用于监测在互连的电解池中的电流分布的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于监测在电冶金应用的电解池中的电流分布的系统。
【背景技术】
[0002]供给到电化学装置的电解池(特别是金属电解制取装置或者金属电解精炼装置的电解池)的电流可能以非常多样的方式分布在安装在所述电解池中的电极中，其对生产具有负面的影响。这样的现象可能因为几个原因而发生。例如，在金属电解制取装置或者金属电解精炼装置的具体情况下，负极性的电极(阴极)频繁地从其座移开以允许采收沉积在其上的产品，之后为随后的生产周期放回其原来的位置。这样的频繁操作，一般对非常大数量的阴极执行，经常导致在各自的电流收集母线条上的不完美的复位，造成不够理想的电接触，其也可能是由于座的污垢的原因。产品沉积可能以不规则的方式额外地发生在电极表面，产品质量梯度的形成改变阴极的表面轮廓。这不论何时发生，发生电不平衡的状态，所述电不平衡的状态由沿着整个表面的不再恒定的阳极到阴极的间隙造成:电阻抗(其为每对阳极和阴极之间的距离的函数)变成可变的，使不规则的电力分布问题更严重。
[0003]电流可能因此以不同的程度分配到每个电极，既由于电极本身和电流收集母线条之间的糟糕的电接触，也因为阴极的表面轮廓的改变。而且，即使简单的阳极的磨损也可能影响电流分布。
[0004]这些电流的分配上的不均匀可能导致阳极到阴极的短路。在这种情况下，电流倾向于集中在短路区域，对对面的阳极造成严重伤害。另外，短路电路带来在受影响的阴极上的电流的集中，减小到达剩余的阴极的电流并且严重地妨碍生产，其不能继续直到短路的阴极被断开。
[0005]除了提到的产生质量和生产能力的损失以外，不平均的电流分布还将威胁到现有技术的阳极的完整性和寿命，所述阳极开始从钛网格获得。
[0006]在工业装置中，给定了存在大数量的电解池和电极，检测电流的分配上的不规则性的工作是非常复杂的。这样的测量实际上包括数以千计次的手动测量，由操作员经由红外检测器或者磁性检测器来执行。在金属电解制取的装置或者金属电解精炼的装置的特殊情况下，这些检测由操作员在高温环境和存在酸雾的条件下来做，所述酸雾主要由硫酸构成。
[0007]而且，由操作员使用的传统的手动设备(诸如高斯计或者具有红外传感器的仪器)只允许追查大的电流分布的不平衡，因为它们实际检测由磁场或者温度变化产生的非直接的不平衡，而磁场或者温度变化又是本地电流强度的函数。
[0008]存在已知的用于无线监测电解池的系统，所述系统尽管是常设的并且连续地运作，也仅对每个电解池的电压和温度的变化进行检测而不是对每一个电极。如上文所述，这样的信息是几乎不准确的并且全局上是不充足的。另外，现在存在发展的项目，目标在于通过依赖霍尔效应(Hall effect)的固定的电流传感器连续检测供给到工业阴极的电流:这些传感器是有源组件，需要大型的外部电源，诸如大的电池组。
[0009]基于电磁传感器的系统也是已知的，尽管它们不提供足够的测量的准确度。
[0010]总之，这些手动的或者半手动的系统具有不适合连续操作的劣势，只允许偶尔的检查；而且，它们具有只能够揭示大幅度的电流变化的劣势，另外还非常昂贵。
[0011]出于这些原因，工业需要技术上和经济上可行的系统，用于常设地并且连续地监测安装在电解制取装置或者电解精炼装置的电解池中的所有电极中的电流分布。
【发明内容】
[0012]本发明通过报警系统报告一个或多个具体电极的故障，允许连续地监测电化学装置(例如金属电解制取装置或者金属电解精炼装置)中的数以千计的电极的电流分布，而不使用从外部供电的组件并且不需要操作员的出现来在不健康的环境中执行手动测量。
[0013]不存在有源电子组件(诸如红外传感器或者磁性传感器)允许更廉价的并且几乎不需要维护的系统。
[0014]本发明的各种方面在所附的权利要求中被陈述。
[0015]在一个方面下，本发明涉及用于连续监测电解器的阴极和阳极中的电流分布的设备，所述电解器包括至少两个相邻的电解池，每个包含多个阴极和阳极，所述设备包括至少一个由均匀导电性的延长的主体构成的池内的电流收集母线条，所述主体包括适合支撑阴极和/或阳极并且建立与其的电接触的外壳，所述外壳平均地间隔开，所述池内的电流收集母线条邻接至少一个由绝缘材料制成的基部元件，所述至少一个基部元件装配了集成的探针，用于检测电压并且用于建立与所述池内的电流收集母线条的外壳对应的电接触。
[0016]术语“外壳”此处用于表示容纳并且支撑阳极和阴极的适合的座(seat)，同样支持电极和母线条之间的优化的电接触。
[0017]通过为电流收集母线条选择在各个方向传导性都恒定的适合的材料、选择设置在母线条上的电极外壳的界定良好的几何结构以及选择母线条和电极之间的适合的电接触，到电极的电流分配可以与电势差值直接对应地来进行，所述电势差值可以在电流收集母线条上被测量。
[0018]在另一方面下，本发明涉及用于连续监测电解器的阴极和阳极中的电流分布的设备，所述电解器包括至少两个相邻的电解池，每个包含多个阴极和阳极，所述设备包括辅助的阴极母线条、辅助的阳极母线条和布置在其间的至少一个池内的电流收集母线条，所述辅助的母线条和池内的母线条由均匀传导性的延长的主体构成，由均匀传导性的延长的主体构成的所述池内的电流收集母线条包括用于支撑所述阴极和/或阳极并且建立与其的电接触的外壳，所述辅助的母线条和池内的母线条邻接至少一个由绝缘材料制成的基部元件，所述基部元件包含集成的探针，用于检测电压并且用于建立与所述池内的电流收集母线条的外壳对应的电接触，且用于检测电压并且用于建立在每个辅助的母线条上平均地间隔开的电接触。
[0019]所述辅助的母线条具有吸收电流的功能，其将在电极故障后被中断。有益地，此特征允许在电极故障的情况下不停止装置，并且允许通过测量辅助的母线条上的电压获得更准确的定量的对故障的评估。
[0020]在一个实施例中，基部元件的绝缘材料是纤维增强塑料(FRP)。
[0021]基部元件可以由单块构成或者由多个单独的部件组成，每个电流收集母线条(包括辅助的母线条)对应一个部件。
[0022]电流收集母线条可以具有不同的形状，使得外壳可以沿着所述条的长度被等距地放置；在另一个实施例中，更宽的母线条可以设置有沿着其长度交替地放置于相对侧的外壳。
[0023]在一个实施例中，用于检测电压和建立电接触的探针是缆线或导线。
[0024]为了确保更有效的接触，与电接触区域对应，探针可以装配有可缩回的尖，以补偿电流收集母线条或者绝缘的基部元件的任何变形。
[0025]在另一个实施例中，适合检测电压和建立电接触的探针装配有可缩回的尖，所述可缩回的尖与所述电接触对应。
[0026]即使检测探针集成在绝缘的基部元件中，基部元件本身已经设置一些保护，考虑到腐蚀性酸雾环境和接近接触点的酸性溶液，额外的绝缘保护是优选的。
[0027]在一个实施例中，基部元件包括衬以塑料纤维的弹簧或者由橡胶材料制成的封盖，与可缩回的尖对应以保护它们对抗侵犯性的环境。
[0028]在另一个方面下，本发明涉及电解器，其包括用于金属电沉积的多个电解池，所述多个电解池通过如上所述的设备以电串联的方式相互连接。
[0029]在一个实施例中，本发明涉及电解器，其中多个电解池以电串联的方式连接，在一端具有终端电解池，其阳极通过装配有用于阳极电接触的外壳的电流收集母线条连接到直流电源的正极；而在另一端具有终端电解池，其阴极通过装配有用于阴极电接触的外壳的电流收集母线条连接到所述直流电源的负极，而所述电流收集母线条邻接在由绝缘材料制成的基部元件上，包含用于检测电压和建立电接触的集成的探针。
[0030]在另一个方面下，本发明涉及用于连续地监测电解器中的阴极和阳极中的电流分布的系统，所述电解器包括用于金