CN108152560A - 一种电解槽阴极板电流确定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解槽阴极板电流确定装置及方法,该装置设置在待测电解槽上,待测电解槽包括多个串联结构,且各个所述串联结构并排排列;串联结构包括依次连接的进电侧均流母线、第一导电杆、阳极板、电解溶液、阴极板、第二导电杆以及出电侧均流母线;该装置与串联结构一一对应设置;该装置包括内置多个磁感应传感器的测量盒以及与多个所述磁感应传感器均连接的单片机;多个所述磁感应传感器的工作面均位于同一平面上,且平面与第二导电杆的上表面、第二导电杆上电流产生的磁场的磁力线均垂直。采用本发明提供的装置或者方法,能够提高电解槽中任一阴极板电流测量的准确度,降低测量误差。
Description
技术领域
本发明涉及电流测量技术领域,特别是涉及一种基于水溶液的电解槽阴极板电流确定装置及方法。
背景技术
用于铜、铅、锌、镍等金属的水溶液电解精炼、电解沉积的电解槽一般包含数十块阳极板和对应数量的阴极板,且阳极板和阴极板交叉并排排列。阴极板上的电流,即阴极板表面上电流密度,直接关系到阴极板电流效率、阴极板上产品的质量、产品能耗等生产关键指标。通常情况下,电流密度在一个合理范围内才能取得上述最佳指标,也就是各阴极板之间的电流,应保持在一个较好的分布范围。电流密度过高,阴极板附近就容易发生还原离子贫化,导致其他杂质离子的放电析出,阴极板沉积的金属颗粒粗大,容易产生夹杂等;阴极板电流密度过低,会引起离子的不完全还原,降低电流效率。另外,还可以通过阴极板电流的测量,检测生产过程中的各类故障,如阴极板/阳极板短路、断路等。因此,检测电解过程的电流在各阴极板上的大小,即电解槽的电流分布,是生产过程中一项非常有意义的工作。
目前,电解槽中每块阳极板或者阴极板上承载的电流高达数百安培,电解槽上的进电侧母线、出电侧母线上的电流与阳极板或者阴极板上承载的电流形成了非常复杂的磁场环境。虽然电解槽的上的总电流可以通过整流机组实现在线检测和控制,但是电解槽上每块阴极板或者阳极板上通过的电流是多少,一直没有相应的确定方法,人们只能按电解槽的上的电流,根据阴极板的数量,进行平分估计阴极板上承载的电流,但通过上述方法确定的阴极板的电流误差极大。
发明内容
本发明的目的是一种电解槽阴极板电流确定装置及方法,能够提高电解槽中任一阴极板电流测量的准确度,降低测量误差。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种电解槽阴极板电流确定装置,所述装置设置在待测电解槽上;所述待测电解槽包括多个串联结构,且各个所述串联结构并排排列;所述串联结构包括依次连接的进电侧均流母线、第一导电杆、阳极板、电解溶液、阴极板、第二导电杆以及出电侧均流母线;所述装置与所述串联结构一一对应设置;所述装置包括内置多个磁感应传感器的测量盒以及与多个所述磁感应传感器均连接的单片机;其中,多个所述磁感应传感器的工作面均位于同一平面上,且所述平面与所述第二导电杆的上表面、所述第二导电杆上电流产生的磁场的磁力线均垂直。
可选的,所述测量盒位于所述第二导电杆的中部。
可选的,所述测量盒内设置两个所述磁感应传感器,分别为第一磁感应传感器、第二磁感应传感器;所述第二磁感应传感器与所述第一磁感应传感器位于同一垂直面上,且所述第二磁感应传感器位于所述第一磁感应传感器之上。
可选的,所述第一磁感应传感器与所述第二导电杆的上表面的距离为5-20mm;所述第二磁感应传感器与所述第一磁感应传感器之间的间隔为10-30mm。
可选的,所述第一磁感应传感器、所述第二磁感应传感器均为霍尔元件。
可选的,所述测量盒为矩形凹形槽或者圆形凹形槽。
本发明还提供了一种电解槽阴极板电流确定方法,所述方法应用于所述电解槽阴极板电流确定装置上;所述方法包括:
获取第一磁场强度;
获取第二磁场强度;
根据所述第一磁场强度、所述第二磁场强度,根据毕奥-萨伐尔定律,计算电解槽阴极板的电流值。
可选的,所述根据所述第一磁场强度、所述第二磁场强度,根据毕奥-萨伐尔定律,计算电解槽阴极板的电流值,具体包括:
根据以下公式计算电解槽阴极板的电流值;所述公式为:
B10-B20=(k1-k2)I=kI;
其中,I表示电解槽阴极板的电流值,B10表示第一磁场强度;B20表示第二磁场强度;k表示电解槽阴极板的标定常数;k1表示第一标定常数;B1I表示第一标定磁场强度;k2表示第二标定常数;B2I表示第二标定磁场强度;I1表示标定电流。
可选的,所述第一标定磁场强度为第一磁感应传感器采集模拟电解槽所获取的磁场强度;所述第二标定磁场强度为第二磁感应传感器采集所述模拟电解槽所获取的磁场强度;所述标定电流为所述模拟电解槽中第二导电杆导通的电流;所述标定电流为已知电流。
可选的,所述模拟电解槽为用待测电解槽中的一个串联结构在实验室建立的电解槽。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:本发明提供了一种电解槽阴极板电流确定装置及方法,该装置设置在包括多个串联结构,且各个所述串联结构并排排列的待测电解槽上;该串联结构包括依次连接的进电侧均流母线、第一导电杆、阳极板、电解溶液、阴极板、第二导电杆以及出电侧均流母线;该装置与串联结构一一对应设置;该装置包括内置多个磁感应传感器的测量盒以及与多个所述磁感应传感器均连接的单片机;其中,多个所述磁感应传感器的工作面均位于同一平面上,且平面与第二导电杆的上表面、第二导电杆上电流产生的磁场的磁力线均垂直。本发明根据毕奥-萨伐尔定律,将多个磁感应传感器采集的磁场强度做差,剔除背景磁场强度,确定电解槽中任一阴极板上的电流。因此,采用本发明提供的装置或者方法,能够提高电解槽中任一阴极板电流测量的准确度,降低测量误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例电解槽阴极板电流确定装置的结构示意图;
图2为本发明实施例设置在电解槽上的电解槽阴极板电流确定装置的部分结构示意图;
图3为本发明实施例电解槽阴极板电流确定方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是一种电解槽阴极板电流确定装置及方法,能够提高电解槽中任一阴极板电流测量的准确度,降低测量误差。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例电解槽阴极板电流确定装置的结构示意图,如图1所示,本发明提供的电解槽阴极板电流确定装置设置在待测电解槽上;所述待测电解槽包括多个串联结构,且各个所述串联结构并排排列;本发明提供的电解槽阴极板电流确定装置与所述串联结构一一对应设置;所述串联结构包括依次连接的进电侧均流母线1、第一导电杆2、阳极板3、电解溶液4、阴极板5、第二导电杆6以及出电侧均流母线7;本发明提供的电解槽阴极板电流确定装置包括内置多个磁感应传感器的测量盒8以及与多个所述磁感应传感器均连接的单片机9;其中,多个所述磁感应传感器的工作面均位于同一平面上,且所述平面与所述第二导电杆6的上表面、所述第二导电杆6上电流产生的磁场的磁力线均垂直。
其中,所述测量盒8位于所述第二导电杆6的中部。所述测量盒8为矩形凹形槽或者圆形凹形槽。
优选的,所述测量盒8内设置两个所述磁感应传感器,分别为第一磁感应传感器801、第二磁感应传感器802;所述第二磁感应传感器802与所述第一磁感应传感器801位于同一垂直面上,且所述第二磁感应传感器802位于所述第一磁感应传感器801之上。所述第一磁感应传感器801与所述第二导电杆6的上表面的距离为5-20mm;所述第二磁感应传感器802与所述第一磁感应传感器801之间的间隔为10-30mm。所述第一磁感应传感器801、所述第二磁感应传感器802均为霍尔元件。
由于第二导电杆6与阴极板5为串联结构,根据本发明提供的电解槽阴极板电流确定装置,确定了第二导电杆6的导通电流,也就确定了阴极板5的导通电流。
本发明提供的电解槽阴极板电流确定装置工作原理为:在电解槽中,强度为I的电流通过第一导电杆(第二导电杆)流进(流出)阳极板(阴极板)时,在第一导电杆(第二导电杆)周围产生旋转的磁场,第一导电杆(第二导电杆)表面附近的两个磁感应传感器S1和S2对相应位置的磁感应强度进行测量。下面以第二导电杆为例。其中,第二导电杆与阴极板直接串联。
由于磁感应传感器S1和S2检测到的不仅仅是第二导电杆上导通电流产生的磁场,同时还有电解槽中其他导电杆特别是附近平行该第二导电杆上导通电流产生的磁场、均流母线上产生的磁场、以及电解液中电流产生的磁场等,非常复杂。假设电流I在磁感应传感器S1和S2上产生的磁感应强度分别为B1I、B2I,其他导电杆或均流母线等产生的磁场在磁感应传感器S1和S2上产生的磁感应强度分别为B′1、B′2,相对于第二导电杆,其他导电杆或均流母线距离磁感应传感器S1和S2较远,所以B′1≈B′2,所以所有其他导电杆或均流母线产生的背景磁场为B1b=∑B′1≈B2b=∑B′2。在磁感应传感器S1和S2上测量得到的磁感应强度为
B10、B20:B10=B1I+B1b (1);
B20=B2I+B2b (2)。
公式(1)与公式(2)二者之差为:
B10-B20=(B1I-B2I)+(B1b-B2b)≈B1I-B2I (3)。
根据毕奥-萨伐尔定律B=kI,第二导电杆通过电流后,磁感应传感器S1和S2产生的磁感应强度与第二导电杆通过电流I成正比。标定常数k只与第二导电杆的形状、测量位置(第二导电杆与磁感应传感器S1、S2的相对位置)相关。因此,在实验室中建立模拟电解槽,该模拟电解槽的布局与实际操作中的待测电解槽的布局基本相似,且模拟电解槽中的第二导电杆与待测电解槽中的第二导电杆的形状、长度相同,且模拟电解槽、待测电解槽的测量位置均相同。不同在于,模拟电解槽中只包括一个串联结构,即只放置了一根第二导电杆,但是不影响标定常数k。因此,在模拟电解槽中的第二导电杆导通已知的标定电流I1,用磁感应传感器S1和S2上测量得到的磁感应强度B1,B2,并通过确定标定常数k1、k2。为了更加精确,可以在实验室内多次测量求平均确定标定系数k1、k2。
将公式(3)式变为:B10-B20=(k1-k2)I=kI (6)。
即可在实际电解槽中,根据测量的磁感应强度差以及标定常数k计算出待测电流I。
图2为本发明实施例设置在电解槽上的电解槽阴极板电流确定装置的部分结构示意图。如图2所示,包括阴极板5,第二导电杆6,测量盒8,绝缘板10,导电铜母线11,电解槽槽体12,导电凸台13,以及挂耳14。
具体实施方式一:铜电解精炼阴极电流的测量
如图2所示,测量盒8为内置2个霍尔元件的测量盒8。在测量盒8底部加工30mm余宽的凹形槽,测量磁场的霍尔元件S1和S2分别固定在离凹槽底面10mm和30mm高度的位置,霍尔元件S1和S2的工作面平行于第二导电杆6的中线,确保第二导电杆6的电流产生的磁场磁力线垂直穿过霍尔元件S1和S2的工作面。利用可控电流电源在同样导电结构布局的导电杆上确定标定常数k。将测量盒8夹在第二导电杆6的中部,霍尔元件S1、S2与挂耳14的距离和霍尔元件S1、S2与电解槽槽体12的槽边距离相等,且为100mm左右。获取磁场强度B10、B20,并按照公式(6)得到所测阴极板电流的值I。
另外,在铜精炼电解槽的应用表明,通过测量阴极电流,及时发现阴极烧板短路隐患,可以提高电流效率2%,成效非常显著。
具体实施方式二:镍电解阴极电流的测量
如图2所示,测量盒8为内置2个霍尔元件的测量盒8。在测量盒8底部加工直径为20mm的圆形凹形槽,测量磁场的霍尔元件S1和S2分别固定在离凹槽底面10mm和30mm高度的位置,霍尔元件S1和S2的工作面平行于第二导电杆6的中线,确保第二导电杆6的电流产生的磁场磁力线垂直穿过霍尔元件S1和S2的工作面。利用可控电流电源在同样导电结构布局的导电杆上确定标定常数k。将测量盒8夹在第二导电杆6的中部,霍尔元件S1、S2与挂耳14的距离和霍尔元件S1、S2与电解槽槽体12的槽边距离相等,且为100mm左右。获取磁场强度B10、B20,并按照公式(6)得到所测阴极板电流的值I。
具体实施方式三:锌电解阴极电流的测量
如图2所示,测量盒8为内置2个霍尔元件的测量盒8。在测量盒8底部加工直径为20mm的矩形凹形槽,测量磁场的霍尔元件S1和S2分别固定在离凹槽底面10mm和30mm高度的位置,霍尔元件S1和S2的工作面平行于第二导电杆6的中线,确保第二导电杆6的电流产生的磁场磁力线垂直穿过霍尔元件S1和S2的工作面。利用可控电流电源在同样导电结构布局的导电杆上确定标定常数k。将测量盒8夹在第二导电杆6的中部,霍尔元件S1、S2与挂耳14的距离和霍尔元件S1、S2与电解槽槽体12的槽边距离相等,且为100mm左右。获取磁场强度B10、B20,并按照公式(6)得到所测阴极板电流的值I。
为实现上述目的本发明还提供了一种电解槽阴极板电流确定方法。
图3为本发明实施例电解槽阴极板电流确定方法的流程示意图,如图3所示,该方法应用于所述电解槽阴极板电流确定装置上;所述方法包括:
步骤301:获取第一磁场强度。
步骤302:获取第二磁场强度。
步骤303:根据所述第一磁场强度、所述第二磁场强度,根据毕奥-萨伐尔定律,计算电解槽阴极板的电流值。
其中,步骤303具体包括:
根据以下公式计算电解槽阴极板的电流值;所述公式为:
B10-B20=(k1-k2)I=kI;
其中,I表示电解槽阴极板的电流值,B10表示第一磁场强度;B20表示第二磁场强度;k表示电解槽阴极板的标定常数;k1表示第一标定常数;B1I表示第一标定磁场强度;k2表示第二标定常数;B2I表示第二标定磁场强度;I1表示标定电流。所述第一标定磁场强度为第一磁感应传感器采集模拟电解槽所获取的磁场强度;所述第二标定磁场强度为第二磁感应传感器采集所述模拟电解槽所获取的磁场强度;所述标定电流为所述模拟电解槽中第二导电杆导通的电流;所述标定电流为已知电流。所述模拟电解槽为用待测电解槽中的一个串联结构在实验室建立的电解槽。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种电解槽阴极板电流确定装置,其特征在于,所述装置设置在待测电解槽上;所述待测电解槽包括多个串联结构,且各个所述串联结构并排排列;所述串联结构包括依次连接的进电侧均流母线、第一导电杆、阳极板、电解溶液、阴极板、第二导电杆以及出电侧均流母线;所述装置与所述串联结构一一对应设置;所述装置包括内置多个磁感应传感器的测量盒以及与多个所述磁感应传感器均连接的单片机;其中,多个所述磁感应传感器的工作面均位于同一平面上,且所述平面与所述第二导电杆的上表面、所述第二导电杆上电流产生的磁场的磁力线均垂直。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述测量盒位于所述第二导电杆的中部。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述测量盒内设置两个所述磁感应传感器,分别为第一磁感应传感器、第二磁感应传感器;所述第二磁感应传感器与所述第一磁感应传感器位于同一垂直面上,且所述第二磁感应传感器位于所述第一磁感应传感器之上。
4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,所述第一磁感应传感器与所述第二导电杆的上表面的距离为5-20mm;所述第二磁感应传感器与所述第一磁感应传感器之间的间隔为10-30mm。
5.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,所述第一磁感应传感器、所述第二磁感应传感器均为霍尔元件。
6.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述测量盒为矩形凹形槽或者圆形凹形槽。
7.一种电解槽阴极板电流确定方法,其特征在于,所述方法应用于权利要求1-6任意一项所述的电解槽阴极板电流确定装置;所述方法包括:
获取第一磁场强度;
获取第二磁场强度;
根据所述第一磁场强度、所述第二磁场强度,根据毕奥-萨伐尔定律,计算电解槽阴极板的电流值。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述根据所述第一磁场强度、所述第二磁场强度,根据毕奥-萨伐尔定律,计算电解槽阴极板的电流值,具体包括:
根据以下公式计算电解槽阴极板的电流值;所述公式为:
B10-B20=(k1-k2)I=kI;
其中,I表示电解槽阴极板的电流值,B10表示第一磁场强度;B20表示第二磁场强度;k表示电解槽阴极板的标定常数;k1表示第一标定常数;B1I表示第一标定磁场强度;k2表示第二标定常数;B2I表示第二标定磁场强度;I1表示标定电流。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述第一标定磁场强度为第一磁感应传感器采集模拟电解槽所获取的磁场强度;所述第二标定磁场强度为第二磁感应传感器采集所述模拟电解槽所获取的磁场强度;所述标定电流为所述模拟电解槽中第二导电杆导通的电流;所述标定电流为已知电流。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述模拟电解槽为用待测电解槽中的一个串联结构在实验室建立的电解槽。
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CN1954098A (zh) * | 2004-03-17 | 2007-04-25 | 肯尼科特犹他州铜冶公司 | 对电解槽电流的监控 |
CN202705512U (zh) * | 2012-07-31 | 2013-01-30 | 安徽嘉伟再生资源有限公司 | 电解槽内阳极框及阴极板固定装置 |
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2018
- 2018-01-30 CN CN201810088708.5A patent/CN108152560A/zh active Pending
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