CN105274572B - 一种用于铝电解生产的阳极更换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铝电解生产的阳极更换方法。本发明从可移动式的水平比较基向空中换极比较方式进行转变，在空中对新极和残极提升的过程中测得新极的位置，无需额外平台，所述更换阳极的方法具有换极效率高、精度高的特点。应用本发明方法更换阳极时，无需固定平台，无需对新残极进行多次吊运，换极效率高；更换阳极工作能够全部在电解多功能机组操作室完成，大大降低了操作者的劳动强度，又消除了安全隐患。因此，具有广泛的推广价值。

Description

一种用于铝电解生产的阳极更换的方法

技术领域

本发明涉及铝电解技术领域，更具体地，涉及一种用于铝电解生产的阳极更换的方法。

背景技术

在铝电解的生产过程中，阳极炭块会随着电解的进行而不断地消耗，消耗到一定程度就需要进行更换。被损耗需更换的阳极叫做旧极，也称残极，替换的阳极叫做新极。根据铝电解的生产工艺要求，新极的底掌平面要与残极的底掌平面在电解槽中的同一水平面上，以实现电流均衡。因此，进行阳极更换时，需要对新旧阳极进行测高定位，此过程需运用铝电解多功能机组协助。

目前更换阳极时对阳极测高定位的方法有以下几种：1、传统的人工划线法，人需要爬到电解槽上方去，不安全，劳动强度大，且因介入了人为因素，测量结果不稳定，误差大，工作效率低；2、使用重力感应进行测量，不利于多阳极的更换；3、使用升降装置加激光装置进行测量的，如CN200580035195.2，但由于激光受高温的残极炭块的光谱干扰容易产生误动作，影响换极精度。此外，国外恩凯诺尔(法国REEL集团)开发出的一套测高系统主要由DJCG-Ⅱ型测高装置和DJCG-Ⅱ型可移动阳极水平比较基两个部分组成。但是这套系统在实际应用过程中由于要通过一套水平比较基，效率比较低；同时，其精度得不到保证，通过使用阳极测高平台更换的阳极16小时合格率也不是很稳定；在装极过程中如遇到铝电解多功能机组故障，还会出现丢失数据情况，比较难处理。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于铝电解生产的更换阳极的方法，从可移动式的水平比较基向空中换极比较方式进行转变，在空中对新极和残极提升的过程中测得新极的位置，无需额外平台，所述更换阳极的方法具有换极效率高、精度高的特点。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供在进行阳极更换时测量出残极位置、新极和残极高度差、再通过计算，得出新极的位置；包括以下步骤：

S1.使用阳极提升机构提取阳极炭块，将阳极提升机构初始移动位置设置为 参考平面L1，阳极提升机构从开始L1移动，到阳极夹具夹取到阳极炭块(残极或新极)时停止，测量阳极提升机构所移动的距离为H1；

S2.将阳极提升机构提升残极停止移动时的平面设置为参考平面L11，采用测量装置对残极底掌平面进行测量，所述测量装置从开始移动到其测量端接触到残极底掌平面时停止，所述测量装置从开始移动到测到残极底掌平面时所移动的垂直距离为H11；

S3.将阳极提升机构提升新极停止移动时的平面设置为参考平面L22，采用测量装置开始对新极底掌平面进行测量，所述测量装置从开始移动到其测量端接触到残极底掌平面时停止，所述测量装置从开始移动到测到新极底掌平面所移动的垂直距离为H22；

S4.通过参考平面L1、L11、L22的位置关系和所述距离H1、H11、H22得出新极目标位置，使用阳极提升机构和阳极夹具将新极放入到新极目标位置；所述参考平面L1、L11、L22的位置关系由阳极提升机构伸缩的距离来确定。

优选地，所述测量装置设置有旋转测量端，对残极底掌平面或新极底掌平面进行测量前，所述旋转测量端旋转至远离残极或新极；对残极底掌平面或新极底掌平面进行测量时，所述旋转测量端旋转至残极底掌平面或新极底掌平面的下方时，所述测量装置即停止移动。

优选地，所述旋转角度为顺时针或逆时针90度。

优选地，所述参考平面L1、L11或L22为阳极提升机构行程内所能到达的任意平面。

优选地，所述参考平面L11和L22为同一平面。

优选地，所述新极目标位置以阳极提升机构提取新极从参考平面L1开始下降的距离来计算；所述计算公式为H1-|H11-H22|。

优选地，所述新极目标位置的计算值需进行修正，所述修正值根据所更换的残极在电解槽中位置的不同而不同。

优选地，阳极提升机构上升或/和下降时速度为分段控制。

进一步优选地，所述阳极提升机构将新极放入到目标位置时，下降速度分为三段减速下降。

优选地，测量装置的测量端接触到残极或新极底掌平面后停止，所述停止时 机采用力矩控制。

优选地，所述测量装置的测量端接触到残极或新极的底掌平面，测量装置所受力矩到达设定值时，测量装置停止。

本发明同时提供一种装置可以很好地实现所述方法。所述装置包括设有行程测量装置的阳极提升机构、阳极测高装置和控制系统；所述阳极测高装置包括测量升降杆、驱动测量升降杆运动的导向机构和前述测量装置，所述测量升降杆的上端与导向机构连接，其下端与所述测量装置连接；所述导向机构与阳极提升机构固定连接，所述阳极提升机构和导向机构分别与控制系统连接；所述导向机构设有计量测量升降杆升降行程的计量装置；所述阳极提升机构下端设置阳极夹具；

所述更换阳极系统的控制系统包括了前台控制系统、天车集中控制系统、前台显示系统、后台控制系统和天车遥控系统。所述用于显示阳极提升机构、自动测高装置的实时运行状态的前台控制系统为触摸屏显示界面或LED屏显示装置；所述天车集中系统用于控制阳极提升机构的运行；所述后台控制系统包括用于数据处理和存储的PLC；天车遥控系统包括了天车遥控器。

所述测量装置停止测量后，由后台控制系统自动计算出新极的目标位置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种用于铝电解生产的更换阳极的方法，从可移动式的水平比较基向空中换极比较方式进行转变，在空中对新极和残极提升的过程中测得新极的位置，无需额外平台，所述更换阳极的方法具有换极效率高、精度高的特点。

附图说明

图1为实施例1所述阳极更换装置的结构示意图；

图2为实施例1测量升降杆左视图；

图3为实施例1限位装置的主视图；

图4为实施例1限位装置的左视图；

图5为实施例1限位装置的俯视图；

图6为实施例1扭转弹簧测量装置的主视图；

图7为实施例1扭转弹簧测量装置的左视图；

图8为实施例1阳极更换装置的测量原理图；

图9为实施例1所述更换阳极系统的控制系统流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

提供一种用于铝电解生产的更换阳极的方法，从可移动式的水平比较基向空中换极比较方式进行转变，在空中对新极和残极提升的过程中测得新极的位置，无需额外平台，所述更换阳极的方法具有换极效率高、精度高的特点。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供在进行阳极更换时测量出残极位置、新极和残极高度差、再通过计算，得出新极的位置；包括以下步骤：

S1.使用阳极提升机构提取阳极炭块，将阳极提升机构初始移动位置设置为参考平面L1，阳极提升机构从开始L1移动，到阳极夹具夹取到阳极炭块时停止，测量阳极提升机构所移动的距离为H1；

S2.将阳极提升机构提升残极停止移动时的平面设置为参考平面L11，采用测量装置对残极底掌平面进行测量，所述测量装置从开始移动到其测量端接触到残极底掌平面时停止，所述测量装置从开始移动到测到残极底掌平面时所移动的垂直距离为H11；

S3.将阳极提升机构提升新极停止移动时的平面设置为参考平面L22，采用测量装置开始对新极底掌平面进行测量，所述测量装置从开始移动到其测量端接触到残极底掌平面时停止，所述测量装置从开始移动到测到新极底掌平面所移动的垂直距离为H22；

S4.通过参考平面L1、L11、L22的位置关系和所述距离H1、H11、H22得出新极目标位置，使用阳极提升机构和阳极夹具将新极放入到新极目标位置；所述参考平面L1、L11、L22的位置关系由阳极提升机构伸缩的距离来确定。

如图1所示，本实施例提供一种优选地装置实现前述方法。所述装置包括设有行程测量装置的阳极提升机构5、阳极夹具6、控制系统；所述测量升降杆2、 驱动测量升降杆运动的导向机构1、测量装置3；所述导向机构1设有计量测量升降杆升降行程的计量装置；所述导向机构1与阳极提升机构5固定连接，所述测量升降杆2的上端与导向机构1连接，所述测量升降杆2的下端与测量装置3连接，所述阳极提升机构5和导向机构1分别与控制系统连接。

所述阳极提升机构5中的行程测量装置包括齿条，与齿条相适配的齿轮，以及编码器；所述齿条固定在阳极提升机构5的运动件上；所述齿轮固定在阳极提升机构5的固定件上；所述编码器与齿轮固定连接；所述编码器与控制器电气连接。

当阳极提升机构进行伸缩工作时，液压缸驱动齿条带动齿轮移动，所述与齿轮相固定的编码器测得运动的距离。

如图2所示，导向机构1由固定在直线单元一侧的伺服电机11驱动丝杆滑块12进行升降。所述伺服电机与减速机连接；所述减速机上固定有编码器。测量升降杆2通过轴承座固定在滑块12上，随滑块12的升降而升降。

为了避免测量升降杆1升降时与阳极炭块残渣发生干涉，在测量升降杆上设有至少一个节点4，所述节点处两端的测量杆在平行于测量杆方向上存在相对位移，各节点处两端测量杆相对位移方向一致，如此增大测量杆1与阳极炭块的横向间距。

如图3～5所示，所述测量升降杆2通过轴承座83固定在支撑件84上，所述支撑件84固定在阳极升降机构5上。所述限位装置包括设置于测量升降杆2的定位片81和设置于测量升降杆2两侧的一对传感器8，所述定位片81与测量升降杆2固定连接，所述传感器8通过支架82固定于支撑件84上。所述一对传感器分为传感器一和传感器二，分别处于同一水平线上，所述水平线垂直于测量升降杆轴线；所述定位片81为扇形，两直边的夹角为90度。

当微型电机21驱动测量升降杆2旋转，置于测量升降杆2的定位片81随之旋转，当传感器8感应到定位片81时，将感应信号传递给控制器，控制器进而控制微型电机21的启停。

当传感器一感应到定位片81，将感应信号一传递给控制器，测量升降杆2继续朝同一方向旋转，当传感器二感应到定位片81，将感应信号二传递给控制器，可知从接收到传感器一到接收到传感器二的信号这段时间里，测量升降杆2 的旋转角度a为90度。根据接收到传感器一、传感器二的信号次数、次序，以及定位片81同测量装置3固定安装的位置关系，从而控制测量装置3的旋转位置。

微型电机21驱动测量杆2旋转使测量装置3旋转至远离残极7的一端。

伺服电机11驱动测量升降杆2下降，降到测量装置3低于残极7的底掌平面时，微型电机21驱动测量升降杆2旋转，使测量装置3置于残极7的底掌平面下方。

如图6～7所示，测量装置3进行了过载保护设置，所述测量装置3的一端通过扭转弹簧31铰接于测量升降杆2。当进行测量时，测量装置3的自由端受到来自阳极炭块垂直向下的压力，利用扭转弹簧31产生的反向扭矩避免测量装置3过载。

所述测量装置3上设有测力装置，所述测力装置与控制系统电气连接；所述测量装置3接触到测量阳极炭块底掌平面，所受力矩到达设定值时，测量装置3停止。

如图8所示，下降阳极提升机构5，阳极提升机构从参考平面L1即阳极提升机构5的计量装置进行从零开始计数的所处位置开始下降，抓取到残极7时停止，由安装在阳极提升机构5上的行程测量装置计算阳极提升机构5从开始移动到停止时所移动的距离H1。

测量残极7时，阳极提升机构5提升残极7至参考平面L11。下降测量装置3测量残极7前，测量装置3的自由端远离残极7，以确保下降过程中不会与残极7发生干涉；下降到测量装置3低于残极7炭块底掌平面后，测量装置3自由端旋转90度至位于残极7炭块底掌平面的下方，此时提升测量装置3，测量装置3接触到残极7炭块底掌平面，当测量装置3所受力矩到达设定值时，停止移动；测量升降杆升降行程的计量装置测量出测量装置3从开始移动到停止时所移动的距离H1。测量完成后，测量装置3旋转90度使其自由端远离残极炭块，上升回到其测量前的初始位置。

同理，测量新极9时，阳极提升机构5提升新极7至参考平面L22，所述L22与L11为同一参考平面(L22与L11为同一参考平面，图中未标注L22)。下降到测量装置3低于新极9炭块底掌平面后，测量装置3自由端旋转至位于新极9 炭块底掌平面的下方，此时提升测量装置3，测量装置3接触到新极9炭块底掌平面，当测量装置3所受力矩到达设定值时，停止移动；测量升降杆2升降行程的计量装置测量出测量装置3从开始移动到停止时所移动的距离H22。测量完成后，测量装置3旋转90度使其自由端远离新极9，上升回到其测量前的初始位置。

由此，计算出更换新极9时阳极提升机构5从参考平面L1到新极目标位置所移动的距离为H1-|H11-H22|。

如图9所示，所述更换阳极系统的控制系统包括了前台控制系统、天车集中控制系统、前台显示系统、后台控制系统和天车遥控系统。所述用于显示阳极提升机、自动测高装置的实时运行状态前台控制系统为触摸屏显示界面或LED屏显示装置；所述天车集中系统用于控制阳极提升机构的运行；所述后台控制系统包括用于数据处理和存储的PLC；天车遥控系统包括了天车遥控器。

后台控制系统自动计算出阳极机构最终新极放置的目标位置。用阳极夹具6提取新极9，将新极9放到计算出的目标位置。阳极提升机构5将新极9放入目标位置时，下降的速度为减速下降。

实施例2

为了验证该发明换极精度，做以下模拟对比实验。将本发明方法(参见实施例1)的换极精度、效率与人工测量相比较。

首先，残极模型摆放于阳极机构下方，阳极机构下降，夹取残极模型。

阳极提升机构夹取残极上升离地约100mm高度，遥控操作换极清零，即该位置为阳极提升机构开始测量位置。

阳极提升机构继续上升到上极限位置，测量装置下降到残极底掌平面以下，旋转90度，测量装置上升，测量装置顶到残极后力矩达到限制值自动停止上升，遥控操作进行残极测量。

测量装置下降脱离残极底掌平面，旋转90回零位置，阳极提升机构下降，放下残极。

新极模型摆放于阳极提升机构下方，阳极提升机构下降，夹取新极模型。

阳极提升机构夹取新极上升到上极限位置，测量装置下降到新极底掌平面以 下，旋转90度，测量装置上升，测量装置顶到残极后力矩达到限制值自动停止上升，遥控操作换进行新极测量。

此时，后台控制系统自动计算出了阳极提升机构最终新极放置的目标位置。测量装置下降脱离残极底面，旋转90回零位置，阳极提升机构下降，放下新极。操作阳极提升机构下降，当距离目标位置300mm位置时，阳极提升机构自动减速下降，当距离目标位置50mm，开始第二次减速，当到达目标位置后，阳极提升机构自动停止。

观察最后新极放置的底掌平面跟之前残极离地约100mm高度的位置是否一致。

表1、表2、表3为实验测量结果。表1、表2、表3和表4中数值单位为mm。

表1

通过表1为对阳极提升机构的行程测量装置的精度验证，可以得知阳极提升机构的测量装置测量的结果与人工测量的偏差为正负1mm以内。

表2

表2中所述编码器自动测高装置的计量装置，通过与人工测量对比可知，自动测高装置与人工测量的偏差为正负0.5mm以内。

表3残极与新极的高度差的测量值

表4

表5

试验过程数据表明，阳极测高装置10次试验的最大计算误差为+2.4491，-2.4834；实际最大误差为：+1.8，-2.1。即该发明换极最大误差在正负2mm左右，远高于铝厂对于新极残极同水平度为5mm以内的工艺值。该发明模拟人工测量，但精度高于人工测量。并且使用该发明换极全程无需要地面人工辅助，也无需多次更换平台调运。整个换极过程，更换阳极工作能够全部在电解多功能机组操作室完成，自动阳极测高时间可以控制在1～2分种内，效率远高于人工测量以及其 它形式的自动测高装置。

Claims (11)

1.一种用于铝电解生产的更换阳极的方法，其特征在于，在进行阳极更换时测量出残极位置、新极和残极高度差、再通过计算，得出新极的位置；包括以下步骤：

S1.使用阳极提升机构提取阳极炭块，将阳极提升机构初始移动位置设置为参考平面L1，阳极提升机构从开始L1移动，到阳极夹具夹取到阳极炭块时停止，测量阳极提升机构所移动的距离为H1；

S2.将阳极提升机构提升残极停止移动时的平面设置为参考平面L11，采用测量装置对残极底掌平面进行测量，所述测量装置从开始移动到其测量端接触到残极底掌平面时停止，所述测量装置从开始移动到测到残极底掌平面时所移动的垂直距离为H11；

S3.将阳极提升机构提升新极停止移动时的平面设置为参考平面L22，采用测量装置开始对新极底掌平面进行测量，所述测量装置从开始移动到其测量端接触到残极底掌平面时停止，所述测量装置从开始移动到测到新极底掌平面所移动的垂直距离为H22；

S4.通过参考平面L1、L11、L22的位置关系和所述距离H1、H11、H22得出新极目标位置，使用阳极提升机构和阳极夹具将新极放入到新极目标位置；所述参考平面L1、L11、L22的位置关系由阳极提升机构伸缩的距离来确定。

2.根据权利要求1所述用于铝电解生产的更换阳极的方法，其特征在于，所述测量装置设置有旋转测量端，对残极底掌平面或新极底掌平面进行测量前，所述旋转测量端旋转至远离残极或新极；对残极底掌平面或新极底掌平面进行测量时，所述旋转测量端旋转至残极底掌平面或新极底掌平面的下方时，所述测量装置即停止旋转移动。

3.根据权利要求2所述的更换阳极的方法，其特征在于，所述旋转角度为顺时针或逆时针90度。

4.根据权利要求1所述的更换阳极的方法，其特征在于，所述参考平面L1、L11或L22为阳极提升机构行程内所能到达的任意平面。

5.根据权利要求1所述的更换阳极的方法，其特征在于，所述参考平面L11和L22为同一平面。

6.根据权利要求5所述的更换阳极的方法，其特征在于，所述新极目标位置以阳极提升机构提取新极从参考平面L1开始下降的距离来计算；所述计算公式为H1-|H11-H22|。

7.根据权利要求6所述的更换阳极的方法，其特征在于，所述新极目标位置的计算值需进行修正，所述修正值根据所更换的残极在电解槽中位置的不同而不同。

8.根据权利要求1所述的更换阳极的方法，其特征在于，阳极提升机构上升或/和下降时速度为分段控制。

9.根据权利要求2所述的更换阳极的方法，其特征在于，测量装置的测量端接触到残极或新极底掌平面后停止，所述停止时机采用力矩控制。

10.根据权利要求9所述的更换阳极的方法，其特征在于，所述测量装置的测量端接触到残极或新极的底掌平面，测量装置所受力矩到达设定值时，测量装置停止。

11.根据权利要求8所述的更换阳极的方法，其特征在于，所述阳极提升机构将新极放入到目标位置时，下降速度分为三段减速下降。