阳极处理系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及铝生产设施中的电解池的阳极替换和其他操作，并且具体地涉及用于处理铝生产电解池的阳极的系统和方法。

背景技术

工业上通过使用霍尔-赫鲁特(Hall-Héroult)工艺进行熔炼来生产铝，该工艺涉及将氧化铝(三氧化二铝)溶解在由熔融冰晶石组成的电解质浴(electrolyte bath)中以生产99.5％-99.8％的纯铝。

电解过程是在称为锅的特制池中进行的。典型地，锅由具有耐火材料的隔热衬里的钢制成。阴极位于锅的内基座处。将呈碳棒或块形式的阳极悬置在锅中的电解质中并且将来自溶解的氧化铝的氧离子排放到阳极上。铝由在电解质/铝界面处还原的铝阴离子形成。形成的熔融铝在电解质下方下沉至锅的底部。

铝熔炉由发生电解的锅室中的大量锅(池)组成。典型的熔炉含有数百个锅。这些锅与一个锅的阴极串联连接，阴极电连接至下一个锅以形成电解电池列。该过程作为分批过程进行操作，其中，铝金属沉积在锅的底部并且周期性地虹吸掉。电解过程需要大量的电力，其中，电解电池列需要电流强度在150kA到500kA之间，以将电解液保持在大约950℃的操作温度下，并产生氧化铝还原反应。

由于从池发出的热量，电解电池列周围的工作环境可能对具有高环境温度的人员有害。此外，操作者可能暴露于气体排放物和有害颗粒。在该工艺过程中产生的气态排放物包括气态氟化氢与氟化钠、氟化铝、二氧化硫、二氧化碳以及冰晶石的未使用的颗粒。这可能是由于气态排放物(诸如二氧化硫和氟化氢等)与锅房中的水分反应并形成酸而变得复杂的。

随着时间的推移，这些氧离子与阳极反应并且逐渐消耗碳阳极，从而形成气态二氧化碳(CO2)，并且必须替换所消耗的阳极。需要定期替换阳极以允许铝生产继续。

阳极重且庞大，这使得工作人员难以精确地提升、处理和定位。这可导致阳极与人员和锅装备碰撞。

在常规的阳极替换操作期间，工作人员还面临跌落锅中的风险、有毒气体排放、有害颗粒以及高温。工作人员还可能由于处理重阳极和装备而受伤。靠近未被覆盖的锅可以使操作者暴露于熔融的冰晶石的溅射或喷雾中。如果阳极未对准或未正确地替换，则锅室工作人员还可能面临触电的风险。

发明内容

本发明的方面的目的是提供一种锅维护系统，该锅维护系统能够在铝生产期间安全且精确地操作锅的部件。

本发明的方面的另外的目的是提供一种能够在铝生产期间安全且精确地处理和定位阳极的阳极处理系统。

本发明的至少一个方面的另一个目的是提供一种阳极处理系统和方法，该阳极处理系统和方法允许迅速且精确地安全移除过期的阳极并替换新的阳极。

本发明的方面的另外的目的是提供一种锅维护系统，该锅维护系统能够可靠地、自主地并且以高准确度进行阳极处理操作。

通过阅读以下说明，本发明的进一步的目标和目的将变得清楚。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于铝生产设施的电解池的阳极替换系统，该系统包括：

支撑框架；

至少一个可移动构件，该至少一个可移动构件安装在支撑框架上，其中，至少一个可移动构件支撑至少一个阳极夹持设备；其中，至少一个阳极夹持设备中的每一个被配置成夹持至少一个阳极组件的轴；以及

传感器系统，该传感器系统被配置成生成或收集位置信息以控制至少一个阳极夹持设备的位置。

阳极组件可以包括阳极块和轴。传感器系统可以被配置成生成或收集位置信息以控制至少一个阳极组件、阳极块和/或阳极轴的位置。传感器系统可以被配置成生成或收集位置信息以控制至少一个可移动构件的位置。

该系统可以包括控制系统，该控制系统被配置成移动支撑框架、至少一个可移动构件、至少一个阳极夹持设备和/或至少一个阳极组件的位置。至少一个可移动构件可以是至少一个伸缩构件。至少一个可移动构件可以是机器人组件。

至少一个阳极夹持设备可以被配置成接触轴的至少两个表面或侧部。至少一个阳极夹持设备可以被配置成接触轴的至少两个表面或侧部，以夹持轴并防止或减轻至少一个阳极组件在阳极移除或替换操作期间摆动。至少一个阳极夹持设备可以被配置成通过夹紧轴来夹持轴。至少一个阳极夹持设备可以被配置成通过在沿着轴的长度的任何点或位置处夹紧轴来夹持轴。至少一个阳极夹持设备可以被配置成接触轴的至少两个表面或侧部以夹紧轴。至少一个阳极夹持设备可以被配置成在轴的两个或更多个表面或侧部上应用或施加相反的力。至少一个阳极夹持设备可以被配置成使至少两个表面朝向彼此移动以在轴上施加相对的力。至少一个阳极夹持设备可以被配置成接合轴上的至少一个孔口。至少一个阳极夹持设备可以包括至少一个销。至少一个阳极夹持设备可以被配置成接合轴上的至少一个销孔。至少一个阳极夹持设备可以包括至少一个销，至少一个销被配置成接合轴上的至少一个销孔。至少一个阳极夹持设备可以被配置成锁定轴、校直轴和/或减少摆动。至少一个阳极夹持设备可以被配置成接合至少一个阳极组件的轴上的至少两个位置。至少一个阳极夹持设备可以被配置成接合轴上的至少一个销孔或孔口作为第一位置。至少一个阳极夹持设备可以被配置成夹持轴作为第二位置。至少一个阳极夹持设备可以被配置成在作为第二位置的轴上的任何位置处在轴的两个或更多个表面或侧部上应用或施加相反的力。

至少一个阳极夹持设备可以被配置成在接近和/或邻近阳极块的位置处夹紧和/或夹持至少一个阳极组件的轴。这可以促进至少一个阳极组件被牢固地且稳定地保持并且快速且安全地移动到电解浴中和从电解浴中移出。在靠近和/或邻近阳极块的位置处夹持阳极组件的轴可以有助于在熔融浴中精确移动和精确定位至少一个阳极组件。至少一个阳极夹持设备可以被配置成至少部分地围绕阳极组件的轴的一部分以夹持阳极组件的轴。至少一个阳极夹持设备可以被配置成至少部分地围绕阳极组件的轴的一部分的外表面以夹持阳极组件的轴。至少一个阳极夹持设备可以被配置成将夹持力施加至阳极轴的相对侧部。至少一个阳极组件可以是用过的阳极和/或替换阳极。至少一个阳极夹持设备可以包括至少一个夹持构件。至少一个夹持构件可以是可操作的以在打开状态与关闭状态之间移动。至少一个夹持构件可以是可操作的以移动到关闭状态以夹持阳极组件的至少一个轴。至少一个夹持构件可以是可操作的以移动到打开状态以释放阳极组件的至少一个轴。至少一个夹持构件可以是夹紧构件或夹爪构件。至少一个夹持构件可以被配置成故障保险关闭夹持构件。至少一个夹持构件可以被配置成在失去动力、驱动和/或失去控制信号的情况下移动到或保持在关闭状态中。至少一个阳极夹持设备可以包括两个或更多个接合表面。至少一个阳极夹持设备可以包括两个或更多个夹持构件。当至少一个阳极夹持设备包括两个或更多个接合表面时，它们可以被定位在夹持构件上。至少一个阳极夹持设备可以包括两个或更多个夹爪或夹紧构件。当至少一个阳极夹持设备包括两个或更多个接合表面时，它们可以位于夹爪或夹紧构件上。

至少一个阳极夹持设备可以包括一个或更多个夹爪构件。至少一个夹爪构件可以是可操作的以在打开状态和关闭状态之间移动。至少一个夹爪构件可以是可操作的以移动到关闭状态以夹持阳极的轴。至少一个夹爪构件可以是可操作的以移动到打开状态以释放阳极的轴。至少一个阳极夹持设备包括两个或更多个夹爪构件。两个或更多个夹爪中的至少一个夹爪可以是能够操作的以在打开状态与关闭状态之间移动。两个或更多个夹爪中的至少一个夹爪可以是可操作的以移动至关闭状态以夹持阳极的轴。两个或更多个夹爪中的至少一个夹爪可以是可操作的以移动至打开状态以释放阳极的轴。

该系统可以包括至少一个盖维护功能模块。该系统可以包括盖夹持设备，盖夹持设备包括一个或更多个夹爪构件，该一个或更多个夹爪构件被配置成用于夹持一个或更多个锅盖的一个部段或一部分。盖夹持设备可以被配置成抓持盖手柄。该系统可以包括至少一个氧化铝粉末分配器。

该系统可以包括至少一个外壳维护功能模块。至少一个外壳维护功能模块可以是铲设备和/或外壳破碎器设备。至少一个外壳维护功能模块可以包括被配置成用于从电解池中收集或清除材料和/或碎片(例如氧化铝粉末或熔融冰晶石的溢出物)的装置。至少一个外壳维护功能模块可以是被配置成破碎固化的冰晶石的外壳的一个或更多个外壳破碎器设备。固化的冰晶石可以围绕待移除的一个或更多个阳极。至少一个外壳维护功能模块可以包括一个或更多个铲设备，一个或更多个铲设备被配置成从熔融电解浴中铲起或移除碎屑，诸如外壳碎片等。

支撑框架可以是可移动的支撑件。支撑框架可以是定位系统。定位系统可以由起重机支撑。该系统可以被配置成在支撑件上是竖直地和/或水平地可移动的。该支撑件可以是固定的或移动的支撑件。支撑件可以是车辆和/或车辆的部件。支撑件可以是起重机和/或起重机的部件。支撑件可以是高架起重机。支撑框架可以安装至起重机和/或车辆。

该系统可以被配置成通过一个或更多个弹簧可移动地安装在支撑件上。该系统可以通过弹簧悬挂系统安装在支撑件上。弹簧悬挂系统可以包括一个或更多个刚性或硬弹簧。弹簧悬架系统可以包括一个或更多个减振器。弹簧悬挂系统可以被配置成最小化或减轻作用在被转移至支撑件的至少一个阳极夹持器设备上的力。弹簧悬挂系统可以被配置成最小化或减轻作用在被转移到至少一个阳极夹持器设备的支撑件上的力。

支撑件可以具有纵向轴线。第一定位构件可移动地安装在支撑件上。第一定位构件可以包括第一轴线和第二轴线。第一定位构件可以被配置成沿着支撑件的纵向轴线移动，其中，第一轴线平行于支撑件的纵向轴线。第二定位构件可以安装至第一定位构件。第二定位构件可以被配置成横向于第一定位构件的第一轴线移动。

第二定位构件可以被配置成基本上垂直于第一定位构件的第一轴线移动，基本上垂直于第一定位构件的第一轴线可以是第一定位构件的第二轴线。第二定位构件因此可以被配置成横向于支撑件的纵向轴线移动。

第一定位构件可以通过一个或更多个机构沿着支撑件的纵向轴线移动，一个或更多个机构被配置成滑动、推动和/或拉动第一定位构件。第二定位构件可以通过被配置成滑动、推动和/或拉动第二定位构件的一个或更多个机构横向于第一定位构件的第一轴线移动。

至少一个可移动构件可以是伸缩构件。至少一个可移动构件可以被配置成在伸展状态与缩回状态之间移动。阳极替换系统可以包括至少一个驱动机构。至少一个驱动机构可以包括至少一个齿条与小齿轮驱动机构。阳极替换系统可以包括用于至少一个可移动构件的驱动机构。阳极替换系统可以包括用于定位系统的可移动部件中的每一个部件的驱动机构，定位系统的可移动部件包括定位系统支撑件、第一定位构件和/或第二定位构件。至少一个驱动机构可以包括至少一个驱动器件。至少一个驱动器件可以被配置成使至少一个可移动构件、定位系统支撑件、第一定位构件和/或第二定位构件移动。至少一个驱动器件可以是液压系统、气动系统和/或电气系统。至少一个驱动器件可以是液压系统、气动系统和/或电气系统的组合。至少一个驱动器件可以包括一个或更多个马达。一个或更多个马达可以包括一个或更多个电动马达。一个或更多个马达可以包括一个或更多个伺服马达。

至少一个驱动器件可以被配置成使至少一个可移动构件、定位系统支撑件、第一定位构件和/或第二定位构件在0.5mm至10mm之间的准确度内移动。至少一个驱动器件可以被配置成使至少一个可移动构件、定位系统支撑件、第一定位构件和/或第二定位构件在1mm与5mm之间的准确度内移动。至少一个驱动器件可以被配置成使至少一个可移动构件、定位系统支撑件、第一定位构件和/或第二定位构件在准确度+/-1mm内移动。

传感器系统可以包括至少一个传感器。至少一个传感器可以位于支撑框架、至少一个可移动构件、至少一个阳极夹持设备和/或至少一个功能模块上。至少一个传感器可以位于锅和/或锅的部件上。至少一个传感器可以位于至少一个阳极上。至少一个传感器可以位于锅室中和/或位于电解电池列上。至少一个传感器可以被安装或定位在定位系统的部件(诸如该支撑件、第一定位构件或第二定位构件等)上。至少一个传感器可以位于或安装在起重机或车辆的部件上。至少一个传感器可以位于或安装在周围结构(诸如地板、墙壁和/或屋顶等)的部件上。支撑框架可以可移动地安装在支撑件、车辆、起重机、定位系统或定位系统的至少一个定位构件上。支撑件、车辆、起重机、定位系统或定位构件可以包括多个位置标记。多个位置标记可以选自条形码、数据矩阵码、快速响应码和/或颜色码。

传感器系统可以被配置成检测多个位置标记中的至少一个位置标记，以准确地定位和/或移动支撑件、车辆、起重机、定位系统和/或至少一个定位构件的位置。至少一个传感器可以选自：光学传感器、相机、视觉系统、飞行时间相机、深度传感器、距离传感器、激光器、超声装置(ultrasound)、动量传感器、加速度计、旋转位置传感器、陀螺仪位置传感器、全球定位传感器、红外传感器、热传感器、测力传感器和/或激光雷达(LIDAR)。

该系统可以包括至少一个处理单元。传感器系统可以连接至至少一个处理单元。该系统可以包括至少一个控制单元。传感器系统和/或至少一个处理单元可以连接至至少一个控制单元。

传感器系统可以被配置成生成锅、锅盖、盖手柄、盖台阶、锅中的阳极组件的2D和/或3D位置信息；待替换的阳极组件、替换阳极组件、一个或更多个阳极轴；电解电池列、锅室中的部件和/或锅室的一部分。传感器系统可以被配置成生成围绕值得注意的锅的工作区域中的潜在障碍物和/或人员的2D和/或3D位置信息。传感器系统可以被配置成生成阳极替换系统的部件相对于锅、电解电池列、锅室和/或锅室的一部分的2D和/或3D位置信息。传感器系统可以被配置成生成起重机、车辆、定位系统、第一定位构件、第二定位构件、支撑框架、至少一个可移动构件、至少一个阳极夹持设备和/或至少一个功能模块的部件的2D和/或3D位置信息。传感器系统可以被配置成生成替换阳极储存区域和用过的阳极储存区域的2D和/或3D位置信息。

传感器系统可以被配置成识别锅室中的特定阳极组件的位置。传感器系统可以被配置成检查一个或更多个特定阳极组件的状态或状况。传感器系统可以是可操作的以生产支撑件、第一定位构件和/或第二定位构件相对于至少一个可移动构件和/或至少一个阳极夹持设备的位置信息。传感器系统可以被配置成将位置信息传达至至少一个处理单元。至少一个处理单元可以被配置成处理用于阳极替换系统的移动路径。至少一个处理单元可以被配置成处理用于起重机、车辆、定位系统、第一定位构件、第二定位构件、支撑框架、至少一个可移动构件、至少一个阳极夹持设备、被夹持的阳极组件和/或至少一个功能模块的移动路径。至少一个处理单元可以被配置成基于由传感器系统产生的位置信息处理移动路径。传感器系统可以被配置成监测起重机、车辆、定位系统、第一定位构件、第二定位构件、支撑框架、至少一个可移动构件、至少一个阳极夹持设备的移动；监测夹持的阳极组件和/或至少一个功能模块以防止锅周围的工作区域中的碰撞。

位置信息可以包括起重机、车辆、定位系统、第一定位构件、第二定位构件、支撑框架、至少一个可移动构件、至少一个阳极夹持设备、被夹持的阳极组件和/或至少一个功能模块的位置的至少一个。

该系统可以包括至少一个控制单元，至少一个控制单元被配置成相对于锅、盖和/或阳极移动起重机、车辆、定位系统、第一定位构件、第二定位构件、支撑框架、至少一个可移动构件、至少一个阳极夹持设备、至少一个功能模块。传感器系统可以被配置成监测位置信息以防止在锅周围的工作区域中的碰撞。

传感器系统可以被配置成生成位置信息以标识工作环境中的至少一个物体以定位至少一个功能模块在物体上或与物体执行一个或更多个任务。传感器系统可以包括视觉系统。视觉系统可以被配置成获得关于阳极替换系统的多个部件、至少一个可移动构件、至少一个阳极夹持设备和/或其周围环境的准确位置数据。视觉系统可以被配置成生成2D和/或3D位置信息。视觉系统可以包括至少一个传感器。至少一个视觉系统传感器可以选自：光学传感器、相机、飞行时间相机、深度传感器、距离传感器和/或激光器。视觉系统可以包括至少一个相机。优选地，视觉系统包括至少一个飞行时间相机。

阳极夹持器设备可以被配置成使用来自传感器系统和/或视觉系统的数据将替换阳极组件定位在锅中的最佳位置处。传感器系统的视觉系统可以被配置成相对于锅结构上的标记或位置追踪用过的阳极上的标记或位置。传感器系统的视觉系统可以被配置成追踪和/或测量用过的阳极的阳极块在从锅移除时的高度。阳极夹持器设备可以包括一个或更多个机构以调节阳极夹持器设备的倾斜角度和/或调节附接的阳极组件的竖直位置高度。

传感器系统可以包括多个传感器。传感器系统、至少一个处理单元和至少一个控制单元可以是用于定位和控制阳极替换系统的引导、导航和控制系统的一部分。

该系统可以是自主系统。该系统可以是自动化系统。该系统可以是半自主系统或半自动化系统。系统可以由使用者控制远程操纵器来控制。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于铝生产设施的电解池的阳极替换系统，该系统包括：

至少一个可移动构件，至少一个可移动构件被配置成安装在支撑框架上；

至少一个阳极夹持器设备，至少一个阳极夹持设备被附接至至少一个可移动构件；其中，至少一个阳极夹持设备中的每一个被配置成夹持阳极组件的轴；以及

传感器系统，该传感器系统被配置成生成或收集位置信息以控制至少一个阳极夹持设备的位置。

阳极替换系统可以包括至少一个外壳维护功能模块和/或至少一个盖维护功能模块。至少一个盖维护功能模块可以是盖夹持设备。至少一个外壳维护功能模块可以是铲设备和/或外壳破碎器设备。

阳极替换系统可以包括至少一个夹持构件。阳极替换系统可以包括两个或更多个可移动构件。至少一个阳极夹持器设备和至少一个外壳维护功能模块可以安装在相同或不同的可移动构件上。

本发明的第二方面的实施例可以包括本发明的第一方面或其实施例的一个或更多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于在铝生产设施中处理阳极的阳极夹持设备处理件，包括：

支撑框架；

至少一个夹持构件，其中，至少一个夹持构件被配置成夹持至少一个阳极组件的轴。

至少一个夹持构件可以被配置成在打开状态与关闭状态之间是可移动的。至少一个夹持构件可以被配置成在沿着至少一个阳极组件的轴的任何位置处夹持至少一个阳极组件的轴。

至少一个夹持构件可以是可操作的以夹持阳极组件的至少一个轴。阳极夹持器设备可以包括至少一个致动器，至少一个致动器被配置成使至少一个夹持构件在打开状态与关闭状态之间移动。至少一个致动器可以是电气、液压或气动致动器。阳极夹持器设备可以被配置成可移动地安装在阳极替换系统的可移动构件上。阳极夹持器设备可以被配置成可移动地安装在可伸缩构件上。

至少一个夹持构件可以被配置成在处于关闭位置时夹持阳极轴的一个部段或一部分。至少一个阳极夹持设备可以被配置成围绕或至少部分地围绕阳极组件的轴的一部分以夹持阳极组件的轴。至少一个阳极夹持设备被配置成当处于夹持状态时对阳极轴的相对侧施加夹持力。至少一个夹持构件可以被配置成在阳极夹位置处夹持阳极轴的一个部段或一部分。至少一个夹持构件可以被配置成在紧邻阳极夹位置处夹持阳极轴的一个部段或一部分。通过在阳极夹位置或靠近阳极夹位置的轴上的位置处夹持阳极，可牢固地保持并精确地定位阳极轴，直到它被夹紧在锅上的适当位置。阳极夹持器设备可以包括两个或更多个夹持构件。所述至少一个夹持构件可以是夹爪构件。

阳极夹持器设备可以包括至少一个传感器。至少一个传感器可以安装在阳极夹持器设备的支撑框架上。至少一个传感器可以安装在至少一个可移动构件上，阳极夹持器设备安装在至少一个可移动构件上。至少一个传感器可以被配置成测量阳极组件、阳极块和/或阳极轴的高度。至少一个传感器可以被配置成测量、计算或估计在锅中的阴极的上表面与锅中的用过的阳极的下表面之间的距离。

阳极夹持器设备可以被配置成将替换阳极定位在锅中的阴极的上表面与锅中的替换阳极的下表面之间的期望或最佳距离处。替换阳极的下表面到阴极的上表面的期望或最佳距离可以等于用过的阳极的下表面到阴极的上表面的距离。

阳极夹持器设备可以被配置成将替换阳极定位在浴中的竖直偏移处。竖直偏移可以是阳极从浴中期望的、计算的或最佳的距离升高的距离。期望的、计算的或最佳的距离可以是阴极的上表面与用过的阳极块的下表面之间的距离。竖直偏移可以用于减轻替换阳极的冲击加热。将替换阳极定位在竖直偏移处可延长替换阳极的寿命。偏移可以在偏移范围内，偏移范围可以在+/-5mm至+/-30mm的范围内。偏移范围可以是大约+/-20mm。竖直偏移可在浴中所需、计算或最佳距离以上5mm至30mm的范围内。优选地，竖直偏移是10mm。

阳极夹持器设备可以被配置成使用来自至少一个传感器的反馈来将替换阳极定位在期望或最佳距离处。至少一个传感器和至少一个处理单元可以被配置成测量、计算和/或确定替换阳极组件的期望竖直偏移。

至少一个传感器可以被配置成相对于锅结构上的标记或位置来追踪用过的阳极上的标记或位置。至少一个传感器可以被配置成追踪和/或测量用过的阳极的阳极块在从锅移除时的高度。传感器系统可以参考从用过的阳极上的标记或位置到阳极组件的底部的距离。

传感器系统中的至少一个传感器可以被配置成测量和/或追踪替换阳极的至少一个位置数据点。至少一个位置数据点可以是在X、Y和/或Z轴上的轴位置。至少一个位置数据点可以是替换阳极的表面相对于熔融电解质的高度的位置。至少一个位置数据点可以是替换阳极的阳极轴的端部相对于熔融电解质的高度的位置。

阳极夹持器设备可以包括一个或更多个机构以控制倾斜调节，以调节阳极夹持器设备的角度和/或调节连接的阳极相对于水平和/或垂直平面的角度。阳极夹持器设备可以包括一个或更多个机构以调节阳极夹持器设备的倾斜角度。阳极夹持器设备可以包括一个或更多个机构以调节附接的阳极组件的竖直位置高度。一个或更多个机构可以包括活塞。阳极夹持器设备可以包括一个或更多个机构以调节夹持到锅结构的阳极的竖直位置。

阳极夹持器设备可以包括用于控制高度调节的一个或更多个机构。一个或更多个机构可以被配置成在调节范围内调节阳极的高度。调节范围可以是从+/-5mm至+/-100mm的值。在一个实施例中，调节范围可以是从+/-20mm至+/-40mm的值。可选地，调节范围的极限可以为近似+/-30mm。一个或更多个机构可以包括活塞。阳极夹持器设备可以被配置成在阳极组件安装在锅中期间调节阳极组件的高度和/或位置。阳极夹持器设备可以被配置成在将阳极组件夹持在锅中期间调节阳极组件的高度和/或位置。阳极夹持器设备可以被配置成在阳极组件已经被夹持到锅结构之后调节阳极组件的高度和/或位置。阳极夹持器设备可以被配置成响应于锅和/或锅中的阳极组件的操作效率信息而调节锅中的阳极组件的高度和/或位置。阳极夹持器设备可以被配置成调节锅中一个或更多个阳极组件的高度和/或位置，以提高锅的操作效率。

阳极夹持器设备可以包括至少一个夹紧锁定构件。至少一个夹紧锁紧构件可以被配置成接纳和/或保持阳极夹的一个或更多个凸耳。

本发明的第三方面的实施例可以包括本发明的第一方面或第二方面或其实施例的一个或更多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第四方面，提供了一种替换铝生产设施的锅中的阳极组件的方法，该方法包括：

提供阳极替换系统，阳极替换系统包括：

至少一个阳极夹持器设备，至少一个阳极夹持设备被配置成夹持阳极组件的轴；以及

传感器系统；

为锅中的至少一个阳极轴生成位置数据；

致动至少一个阳极夹持器设备以夹持所述至少一个阳极轴；以及提升至少一个阳极轴以将阳极组件从锅移除；

将替换阳极组件定位在锅中。

该方法可以包括测量和/或计算用过的阳极组件在锅中的位置。该方法可以包括使用由传感器系统获取的数据来验证替换阳极被定位在锅浴中的正确位置、取向和/或高度处。

该方法可以包括使用由传感器系统获取的数据来测量和/或计算用过的阳极块的下表面与锅中的阴极的上表面之间的距离。该方法可以包括将替换阳极块的下表面定位在离阴极与用过的阳极块的下表面和锅中的阴极的上表面之间的距离相同的距离处。

该方法可以包括使用视觉系统生成锅中的至少一个阳极和阳极轴的位置数据。该方法可以包括使用照相机系统生成锅中的至少一个阳极和阳极轴的位置数据。该方法可以包括使用TOF相机系统生成锅中的至少一个阳极和阳极轴的位置数据。

阳极替换系统可以包括支撑框架和安装在支撑框架上的至少一个可移动构件，其中，至少一个可移动构件支撑至少一个阳极夹持设备。

阳极替换系统可移动地安装在起重机上。阳极替换系统可以可移动地安装在车辆上。支撑框架可以可移动地安装在高架起重机上。该方法可以包括相对于锅移动高架起重机。支撑框架可以安装在定位构件(诸如可移动地安装在高架起重机上的小车等)上。

支撑框架可以可移动地安装在定位系统或定位系统的定位构件上。定位系统可以可移动地安装在起重机或车辆上。定位系统可以包括具有纵向轴线的支撑件。第一定位构件可移动地安装在支撑件上。第一定位构件可以包括第一轴线和第二轴线。第一定位构件可以被配置成沿着支撑件的纵向轴线移动，其中，第一轴线平行于支撑件的纵向轴线。第二定位构件可以安装至第一定位构件。第二定位构件可以被配置成横向于第一定位构件的第一轴线移动。支撑框架可以可移动地安装在第一定位构件或第二定位构件上。

该方法可以包括检测至少一个位置标记以准确地定位和/或移动支撑件、第一定位构件和/或第二定位构件的位置。该方法可以包括移动第一定位构件和/或第二定位构件以与至少第二位置定位标记对准，从而准确地重新定位支撑框架和/或阳极替换系统的位置。

位置标记可以选自：条形码、数据矩阵码、快速响应(QR)码和/或颜色码。该方法可以包括使用传感器系统检测至少一个位置标记。传感器系统包括选自以下至少一个传感器：光学传感器、相机、视觉系统、飞行时间相机、深度传感器、距离传感器、激光器、超声装置、动量传感器、加速度计、旋转位置传感器、陀螺仪位置传感器、全球定位传感器、红外传感器、热传感器、测力传感器和/或激光雷达。该方法可以包括生成用于起重机、车辆、支撑框架、定位系统、第一定位构件、第二定位构件、阳极替换系统、至少一个可移动构件和/或至少一个阳极夹持设备的位置数据。

本发明的第四方面的实施例可以包括本发明的第一方面至第三方面或其实施例中的任一个的一个或更多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第五方面，提供了一种替换铝生产设施的锅中的阳极的方法，该方法包括：

提供阳极处理系统，阳极处理系统包括：

至少一个阳极夹持器设备，至少一个阳极夹持设备被配置成夹持至少一个阳极的轴；以及

传感器系统；

测量和/或计算锅中的阴极的上表面与锅中的用过的阳极的下表面之间的竖直距离；

致动至少一个阳极夹持器设备以夹持用过的阳极的轴；

将用过的阳极从锅中移除；

使用传感器系统将替换阳极的下表面定位在距离锅中的阴极该竖直距离处。

该方法可以包括在竖直距离上方高达20mm的竖直偏移下将替换阳极定位在锅中。该方法可以包括在竖直距离上方高达10mm的竖直偏移下将替换阳极定位在锅中。

本发明的第五方面的实施例可以包括本发明的第一方面至第四方面或其实施例中的任一个的一个或更多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第六方面，提供了一种用于从铝生产设施的锅中移除阳极组件的方法，该方法包括：

提供阳极替换系统，阳极替换系统包括：

至少一个阳极夹持器设备；

传感器系统；

为锅中的至少一个阳极轴生成位置数据；

致动至少一个阳极夹持器设备以夹持至少一个阳极轴；以及

提升至少一个阳极轴以将阳极组件从锅中移除。

该方法可以包括将阳极组件从锅移动到用过的阳极储存区域。

本发明的第六方面的实施例可以包括本发明的第一方面至第五方面或其实施例中的任一个的一个或更多个特征，反之亦然。

根据本发明的第七方面，提供了一种在铝生产设施中处理替换阳极组件的方法，该方法包括：

提供阳极替换系统，阳极替换系统包括：

至少一个阳极夹持器设备；以及

传感器系统；

生成阳极储存区域中的至少一个阳极的位置数据；

使用传感器数据定位至少一个阳极夹持器设备以夹持位于阳极储存区域中的至少一个阳极组件的轴；以及

致动阳极替换系统以将阳极组件从阳极储存区域移动到锅。

本发明的第七方面的实施例可以包括本发明的第一方面至第六方面或其实施例中的任一个的一个或更多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第八方面，提供了一种调节铝生产设施的锅中的阳极的位置的方法，该方法包括：

提供阳极替换系统，阳极替换系统包括：

至少一个阳极夹持器设备；

传感器系统；

使用传感器数据来识别锅内的阳极的最佳位置；

将至少一个阳极夹持器设备定位成夹持锅中的至少一个阳极组件的轴；以及

将阳极移动到最佳位置；

使用传感器系统验证阳极处于最佳位置。

阳极组件可以是安装在锅中的现有阳极组件。阳极组件可以是安装在锅中的替换阳极组件。

该方法可以包括响应于锅和/或锅中的阳极组件的操作效率信息而调节锅中的阳极组件的高度和/或位置。该方法可以包括调节锅中的一个或更多个阳极组件的高度和/或位置以提高锅的操作效率。

本发明的第八方面的实施例可以包括本发明的第一方面至第七方面或其实施例中的任一个的一个或更多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第九方面，提供了一种调节铝生产设施的锅中的阳极的取向的方法，该方法包括：

提供阳极替换系统，阳极替换系统包括：

至少一个阳极夹持器设备；

传感器系统；

检测阳极组件和/或锅结构上的一个或更多个参考点或标记；

基于一个或更多个参考点或标记计算阳极组件的所期望的取向；

调节阳极组件的取向以匹配所期望的取向。

该方法可以包括调节由至少一个阳极夹持器设备夹持的替换阳极组件的取向。

该方法可以包括调节存在于锅中的阳极组件的取向。至少一个阳极夹持器设备可以被配置成夹持存在于锅中的阳极组件的轴，以将阳极定位在期望的方向上。

本发明的第九方面的实施例可以包括本发明的第一方面至第八方面或其实施例中的任一个的一个或更多个特征，或反之亦然。

根据本发明的第十方面，提供了一种用于维护铝生产设施的锅的系统，该系统包括：

支撑框架；

至少一个可移动构件，至少一个可移动构件安装在支撑框架上，其中，至少一个可移动构件包括至少一个阳极夹持设备；其中，至少一个阳极夹持设备中的每一个被配置成夹持至少一个阳极组件的轴；以及

传感器系统，传感器系统被配置成生成或收集位置信息以控制至少一个阳极夹持设备的位置。

本发明的第十方面的实施例可以包括本发明的第一方面至第九方面或其实施例中的任一个的一个或更多个特征，反之亦然。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例来描述本发明的不同实施例，在附图中：

图1A和图1B是根据本发明的实施例的用于阳极组件替换的锅和锅维护系统的部件的放大立体图；

图2A和图2B是根据本发明的实施例的阳极替换系统的俯视平面图和立体图；

图3A至图3C示出了图2A的阳极替换系统的阳极处理系统200的放大立体图、侧视图以及前端视图；

图4示出了图3A的阳极处理系统的阳极提升设备的放大立体图；

图5A和图5B示出了图4的阳极处理系统的阳极夹持器设备的放大立体图；

图6A和图6B示出了图5A的阳极夹持器设备在打开状态下的放大的前端视图和顶部平面图；

图7A和图7B示出了处于关闭状态中的图5A的阳极夹持器设备的放大的前端视图和顶部平面图；

图8是根据本发明的实施例的用于定位和控制阳极替换系统的传感器、处理和控制系统的示意图；

图9A是根据本发明的实施例使用图1A的阳极替换系统来夹持盖手柄的方法的流程图；

图9B是使用根据本发明的实施例的阳极替换系统将用过的阳极夹持在锅中的方法的流程图；

图9C是根据本发明的实施例的使用阳极替换系统来测量用过的阳极的取向的方法的流程图；以及

图9D是根据本发明的实施例的使用阳极替换系统来定位替换阳极的方法的流程图。

图10A和图10B是根据本发明的另外的实施例的阳极替换系统的前立体图和后立体图；

图10C和图10D示出了图10A的阳极替换系统的阳极处理系统800的放大的后端视图；

具体实施方式

图1A示出了在铝生产设施的锅室中的电解池(也称为锅10)和阳极替换系统的盖处理设备的截断视图。图1B示出了锅10和阳极替换系统的阳极处理设备的部件的可替代立体图。为了清楚起见，已经移除了阳极处理设备的支撑设备。

铝生产设施包括几个锅室，每个锅室容纳成百上千个锅，这些锅串联布置成电解电池列。锅10包括钢罐12，钢罐12有由耐热材料制成的隔热衬里16。阴极(未示出)位于锅的内部基座处。内衬材料和来自锅中的坩埚14的阴极的表面用于在铝生产期间溶解氧化铝，在锅中包含由熔融冰晶石组成的电解质的电解浴。

如图1A和图1B中最佳示出的，阳极组件18可移除地安装至锅支撑结构20上。每个阳极组件18具有由碳材料制成的阳极块22，阳极块22具有从阳极块22延伸的支撑轴(也称为杆24)，以允许提升、处理以及安装阳极组件18。锅通过共同的阴极和共同的阳极导体串联地电连接到其他锅。在图1A中，已经通过盖处理设备50移除了两个锅盖以暴露阳极组件18。

支撑轴24在远端处具有孔口26，该孔口26被常规地设计成接合钩以允许锅室人员将阳极拉出锅。在该示例中，支撑轴24由铜制成。阳极组件18通过接合阳极夹40的阳极夹钩28可移除地固定到锅支撑结构20上。该夹被配置成允许杆和阳极在总体上向下的方向上逐渐纵向移动，以便维持电解过程的效率。

夹28被配置成固定支撑轴24以将阳极组件18保持在电解浴中的预定高度处。为了维持电解过程的效率，重要的是维持阳极的下表面与阴极的上表面之间的距离或高度。阳极夹还防止支撑轴24和阳极块22的横向移动。该夹在被夹持的阳极与锅结构20之间形成电连接。

在电解过程中，来自氧化铝的氧离子与碳阳极块反应并且逐渐消耗碳阳极块，从而在该过程中形成气态二氧化碳(CO2)。随着碳阳极块22逐渐消耗，碳阳极块22逐渐降低到坩埚14中，以保持阳极组件18暴露于电解浴。

一旦消耗，则需要替换阳极组件18以允许铝生产继续。锅中的阳极在不同的时间被替换，并且因此处于不同持续时间的操作中，导致每个用过的阳极的不同程度的消耗。对于锅中的每个阳极，替换阳极应该悬置的高度可以是不同的。替换阳极的准确定位对于维持电解过程的效率是至关重要的，因为每个移除的用过的阳极的高度可以是不同的。

每次必须调节替换阳极的位置和在电解浴中的浸没程度，使得替换碳阳极的下表面距阴极的高度必须与过期碳阳极的下表面距阴极的高度相同。替换碳阳极的下表面也可以与阴极平行以确保有效的电解反应。

图2A和图2B是用于铝生产设施的阳极替换系统100的俯视平面图和立体图。阳极替换系统100具有可移动定位设备110和附接的阳极处理系统200。定位设备110具有框架112，框架112包括基本上彼此平行的两个支撑梁114a、114b，小车116相对于支撑梁114a、114b可移动地安装到两个支撑梁114a、114b上。

这两个支撑梁114a、114b充当起重机桥梁并且形成起重机桥，该起重机桥被可移动地安装在形成高架起重机120的支撑轨道119上。

高架起重机120具有两个平行的跑道梁122a和122b，轨道119安装在跑道梁122a、122b上。跑道梁122a、122b支撑阳极处理系统200所附接的可移动支撑设备110。在这个示例中，跑道梁形成建筑物结构的一部分。然而，可选地，跑道梁122a、122b可以安装在可移动支撑件或固定支撑件上。

定位设备110在支撑梁114a、114b的每个端部处具有横梁118a、118b。轨道轮130安装在横梁118a、118b上并且被配置成接合跑道梁122a、122b上的轨道119。马达117a的致动使轨道轮130移动，以使定位设备沿着跑道梁122a、122b的纵向长度移动。诸如QR码113等的多个位置标记被布置在沿着跑道梁122a的纵向长度的已知位置处。照相机系统111捕获QR码的图像数据以沿着跑道梁122a和122b的纵向长度精确地定位定位系统110的位置。

定位设备具有相对于支撑梁114a、114b可移动地安装的小车116。支撑梁114a、114b具有位于支撑梁114a、114b的上表面115上的纵向引导件132。纵向引导件132跨越支撑梁114a、114b的纵向长度。在该示例中，纵向引导件120是带齿的齿条131。诸如QR码113a等的多个位置标记被布置在沿着支撑梁114b的纵向长度的已知位置处。照相机系统111捕获QR码113a的图像数据以沿着支撑梁114b的纵向长度精确地定位小车的位置。小车116具有包括两个梁支撑件142a、142b和两个驱动支撑件144a、144b的小车框架140。两个驱动支撑件144a、144b作为端部支撑件连接至支撑件142a、142b，其中，驱动支撑件144a、144b与框架支撑梁114a、114b平行地布置。

两个支撑件142a、142b跨越基本上平行的支撑梁114a、114b之间的距离。两个驱动支撑件144a、144b中的每一个在每个端部处具有两个小齿轮148。小齿轮148可旋转地安装在驱动支撑件144a、144b上。小车框架140支撑连接到每个小齿轮148的可逆马达143。每个小齿轮148具有与齿条131上的齿131b配合的齿149，使得当马达旋转小齿轮148时，小齿轮沿着齿条行进，这使得第一小车116沿着支撑梁114a、114b移动，如图2A中的箭头“F”所示。

马达143连接至控制单元614(关于图8进一步讨论)以允许第一小车沿着支撑梁114a、114b的准确移动。控制单元被配置成允许第一小车的远程和/或自动移动。小齿轮148支撑第一小车116的重量并且帮助将作用在第一小车116上的负载或力传递至定位设备110的支撑梁114a、114b。

小车116支撑也被称为行进托架150的第二小车。小车框架140的每个支撑件142a、142b具有位于支撑梁142a、142b的上表面上的纵向引导件141。纵向引导件141跨越支撑件142a、142b的纵向长度。在这个示例中，纵向引导件141是齿条。多个QR码位置标记113b被布置在沿着支撑梁142a的纵向长度的已知位置处。照相机系统111捕获位置标记的图像数据以沿着支撑梁142a、142b的纵向长度精确地定位第二小车150的位置。

第二小车150具有由钢板制成的具有边缘152a、152b、152c、152d的基座152。相对的边缘152a、152b跨越小车116的平行支撑件142a、142b之间的距离。小齿轮154可旋转地安装在相对边缘152c、152d的每个端部处。第二小车150支撑连接到每个小齿轮154的马达137。每个小齿轮154具有与齿条141上的齿协作的齿，使得当马达旋转小齿轮154时，小齿轮沿着齿条行进，这使得第二小车150沿着小车框架140的支撑件142a、142b移动，如图2A中的箭头“H”所示。

小齿轮154支撑第二小车150的重量并且帮助将作用在第二小车150上的负载或力传递至该设备的支撑件114a、114b。

第二小车马达137连接至控制单元614(关于图8进一步讨论以允许第二小车沿着小车框架140的支撑件142a、142b准确移动)。控制单元被配置成允许第二小车远程和/或自动移动。

可旋转平台160可旋转地安装在第二小车150的基座152上。可旋转平台160由齿轮组件支撑。驱动组件(未示出)被配置成使平台旋转。阳极处理系统200附接至可旋转平台160。可旋转平台160充当转台，使图3A中最佳示出的阳极处理系统能够相对于基座152围绕图3A中“A”所示的旋转轴线旋转。驱动组件连接至控制单元614(关于图8进一步讨论以允许平台160的精确旋转移动)。控制单元被配置成允许平台160的远程和/或自动移动旋转移动。

控制单元使用来自照相机系统111的数据以允许定位系统、第一小车和/或第二小车在1mm准确度内的准确移动和定位。

可移动支撑设备提供基座152在两个不同轴线上的移动。这可以为提升设备提供在两个轴线上的精确移动和对准。这允许连接至平台160的阳极处理系统在两个轴上以高精度定位。小车116可以沿支撑梁114a、114b的纵向长度移动至任何位置。第二小车150可以沿小车框架140的支撑件142a、142b的纵向长度移动到任何位置。

定位设备被配置成沿着X轴和/或Y轴独立地可移动。X轴可以由支撑梁114a、114b上的纵向引导件132限定。Y轴可以由纵向引导件141在支撑件142a、142b上限定。该系统被配置成通过使定位设备110沿着平行于轨道119的纵向方向的轨道移动而将阳极处理系统移动和定位到第一精度。该系统被配置成通过在平行于轨道的纵向方向的方向上移动第二小车而将阳极处理系统移动和定位至允许精细定位的第二精确度。该系统允许阳极处理系统的位置的精细控制调节，而不需要整个起重机和/或移动支撑设备的移动或重新定位。

图3A至图3C更详细地示出了阳极替换系统200的放大立体图、侧视图和前端视图。在图3A和图3B中，为了清楚起见，仅示出了一个支撑件114a，并且支撑件142a、142b已被截断。阳极替换系统200附接到第二小车150的基座上的可旋转平台160。

阳极替换系统200具有中心框架210。框架的上部件210a经由弹簧263安装到可旋转平台160的下表面。在该示例中，四个弹簧263安装在可旋转平台160与上部件210a之间，一个弹簧位于上部件210a的每个拐角处。在冲击或撞击施加在阳极替换系统200的部件上的情况下，弹簧充当减震器，冲击或撞击被弹簧263吸收并且不传递到可旋转平台160或小车或起重机的部件。

框架可以围绕如图3A和图3B中的“A”所示的旋转轴线移动360度。框架210容纳和支撑被示出为处于完全缩回位置的四个伸缩构件220。两个伸缩构件222、224并排地定位在框架的一侧211上。两个伸缩构件226、228并排地定位在框架的第二侧212上。应当理解，四个伸缩构件可替代地位于框架的一侧上，如图10C中的阳极处理系统800中所示。

图3A示出了每个伸缩构件220支撑至少一个锅维护功能模块。每个伸缩构件220连接到致动器，以使伸缩构件220在伸展位置和缩回位置之间移动。在该示例中，使用电动致动器和液压致动器。应当理解，可以使用一种类型的致动器类型，包括液压致动器、气动致动器或电动致动器。还应当理解，可以使用的致动器类型的组合可以选自：液压致动器、电动致动器和气动致动器，以控制伸缩构件的伸展和收缩和/或功能模块的致动。图10A和图10B公开了可以使用的替换性的仅电动致动器伸缩构件控制机构。

至少一个锅维护功能模块被设计成在锅维护操作中执行特定任务。四个伸缩构件中的每一个都具有至少一个传感器532、534、536、538，在该示例中，传感器是TOF相机，TOF相机被配置成为图像的每个点提供实时图像以及相机与对象之间的距离信息。相机数据由处理单元和控制单元接收以允许伸缩构件和功能模块的精确控制和移动。

在该示例中，伸缩构件222、224中的每一个支撑阳极夹持器设备310，阳极夹持器设备310与伸缩构件一起形成单独的阳极处理系统300。安装在伸缩构件上的每一个阳极夹持器设备310能够夹持、处理以及提升阳极。在该示例中，阳极替换系统200具有两个阳极处理系统300。应当理解，在其他实施例中，阳极替换系统可以具有一个或更多个阳极替换系统。

伸缩构件228支撑外壳破碎装置250。在该示例中，外壳破碎器装置具有液压缸，该液压缸具有充当外壳破碎凿子或锤子252的往复轴。应当理解，可以使用附加的或可选的电动或气动致动器。凿子或锤子被配置成穿透或撞击在熔融电解质的上表面上形成的外壳。伸缩构件226支撑铲270。铲270被定尺寸成具有比阳极更大的宽度。铲270具有侧部272，这些侧部272具有形成铲斗的弯曲基座274。该弯曲基部具有多个孔口280或槽，这些孔口280或槽被定尺寸成将固体材料(诸如外壳碎片和固体氧化铝等)保持在铲斗中，同时允许熔融或液体材料穿过这些孔口并且保持在浴中。一旦外壳被破坏并且阳极被移除，铲就从浴中移除固体材料并且防止对替换阳极的定位的任何障碍。

图4示出了具有两个阳极处理系统300的阳极替换系统200的放大图。为了清楚起见，图5A至图7B中详细描述了安装到伸缩构件224上的一个阳极夹持器设备310a。然而，阳极夹持器设备310a、310b以相同的方式具有相同的结构特征和功能。

图5A和图5B示出了阳极夹持器设备310的顶部前立体图和底部后立体图。为了清楚起见，已经移除了伸缩构件224。图6A和图6B示出了处于打开状态的阳极夹持器设备。图7A和图7B示出了处于关闭状态的阳极夹持器设备。

阳极夹持器设备310具有框架311，该框架311通过枢轴312枢转地安装至伸缩构件224。活塞313的第一端部通过枢轴312枢转地安装在伸缩构件224上。活塞313的第二端部通过枢轴315枢转地安装在框架311上。活塞的致动致使框架围绕枢轴312相对于伸缩构件枢转。活塞的延伸使框架在大致向下的方向上枢转。活塞的缩回使框架相对于伸缩构件沿大致向上的方向枢转。这为阳极处理系统提供了倾斜和定位控制。

设备310具有两个臂314、316。臂314围绕枢轴318枢转地安装至框架。臂316围绕枢轴320枢转地安装至框架。夹爪构件322、323位于臂314、316的第一端部。每个夹爪构件具有固定到夹爪构件322、323的内表面的摩擦片或衬垫324，以帮助夹持阳极轴。

压缩弹簧326安装在臂314、316的第二端部之间并且被配置成围绕枢轴318在相对于框架的顺时针方向上对臂314施加力矩，并且围绕枢轴332在相对于框架的逆时针方向上对臂316施加力矩，以使夹爪构件322、323朝向彼此枢转，如图7A和图7B所示。夹爪构件322、323在移动至关闭位置时被配置成在沿着阳极组件的轴的任何位置处夹持阳极组件的轴。活塞328安装在臂314、316的第二端部之间并且被配置成在活塞被致动以缩回时克服压缩弹簧的弹簧力。活塞的缩回相对于框架围绕枢轴318沿逆时针方向对臂314施加力矩，并且相对于框架围绕枢轴322沿顺时针方向对臂316施加力矩，以使夹爪构件322、323远离彼此枢转，如图6A和图6B所示。

阳极夹持器设备310具有两个夹紧支撑臂330、332，这两个夹紧支撑臂330、332被配置成接合阳极夹40并且将阳极夹40抵靠阳极轴24固定，在图5B、图6B以及图7B中最佳地示出。阳极夹40具有两个凸耳40a、40b，这两个凸耳40a、40b被设计成接合锅结构上的阳极夹钩28以将阳极轴保持在如图1A和图1B中最佳示出的位置中。夹紧支撑臂330、332分别通过弹簧螺栓340、342安装到框架。锁定构件344、346分别枢转地附接在臂330、332的第一端部处。锁定构件344、346中的每一个在前壁中具有孔口348，该孔口348被定尺寸成接纳夹40的凸耳40a、40b。

锁定构件344附接到活塞350并且锁定构件346附接到活塞352上。当活塞350缩回时，锁定构件344围绕枢轴362旋转至关闭位置，并且凸耳40b被锁定在锁定构件344中。当活塞352伸出时，锁定构件346围绕枢轴364旋转至关闭位置，在关闭位置中，孔口348被覆盖，并且凸耳40a被锁定在锁定构件346中。

为了将阳极夹40从夹紧支撑臂330和332释放，活塞350伸出以使锁定构件344在顺时针方向上围绕枢轴362旋转大约90度。活塞352缩回以使锁定构件346绕枢轴364沿逆时针方向旋转90度。锁定构件244、246的前壁中的孔口对准，从而允许阳极夹的凸耳穿过。

在该示例中，压缩弹簧326和活塞328以故障安全关闭布置来配置。在动力损失、气动、液压和/或控制信号被中断或损失的情况下，支撑臂314、316被保持在夹爪关闭或夹持位置。这意味着所夹持的阳极在功率、气动、液压和/或控制信号损失的情况下将不会被释放或掉落。这可以减轻由于失去动力、气动、液压和/或控制信号而使来自阳极的人员和基础设施意外释放并落到人员身上、落入到锅中或落到基础设施上的风险。

该系统可以是自动化或自主系统。该系统包括传感器系统，传感器系统识别待执行的任务并且为锅维护系统中的阳极替换系统的部件和锅室中的物体提供相对位置信息。该系统中的一个或更多个处理器将传感器数据处理成所产生的相对导航指令，以用于阳极替换系统的部件的移动和致动指令以执行任务。该系统具有控制系统以根据处理器指令来移动和致动阳极替换系统的部件以执行任务。传感器系统监测阳极替换系统的操作以验证任务执行到预定标准或是否需要重复或修改。

图8示出了用于定位和控制阳极替换系统200的传感器、处理和控制系统600的示意图。

系统600具有传感器系统610，该传感器系统610被配置成捕获位于起重机、定位设备、第一小车和/或第二小车上的已知位置处的位置标记的图像数据。在该示例中，相机111用于识别沿着跑道梁122a、支撑梁114b以及支撑梁142a的纵向长度定位的QR码。

可选地，锅室的部件(包括装备、锅、阳极组件和/或盖)可以包括一个或更多个位置标记(诸如QR码等)，以帮助传感器系统将阳极替换系统准确地定位在锅室中或相对于所选择的锅、阳极组件和/或锅盖定位。这还可以帮助传感器系统识别在工作空间中的已知障碍物并围绕已知障碍物移动。

该系统600具有处理单元612和可编程逻辑控制器(PLC)614。处理单元612从相机系统610接收捕获的QR图像数据。处理单元612将QR码识别为起重机、定位系统、第一小车和/或第二小车的特定位置。

为了将附接至第二小车的阳极替换系统200定位在邻近待替换的特定阳极的位置处，传感器系统600将定位系统定位在起重机上的所期望的位置处。处理单元识别与起重机上的新位置相关联的相应QR码。PLC 614控制马达117a使定位设备沿着跑道梁122a的纵向长度移动以到达起重机的跑道梁122a上的新位置。可选地，处理单元使用来自照相机系统111的实时反馈使用捕获的QR码数据来确认定位设备位于的跑道梁122a上的正确位置处。

该系统600然后将第一小车116定位在定位设备上的期望位置处。处理单元110识别与定位设备上的新位置相关联的相应QR码。PLC控制马达143以沿着支撑梁114a、114b的纵向长度移动第一小车，以到达定位设备的支撑梁114a、114b上的新位置。可选地，处理单元使用来自照相机系统111的实时反馈使用捕获的QR码数据来确认第一小车116位于支撑梁114a、114b上的正确位置处。

如果存在第二小车，则任选地系统600接着将第二小车定位在第一小车上的期望位置处。处理单元识别与第一小车上的新位置相关联的对应QR码。PLC控制马达137沿着支撑梁142a、142b的纵向长度移动第二小车，以到达第一小车的支撑梁142a、142b上的期望位置。可选地，处理单元使用来自照相机系统111的实时反馈来确认第二小车116位于支撑梁142a上的正确位置处，并且使用捕获的QR码数据来确认阳极替换系统200位于邻近于期望的阳极位置。尽管定位系统、第一小车和/或第二小车的移动被描述为顺序移动，但是将理解，顺序次序可以是不同的。还应当理解，定位系统、第一小车和/或第二小车的移动可以是同时的、同步的或具有重叠的动作移动。

该系统600具有视觉系统620，该视觉系统620被配置成准确地获得关于阳极替换系统200的部件及其周围环境的准确位置数据。视觉系统包括至少一个传感器。在该示例中，飞行时间(TOF)相机安装在阳极替换系统上的单个伸缩构件370上和盖处理系统的机器人组件上。每个TOF相机为图像的每个点提供实时图像和相机与对象之间的距离信息。处理单元612接收位置数据以允许伸缩构件和功能模块的精确控制和移动。

一旦系统600已经将阳极替换系统200定位成与待替换的阳极相邻。安装在伸缩构件228上的TOF相机532获得关于外壳破碎器装置250相对于待替换阳极周围的外壳的位置的位置数据。处理单元使用来自TOF相机532的实时位置数据来向PLC发出信号，以控制伸缩构件228的伸展以及外壳破碎器装置250的致动来移位和破坏外壳以释放用过的阳极。PLC控制可旋转平台旋转大约180度。安装在伸缩构件224上的TOF相机534获得关于第一阳极夹持器设备310a和用过的阳极的位置的位置数据。处理单元从TOF相机534接收实时位置数据，以向PLC发出信号，以控制伸缩构件224的伸展，从而将第一阳极抓持器装置310a移动到用过的阳极附近。处理单元从TOF相机534接收实时位置数据以向PLC发出信号以致动第一阳极夹持器设备310a夹持用过的阳极。一旦夹持，PLC控制伸缩构件224的缩回以将用过的阳极提升离开浴。PLC控制可旋转平台160旋转大约180度。安装在伸缩构件226上的TOF相机536获得铲270的位置和阳极被移除的电解浴的位置数据。处理单元从TOF相机536接收实时位置数据以将信号发送到PLC以控制伸缩构件226的伸展，并且致动铲270以从浴中移除固体材料并防止对替换阳极在浴中的定位的任何障碍。PLC控制可旋转平台160的旋转大约180度。安装在伸缩构件222上的TOF相机538获得关于第二阳极夹持器设备310b和所附接的替换阳极的位置的位置数据。处理单元从TOF相机538接收实时位置数据，以向PLC发出信号，以控制伸缩构件222的伸展和第二阳极夹持器设备310b的精细调节，从而将附接的替换阳极准确地定位到浴中。

在以上示例中，阳极替换系统200被描述为具有附接的替换阳极。然而，应当理解，系统600可以识别替换阳极储存区域。该系统可以控制起重机、定位系统、第一小车、第二小车和/或第二阳极夹持器设备310b的移动，以从阳极储存区域收集替换阳极。应当理解，该系统可以识别要处置用过的阳极的储存区域。传感器系统可以控制起重机、定位系统、第一小车、第二小车和/或第一阳极夹持器设备310a的移动，以将用过的阳极沉积到用过的阳极储存区域中。

图9A至图9D示出了描述锅维护系统100的操作步骤的流程图。在图9A至图9D中，任务被布置成传感器任务402、处理任务404或控制任务406。

图9A示出了用于移除锅盖以暴露锅中的阳极的流程图401。在第一步骤410中，一个或更多个传感器测量锅室的工作环境的3D数据。传感器系统还生成起重机、第一小车、第二小车、阳极替换系统和/或至少一个阳极的部件相对于锅和锅室的3D位置信息。传感器系统可以被配置成生成围绕需要关注的锅的工作区域中的潜在障碍的3D位置信息。

传感器系统被配置成在锅房中生成电解电池列、锅、一个或更多个锅盖、一个或更多个阳极和/或盖手柄的3D位置信息。传感器系统被配置成生成阳极替换系统的部件相对于锅室中的锅的3D位置信息。在该示例中，传感器系统具有为起重机、阳极替换系统生成位置信息的照相机系统。传感器系统能够准确地识别锅中的特定阳极组件。

在步骤412中，传感器系统使用来自照相机系统的数据来识别用过的阳极在锅中的位置并且识别必须被临时移除以触及用过的阳极的盖。利用传感器数据，处理器612在阶段414中为工作环境中的起重机和盖处理系统规划移动路径以夹持盖。在步骤416，控制单元614实施控制起重机的移动的移动路径，盖处理系统50沿着水平轴线安装在起重机上，以将盖处理系统大致邻近于待移除的一个或更多个盖定位，并且夹持盖。控制单元614控制定位设备在起重机上沿着水平Y轴的移动，以将阳极替换系统定位成大致邻近于用过的阳极和待移除的一个或更多个盖的位置。盖处理系统安装到起重机的第一小车。控制单元控制第一小车116沿着水平X轴的移动。

盖处理系统具有盖处理机器人，盖处理机器人具有被配置成夹持盖的手柄的夹爪构件。视觉系统中的一个或更多个传感器控制伸缩构件的延伸，以将盖处理机器人降低到工作部署状态。在该示例中，传感器是TOF相机。

传感器系统监测起重机、机器人组件和盖处理系统的移动以在步骤418中验证盖已经被夹持。来自机器人组件、夹持器和/或传感器系统的反馈信号确认盖正确地附接至机器人并且准备好被牢固地提升。如果规划没有被正确地执行，则重复步骤412至步骤416以定位盖处理系统并夹持盖。

盖夹持器设备使所附接的盖振动以移除有害灰尘并且如果在盖处理机器人被致动以将盖从锅提升之前盖被卡住，则帮助移除盖。视觉系统的TOF相机在提升盖时遵循机器人的移动路径，以允许对机器人移动的完全控制以确认盖和盖手柄正在被提升。当盖夹持移动路径已经被控制系统正确地执行并且盖已经被夹持时，传感器系统在步骤420中识别盖储存区域的位置。使用TOF相机传感器数据，在阶段422处理器规划盖处理系统到盖储存区域的移动路径。在步骤424，当盖暂时存放时，控制系统控制盖处理系统向盖储存区域的移动。重复步骤412至步骤424，直到已经移除所需数量的盖以接近并替换用过的阳极。传感器系统确认所要求的盖已经被临时移除以接近并替换用过的阳极。

图9B示出了一旦一个或更多个盖被移除的阳极替换系统的操作步骤的流程图403。在阶段430中，传感器系统测量锅、一个或更多个阳极和/或一个或更多个阳极周围的外壳的工作环境的3D数据。在步骤432中，安装在伸缩构件228上的TOF相机532获得关于外壳破碎器装置250相对于待替换阳极周围的外壳的位置的位置数据。

在步骤434中，处理器规划移动路径以定位和致动外壳破碎器以破坏锅中阳极周围的外壳。在步骤436中，控制系统执行外壳破碎器的规划移动和致动规划以破碎外壳。

阳极替换系统的准确定位对于确保外壳破碎器250被正确定位和取向以从有待替换的阳极破坏和清除外壳是至关重要的。控制系统控制伸缩构件228的伸展和移动，以将外壳破碎器装置250准确地定位在待替换的阳极附近。致动外壳破碎器装置250以驱逐并破坏外壳以释放用过的阳极。

在步骤438中，视觉系统验证阳极周围的外壳已经被成功地破坏。如果外壳还没有破碎，那么重复步骤434、436。

当外壳已经成功破坏外壳时，在步骤440中，安装在伸缩构件224上的TOF相机534获得关于第一阳极夹持器设备310a和在锅中用过的阳极的位置的位置数据。在步骤442中，处理器规划移动路径以将阳极处理系统的阳极夹持器设备310a定位在用过的阳极附近。控制系统在步骤444执行所规划的移动。在该示例中，控制系统控制第二小车沿着水平Y轴的移动并且控制可旋转平台围绕旋转轴“A”旋转180度，并且伸缩构件372伸展以使第一阳极夹持器设备310a与用过的阳极相邻。

传感器系统监测阳极处理系统的阳极夹持器设备的移动，以在步骤446中验证阳极夹持器设备处于正确位置。如果传感器系统检测到阳极夹持器设备310a不处于正确位置，则重复步骤442至步骤446。

如图9C所示，在步骤480中，视觉系统中的TOF相机测量用过的阳极或其周围环境的至少一个参数，从而使得可以测量或计算用过的阳极在浴中的取向。传感器系统可以测量用过的阳极相对于熔融浴的高度。传感器系统可以测量周围外壳的高度和/或曲率。传感器系统可以测量阳极与周围外壳的相对位置及其固化性。至少一个传感器可以被配置成测量和/或计算锅中的阴极的上表面与锅中的用过的阳极的下表面之间的距离。至少一个传感器可以被配置成追踪和/或测量用过的阳极的阳极块在从锅移除时的高度。传感器系统可以测量用过的阳极块(阳极对接)的高度。传感器系统可以测量替换阳极块的高度。处理系统可以计算替换阳极块需要被放置在熔融浴中的位置，使得替换阳极块的下表面和阴极之间的距离等于用过的阳极块的下表面和阴极之间的距离。

替换阳极可以被定位在锅中，其中在计算位置上方高达20mm竖直偏移。至少一个传感器可以被配置成相对于锅结构上的标记或位置来追踪用过的阳极或用过的阳极的轴上的标记或位置。传感器系统可以参考从用过的阳极上的标记或位置到阳极底部的距离。

另外地或可替代地，至少一个传感器可以测量阳极轴上的位置，诸如轴最初被夹紧为第一参考点的位置等。至少一个传感器可以测量轴上的当前夹紧位置作为第二参考点。处理系统可以计算当阳极已经被消耗并且逐渐降低到锅中时阳极轴已经行进的距离。这可以允许确定剩余阳极块的高度和用过的阳极块的下表面与阴极的上表面之间的距离。替换阳极可以定位在锅中所计算的距离处。

视觉系统中的至少一个传感器可以被配置成测量和/或追踪用过的阳极和/或替换阳极的至少一个位置数据点。至少一个位置数据点可以是在X轴、Y轴和/或Z轴上的轴位置。至少一个位置数据点可以是替换阳极的表面相对于熔融电解质的高度的位置。至少一个位置数据点可以是替换阳极的阳极轴的端部相对于熔融电解质的高度的位置。至少一个传感器可以被配置成测量浴温度。至少一个传感器可以被配置成测量气体排放水平。至少一个传感器可以被配置成测量流经至少一个阳极组件的电流。

在步骤482中，处理器规划夹持操作以使用阳极夹持器设备310a精确地夹持阳极的轴。控制系统在步骤484中致动第一阳极夹持器设备310a，使得夹紧支撑臂330、332接合夹40。锁定构件344、346接纳夹的凸耳40a、40b并且被移动到锁定位置。夹爪构件322、323夹持阳极轴24。阳极夹持器设备被配置成在沿着其纵向长度的大约中间位置处夹持阳极轴24。然而，阳极夹持器设备可以被控制或设置成在沿着其纵向长度的任何位置处夹持阳极轴24。该夹持位置提供了阳极的更受控的处理和定位。视觉系统验证阳极轴已经被夹持。如果没有被夹持，则重复步骤482、484。

图9D示出了一旦阳极被移除的阳极替换系统的操作步骤的流程图607。

在步骤500、502中，安装在伸缩构件226上的视觉系统的TOF相机536获得关于铲270的位置和阳极被移除的电解浴的暴露部段的位置数据。在步骤504中，处理器规划移动路径以定位和致动铲，从而从坩埚移除固体材料。在步骤506中，控制系统执行铲的规划移动和致动规划。控制系统控制可旋转平台旋转180度，并且伸缩构件226伸展。铲被致动以从坩埚14移除固体材料并且防止对坩埚14中的替换阳极的定位的任何障碍。

在步骤508中，TOF相机536验证熔融浴没有碎屑。如果TOF相机536在熔融浴中检测到外壳碎片或碎屑，则重复步骤504、506。在步骤510中，安装在伸缩构件222上的TOF相机538获得关于第二阳极夹持器设备310b、附接的替换阳极和熔融浴的暴露区段的位置的位置数据。在步骤512中，处理器规划移动路径以将第二阳极夹持器设备310b和附接的替换阳极定位在熔融浴附近。控制系统在步骤514执行所规划的移动。

在该示例中，控制系统控制可旋转平台的移动以围绕旋转轴线“A”旋转大约180度，并且伸展伸缩构件222以将替换阳极定位在熔融浴附近。

在步骤516中，视觉系统的TOF相机538监测阳极夹持器设备和替换阳极的移动以验证其处于正确位置。如果视觉系统检测到阳极夹持器设备和替换阳极不在正确的位置，那么重复步骤512至步骤514。当阳极夹持器设备310b处于正确位置时，在步骤518中，处理器确定替换阳极(具体地，熔融浴中的阳极块)的正确取向。处理器使用在图6C的步骤480中收集的传感器数据来确定替换阳极的最佳取向、位置和/或高度。

替换阳极的准确定位对于维持电解过程的效率是至关重要的。锅中的阳极在不同的时间被替换，并且因此处于不同持续时间的操作中，导致每个用过的阳极的不同程度的消耗。对于每个阳极和对于每个替换操作，替换阳极应当悬置的高度是不同的。熔融浴的上表面不水平，并且周围外壳的表面不水平。在锅的中心，外壳高度通常较高。阳极组件被消耗以形成凹形形状。因此，每个阳极在锅内的阳极阵列中的位置是不同的。每次都必须考虑参数诸如消耗阳极的消耗水平和外壳曲率等来调节替换阳极的位置和浸入电解浴中的程度。替换碳阳极的下表面距阴极的高度必须与过期的碳阳极的下表面距阴极的高度相同，以确保有效的电解。在这个示例中，视觉系统具有至少一个光学传感器，至少一个光学传感器在其固定到电解池上之前测量和/或追踪替换阳极的至少一个位置数据点。处理器可以使用至少一个数据点来确定阳极组件在浴中的最佳取向、位置和/或高度。

控制系统在步骤520中控制阳极夹持器设备的倾斜和高度调节机构以将替换阳极以正确的取向定位在坩埚中。替换碳阳极的下表面应优选地与阴极平行以确保有效的电解反应。阳极夹持器设备具有用于阳极的精确放置的微调调节。可以调节阳极组件的高度+/-100mm。替换阳极的倾斜和/或高度调节可以导致阳极夹与夹紧钩摩擦，从而移除任何碎屑或灰尘并形成良好的电连接。

一旦处于正确的阳极取向，第二阳极夹持器设备310b就被致动，使得锁定构件344、346被移动到解锁位置，以释放凸耳40a、40b以及夹40，凸耳40a、40b以及夹40被安装在锅结构上的夹紧钩28所接纳，在图1B中最佳示出。夹爪构件322、323打开以释放阳极轴24。

在步骤520中，利用来自传感器位置的反馈，该系统将替换阳极的下表面在熔融浴中准确地固定在+/-1mm的阈值内与先前用过的阳极相同的水平。伸缩构件222缩回以将第二阳极夹持器设备310b提升远离固定的替换阳极。传感器系统在步骤522中监测替换阳极的位置，以验证它处于正确位置。如果传感器系统检测到替换阳极不在正确位置，则重复步骤518至步骤522。在已经完成阳极替换操作之后，传感器系统识别盖的位置和储存单元内的盖手柄，并且操作盖处理机器人来将盖返回至锅支撑结构。传感器系统控制替换阳极系统的移动，以将用过的阳极沉积到用过的阳极储存区域中。

传感器系统可以使用至少一个传感器(诸如光学相机或红外相机等)来确认盖已经被成功地返回到锅中并且处于正确的位置。红外照相机可以能够检测来自未对准的盖的通过间隙的热损失。所放置的盖被重新调节在正确位置的10mm公差内。照相机系统可以用于确认盖和盖手柄已经从机器人释放。

阳极替换系统或者重新定位以执行另外的锅维护操作或者移动至由传感器系统数据、处理器和控制系统引导的存放状态。

将理解的是，以上关于图8和图9A至图9D所描述的操作步骤是本发明的示例，并且可以省略或添加一个或更多个步骤和/或步骤的顺序可以不同和/或步骤可以在时间上重叠。

图10A和图10B示出了阳极替换系统700。阳极替换系统700类似于图2A中描述的阳极替换系统100，并且将从图2A的描述中理解。然而，阳极替换系统700具有从第一定位构件悬挂的阳极处置系统800，第一定位构件在该示例中是小车750。

阳极替换系统700具有定位系统710。定位系统710具有包括两个支撑梁714a、714b的框架支撑件712，支撑梁714a、714b基本上彼此平行，小车750相对于支撑梁714a、714b可移动地安装在支撑梁714a、714b上。

定位系统710可移动地安装在其上安装有轨道719的两个基本平行的跑道梁722a、722b上。跑道梁722a和722b支撑附接有装备件或负载件的定位系统710。在该示例中，附接阳极处理系统800。两个支撑梁714a、714b用作起重机桥梁并形成起重机桥704，起重机桥704可移动地安装在形成高架起重机702的支撑轨道719上。

在该示例中，跑道梁形成建造结构的一部分。然而，可选地，跑道梁722a、722b可以被安装在诸如可以在三个轴上移动的柱状支撑件或固定的柱状支撑件等的支撑件上。定位设备710在支撑梁714a、714b的每一端部具有横梁718a、718b。如图7B中最佳示出的，轨道轮730被安装在横梁718a、718b上并且被配置成接合跑道梁722a和722b上的轨道719。轮730的旋转由伺服马达717a控制。伺服马达717a的致动移动轨道轮730，以允许定位设备沿着跑道梁722a、722b的纵向长度以高达+/-0.5mm精度移动。多个QR码713被布置在沿着跑道梁722a的纵向长度的已知位置处。照相机系统711、711a捕获QR码的图像数据以沿着跑道梁722a和722b的纵向长度精确地定位定位设备710的位置。来自相机系统711、711a的反馈可以控制伺服马达717a的致动。

定位设备具有相对于支撑梁714a、714b可移动地安装的小车750。支撑梁714a、714b具有位于支撑梁714a、714b的上表面715上的纵向引导件720。纵向引导件720跨越支撑梁714a、714b的纵向长度。在该示例中，纵向引导件720是带齿的齿条731。多个QR码713a布置在沿着支撑梁714a的纵向长度的已知位置处。照相机系统711捕获QR码713a的图像数据，以沿着支撑梁714a的纵向长度精确地定位小车750的位置。

小车750具有包括两个梁支撑件742a、742b和两个驱动支撑件744a、744b的小车框架724。两个驱动支撑件744a、744b连接至支撑件742a、742b作为端部支撑件，其中，驱动支撑件744a、744b被布置成与框架支撑梁714a、714b大致平行。两个支撑件626a、626b跨越基本上平行的支撑梁714a、714b之间的距离。驱动支撑件744a、744b在每个端部具有小齿轮748。

小齿轮748可旋转地安装在驱动支撑件744a、744b上。小车框架724支撑连接到小齿轮748的可逆伺服马达743。每个小齿轮748具有齿749，齿749与齿条731上的齿722b协作，使得当伺服马达743旋转小齿轮748时，小齿轮748沿着齿条731行进，从而使小车750沿着支撑梁714a、714b移动，如图10A中的箭头“F”所示。小齿轮748支撑小车750的重量，并帮助将作用在小车750上的载荷或力传递到定位系统710的支撑梁714a、714b。

伺服马达743连接至控制单元814以允许小车640沿着支撑梁714a、714b精确移动。控制单元被配置成允许小车的远程和/或自动移动和定位高达+/-0.5mm的精确度。

可旋转平台760可旋转地安装在小车750的基座752上。可旋转平台760由齿轮传动组件支撑。驱动组件(未示出)被配置成使平台旋转。驱动组件连接到控制单元814以提供可旋转平台760的受控旋转移动。在该示例中，阳极处置系统800附接到可旋转平台760。控制单元控制可旋转平台760和阳极替换系统800相对于定位系统绕如图10A中的“A”所示的旋转轴线在顺时针或逆时针方向上的旋转。

定位系统通过致动伺服马达717a、743以将起重机桥704和/或小车750移动到具有毫米精度的期望位置而允许阳极处理系统800的受控移动和定位。

图10B更详细地示出了阳极替换系统800的放大立体图。阳极替换系统800附接到小车760的基座的可旋转平台760。阳极处理系统800类似于图3A至图3C中描述的阳极处理系统200并且将从图3A至图3C的描述中理解。然而，四个伸缩构件全部附接到框架810的一侧，并且阳极处理系统800使用电致动器处的伺服马达来伸展、缩回和控制伸缩构件820的精确定位。

图10C示出了阳极处理系统800具有中心框架810。框架的上部件810a安装到可旋转平台760的下表面。

框架810容纳和支撑被示出为处于完全缩回位置的四个伸缩构件820。伸缩构件820中的每一个支撑至少一个锅维护功能模块。在该示例中，两个阳极处理两个阳极处理系统900、外壳破碎器装置950和铲970各自支撑在单独的伸缩构件820上。伸缩构件820中的每一个连接到致动器915。在该示例中，使用伺服马达915a、915b、915c、915d。每个伺服马达的致动使相应的伸缩构件820在伸展和/或收缩位置之间移动。伺服马达允许移动至伸缩构件，从而以高达+/-0.5mm的精确度定位至少一个锅维护功能模块。

阳极处理系统的锅维护功能模块中的每一个的使用操作将从图3A至3C的说明中理解。

将理解的是，以上描述的阳极替换系统可以使用电致动器(诸如伺服马达等)来将支撑件、第一小车、第二小车和/或伸缩构件的位置和/或移动精确地控制在0.5mm至10mm的范围内。

将理解的是，位置标记可以位于多个支撑梁上或者在支撑梁的多个表面上，以在一个或更多个位置标记的情况下支撑梁表面被灰尘遮盖或损坏时提供冗余。应当理解，位置标记可以位于阳极替换系统上的部件(诸如伸缩构件等)上。这可以允许对伸缩构件的伸展/缩回的精确位置控制。在上面的示例中，用于检测位置标记的照相机系统被描述为在起重机上方。应当理解，可以使用能够检测位置标记的不同传感器类型。应当理解，至少一个传感器可以安装或定位在定位系统的部件(诸如支撑件、第一小车或第二小车等)上。至少一个传感器可以位于或安装在起重机或车辆的支撑定位系统的部件上。至少一个传感器可以位于或安装在周围结构(诸如地板、墙壁和/或屋顶等)的部件上。

将理解的是，阳极替换系统可以根据安装或支撑的起重机的结构来采用不同的配置。该系统可以允许自主地起重机移动、阳极对准、夹持、提升以及替换阳极。在危险的锅维护操作过程中，不需要锅附近的人员。应当理解，阳极替换系统可以根据应用支持不同配置的不同模块化功能装置。不同的模块化装置可以附接至阳极替换系统中的可移动构件。

阳极替换系统或阳极替换系统的部件可以改装到现有铝生产设施以使设施完全或部分自主。阳极替换系统、定位系统或阳极替换系统或定位系统的部件可以被改装到起重机系统。

本发明提供了一种用于替换铝生产设施的锅中的阳极的系统。该系统包括支撑框架和安装在支撑框架上的至少一个可移动构件，其中，至少一个可移动构件包括至少一个阳极夹持设备。至少一个阳极夹持设备中的每一个被配置成夹持至少一个阳极组件的轴。该系统包括传感器系统，该传感器系统被配置成生成或收集位置信息以控制至少一个可移动构件和/或至少一个阳极夹持器设备的位置。

该系统可以能够通过该阳极轴夹持阳极，这允许将阳极牢固地且稳定地保持。这可以允许阳极在靠近阳极块的位置处被夹持，并有助于阳极在熔融浴中的精确移动和精确定位。该系统可以能够在接近阳极夹位置的位置处通过阳极轴夹持阳极，这允许阳极牢固地保持并精确地定位，直到它被夹紧在位。

该系统可以能够确定用过的阳极在从锅中移除之前的精确取向，以及以精确的相同的取向布置和安装的替换阳极。替换阳极在电解浴中的正确高度和位置处的精确放置允许维持高效电解过程。可选地，替换阳极组件可以以精确的竖直偏移位于锅中。

该系统可以能够准确地确定每个阳极在阳极阵列中的最佳位置，最佳位置是针对每个锅定制的。本发明的方面的系统和方法可能能够调节替换阳极浸入电解浴中的程度，并且可以考虑外壳的曲率和高度以允许有效的电解过程。

精确地控制阳极组件的取向、定位和移动的能力减轻了人员和基础设施的风险，并且降低了危险环境中人为错误的风险。

通过提供能够以高精度控制阳极替换系统移动的系统，可以提高工业设施的效率。可以使用本发明以更高的精度快速地替换阳极。这可以减少在阳极替换操作期间释放的有毒气体的排放。该系统可以提供具有高分辨率或精细分辨率和优异的可重复性的阳极替换系统的受控移动。这可以克服阳极替换过程的问题，该过程容易被人工操作者变化和由于人为错误导致的阳极未对准。

本发明在其各个方面可以提供一种用于快速且准确地替换电解锅中的阳极的改进的系统和方法。该系统可以使用传感器系统数据来精确地控制用于阳极替换的锅维护系统的移动，锅维护系统的部件被安装在起重机、定位系统、第一小车和/或第二小车上。传感器系统可以精确地控制阳极替换系统沿着起重机的移动，以在阳极替换系统移动以在第一锅位置执行一项或更多项任务之前在第一锅位置执行一项或更多项任务。这减少了重新定位起重机的需求，从而减少了锅室面临的有毒排放并且提供了节省时间和成本的更有效的方法。

在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则术语“包括(comprise)”或“包括(include)”或变型诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”、“包括(includes)”或“包括(including)”等应理解为表示包括整数或整数的组，但不表示排除任何其他整数或整数的组。

已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的以上描述，并且不旨在是详尽的或将本发明限制于所公开的精确形式。选择和描述所描述的实施例以便最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够在不同实施例中并且利用适合于所预期的特定用途的不同修改来最好地利用本发明。因此，在不背离在本文中预期的本发明的范围的情况下，可以结合进一步的修改或改进。