CN1898414B - 更换电解槽中阳极时的定位方法与设备 - Google Patents

更换电解槽中阳极时的定位方法与设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于更换电解槽中阳极的方法与设备，其中用阳极夹紧器来提出用旧的阳极和插入新阳极。新阳极的插入高是依除去阳极的高度计算的高度，而此除去阳极的高度和新阳极的高度则是相对于公共基准面测量的。基于激光的测量设备设在吊车上的在作业中相对于高度为稳定的点和在阳极夹紧器上的点之间，夹紧器与阳极一起移动且测量了所述高度。测量值由基于PLC的系统处理，此系统根据特定的算法确定了更精确的新电极的插入高度。

Description

更换电解槽中阳极时的定位方法与设备
技术领域
本发明涉及更换电解槽中阳极时的定位方法以及用于实施这种方法的设备。
背景技术
用于生产铝的具有预焙阳极的Hall-Héroult型电解槽在工作中需要定期地用新的阳极更换用旧的阳极。这种预焙阳极包括预焙或锻烧的碳块，而在此碳块上通过紧固于其上的接管接附一阳极吊杆。阳极吊杆及其接管都由金属材料制成。碳块与阳极吊杆的组件通常称为阳极，而此阳极则是通过阳极吊杆紧固到电解槽的上层结构上，准确地说是紧固到可沿此槽的纵向移动的阳极梁上。标准的电解槽设计包括两个阳极梁，一定个数的阳极则可沿着每个梁侧排列。通常各阳极梁可有8～10个阳极。阳极中的碳料在电解过程中会消耗，必须在接管的金属材料显露之前更换。这一过程约占28天，而在具有几十个电解槽的电解车间中，大范围的要求撤除用旧了的阳极而插入新的。在这种作业中，重要的是使所插入的新电极的下侧尽可能依据高度正确地定位于用旧的阳极的位置上。这是由于极间距离(阳极与阴极间的距离)是电解槽中的重要参数。
现在，这项操作愈来愈多地采用安装于轨道上、沿着成排的电解槽且常常是位于它们上方的桥式吊车来进行。上述作业在电解槽的工作中是较费力和经常性的作业，这种工业部门的各类人员在着重于操作人员的安全性与工作环境的同时，作出了许多改进使这项作业简化与合理化。已确立的一种测定新阳极插入高度的方法是把新阳极放置到撤下的阳极旁边的台上，用粉笔于阳极吊杆上标出一公共的基准面。在此项操作中用一测量架作为辅助工具。
美国专利No.4221641涉及一种在用于生产铝的电解还原槽中更换电极的方法与装置。此方法与用旧的阳极从此槽到拟配准的槽上方第一水平面的输送路径有关，用以测定电极的长度，降下一新的电极，由此探测至平行于此第一水平面的第二水平面的距离来测量此新电极的长度，测量这两个水平面间的距离，同时此新的电极再从此第二水平面降低一个等于此用旧的阳极的输送路径减去上述两水平面间的距离。为了确定这种水平面，相应的技术方案包括一个由所述电极起动的臂同时具有一用来探测该臂运动的探测器。此探测器包括光束与接收器，而此光束则为安装于该臂上的屏所折断。这种探测器的技术方案属于光学/机械型，具有的运动部件在超过一定时间后易脱位以及/或者需要广泛的保养/检查来保证其部件的可动性和正确的功能。这种测量原理的基础是在行程开关之外还采用了增量计数器以对上述吊车进行计数。
发明内容
本发明提供了用于电解车间中更换阳极的方法与设备，能使阳极精确定位，且在遭遇灰砂、磨损与机械应力时比先有的技术方案更为稳定可靠。此外，本发明的技术方案几乎不需检查，同时对于操作吊车的操作人员有良好的用户界面。
上述的以及其他的优点可以由本发明依据所附权利要求1～10来实现。
附图说明
下面通过附图与例子更详细地描述本发明，附图中：
图1a～b以简图示明了测量设备与不具有阳极的关键部件；
图2以简图示明如何进行测量。
具体实施方式
如上所述，本发明的目的之一在于应用涉及到以激光测距的改进设备来更精确地测距而实现更精确地插入阳极。这样就避免了随机的阳极提升机的测量误差，同时借助所选择的联锁技术减少了不正确操作的可能性。本发明的测量原理和所用的操作序列消除了与桥式吊车的垂直偏转以及粗糙结构中不规则游隙相关的测量误差。
与利用测量台和基准面的手工测量方法比较，由本发明的方法来更换阳极时能减少强劳动，不需要操作人员于地面上进行插入和调节阳极的位置高度，同时阳极的插入高度更精确，这对于电解槽的操作是很重要的。
参考图1a，此测量设备包括安装在具有垂直保护管5的密封舱4内的激光元件3。激光束7通过保护管射向位于阳极夹紧器2上的反射标记6。在上述布置下，激光元件将测量出精确距离。密封舱以及此保护管与通过供气管道8供给舱4的超压空气防止了氟化物粉尘与气体到达激光元件透镜上。这种组合形式将产生出精确测量结果而无随机测量误差。与PLC(可编程序逻辑控制器)通信的电缆从密封舱延伸出。
升降装置即阳极提升机安装在组合式吊车的转动车上，能将烧坏的阳极提出电解槽并更换以新的阳极。此阳极提升机是液压控制的，也即此阳极与阳极吊杆是借助液压力相对于电解槽进行升降的。
此阳极提升机装备有阳极夹定位器，它是紧固于阳极提升机上的夹紧装置，能夹定紧固在阳极11上的阳极吊杆10(参看图1b)。通常，此阳极吊杆在其上部有一个可为夹紧装置夹紧的孔。这种夹紧装置可包括一或多个能进入上述吊杆孔内的短柱。
PLC指可编程逻辑控制器，能利用输入信号(I)和逻辑结构程序控制输出信号(O)。此PLC包括若干个微处理机。PLC处理机位于吊车结构上，同时有几个分散的I/O机架位于可动小车上以及司机的操作室内。这些分散的I/O机架借助高度抗噪声的高速数据通信与PLC处理器链接。这样就不需用许多易招致噪声与误差信号的信号电缆。
在上述情形下，激光测量设备可测量激光元件与反射标志间的距离。这种组合结构的精度约为1mm。本例中所用的激光元件与各分散机架可进行RS-232通信。此激光元件最好于超压下设于接附到例如直径50mm而长约2.5mm的带凸缘的保护管中的密封舱内。激光束设计成能从密封舱通过管向下照射到阳极夹紧器上的反射标志。
RS-232(ASCII字符-端口到端口)通信是一种数据通信方法，能将信号准确地从此激光元件传送给PLC。
PanelView(观察板，未示明)是一种屏幕基的显像系统，能通过例如与分散的I/O机架相同的通信方法与PLC通信。这种显像系统能读出除以下所述之外的所有值，使得吊车司机能够读取这种值。
光板(未图示)包括具有5种不同颜色光的光柱。这种光板有两种功能模式。模式1用在撤除阳极时同时指明逐步测量序列。方式2是在插入阳极时作定位指示，指出阳极是处于太高、太低或正确位置。这时根据PLC中已编程的算法。
1)PLC联锁(PLC程序中的PLC联锁)
这一序列是联锁的，以便最终消除机械游隙。为此，操作者对于阳极提升机UP STAGE(上行级)1必须使用控制杆至少2秒钟，且在阳极夹紧器位置保留于PLC中之前的同时应用REMEMBERMEAURED VALUE(记住测量值)开关。
当此用于阳极提升机的控制杆处于位置UP STAGE1时，此液压装置以适当的值保证阳极提升机相对于烧损的阳极具有60～70％的提升力。
2)综合的PLC技术方案
PLC的安装使得在激光元件与PLC之间的信号传输是高度抗噪声的，这种信号传输是可靠，不会产生随机的测量误差。
3)显示
简单的显示可表明这一序列并能使新阳极可靠地定位。
本例中的吊车是由具有智能型分散的I/O机架控制，此激光测距设备与分散的I/O机架通信。激光元件与一个分散的机架必须位于阳极提升机上，这是因为激光元件是通过智能型分散的I/O机架将测量值传送给PLC的。对于在此激光元件与PLC处理器之间传输测量值时，最重要的是要相对于电磁波束与静电射束尽可能是抗噪声的同时不会受温度波动影响以避免错误信号。
具有这种激光元件的激光测量设备如上所述是位于旋转的阳极提升机抓斗上-防尘舱4(电工技术名称为IP56)。在此舱上安装有直径50mm长约2.5m的带凸缘的管5，它朝下延伸向反射标志6。此反射标志紧固于阳极夹紧件2上。上述激光测量设备测量在此阳极提升机上防尘舱中一固定点(安装位置)通过该管与向下朝向阳极夹紧器上该反射器之间的距离。此防尘舱设有超压以及上述的长管，使得强力的向上空气流(带有大量的与更换阳极有关的含氟与灰尘的气体加热空气)不会到达此激光元件的透镜上。这是防止误差测量的一个重要部分。上述的激光测量原理是本发明的一种中心部分。因为它不会受机械磨损的影响，也不需要维修保养。
Panel View550显像板安装于吊车舱内，得以读出这一序列中的所有测量结果与阶段，且由PLC控制。
在操作者前方安装有具备5个指示灯的功能光板。这种功能显示有两种模式，这是为了让操作者在插入阳极时特别是关系到新阳极的安装高度时，可监控这方面的功能(详情可参考后面有关功能说明的部分)。
操作者的控制装置包括在左侧的控制杆，它具备用于使阳极夹紧件作上行运动的3级。
UP STAGE(上行级)1对阳极夹紧器施加约为烧损阳极重量60～70％的提升力，同时具有较低的提升速度。当此阳极夹紧器的高度需要用激光设备测量时便要如此来设定力。
UP STAGE(上行级)2对阳极夹紧器施加约为烧损阳极重量300％的提升力(撤出阳极时的脱离力)，同时具有与UP STAGE1相同的速度。
UP STAGE(上行级)3对阳极夹紧器施加约为烧损阳极重量200％的提升力，同时具有快速装卸阳极的高速度。
在上述此同一控制杆上的前方有一按钮开关，用来操作REMEMBER ANODE GRIPPER POSITION(记住阳极夹持器位置)。
功能说明，参看图2
上述所有功能是由吊车舱中的操作者执行的。操作者首先于Panel View上设定偏移值。即新阳极相对于烧损阳极插入多高(典型的设定值是20mm)。操作者导引此吊车使他能用阳极夹紧器夹持此阳极吊杆(阳极)，然后用控制杆操作阳极提升机UP STAGE 1(参看图2a)。此g的阳极提升机以约为阳极重量60～70％的预定力(恒力)进行提升。结果可消除游隙。在进行提升的同时，操作者揿压控制杆上的REMEMBER POSITION(记住位置)开关。要是UP STAGE1上升已连续进行2秒，则将阳极夹紧器位置存储于PLC中。若是操作者应用UP STAGE 2，则阳极夹紧器位置将不保留于PLC中。这是PLC中的重要联锁功能，消除了游隙同时保证了吊车在所有测量过程中以近似相同的方式偏转。在依据本发明的方法完成了上述操作后，PLC将于光板上以黄光对此确认。这表面测量A业已完成。阳极夹紧器松开而从电解槽中取出烧损的电极。
此烧损的电极向下放置到基准面(检查板)上，参看图2b。应用阳极提升机UP STAGE 1将阳极提升，亦即以约60～70％的阳极重量的提升力再次提升此阳极提升机。烧损的阳极不再从该基准面提升，但吊车则以同于将阳极从槽中上提的方式延伸。这样就消除了吊车中的游隙。在进行提升的同时，操作者揿压控制杆上的REMEMBERPOSITION开关。若是UP STAGE 1上升已进行约2秒，则此位置存储于PLC中。当上述作业正确地完成后，PLC将以光板上的绿光对此确认。这表明测量B已完结。
然后将旧的阳极置于废物舱中。新的阳极紧固到阳极夹紧器上，再将它放在与烧损阳极所用的相同基准面上，参看图2c。此阳极用UP STAGE 1提升。亦即此阳极提升机再次以约60～70％阳极重量的提升力再次提升。在进行这种提升的同时，操作者揿压REMEMBER POSITION开关。当此UP STAGE 1提升进行2秒后，此位置存储于PLC中。在此述操作已正确完成后，PLC将以光板上的红光对此确认。这表明测量C业已完成。至此所有这类测量都已完成。
PLC用下述公式计算新阳极的插入高度，参看图2d：
D＝A-B+C-X；
D为新阳极的所需位置；
A为烧损阳极在电解槽中的位置；
B为烧损阳极在基准面上的位置；
C为新阳极在基准面上的位置；
X为新阳极在电解槽中相对于烧损阳极在电解槽中的附加高度。
新阳极是在阳极位置＝D(+/-公差，通常为+/-3mm，此公差可从操作板上调节)处插入槽中。
然后将指示板变换到方式2用于指示，操作者根据方式2的光指示将阳极插入槽中，亦即若是黄灯亮(1或2个黄灯亮)时，阳极太高，而若是红灯亮(1或2个红灯亮)时，阳极太低。若是绿灯亮，则阳极是处于位置D+/-3mm。当此阳极定位于槽中而绿灯亮时，便用阳极夹紧器固定阳极。至此，上述作业序列已完成而此设备可以用来置换另一电解槽中的阳极。
为了避免阳极变形，新电极的附加插入高度是重要的。此附加高度表明阳极并未到达“最大功率”而能在有全电流流过它之前逐渐加热。

Claims (10)

1.用于以预焙阳极更换Hall-Héroalt型电解槽中阳极时进行定位的方法，其中应用带阳极夹紧器的吊车来提出用旧的阳极和插入新阳极，此夹紧器作用于阳极吊杆上预设的固定点，同时按一定高度插入新电极，此一定高度是根据除去阳极的高度计算出的高度，而此除去阳极的高度以及新阳极的高度则是相对于公共基准面测量的，其特征在于：
将用于测量长度的基于激光的测量设备设于吊车上的一个点和阳极夹紧器上的一个点之间，其中所述吊车上的点在操作时相对于高度是稳定的，而所述阳极夹紧器上的点与阳极一起运动，所述测量设备测出所述高度，而此测量值则由基于PLC的系统处理，此系统则依据特定算法确定新阳极的插入高度。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：上述算法包括下述公式：
D＝A-B+C-X，其中
D为新阳极的所需位置；
A为旧阳极在电解槽中的位置；
B为旧阳极在基准面上的位置；
C为新阳极在相同的基准面上的位置；
X为插入新阳极相对于旧阳极的附加高度。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：在测量上述高度之前，使此阳极夹紧器经受一小于此旧的阳极重量的第一提升力的作用，消除此阳极夹紧器与相连的机械结构中的游隙。
4.用于以预焙阳极更换Hall-Héroalt型电解槽中阳极时进行定位的设备，此设备包括吊车，此吊车具有阳极夹紧器用以提出用旧的阳极和插入新的阳极，此夹紧器作用于阳极吊杆上的预定点，而由此按一定高度插入新电极，此一定高度是根据除去的阳极高度计算出的高度，而此除去阳极的高度以及新阳极的高度则是相对于公共基准面测量的，其特征在于：
将用于测量长度的基于激光的测量设备设于吊车上的一个点和阳极夹紧器的一个点之间，其中所述吊车上的点在操作时相对于高度是稳定的，而所述阳极夹紧器上的点与阳极一起运动，所述测量设备测出所述高度，同时将数据信号发送给PLC，此PLC处理测量出的存储的值并根据特定算法确定新阳极的插入高度。
5.根据权利要求4的设备，其特征在于：此基于激光的测量设备包括激光元件，此元件既发射激光也探测所反射的激光且安装在相对于高度为稳定的在吊车上的位置，而用于反射此激光的反射装置则安装在该阳极夹紧器上。
6.根据权利要求5的设备，其特征在于：上述激光元件包含在具有向下开孔的防尘舱中，在此防尘舱中装附有可让激光通过的管。
7.根据权利要求6的设备，其特征在于：上述舱被供有压缩空气以形成空气超压环境使灰尘不能通过上述管进入该舱中。
8.根据权利要求7的设备，其特征在于：此PLC配置成可存储传送来的测量值并在联锁消除游隙后进行处理。
9.根据权利要求8的设备，其特征在于：上述联锁涉及到阳极夹紧器受等效于阳极重量60～70％的提升力作用，此提升力必须在存储上述测量值之前施加至少2秒。
10.根据权利要求8至9之一的设备，其特征在于：由显示、光信号或类似物可视化来表明根据本方法和特定联锁下的序列的完成，并据此存储测量值。
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