EA029460B1

EA029460B1 - Постоянная система для непрерывного обнаружения распределения тока во взаимосвязанных электролитических ячейках

Info

Publication number: EA029460B1
Application number: EA201490335A
Authority: EA
Inventors: Феликс Прадо
Original assignee: Индустрие Де Нора С.П.А.
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2018-03-30
Also published as: US9255338B2; KR101930702B1; PE20141027A1; EP2756115B1; JP6081462B2; CA2845675A1; EA201490335A1; AP2014007414A0; CN103797161B; BR112014005340B1; CN103797161A; ITMI20111668A1; EP2756115A1; AU2012307358A1; KR20140061414A; TW201314996A; US20140209455A1; NO2756115T3; PL2756115T3; TWI544675B

Abstract

Изобретение относится к токосъемной шине, содержащей гнезда электрода для размещения ряда электродов, находящихся с ним в электрическом контакте. Детекторы для измерения электрического потенциала, установленные локально в соответствии с электрическими контактами, во время прохождения электрического тока также соединены с шиной. Изобретение также относится к системе постоянного контроля, обеспечивающей постоянное вычисление распределения тока на каждом электроде электролитических ячеек установок электролитического выделения или электролитической очистки металла, соединенной с системой оповещения и со средствами для отсоединения отдельных электродов в случае несоответствия заданным значениям.

Description

029460 Β1

029460

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к токосъемной шине, содержащей гнезда электрода для размещения ряда электродов, находящихся в электрическом контакте с ними. Детекторы для измерения электрического потенциала, локально установленные в соответствии с электрическими контактами, во время прохождения электрического тока также соединены с шиной. Изобретение также относится к системе постоянного контроля, обеспечивающей непрерывное вычисление распределения тока на каждом электроде электролитических ячеек установок электролитического выделения или электролитической очистки металла.

Предпосылки изобретения

Ток, подаваемый на ячейки электрохимических установок, конкретно относительно установок электролитического выделения или электролитической очистки металла, может быть пропорционально распределен на отдельные электроды ячейки очень различным и неравномерным образом, что негативно влияет на производство. Явления такого рода могут происходить из-за ряда различных причин. Например, в конкретном случае установок электролитического выделения или электролитической очистки металла отрицательно заряженные электроды (катоды) зачастую удаляют с их мест для того, чтобы убрать изделие, расположенное на них, чтобы позже положить на место для последующего производственного цикла. Такое частое оперирование, которое обычно осуществляется с очень большим количеством катодов, часто приводит к неправильной повторной установке на шины и к совсем не идеальным электрическим контактам, также вследствие возможного образования окалин на соответствующих местах установки. Также возможно, что повторная установка изделия на электрод происходит неравномерным образом, с образованием отклонений массы изделия, изменяющих профиль поверхностей катода. Когда это происходит, устанавливается условие электрического неравновесия из-за зазора анод-катод, который фактически уже не является постоянным по всей поверхности: электрическое сопротивление, которое зависит от зазора между каждой парой анод-катод, становится переменным, усугубляя проблему неравномерности при распределении тока.

Таким образом, ток может быть распределен на каждый электрод при разных величинах как из-за плохих электрических контактов самих электродов с токосъемной шиной, так и из-за изменения профиля поверхности катода. Более того, даже простой износ анода может повлиять на распределение тока.

Данные неравномерности при распределении тока могут привести к явлению короткого замыкания анода и катода. В случае короткого замыкания ток стремится сконцентрироваться на закороченном катоде, отнимая ток у остальных катодов и серьезно препятствуя производству, которое не может быть восстановлено, пока закороченный катод не будет отсоединен от ячейки.

Кроме того, неравномерное распределение тока, помимо того, что вызывает потери в качестве и производственной мощности, как уже отмечалось, ставит под сомнение целостность и срок службы анодов современной концепции, изготовленных из титановых сеток.

На промышленных предприятиях, учитывая наличие большого количества ячеек и электродов, задача обнаружения нарушений при распределении тока является очень сложной. Такое обнаружение предполагает фактически тысячи измерений, выполненных вручную, осуществляемых операторами посредством детекторов инфракрасного излучения или магнитометров. В конкретном случае установок электролитического выделения или электролитической очистки металла операторы осуществляют эти обнаружения в окружающей среде с очень высокой температурой и в присутствии кислотных паров, в основном содержащих серную кислоту.

Кроме того, используемые операторами обычные элементы, управляемые вручную, такие как гауссметры или инструменты с инфракрасными датчиками, позволяют определять местонахождение только больших несоответствий при распределении тока, поскольку то, что они обнаруживают, в действительности является дисбалансами, связанными с вариациями магнитного поля или температуры.

Эти системы ручного или полуручного управления имеют недостаток, заключающийся в том, что они не работают непрерывно, а только допускают осуществление проверок время от времени, вдобавок они очень дорогие.

Существуют известные беспроводные системы для контроля ячейки, которые, хотя и являются постоянными и работают непрерывно, могут только обнаруживать перепады напряжения и вариации температуры для каждой ячейки, но не для каждого отдельного электрода. По вышеуказанным причинам эта информация почти не является точной и в целом недостаточна. Кроме того, существуют развивающиеся проекты, которые ориентированы на непрерывное обнаружение тока, подаваемого на отдельные катоды посредством закрепленных датчиков тока, основывающихся на эффекте Холла: такие датчики являются активными элементами, требующими значительного внешнего энергоснабжения, например большого набора аккумуляторов.

Также известны системы на основе магнитных датчиков, однако они не предоставляют достаточной точности измерений.

По этим причинам существует необходимость в производстве технически жизнеспособной и экономически оправданной системе для постоянного и непрерывного контроля над распределением тока во всех электродах, установленных в установке электролитического выделения или электролитической очи- 1 029460

стки.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает контроль непрерывным образом над распределением тока в тысячах электродов в электрохимических установках, например в установках электролитического выделения или электролитической очистки металла, без использования активных элементов, питаемых извне, и не требуя от операторов осуществлять измерения вручную в средах, вредных для здоровья, путем сообщения о неисправности одного или нескольких конкретных электродов с помощью системы оповещения.

Изобретение дополнительно обеспечивает отключение электрического тока между шиной и отдельным электродом с помощью средства отключения электрического контакта.

Отсутствие активных электронных элементов, таких как инфракрасные или магнитные датчики, обеспечивает намного более дешевую и фактически не требующую обслуживания систему.

Различные аспекты изобретения приведены в сопутствующей формуле изобретения.

Согласно одному аспекту изобретение относится к токосъемной шине для электрохимических ячеек, например ячеек, подходящих для электрометаллургических установок, содержащих продолговатый основной корпус, имеющий однородное сопротивление, содержащих гнезда для одного или нескольких необязательно удаляемых равномерно разнесенных электрических контактов анода и/или катода, при этом токосъемная шина дополнительно содержит детекторы для обнаружения электрического потенциала, соединенных с шиной посредством фиксирующих средств в соответствии с электрическими контактами, установленными между шиной и электродами, вмещенными в нее.

Термин "гнезда" используется в данном раскрытии для того, чтобы обозначить соответствующие места установки, подходящие для размещения и поддержки анодов и катодов, а также предпочтительного оптимума и необязательно удаляемых электрических контактов между электродами и шиной.

Изобретателями было обнаружено, что путем выбора подходящих материалов для токосъемных шин, отличающихся постоянной сопротивляемостью во всех направлениях, обеспечиваются четко определенные геометрические параметры гнезд электрода на шинах и подходящие электрические контакты между шинами и электродами, при этом пропорциональное распределение электрического тока на электроды может быть поставлено в прямое соответствие со значениями разницы потенциалов, которые могут быть измерены на токосъемных шинах.

В одном варианте осуществления токосъемная шина снабжена гнездами одного или нескольких необязательно удаляемых анодных и катодных электрических контактов, равномерно разнесенных вперемежку в продольном направлении.

В дополнительном варианте осуществления токосъемная шина снабжена гнездами одного или нескольких необязательно удаляемых анодных и катодных электрических контактов, равномерно разнесенных в продольном направлении на противоположных сторонах по ширине шины.

Также было обнаружено, что в идеальной системе пропорционального распределения однородного количества тока среди всех электродов, разность потенциалов приводит к постоянной величине для каждой пары смежных электродов.

В контексте данного описания термин "гнезда, содержащие удаляемые электрические контакты" используется для обозначения соответствующих мест установки, подходящих для установки электродов (анодов или катодов), соединенных со средствами для отсоединения электрических контактов между электродом и шиной, таких как устройства, содержащие пружины.

Токосъемные шины могут быть изготовлены в соответствии с различными формами с гнездами, расположенными на одинаковом расстоянии по длине шины; в одном варианте осуществления шины могут иметь достаточную ширину, чтобы обеспечить размещение гнезд поочередно на двух противоположных сторонах по длине шины.

Согласно другому аспекту изобретение относится к установке, содержащей ряд электролитических ячеек, взаимно соединенных в последовательном электрическом соединении посредством токосъемных шин, содержащих гнезда одного или нескольких необязательно удаляемых анодных и катодных электрических контактов. Шины дополнительно содержат детекторы для обнаружения электрического потенциала, присоединяемые к ним посредством фиксирующих средств в соответствии с необязательно удаляемыми электрическими контактами.

Согласно другому аспекту изобретение относится к системе для непрерывного контроля над распределением тока в каждом электроде электролитических ячеек, как было описано выше, содержащей токосъемные шины, имеющие гнезда одного или нескольких необязательно удаляемых анодных и/или катодных электрических контактов, содержащих детекторы для обнаружения электрического потенциала, соединенные с токосъемными шинами посредством фиксирующих средств; аналоговую или цифровую вычислительную систему данных, обеспечивающую получение значений силы тока в каждом отдельном катоде или аноде, соединенную с устройством оповещения; дополнительно содержащей процессор, подходящий для сравнения измерения силы тока, предоставляемого вычислительной системой, с набором предопределенных критических значений для каждого анода и катода и для приведения в действие устройства оповещения тогда, когда результаты вычисленной силы тока не соответствуют указан- 2 029460

ному соответствующему предопределенному критическому значению для любого анода или катода.

Согласно еще одному аспекту изобретение относится к системе для непрерывного контроля над распределением тока в каждом электроде электролитических ячеек, как было описано выше, содержащей токосъемные шины, имеющие гнезда одного или нескольких удаляемых анодных и/или катодных электрических контактов, содержащей детекторы для обнаружения электрического потенциала, соединенные с токосъемными шинами посредством фиксирующих средств; вычислительную систему аналоговых или цифровых данных, обеспечивающую получение значений силы тока в каждом отдельном катоде или аноде, соединенную с дистанционно управляемым устройством для подъема отдельных электродов, необязательно снабженную одной или несколькими пружинами; дополнительно содержащей процессор, подходящий для сравнения измерения силы тока, предоставляемого вычислительной системой, с набором предопределенных критических значений для каждого анода и катода и для приведения в действие подъемного устройства тогда, когда результаты вычисленной силы тока не соответствуют указанному соответствующему предопределенному критическому значению для любого анода или катода, таким образом, отсоединяя отдельный не соответствующий анод или катод.

В соответствии с различными вариантами осуществления, фиксирующие средства детекторов к токосъемным шинам могут быть выбраны из болтового крепления и сварки; при этом детекторы могут содержать кабели или провода.

Изобретение также может быть применено на практике в случае, когда электролитические ячейки содержат электроды, которые введены с одной стороны и упираются в дополнительную шину на другой.

Указанная дополнительная шина, обычно называемая шиной компенсации, не зависит от анодов и от катодов.

Некоторые варианты осуществления шин согласно изобретению описаны далее со ссылкой на прилагаемые графические материалы, которые представлены всего лишь с целью изображения взаимного расположения различных элементов в конкретных вариантах осуществления изобретения; в частности, графические материалы не предназначены для воспроизведения в масштабе.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 и 2 показан трехмерный эскиз трех возможных вариантов осуществления изобретения, содержащий токосъемную шину, аноды, катоды, контактные зоны электрода/шины, точки обнаружения, связанные с контактами.

На фиг. 3 показана схема установки, содержащей 3 последовательно соединенные электролитические ячейки, при этом каждая ячейка содержит 5 анодов и 4 катода.

На фиг. 4 показана схема, содержащая шину компенсации.

На фиг. 5 показан вид спереди электрода при наличии электрического контакта с токосъемной шиной с соответствующей деталью (5а) и электрода при отсутствии электрического контакта с соответственной деталью (5Ь).

Подробное описание графических материалов

На фиг. 1 показана токосъемная шина с изменяющимся геометрическим профилем 0, аноды 1, зоны 2 электрического контакта электрода/шины, точки 3 обнаружения, связанные с электрическими контактами, катод 4.

На фиг. 2 показана токосъемная шина 0, аноды 1, зоны 2 электрического контакта электрода/шины, точки 3 обнаружения, связанные с электрическими контактами, катоды 4.

На фиг. 3 показана схема электролизной установки, содержащей 3 электролитические ячейки (ячейка 1, ячейка 2 и ячейка 3), соединенные в последовательном электрическом соединении, каждая из которых содержит 5 анодов (анод 1, анод 2, анод 3, анод 4 и анод 5), 4 катода (катод 1, катод 2, катод 3 и катод 4), анодную токосъемную шину (шина 1), катодную токосъемную шину (шина 4), две биполярные токосъемные шины (шина 2 и шина 3), стрелки, указывающие направление тока 6, точки потенциального обнаружения ¢21-25, к21-24, а31-35, к₃1-34).

На фиг. 4 показана схема ячейки, содержащей шину компенсации (балансовая шина новых анодов), стрелки, указывающие направление главного тока (I анода Υ), стрелки, указывающие направление тока компенсации (I балансового анода Υ).

На фиг. 5 показан вид спереди, содержащий шину 0, электрод 1, находящийся в электрическом контакте с ней, средства для отсоединения электрических контактов 7, а также деталь контактной зоны при наличии электрического контакта (5а) и деталь контактной зоны при отсутствии электрического контакта (5Ь).

Некоторые из наиболее значимых результатов, полученных изобретателями, представлены в следующем примере, который не предназначен для ограничения объема изобретения.

Пример.

Была собрана установка для электрохимического выделения меди в соответствии со схемой по фиг.

3. Три электролитических ячейки, каждая из которых содержит 5 анодов, изготовленных из титановой сетки, покрыты каталитическим слоем на основе оксида иридия и 4 медных катодов, были соединены в последовательном электрическом соединении посредством двух медных токосъемных шин с местами установки трапецеидальной формы для анодов и местом установки треугольной формы для катодов (см.

- 3 029460

фиг. 1). 36 кабелей затем были присоединены посредством болтового крепления к шинам в соответствии с 36 электрическими контактами, которые были образованы (два на электрод). В свою очередь, кабели затем были соединены с регистратором данных, который снабжен микропроцессором и запоминающим устройством данных, запрограммированным для приведения в действие соединенной с ним сигнализации тогда, когда было обнаружено несоответствие в 10% относительно заданных данных.

Способ, используемый для вычисления пропорционального распределения тока, в данном конкретном случае основан на модели, выраженной с помощью следующих заданных формул с током I относительно каждого анода и каждого катода ячейки 2:

I (анод 1) = Г(к₂1, а₂1)

I (анод 2) = 1”(к₂1, а₂₂) + Г(к₂₂, а₂₂)

I (анод 3) = Г’(к₂₂, а₂₃) + Г(к₂₃, а₂₃)

I (анод 4) = Г(к₂₃, а₂₄) + Г(к₂₄, а₂₄)

I (анод 5) = 1”(к₂₄, а₂₅)

I (катод 1) = Г(к₃1, а₃Д + 1”(к₃1, а₃₂)

I (катод 2) = Г(к₃₂, а₃₂) + 1”(к₃₂, а₃₃)

I (катод 3) = Г(к₃₃, а₃₃) + Г(к₃₃, а₃₄)

I (катод 4) = Г(к₃₄, а₃₄) + Г(к₃₄, а₃₅)

где I' и I" обозначают токи, проходящие через части токосъемных шин, находящиеся между каждой парой электрических контактов, соединяющих каждый катод и каждый анод.

Для типовой ячейки X затем применяют следующие закономерности:

I (анод Υ) = Г’[кх(у-1), а_Ху] + 1’(к_Ху, а_Ху)

I (катод Υ) = Г[к_(Х+1)у, а(_Х+1)у] + Г’[к(_Х+1)у, а(у₊1)₍у+1)]

В связи с однородностью материала и конфигурацией токосъемной шины значение сопротивления

К между двумя последовательными электрическими контактами шины одинаково.

Если принять разность потенциалов между двумя типовыми последовательными электрическими

контактами как V, то соответствующий ток равен 1/(КхУ).

Если 1_1о1 - полный ток и в ячейке есть N катодов и N+1 анодов, то для типовой ячейки применимо

следующее:

при Υ находящимся в диапазоне от 1 до N+1 или

Ιΐοΐ = ΣΙ (катоду)

при Υ, находящимся в диапазоне от 1 до N+1.

Для всех ячеек

при Υ, находящимся в диапазоне от 1 до N+1, так что в каждой ячейке

1/Н = 1_1о1 /{ХУ[к_Х(¥._1)у а_Ху] + У(к_Х¥, а_Х¥)}

при Υ, находящимся в диапазоне от 1 до N+1.

Одинаковое вычисление 1/К может быть осуществлено, исходя из токов катода в одной ячейке.

Такая операция осуществляется для всех токосъемных шин.

В частности, для одного анода и одного катода типовой ячейки X применимо следующее:

I (анод Υ) = 1/К х {У[(к_Х(у.₁)_! а_ху)] + У(к_Х¥, а_ху)}

I (катод Υ) = 1/К х {У[к(_Х+1)_¥, а_(Х+1)у] + У[к(_Х+1)у, а₍у₊1)(у₊1)]}

Специалист в данной области техники может использовать другие модели, такие как в случае, когда шины компенсации имеются в наличии.

В таком случае со ссылкой на фиг. 4, если I (балансовый анод Υ) представляет собой ток, получаемый анодами шины компенсации, с анодами, упирающимися в противоположную сторону, а Ъ_х представляют собой контактные точки между шиной компенсации и анодами, при этом применимо следующее:

- 4 029460

1(балансовый анод Υ)- Ι[6χ(γ₊η, Ηχγ] - Ι[6χγ. 6χ(γ_η]

Указывая, что К_ь - сопротивление части шины компенсации, размещенной между двумя смежными электрическими контактами, получают следующую закономерность:

1(балансовый анод Υ)= 1/Кь*{У[Ьх_(¥+1), Ь_Х¥] - У[Ь_Х¥. Ъ_Х(¥_1)]}, и полный ток на аноды составит

1(полный ток анода Υ)= 1(анод Υ) + 1(балансовый анод Υ).

Предыдущее описание не предназначено для ограничения изобретения, что может быть использовано в соответствии с различными вариантами осуществления, не выходя за их пределы, и чей объем определен лишь прилагаемой формулой изобретения.

По всему описанию и формуле изобретения настоящей заявки термин "содержать" и его варианты, такие как "содержащий" и "содержит", не предназначены для исключения других элементов, компонентов или дополнительных этапов способа.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Токосъемная шина для ячеек электрохимических установок, содержащая

продолговатый основной корпус, имеющий однородное удельное электрическое сопротивление, при этом упомянутый корпус содержит гнезда для одного или более съемных или несъемных анодных и/или катодных электрических контактов, при этом упомянутые гнезда равномерно разнесены;

зонды для обнаружения электрического потенциала, каждый из которых соединен средствами крепления с упомянутой токосъемной шиной вблизи соответствующего гнезда.
2. Токосъемная шина по п.1, в которой упомянутые гнезда для одного или более съемных или несъемных анодных и катодных электрических контактов расположены поочередно в продольном направлении и равномерно разнесены.
3. Токосъемная шина по п.1, в которой упомянутые гнезда для одного или более съемных или несъемных анодных и катодных электрических контактов равномерно разнесены в продольном направлении и расположены на противоположных сторонах по ширине шины.
4. Электрохимическая установка, содержащая множество электролизных ячеек, взаимно соединенных электрически последовательно посредством токосъемных шин по любому из пп. 1, 2 или 3.
5. Установка по п.4, в которой упомянутое множество ячеек соединено электрически последовательно

с анодной конечной ячейкой, подключенной к положительному полюсу выпрямителя посредством токосъемной шины, имеющей гнезда для одного или более анодных электрических контактов; и

с катодной конечной ячейкой, подключенной к отрицательному полюсу выпрямителя посредством токосъемной шины, имеющей гнезда для одного или более катодных электрических контактов;

при этом упомянутые токосъемные шины имеют зонды для обнаружения электрического потенциала, каждый из которых соединен средствами крепления с упомянутой токосъемной шиной вблизи соответствующего гнезда.
6. Токосъемная шина по любому из пп.1, 2 или 3, в которой упомянутые средства крепления выбраны из болтового крепления и сварки.
7. Токосъемная шина по любому из пп.1, 2 или 3, в которой упомянутые зонды для обнаружения электрического потенциала представляют собой кабели или провода.
8. Система для непрерывного контроля за распределением тока в каждом электроде электролитических ячеек электрохимических установок, содержащая

токосъемные шины по любому из пп.1-3, 6 и 7;

аналоговое или цифровое вычислительное средство для измерения значений силы тока в каждом отдельном электроде, исходя из значений электрического потенциала, обнаруженных упомянутыми зондами;

устройство оповещения, соединенное с каждым электродом;

процессор, подходящий для сравнения результата измерения силы тока, выдаваемого упомянутым вычислительным средством, с набором заранее заданных критических значений для каждого электрода;

средство для приведения в действие упомянутого устройства оповещения каждый раз, когда упомянутые результаты силы тока не соответствуют упомянутому соответствующему заранее заданному критическому значению для любого электрода.
9. Система для непрерывного контроля за распределением тока в каждом электроде электролитических ячеек электрохимических установок по п.8, содержащая

устройство оповещения, соединенное со всеми электродами;

средство для приведения в действие упомянутого устройства оповещения каждый раз, когда упомянутые результаты силы тока не соответствуют упомянутому соответствующему заранее заданному критическому значению для любого электрода.
10. Система для непрерывного контроля за распределением тока в каждом электроде электролити- 5 029460

ческих ячеек электрохимических установок по п.8 или 9, содержащая устройства для подъема отдельных электродов;

средство для приведения в действие упомянутых устройств для подъема каждый раз, когда упомянутые результаты силы тока не соответствуют упомянутому соответствующему заранее заданному критическому значению для любого отдельного электрода.
11. Система для непрерывного контроля за распределением тока в каждом электроде электролитических ячеек электрохимических установок по п.10, в которой упомянутые подъемные устройства содержат по меньшей мере одну пружину.

- 6 029460