一种铝电解槽自动换极系统及其换极方法技术方案

本发明专利技术公开了一种铝电解槽自动换极系统及其换极方法，包括具有竖直升降自由度和水平面内任意位置直线运动自由度的自动换极机械臂；所述自动换极机械臂的执行终端设有用于固定夹持阳极导杆的夹紧元件、用于锁紧或解锁阳极卡具的套筒扳手和第一定位元件，所述套筒扳手通过伸缩机构设置在自动换极机械臂上，所述夹紧元件、伸缩机构以及套筒扳手均为电动控制的自动执行件，并和第一定位元件一同与铝电解槽的槽控机控制模块通过信号连接。本发明专利技术对现有铝电解槽的换极系统和方法进行彻底的改造，尤其是针对无上部结壳的铝电解槽，可通过自动换极大幅缩短换极时间，从而避免电解槽长时间处于非稳定状态运行，节约能耗同时减少人员的使用。

【技术实现步骤摘要】
一种铝电解槽自动换极系统及其换极方法
本专利技术属于铝电解槽技术，具体涉及一种基于无覆盖料结构的铝电解槽自动换极系统和方法。
技术介绍
铝电解槽为电解铝工业的核心设备。在铝电解生产中，每组预焙阳极的使用寿命约为28-36天，因此当预焙阳极寿命终止后，需取出残阳极重新装上新阳极，此过程称为阳极更换，简称换极。现有的铝电解槽换极流程包括扒料、打壳、拔残阳极、残阳极定位、新阳极定位、捞块、新阳极安装、收边等一系列步骤。正常生产中，换极作业所需时间约占总人工作业量的60％以上。在现有的预焙铝电解槽进行换极作业中基本为人工为主导，在天车的协助下完成打壳与换极工作，对于人工便宜的地区，该工艺所受影响有限，但随着我国铝电解往西部和北部地区转移，人工成本日益成为企业的负担，因此如何实现换极过程的自动化是实现铝电解无人化的前提。除了技术上受限制外，电解工艺的上部覆盖料亦为自动换极的另一个重大障碍，主要是因为由于在阳极周边和侧部存在着氧化铝粉料和电解质结壳的存在，在换极前，需要使用多功能天车驱动打壳装置砸开结壳，以便提出残阳极并安装新阳极。此过程会产生部分料块和料渣，必须人工捞出，致使换极时间长、电解槽内漏入大量的空气，且操作环境恶劣。申请号为201610490099.7的中国专利申请文件中公开了一种可控铝电解槽阳极覆盖密封结构，包括固定罩设在电解槽上的结构框架，以及铺设在结构框架上的若干密封板。该专利技术以密封板取代了传统的覆盖料，避免了换极作业中的打壳操作，但是其应用的换极过程仍具有大量的人工操作步骤，如何提高换极的效率是提高铝电解生产的一个技术难题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对现有的铝电解槽存在的换极效率低的难题，提供一种铝电解槽自动换极系统和方法，尤其是针对无上部结壳的铝电解槽，通过自动换大幅缩短换极时间，从而避免电解槽在换极过程中长时间处于非稳定状态运行，节约能耗同时减少人员的使用。本专利技术采用如下技术方案实现：一种铝电解槽自动换极系统，包括具有竖直升降自由度和水平面内任意位置直线运动自由度的自动换极机械臂；所述自动换极机械臂的执行终端设有用于固定夹持阳极导杆的夹紧元件、用于锁紧或解锁阳极卡具的套筒扳手和第一定位元件，所述套筒扳手通过伸缩机构设置在自动换极机械臂上，所述夹紧元件、伸缩机构以及套筒扳手均为电动控制的自动执行件，并和第一定位元件一同与铝电解槽的槽控机控制模块通过信号连接。进一步的，所述自动换极机械臂通过机架与天车的起吊端连接，所述天车的控制电机与所述槽控机控制模块通过信号连接，实现自动换极机械臂的竖直升降自由度和水平面内任意位置直线运动自由度。进一步的，本专利技术的一种铝电解槽自动换极系统还包括阳极输送装置，所述阳极输送装置为布置在铝电解槽一侧的输送机，所述输送机的端部连接阳极堆垛区。进一步的，所述输送机上设有用于承接阳极的若干个托盘。进一步的，所述输送机的两侧设有挡板，所述挡板上设有检测阳极升降位置的第二定位元件。进一步的，所述天车、自动换极机械臂及输送机上还设有位置标识和距离检测设备，所述位置标识包括条形码、二维码、反光标识中的至少一种，所述距离检测设备包括激光测距仪、红外测距仪、超声测距仪、视觉控制摄像头的至少一种。优选的，所述夹紧元件为电动、气动或液压驱动的夹爪。优选的，所述伸缩机构和套筒扳手均采用电动、气动或液压驱动。进一步的，本专利技术的一种铝电解槽自动换极系统，还包括设置在铝电解槽槽壳上的槽盖板自动开启装置，所述盖板自动开启装置包括固定在电解槽槽壳上的电动驱动元件，所述电动驱动元件与所述槽控机控制模块通过信号连接，阳极上方的槽盖板与电解槽侧壁槽壳铰接，所述电动驱动元件的输出端与槽盖板连接，驱动槽盖板绕铰接点摆动。本专利技术还公开了一种上述铝电解槽快速自动换极系统的换极方法，包括以下步骤：1)预备工作，槽控机发出换极命令，首先通过阳极输运装置，将阳极堆垛区的新阳极运送到对应所需换极的铝电解槽的输送机位置上，通过阳极输运装置上的位置标识及距离检测设备辅助控制输送，以确保新阳极到达对应铝电解槽的位置；2)定位残阳极与移出残阳极，移动天车及自动换极机械臂，通过第一定位元件找到需要更换残阳极的阳极导杆顶端位置，记录此时天车高度为H0，使用夹紧元件卡紧阳极导杆，然后操控伸缩机构，通过套筒扳手松开该阳极导杆上的阳极卡具螺栓，操控槽盖板自动开启装置，开启该残阳极上方的槽盖板，通过天车提升残阳极，并将残阳极平移至阳极输运装置对应的空托盘上，当残阳极底面向下接近托盘时，通过第二定位元件测定天车下降的距离，结合天车相对于第二定位元件之间的固定高度，计算得到残阳极的底面与阳极导杆顶端的实际高度H1；3)定位新阳极与安装新阳极，移动天车至新阳极的阳极导杆处，通过第一定位元件定位，使用夹紧元件卡紧并提升新阳极，新阳极底面与阳极导杆顶端的高度为固定值H2，则天车应到达的高度为H＝H0+(H2-H1)+A，其中A为工艺控制参数，将新阳极平移至原阳极坑位置，控制天车缓慢下降至高度H处即停止，操纵伸缩机构，通过套筒扳手锁紧阳极卡具螺栓，夹紧阳极导杆上的阳极卡具，松开夹紧元件，移走天车，通过槽盖板自动开启装置关闭对阳极坑的槽盖板。4)结束工作，向槽控机发送换极完成命令，通过阳极输运装置将残阳极运送到阳极堆垛区域，完成换极流程。本专利技术通过设计一种含定位功能的自动换极机械臂，解决了阳极导杆高度的定位、阳极卡具的自动操作问题；通过增加阳极输运装置，解决了新阳极和残阳极输运、残阳极的高度定位问题；通过对槽盖板进行自动化改造，使用槽控机自动控制来替代人工开闭槽盖板。本专利技术从根本上提高换极过程的自动化程度。首先，铝电解槽的阳极表面不需依靠粉状氧化铝覆盖进行保温，换极过程中便不需要进行打壳、扒料、捞块等一系列操作，要取出残阳极仅需要开启槽盖板和松开阳极卡具，这为进行彻底的自动化改造提供了有利条件；其次，电解槽主体和阳极的位置坐标相对固定，即使进行阳极更换，也仅仅是在阳极导杆高度上有所调整，水平位置坐标仍然不变，通过定位需要更换阳极的高度，便可对目标阳极进行精准的定位，进而开展换极作业；最后，残阳极测高和新阳极划线一直是换极作业的一大难题，由于残阳极的炭块发生了消耗，其高度与新阳极有一定差异，需要测量出残阳极和新阳极的高度差以进行调整，由于新阳极高度一致，实质问题变转换为如何测量残阳极高度。本专利技术中加入了阳极输运装置，通过固定高度设置的定位元件给高度测量提供了一个基准平面，当天车吊出残阳极下降至输运机平面时，可根据天车下降的距离和基准平面到天车之间的高度，测量出残阳极高度。本专利技术对现有铝电解槽的换极系统和方法进行彻底的改造，尤其是针对无上部结壳的铝电解槽，可通过自动换极大幅缩短换极时间，从而避免电解槽长时间处于非稳定状态运行，节约能耗同时减少人员的使用。由上所述，本专利技术与现行的铝电解槽换极方案相比，具有如下有益效果：(1)基于阳极周围无结壳可快速更换的特性，设计了一套自动换极系统和方法，可大大减少换极作业所需时间，减少热量与烟气的外泄，提高铝电解的能量利用率。(2)通过阳极导杆位置和阳极输运的精准定位，以槽控机的自动控制来替代换极过程中所需的各类人工操作，可实现完全的无人化作业。(3)配合多功能天车本身的定位装置和阳极输运系统上的定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝电解槽自动换极系统，其特征在于：包括具有竖直升降自由度和水平面内任意位置直线运动自由度的自动换极机械臂；所述自动换极机械臂的执行终端设有第一定位元件和用于固定夹持阳极导杆的夹紧元件、用于锁紧或解锁阳极卡具的套筒扳手，所述套筒扳手通过伸缩机构设置在自动换极机械臂上，所述夹紧元件、伸缩机构以及套筒扳手均为电动控制的自动执行件，并和第一定位元件一同与铝电解槽的槽控机控制模块通过信号连接。

【技术特征摘要】
1.一种铝电解槽自动换极系统，其特征在于：包括具有竖直升降自由度和水平面内任意位置直线运动自由度的自动换极机械臂；所述自动换极机械臂的执行终端设有第一定位元件和用于固定夹持阳极导杆的夹紧元件、用于锁紧或解锁阳极卡具的套筒扳手，所述套筒扳手通过伸缩机构设置在自动换极机械臂上，所述夹紧元件、伸缩机构以及套筒扳手均为电动控制的自动执行件，并和第一定位元件一同与铝电解槽的槽控机控制模块通过信号连接。2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽自动换极系统，所述自动换极机械臂通过机架与天车的起吊端连接，所述天车的控制电机与所述槽控机控制模块通过信号连接，实现自动换极机械臂的竖直升降自由度和水平面内任意位置直线运动自由度。3.根据权利要求2所述的一种铝电解槽自动换极系统，还包括阳极输送装置，所述阳极输送装置为布置在铝电解槽一侧的输送机，所述输送机的端部连接阳极堆垛区。4.根据权利要求3所述的一种铝电解槽自动换极系统，所述输送机上设有用于承接阳极的若干个托盘。5.根据权利要求4所述的一种铝电解槽自动换极系统，所述输送机的两侧设有挡板，所述挡板上设有检测阳极升降位置的第二定位元件。6.根据权利要求5所述的一种铝电解槽自动换极系统，所述天车、自动换极机械臂及输送机上还设有位置标识和距离检测设备，所述位置标识包括条形码、二维码、反光标识中的至少一种，所述距离检测设备包括激光测距仪、红外测距仪、超声测距仪、视觉控制摄像头的至少一种。7.根据权利要求1所述的一种铝电解槽自动换极系统，所述夹紧元件为电动、气动或液压驱动的夹爪。8.根据权利要求7所述的一种铝电解槽自动换极系统，所述伸缩机构和套筒扳手均采用电动、气动或液压驱动。9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种铝电解槽自...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红亮，李劼，梁金鼎，李天爽，丁凤其，邹忠，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43