上同时进行几次瞬时测量并且将结 果平均来合并这两个变量。当在基本小于阳极杆长度的、相对短的阳 极行程之后期望杆倾斜的准确估值时，该最后方法可以呈现出有利性。 尤其是如果执行以下描述的第一运行模式，其要求在阳极块的下面干 扰波束之前知道杆的倾斜，则这可以证明是有利的。
根据法国申请04 09508中描述的通用方法，用于估计阳极相对于 竖直轴线的倾斜角的第三种解决方案包括使用两组共面的波束，另外，
17每组波束定位在水平面内并且完全垂直指向阳极块的棱边，以使得它 们被所述块的单个且相同的棱边干扰。因为失效阳极块的下表面的棱
边仍基本平^f亍于方向X，X和Y，Y,所以瞄准方向V，V和W，W与X，X和Y，Y 重合，并且完全沿方向(X，X)(或Y，Y)指向的一组水平共面波束用来 估计相对于每个所述竖直平面的倾斜。有利的是，每组的共面波束相 互平行、沿第一水平方向(X，X,或Y，Y)指向并且均具有沿称作第二 水平方向(Y，Y ，或X，X)的垂直水平方向的已知位置。
在阳极竖直移动期间，用以下方式对阳极杆相对于与第一水平方 向(X，X,或Y，Y)垂直的竖直平面的倾斜进行测量
a) 当阳极下降时，每次沿第一水平方向(X，X，或Y，Y)指向的组 的波束fi受到穿过的阳极块的下表面干扰，都测量吊挂点的竖直位置
(hi);
b) 知道在波束平面和参考高度(N)之间存在的高度差H，并且通 过指定吊挂点0作为在垂直于X，X的平面OYZ (或垂直于Y，Y的OXZ ) 内的坐标系原点，确定波束干扰点沿Z，Z的纵坐标是(hi-H)。
c) 知道每个波束fi沿第二水平方向(Y，Y，或X，X)的位置Yi (或 Xi),通过对记录的所有点进行线性回归，可以推算出块的干扰所述 波束的棱边在OYZ (或OXZ )上的投影的形状和平均斜率。认为该边与 水平面形成的、投影到平面OYZ (或OXZ)上的角度代表了杆与竖直平 面形成的、投影到该相同平面上的角度。
例如，通过以这种方式继续沿X，X指向的第一组波束，n个点被记 录在坐标系OYZ中，该坐标系的中心0是吊挂点。这些点具有坐标 (Yi，Zi) ， Yi由波束fi沿方向Y，Y的位置给出并且Zi等于(hi-H)。 投影在平面OYZ上的棱边与通过对所有这些点线性回归所得到的直线 有关，该直线具有等式
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该直线的斜率使得能够估计阳极相对于与Y，Y垂直的竖直平面0XZ的
18倾斜P :
々=Arctan(a，)
还获得投影到0YZ上的该直线到吊挂点的距离估计值，该估计值以
d — ^~國.—.......=
通过以相同的方式继续沿Y，Y指向的第二组波束，可以得到杆相 对于OYZ的倾斜值oc。
能够使用虽基本沿与X，X或Y，Y平行的共同方向指向却非平行的 共面波束，增加的校正项的代价补偿了每个波束相对于该共同方向的 定向改变。
用在本发明的第三种解决方案中的两组共面波束形成水平面，每 组都被放置得离开参考高度(N)给定的固定距离。它们可以形成固定 的非水平平面，而在此再次以增加的校正项为代价。按理说，它们不
同于用在根据本发明的方法的步骤ii )的范围中的共面波束组，但根 据所选的运行模式，也可以选择后者来形成用在本发明的第三种解决 方案中的两组之一。
当然，此三种解决方案可以结合例如，可以使用形成固定水平 面的一系列测距仪或一组波束估计第一角度oc ，并且使用照相机估计 角度P。换句话说，可以使用与用于另一分量的不同的过程步骤进行 估计阳极杆相对于竖直Z，Z的倾斜的每个分量(cx或P )，虽然相对 于每个分量的方法步骤限于估计该唯一分量(ot或p )，但是其被选 为上面提出的三个解决方案之一。
一旦已知杆相对于竖直Z，Z的倾斜，我们可以根据两个不同的运 行模式继续下去。在第一个运行模式中，在步骤ii)期间，使用形成 可变平面的一组波束，该可变平面可能垂直于杆、因此以平行于阳极 块的下面的剩余平面表面的方式而定位；因此必须在阳极块的下面干 扰所述波束之前知道所述倾斜。在第二个运行模式中，在步骤ii)期 间，使用形成固定平面的一组波束，并且考虑到在阳极的竖直运动期 间测量的所有数据而进行的全面的估值计算。
在第一个运行模式中，用在步骤ii)的n个共面波束有利地由聚 集在一个平台上的发生器发射，该平台可以通过独立旋转绕相互垂直的两个轴线转动。因此，这需要第一测量步骤，其用来估计阳极杆相
对于Z，Z的倾斜角；第二步骤，在该第二步骤期间通常通过旋转所述 平台使得由波束形成的虚拟平面根据杆的倾斜而倾斜；以及第三步骤， 其对应步骤ii)。在阳极块的下面干扰波束之前，必须足够快地执行 前面两个步骤。
在这种方式中，例如，在以角度ct和P (阳极杆相对于分别与水 平方向V，V和W，W垂直的平面的角度)表征杆的倾斜之后，使得最初 水平放置在与参考高度的距离为H处的平台绕第一轴线旋转角度 ot——所述第一轴线置于平行于W，W并且在方向V，V与吊挂点的距离 为f，然后绕第二轴线旋转角度P ，=arctan(cos oc tan P )，这起因于W，W 旋转角度ot。因此将波束的平面定位为垂直于阳极杆。然后，进行在 步骤ii)中所面临的阳极的竖直移动。在阳极的竖直移动期间，在中 断n个波束的过程中记录吊挂点的位置的n个值h"然后，计算值(hi) 的平均值，以便由之推断波束平面由阳极块的下表面的平面部分横穿 的特征位置H。然后通过下面表达式估计阳极的长度L。
h一(ff—fe)cos"-/sin -yt旭yg — cosyff(l+tan，)
其中？是波束受到干扰所处的点的质心沿W，W的坐标。如果波束全部 平行于V，V,则？是这些波束的沿W，W的坐标的平均值。
在第二个运行模式中，用在步骤ii)的n个共面波束有利地由聚 集在固定平台上的发生器发射，并优选形成水平虚拟平面，该平面位 于与参考高度(N)的距离为H处。在该第二个运行模式中，不需要在 阳极块的下面干扰波束之前知道杆的倾斜。
在该第二个运行模式中，遵守步骤i) 、 ii)以及iii)的先后顺 序，并且按下面的方式进行估计
a) 当阳极下降时，随着阳极块的下表面穿过波束在每次波束受到 干扰时，测量吊挂点的竖直位置(hi)。
b) 通过将该位置归为波束平面的由阳极块的下表面的平面部分引 起的中断的特征点，计算竖直位置hi的平均值"
d)因此通过下面近似表达式推断阳极的高度fjf-^)-f sin" tag^
其中P ，=arctan (cos cc tan ^ ) ， 7是波束受到干扰所处的点的质心沿
W，W的坐标，F是校正项，它尤其与阳极块的下表面的平面区域的周边
的形状效应有关。因为角oc较小，与^^成比例的校正项因此是ot2
cos a
(oc以弧,度-表示)数_量级—的，被_忽略=
优选地，将该n个波束分组并定向，以使得它们仅穿过阳极块的 一个棱边。因此，优选地使用n个电磁或声波波束发生器，其被放置 为它们发射n个共面波束，该波束相对于与X，X或Y，Y平行的方向倾 斜小于25° ，优选小于15。，更优选小于IO。。
如果X，X(或Y，Y)选作波束的整个方向，则校正项F约为(b-r ), 其中b是阳极块沿X，X (或Y，Y)的一半长度，以及r是棱边磨损圆角 的平均半径(如果它是圆形)，或者是沿X，X(或Y，Y)的一半轴线(如 果它是椭圆形)。有利地，该校正项F预先从统计测量中确定并且可 以考虑其他因素，诸如穿过波束的棱边的或好或坏的线性、由圆形棱 边所反射或衍射的激光束的接收灵敏度，等等。
如果上述的第三方案用来估计杆的倾斜，用在该第二运行模式的 范围内的共面波束可以对应于在所述第三方案中使用的两组中的一 个。然而，为了获得阳极倾斜的正确估计，必须确保波束受到干扰所 处的点对应同一棱边。
在优选实施方案中，选择用来测量杆的倾斜的装置以及用在步骤 ii)中的共面波束，使得操作仅在单个瞄准方向上进行。例如， 一个 或几个测距仪可以用来测量杆相对于与X，X垂直的竖直平面的倾斜分 量a,照相机可以用来估计相对于经过X，X的竖直平面的分量P ，以 及一组共面波束，其沿X，X总体定向并形成具有可变(第一运行模式) 或固定并优选水平(第二运行模式)的方向的平面。通常，测距仪沿 相对于瞄准方向倾斜小于25° ,优选小于15。，更优选小于IO。的 方向瞄准阳极杆。同样地，通常，共面波束沿相对于瞄准方向倾斜小 于25。，优选小于15。，更优选小于IO。的方向瞄准阳极。
因为轴线X，X与阳极夹持构件的移动轴线(该移动轴线垂直于阳 极框架)关联，该实施方案特别适于当阳极在从电解池取出或安装进
21电解池时在电解池附近移动时所进行的测量。在本发明的该优选实施 方案中，所有用于在运行中测量的装置有利地被聚集在独立的、可移 动的测量单元中，该测量单元可以被设在阳极要被更换的区域附近， 在位于两个电解池之间的通道中。当为进行测量而将它放置就位时，
该可移动的单元定向为，方向(x，x)基本平行于电解池的小边的方向， 以及所述装置定向为朝向待更换的阳极的位置瞄准。
在所述优选实施方案的简化变体中，仅测量阳极杆的相对于竖直
平面的倾斜角a，该竖直平面平行于阳极框架，即垂直于轴线(X，X)， 以及例如用照相机来仅核对倾斜P仍限于最多等于临界值的一个值， 该临界值通常为1° 。
事实上，申请人注意到，在阳极更换的装卸作业期间，失效阳极 一旦从池中拔出就具有阳极块，该阳极块通常在朝向池的外侧具有较 厚的阳极覆盖物和/或在位于池的内侧的部分中具有缺碳的缺陷。因 此，阳极往往相对于穿过(Y，Y)的竖直平面而基本上倾斜。因此，角 度a (在这种情况下，角度a是相对于与(X，X)垂直的竖直平面的倾 斜角)显著大于P (相对于与(Y，Y)垂直的竖直平面的倾斜角)，并 且它对高度估算的影响被由阳极块的相应尺寸所形成的"杠杆，，效应 放大。
在该变体中，使用了上述的测量单元，该测量单元上聚集有使用 基本平行于方向X，X的共同总体瞄准方向的测量装置。波束发生器被 聚集在该单元中，以便波束平面可以绕平行于方向(Y，Y)的轴线旋转 角度oc (第一运行模式)，或者，相反，波束平面可以被保持固定和 水平，在离参考高度(N)给定距离H处(第二运行模式)。
在第一运行模式的情况下，该可移动的单元放置在吊挂点处，以 使得共面波束的平面的旋转轴平行于(Y，Y)，沿方向(X，X)与吊挂点 的距离为f。首先测量阳极杆的倾斜角a，然后将波束平面相对于水 平面旋转所述角度oc。然后将阳极竖直移动， 一直到波束受到阳极块 的下表面干扰。每次当波束i受到干扰，就记录吊挂点的位置hi，并 推断吊挂点对应于干扰波束平面的平均位置E。以这种方式布置波束 使得干扰波束的点的质心竖直于吊挂点(或接近该吊挂点，通常小于 10mm)，阳^L的长度L。可以通过简化的/厶式估计在第二运行模式的情况下，该可移动的单元放置在吊挂点处，以 使得用于估计阳极杆的倾斜的瞄准装置沿方向(X，X)与吊挂点的距离 为f。将波束平面保持在固定方向。优选地，该平面是水平的。将发 生器聚集以使得它们产生n个声波或电磁波束，n至少等于二，优选 为三，所述n个声波或电磁波束共面并相对于X，X稍微倾斜，即，相 对于(X，X)倾斜通常小于25°的角度，优选小于15。的角度，更优 选为小于IO。的角度，该n个波束的平均倾斜尽可能地小，优选小于 10° 。
为了使用在该变体中进行的测量，申请人注意到，阳极块的下表 面的平面区域具有带"棱边"的周边，该"棱边"基本保持阳极轴线 的方向(x，x)和(y，y)，以使得相对于(X，X)稍微倾斜的共面波束
将受到平行于(y，y)的下棱边的干扰。如上所述，离开池的失效阳极 具有朝向池的外侧的该下棱边，以使得所述波束在被阳极块完全中断 之前不受阳极块的下表面影响。
波束定位为受干扰的点的质心位于吊挂点的竖直线附近，通常小 于10mm。
在波束由经过它的阳极的碳块中断的时刻ti，测量所述吊挂点的 竖直位置hi。计算竖直位置hi的平均值H,并使用简化的公式
/t)-Fa估计阳极的高度，其中oc以弧度表示并且其中F是尤其 与棱边的圆形形状有关的且另外从统计测量中确定的校正系数。
该第二运行模式不需要在波束受到阳极块的下面干扰之前知道阳 才及杆的倾斜角。
在该第二运行模式的范围内所使用的共面波束可以相互平行并平 行于方向X，X:在这种情况下，它们也可以用来通过使用上述的第三方 案估计倾斜P。在这种情况下，测量单元可以不含照相机。然而，因 为仅通过外推来自假定位于同一棱边的干扰点的数据来估计倾斜，所 以如果这些点中的一个位于另一棱边，则误差风险是大的。因此，此 移动单元应与可靠的装置一起使用来验证波束干扰点是否位于同一棱
边上，该可靠的装置位于所述移动单元上或位于别的地方。
优选地，在本发明的范围内所使用的测量单元包括两个单独的装置组， 一个的作用是估计阳极杆的倾斜角，另一个用来每次在波束被 中断时读取吊挂点的位置。因此，本发明的另一目的是一个移动的测
量单元，包括
一n个电磁或声波波束发生器，其被布置为使得它们发射n个共 面波束，所述n个共面波束相对于瞄准方向倾斜小于25° ，优选小于 15° ，更优选小于IO。 ， n为至少等于二，优选为三，
一n个接收器，每个接收器能够检测对相应的发射波束的干扰，
一以及至少一个测距^f义，其沿相对于所述瞄准方向倾杀牛小于25。， 优选小于15。，更优选小于IO。的方向瞄准。
有利地，该移动单元还包括照相机，其沿相对于所述瞄准方向倾 斜小于25° ，优选小于15。，更优选小于IO。的方向瞄准并使得能 够测量阳极杆相对于经过该瞄准方向的竖直平面的倾斜。
根据十分常用的实施方案，每次至少两个失效阳极组件被两个新 阳极组件更换。在这种情况下，使用至少两个阳极夹具，并且该移动 测量单元可被布置为使得它包括用来测量至少两个杆的倾斜的所有共 面波束发生器以及所有测距仪。因此，采取步骤来以这样的方式放置 该单元，使得每个测距仪被布置在经过对应阳极的吊挂点且平行于新 阳极的大边的方向(X，X)的竖直平面中，并且使得共面波束的平均方 向对应所述方向(X，X)。但是这要求测距仪和共面波束发生器组应隔 开，从而增加该移动测量单元的总尺寸。因此，测距仪和共面波束发 生器可以相对至少两个阳极被聚集。有利地，当该移动单元必须测量 两个阳极的高度时，将其放置在该阳极之间，并且平均瞄准方向被布 置为尽可能相对于X，X对称，该移动单元沿所述方向X，X放置，处于 足够距离f处，使得波束相对于阳极的每个瞄准角度不超过相对于 (X，X)+20°或-20° ，并且使得波束和测距仪相对于阳极的平均瞄准 角度不超过相对于(X，X) +10。或-10° 。
本发明的另一主题是在运行中测量阳极高度的方法的用途，该方 法如上所述在用于更换电解池中的失效阳极的方法的范围内，该电解 池是用于通过如法国申请No. 04 09508中描述的熔融炼铝的电解池。 在有利的方法中，上述可移动的测量单元被使用，通过使它接近阳极 要被更换的区域，通过采取在两个电解池之间的通道(例如，该测量
24单元可以被放置在地面上的车辆上或悬置于移动的龙门架)并且通过
指向所述测量单元以使得方向(x，x)与所述电解池的小边的方向重合。


图1示出竖直放置的新阳极的主视图，就在夹持构件抓紧它之前。
图2示意性绘出由夹持构件抓紧的阳极、不同的轴线系统 (x，x，y，y，z，z) 、 ( X，X， Y，Y， Z，Z )以及(V，V， W，W， Z，Z )、对应坐标系 0XYZ的原点0的吊挂点、以及用来在运行中测量阳极高度的装置。
图3图示典型电解车间的截面图，该电解车间用于炼铝且包括示 意性示出的服务单元。
图4图示根据本发明的运行中阳极高度测量方法的具体实施方案 的使用，该方法作为在用于通过熔融电解炼铝的电解池中更换失效阳 ^L的过程的一部分。
实施例
图1至4中图示的实施例介绍了根据本发明的测量方法的具体实 施方案，其中使用了可移动的测量单元80，该单元中包括全部沿X，X 指向的装置。
阳极20包括杆22和阳极块21。当阳极是新的时，它完全平衡以 使得方向x，x、 y，y、 z，z对应其对称轴的方向。夹持构件13a被布置为 使得当新阳极被悬挂时，方向x，x和y，y仍平行于方向X'X和Y'Y，所 述方向X，X和Y，Y分别平4于于电解池的小边和大边，所述大边的方向 重合于阳极框架23的方向，阳极连接到该阳极框架。当失效阳极被悬 挂时，它不再具有其初始平衡，这使得它的轴线x，x、 y，y、 z，z不再平 行于轴线X，X、 Y，Y以及Z，Z。问题是获得在阳极块21的下表面21a和 吊挂点0之间距离L。的尽可能准确的估值，而不用使阳极固定且不管 它磨损程度如何。
夹持构件13a竖直移动并抓紧阳极，以使得杆不绕其轴线z，z旋 转。用来更换电解池2中阳极20的该夹持构件固定到定位装置13b， 该定位装置附接到服务机器6的托架7上，该服务机器在可移动的龙
25门架5上滚动，该龙门架能够在电解车间1中在连串的电解池上方并 沿其平移。所述定位装置13b通常是伸缩臂，该伸缩臂竖直布置，包 括一个在另一个内部滑动的至少两个立柱13b. 1和13b. 2，立柱13b. 2 由致动器驱动并且由另一立柱13b. 1导向，该立柱13b. 1附接到服务 机器6。夹持构件13a是固定在立柱13b. 2的末端的阳极夹具，其竖 直移动，而不进行绕轴线z，z的旋转或者明显的水平横向移动。
夹具包括铰接分叉130，其绕仍平行于Y，Y的水平轴线转动。夹具 的每个铰接分叉包括爪131,其带空间地插入阳极杆的孔22b内。坯 料(未示出)包围杆的其他面，以使得当夹具关闭时，杆的末端不能 进行相对于定位装置的任何轴向的或横向的相对移动。
所述夹持构件13a设有位移传感器(未示出)，其能够测量夹持构 件的指定点M相对于水平参考高度(N)的竖直位置。存感器被放置为 其末端中的一个固定在可伸缩的立柱的基部，该基部的高度用作水平 参考高度(N)。其另一末端固定在夹持构件的指定点上。
在测量方法期间，阳极20竖直向下移动以使得其下表面21a横穿 由n (n通常在3和5之间)个使用激光发生器52生成的电磁波波束 (f:,...，fi，...，fn)形成的水平面P。平面P位于与参考高度N—已知 距离H处。
波束定向为干扰点(Bi，...，Bi，...，Bj的质心位于吊挂点O的竖直 轴线附近，通常离该竖直轴线小于10毫米。方向X，X本身对应阳极的 大边以及电解池的小边的方向。
在为了测量其高度(步骤ii)而使阳极竖直移动期间，吊挂点0 的位置在任何时候都是已知的其相对于参考高度N的竖直距离从指 定点M的由位移传感器给出的竖直位置推断出，并且其在水平面内的 坐标由可移动的龙门架和支撑服务机器的托架的各自位置确定，定位 装置固定到该服务机器并且它们的移动方向平行于方向X，X和Y，Y。
阳极进行竖直向下的平移运动，以使得阳极块21的下表面21a橫 穿波束的水平面P。因为失效阳极不平衡，所以阳极块的下表面21a 不平行于平面P，这使得所述平面P沿不平行于块的棱边的曲线60穿 过阳极块并且使得波束没有同时受到干扰。
每次n个波束中的一个受到阳极块的穿过它的下表面21a干扰，测量夹持构件的所述指定点的竖直位置hi。
检测器(未示出)和激光波束生成器52被布置为使得每个检测器 都可以检测到由相应发生器生成且由阳极块反射的波束。当阳极块反 射到检测器的所有或部分所述波束时，记录阳极块的下表面横穿所述 波束的时刻。本实施方案具有优点能够地理上将检测器和发生器聚 集在同一地点。
在本实施例的具体情况下，共面波束(fi，...，fi，...，fn)交叉。也
可以使用n个互相平行的波束，优选奇数个等距离波束，同时采取措 施以保证中间波束到达吊挂点的竖直线上。
在本实施例中，为了估计倾斜角oc，使用激光测距仪70，其沿X，X 瞄准杆22。倾斜oc是通过在几个不同时间测量激光测距仪70和杆22 的点T之间的水平距离而确定的。
因此，在阳极竖直移动期间，测量到阳极杆的距离dj共m次， 并且在此测量期间，记录吊挂点O的位置hj。通过对所有点(dj，hj) 的线性回归来估计倾斜。选择在第 一次和最后 一次测量之间的时间间 隔以对应阳极杆大约1米的移动。杆的厚度(通常为50毫米或更多) 大小为使得可以一直获得激光波束在杆的面上的反射或衍射，即使激 光波束有倾斜(通常小于3° )。
激光波束发生器52、检测器以及激光测距仪70聚集在同一可移 动的测量单元80上，该测量单元装配在机动车辆上，该机动车辆能够 在位于两个电解池之间的通道上循环，垂直于车道3，并且用来携带 所述测量单元到达阳极要被更换的区域附近。
在阳极脱离阳极框架23以及离电解池2足够距离以使得它可以竖 直升高之后，进行测量。优选地，提升阳极，直到阳极夹具的点M到 达给定竖直位置h。，然后重新降低阳极，直到阳极块干扰所有平行的 n个波束。优选地，起始高度足够高以使得在高度差约为1米情况下 进行斜率oc的估计。
2权利要求
1. 一种在运行中测量阳极(20)沿方向(z’z)的长度的方法，该阳极用于通过熔融电解炼铝，所述阳极包括杆(22)以及阳极块(21)，杆(22)基本上沿轴线(A)、在方向(z’z)上延伸并且其垂直横截面是矩形，该矩形的边沿方向(x’x)和(y’y)；阳极块(21)具有直角平行六面体轮廓形状，直角平行六面体轮廓高度沿方向(z’z)延伸并且其垂直横截面的边基本平行于所述杆的横截面的边；其中i)所述阳极悬挂于夹持构件(13a)，该夹持构件在吊挂点(O)的水平高度抓紧该阳极杆(22)以使得该阳极杆不能绕其轴线(A)旋转；—所述夹持构件在移动时受到导向，以使得它沿竖直轴线Z’Z移动并且使得当它抓紧新阳极时，方向(x’x)和(y’y)仍基本平行于两个给定的相互垂直的水平方向(X’X)和(Y’Y)；—所述夹持构件安装有位移传感器，该位移传感器能够测量吊挂点(O)的竖直位置；ii)将所述夹持构件竖直移动，以使得该阳极块(21)的下表面(21a)穿过由多数n个声波或电磁波束(f1，...fi，...，fn)形成的至少一个平面(P)，并且每次当其中一个所述波束受到穿过它的阳极的下表面干扰时，所述位移传感器记录所述吊挂点的竖直位置hi(i＝1至n)；所述方法的特征在于，还测量阳极杆的轴线(z’z)相对于竖直的Z’Z的倾斜角，以便由该倾斜角以及测得的值hi(i＝1至n)推算出吊挂点(0)和阳极块的下表面(21a)之间的距离。
2. 根据权利要求1的在运行中测量的方法，其中所述夹持构件 (13a)固定在定位装置(13b)上，该定位装置附接到服务机器(6)的托架(7)，所述托架在可移动的龙门架(5)上滚动，该龙门架易于 在连串的电解池(2)上方并沿其平移。
3. 根据权利要求1或2的在运行中测量的方法，其中所述定位装 置(13b)是竖直放置的伸缩臂，包括至少两个立柱，所述立柱一个在 另一个内滑动， 一个立柱(13b. 2)由致动器驱动并且由附接到所述服务机器(6)的另一个立柱(13b. 1)引导。
4. 根据权利要求1至3中任一项的在运行中测量的方法，其中所 述夹持构件(13a )是一个夹具，其铰接分叉(130 )绕水平轴线旋转， 该水平轴线保持平行于通常与轴线(X，X)或(Y，Y)重合的给定方向， 所述铰接分叉装有吊挂装置(131)，所述吊挂装置的指向与所述方向 垂直，并与设置在杆的两个相对面上的吊桂装置(22b)互补。
5. 根据权利要求4的在运行中测量的方法，其中所述夹持构件还 装有坯料，所述坯料被布置为平行于铰接分叉的转动轴线，并包围杆 的其他面，以使得当夹具关闭时，杆(22)的末端不能进行任何明显 的相对于定位装置(13b)的横向移动。
6. 根据权利要求2至5中任一项的在运行中测量的方法，其中所 述位移传感器刚性地固定至附接到该服务机器(6 )的定位装置的部件(13b. 1 )。
7. 根据权利要求1至6中任一项的在运行中测量的方法，其中， 使夹持构件沿竖直方向Z，Z以及在水平面内、通常沿方向X，X和Y，Y移 动的致动器，通过控制加速和减速而引导，以使得当阳极在步骤ii) 的范围内下降或上升时，其运动尽可能地接近纯竖直平移，轴线(x，x )、(y，y)和(z，z)在整个移动过程中保持其各自的方向。
8. 根据权利要求1至7中任一项的在运行中测量的方法，其中， 所述测量在阳极下降的过程中进行。
9. 根据权利要求1至8中任一项的在运行中测量的方法，其中所述n个共面波束(fi，…，fi，…，fn)位于一个固定平面中，该固定平面通常是水平的并且位于离参考高度(N)给定距离H处。
10. 根据权利要求1至8中任一项的在运行中测量的方法，其中 所述n个共面波束(乙，...，fi，...，fn)处于一个方位可变的平面中，发 生器聚集在一个平台上，该平台相对于水平面其方位可以受到控制， 以使得所述平面波束变得垂直于阳极杆的方向(z，z)。
11. 根据权利要求1至10中任一项的在运行中测量的方法，其中 通过测量两个角度ot和P来估算杆(22)的倾斜，所述ot和P是由阳 极杆分别与两个不平行的竖直平面形成的，所述竖直平面优选地穿过所述吊挂点(0)并垂直于两个水平方向(V，V)和(W，W),所述两个水平方向(v，v)和(w，w)相互垂直并被称作瞄准方向。
12. 根据权利要求11的在运行中测量的方法，其中对于每个所述 竖直平面，将至少一个照相机放置在面向所述竖直平面并远离阳极通 常为几米的一个距离，并且将所述照相机指向阳极杆，以使得能够直 接或借助图像分析软件来测量杆相对于经过瞄准方向(V，V或W，W)的 竖直平面的倾斜角。
13. 根据权利要求11的在运行中测量的方法，其中对于每个所述 竖直平面，使用至少一个瞄准装置，例如激光测距仪，并放置在面向 所述竖直平面、远离阳极通常为几米的一个距离，该瞄准装置沿瞄准 方向V，V (或W，W)指向阳极杆，以便能够测量沿所述瞄准方向的阳极 杆和该瞄准装置之间的距离。
14. 根据权利要求13的在运行中测量的方法，其中所述方向(V，V) (或W，W)基本平行于方向X，X(或Y，Y)，即，它与所述方向X，X(或Y，Y)形成小于25°的角度，优选小于15°的角度，更优选小于10°的角 度。
15. 根据权利要求13或14的在运行中测量的方法，其中通过m 个瞄准装置来确定倾斜程度，所述瞄准装置上下排列地放置并距离参 考高度(N)已知距离Hj(j=l，m)，并且同时测量它们和阳极杆之间的 所有距离dj(j=l，m)。
16. 根据权利要求13或14的在运行中测量的方法，其中借助单 个测距仪进行倾斜程度的测量，在阳极竖直移动期间对所述装置和阳 极杆之间的距离dj进行m次测量，在该测量进行时记录吊挂点的位置 hj。
17. 根据权利要求11的在运行中测量的方法，其中方向V，V和W，W 与X，X和Y，Y重合，并且其中，对于每个所述竖直平面，使用完全沿 方向(X，X)(或Y，Y)指向的一组水平共面波束组，所述波束优选地相 互平行，沿第一水平方向(X，X，或Y，Y)指向，并每个波束均具有沿 垂直方向——所述第二水平方向(Y，Y ,或X，X)的已知位置。
18. 根据权利要求11的在运行中测量的方法，其中在所述阳极竖 直移动期间用以下方式对阳极杆相对于与第一水平方向(X，X，或Y，Y) 垂直的竖直平面的倾斜程度进行测量a) 当阳极下降时，每次沿第一水平方向(X，X，或Y，Y)指向的组 的波束fi受到阳极块的下表面的穿过的干扰，都测量吊挂点的竖直位 置(hi);b) 知道在波束平面和参考高度(N)之间存在的高度差H，并且通 过指定吊挂点0作为在垂直于X，X的平面0YZ (或垂直于Y，Y的0XZ) 内的坐标系原点，确定波束干扰点沿Z，Z的纵坐标是(hi-H);c) 知道每个波束fi沿第二水平方向(Y，Y,或X，X)的位置Yi (或 Xi)，通过对记录的所有点进行线性回归，推算出块的切割所述波束的 棱边在0YZ (或0XZ)上的投影的形状和平均斜率。
19. 根据权利要求11的在运行中测量的方法，其中估算阳极杆相 对于竖直Z，Z的倾斜的每个分量(oc或P )可使用与用于估算另一分 量的不同的方法步骤来进行，关于每个分量的方法步骤选自权利要求 12、 13至16或者17至18所述的方法步骤，但仅限于估算该分量。
20. 根据权利要求11至19中任一项的在运行中测量的方法，其 中，在以角度cx和P表征杆的倾斜程度之后，所述角度ot和P是阳极 杆相对于分别与水平方向V，V和W，W垂直的平面的角度，a) 使得在步骤ii)中使用的由n个波束形成的平面，所述平面 最初是水平的，并与参考高度(N)的距离为H，al)绕第一轴线旋转角度ot，所述第一轴线置于平行于FW并 且在方向V，V与吊挂点(0)的距离为f，a2)然后绕第二轴线旋转角度P ，=arctan(cos cx tan P ),这起 因于W，W旋转角度oc，b) 在步骤ii )过程中，在中断n个波束时记录所述吊挂点的竖 直位置的n个值hi，计算所述值的平均值，以便由之推断波束平面由 阳极块的下表面的平面部分横穿的特征点位置H，c) 借助下式估算阳极的长度L。<formula>formula see original document page 5</formula>其中？是n个波束的干扰点的质心沿FW的坐标。
21. 根据权利要求11至19中任一项的在运行中测量的方法，其中，在步骤ii)中使用的Il个共面波束(f1}…，fi，…，fn)形成位于与参考高度(N)的距离为H的一个虚拟水平平面，并且其中，在阳极下 降过程中，每次阳极块的下表面穿过而干扰所述n个波束中的一个时， 测量吊挂点的竖直位置(hi)，然后计算竖直位置hi的平均值E，并通 过下面近似表达式推算阳极的高度cos画拜+tan^ 一其中p ，=arctan(cos oc tan P ) , 是波束干扰点(B!，…，B;,…，Bn) 的质心沿FW的坐标，F是校正项，它尤其与阳极块的下表面的平面区 域的周边的形状效应有关，优选由统计测量事先确定。
22. 根据权利要求21的在运行中测量的方法，其中，所述的n个 共面波束(f:， ...， fi， ...， fn)被聚集和指向的方式可使得它们只切割阳 极块的单一的棱边，电磁或声波波束的n个发生器的通常的排布方式 可使得它们发出的n个共面波束相对于与X，X或Y，Y平行的方向倾斜 小于25° ，优选小于15。，更优选小于IO。。
23. 根据权利要求11的在运行中测量的方法，其中，用于测量杆 的倾斜程度的装置和在步骤ii)中使用的共面波束只沿单一瞄准方向 实现。
24. 根据权利要求23的在运行中测量的方法，其中，测距仪沿着 相对于所述的单一瞄准方向倾斜小于25° 、优选小于15。、更优选小 于10°的方向，瞄准阳极杆。
25. 根据权利要求24或25的在运行中测量的方法，其中，共面 波束沿着相对于所述的单一瞄准方向倾斜小于25° 、优选小于15。、 更优选小于IO。的方向，瞄准阳极。
26. 根据权利要求23至25中任一项的在运行中测量的方法，其 中所述用来测量杆的倾斜程度的装置和在步骤ii )中使用的共面波束 聚集在一个可移动的独立的测量单元，所述测量单元可以设在欲更换 阳极的电解池区域附近，并且沿垂直于阳极框架的X，X方向操作。
27. 根据权利要求26的在运行中测量的方法，其中仅仅通过测量 阳极杆相对于与(X，X)垂直的竖直平面的倾斜角的oc分量来估算杆(22 )的倾斜程度，倾斜角的P分量仅被控制为保持在一个给定值以下，给定值通常为1° 。
28. 根据权利要求27的在运行中测量的方法，其中n个波束的所 述发生器聚集在能够绕一个轴线旋转的平台上，并且其中a) 该可移动的测量单元放置在吊挂点处，以使得共面波束发生器 的平台的旋转轴平行于(Y，Y)，沿方向(X，X)与吊挂点(0)的距离 为f,所述波束布置为使得波束干扰点的质心位于吊挂点的竖直方向， 或者接近竖直方向，通常小于IO mm;b) 首先测量阳极杆(22)的倾斜oc,然后将波束平面相对于水平 面旋转所述角度ot;c) 然后将阳极竖直移动， 一直到波束受到阳极块的下表面干扰， 每次当波束i受到干扰，就记录吊挂点的位置hi，并由此推算对应于 波束平面干扰的吊挂块的平均位置H;d) 由此通过下面的表ifc《J龟笪卩日i3的^唐.L0:Iq 5)cosa-/sinor
29. 根据权利要求27的在运行中测量的方法，其中该可移动单元 放置在吊挂点(0)处，以使得用于估计阳极杆的倾斜程度的瞄准装置 沿方向(X，X)与吊挂点的距离为f,其中波束平面是水平的，并且其 中将发生器聚集以使得它们产生n个声波或电磁波束，n至少等于二， 优选为三，所述n个声波或电磁波束是共面的并相对于(X，X)稍微倾 斜，其中该共面波束被定位为使得受干扰的点的质心位于吊挂点的竖 直线附近，并且其中a) 每次当波束i被阳极的下表面穿过干扰时，测量所述吊挂点的 竖直位置hi，b) 通过将该位置归为干扰点的质心来计算竖直位置hi的平均值E,该干扰点是在阳极块的下表面的平面区域的棱边上选择的，c) 借助筒化的表达式"-(H-Fw估算阳极的高度，其中oc以弧度表示并且其中F是从统计测量中确定的项。
30. —种可移动的测量单元，至少聚集—n个电磁或声波波束发生器，布置为使得它们发射的n个共面 波束相对于瞄准方向倾斜小于25° ，优选小于15° ,更优选小于10 ° ， n至少等于二，优选为三，一n个接收器，每个接收器能够检测对相应的发射波束的干扰， 一至少一个测距仪，它沿相对于所述瞄准方向倾斜小于25° ，优选小于15° ,更优选小于IO。的方向瞄准，以及一个照相机，它沿相对于所述瞄准方向倾斜小于25° ,优选小于15° ，更优选小于IO。的方向瞄准，以使得能够测量阳极杆相对于经过该瞄准方向的竖直平面的倾斜程度。
31. 根据权利要求30的可移动的测量单元，其特征在于，所述瞄 准方向基本上是水平的。
32. 权利要求1至29中任一项的在运行中测量阳极高度的方法的 用途，用于在熔融电解炼铝的电解池中更换失效阳极的方法中。
33. 根据权利要求32的在运行中的测量方法的用途，其中，使用 权利要求30或31的可移动的测量单元，将其设在欲更换阳极的区域 附近，沿着两个电解池之间的通道，所述测量单元的指向可使得瞄准 方向与所述电解池的小边的方向X，X重合。
全文摘要
一种用于在运行中测量熔融电解阳极(20)沿轴线(z’z)的长度的方法，其中i)所述阳极悬挂于夹持构件(13a)，该夹持构件安装有位移传感器，该位移传感器测量吊挂点(O)的竖直位置；ii)将所述夹持构件竖直移动，以使得阳极的下表面(21a)穿过由n个波束(f₁，…f_i，…，f_n)形成的平面(P)，并且每次当其中一个所述波束i(i＝1至n)受到穿过它的阳极的下表面干扰时，测量所述吊挂点的竖直位置h_i；iii)测量阳极杆的轴线z’z的倾斜角，并且根据测量的值hi(i＝1至n)以及阳极杆的倾斜值来推断在吊挂点和阳极块(21)的下表面(21a)之间的距离。
文档编号C25C3/00GK101501248SQ200780029130
公开日2009年8月5日 申请日期2007年6月1日 优先权日2006年6月9日
发明者A·罗斯, A·范阿克, P·马奇安迪 申请人:E.C.L.公司