CN104769164A - 用于电解车间的改进的电流感测和管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电流管理(ECM)系统和方法。所述电流管理系统包括：至少一个电解槽，具有与电解介质接触的至少两个电极；多个传感器装置，用于测量通过一个或更多个电极的电流，所述传感器装置被定位在至少一个ECM条内部，所述至少一个ECM条被安装在一个或更多个工作电解槽中；支承装置，用于支承每个槽中的至少一个ECM条；其中，所述支承装置适于避免中断正常电极移动和对ECM条的损坏。本发明引入用于使几种类型的变量(例如磁场干扰、槽几何形状和接触配置)对电流测量的影响最小化的改进，以便提供通过每个电极的电流的可靠近似。本发明可以应用于构成电解沉积槽或电解精炼槽或者其它电解槽的每个阴极或阳极的实时监测。

Description

用于电解车间的改进的电流感测和管理系统

技术领域

本发明涉及冶金系统(特别是电冶金系统)以及电解槽和/或电解室运行状况的改进。

本发明能够被具体地应用于实时监测构成金属电解沉积槽或电解精炼槽或具有平行电极的其它电解槽的每个阴极或阳极。

背景技术

诸如对铜的提取工艺的金属提取工艺通常包括电解沉积或电解精炼回收步骤。关于这些步骤，其提供了实时监测每个金属板的性能以便实现电解车间的最佳性能的优点。

在电解工艺中，在由于物理缺陷而导致表面上金属生长不均匀的情况下如果电极未被布置成对准，则可能发生短路，这可能是如下操作问题的结果：诸如杂质、高于可接受的阴极电流、电解质中的微粒、损坏的电极或电解沉积物剥离然后接触邻近电极，以及其它问题。在阳极或阴极与其电流源之间存在不良电接触的情况下，还可能发生低电流情形，从而导致系统效率降低。这两种情况均可能导致低质量的产品，或者如铜电解精炼的情况一样不能达到期望的纯度，其中，这些情况还可能导致电流和电源效率降低，这可能降低车间产量及增加成本。在该背景下，控制通过每个电解单元的电极的电流对于改进使用上述过程的系统的工艺、产品和效率很重要。

在专利CL 44,909(J.Garcés Baron)中描述了监测每个电解单元的问题。在该专利中，描述了通过构成电极组的每个阴极的电流的监测系统，这样的监测系统包括连接至通信装置的多个接近电流传感器，以及其中，这样的通信装置与具有图形用户接口装置的处理和控制单元通信。这样的接近传感器通过测量由穿过电极的穿过电流所生成的磁通密度的强度来测量该穿过电流。

专利US 7,445,696(Eugene You等人)还描述了用于电解沉积槽和电解精炼槽的电流感测系统所基于的基本原理，并且描述了用于补偿相邻电极所生成的磁场的理论方法。该专利没有描述构造传感器条的基本实用方面，包括对条进行密封的装置、避免电噪声的装置、考虑实际校准的装置、对安装在很多槽系统内部的传感器条的几何形状进行限制的装置以及在槽中支承这样的条的装置。具体地，由于在电极被下降至槽中时，电极易于撞击传感器系统，导致传感器系统损坏并且妨碍有效地将电极装载入槽中，因而现有技术的电流感测系统的存在可能导致难以在槽中移除/替换电极。专利CL 44,909和US 7,445,696都没有解决由于存在传感器系统或用于保持传感器的一体性的装置而导致电极在槽中的移动受阻的问题。用于承载阴极和阳极的吊钩和加强背电极钩本身可能设置用于损坏传感器系统的装置。US 7,445,969还描述了用于克服来自相邻电极的干扰的方法。由于在实践中很少发生“理想的”理论情形，因而这样的系统不产生对于通过电极的电流的可靠测量。因此，基于理论计算的现有技术方法不迎合附加磁场贡献。另外，现有技术中提出的解决方案没有考虑测量的外部影响，诸如对磁场的运行状况和所测量的电流两者均产生影响的温度。

另外，电解沉积槽和电解精炼槽内的环境非常恶劣。这包括具有通常高酸度电解质、存在于电解质上方的空气空间中的酸性雾滴和可能的卤素的化学环境。与此一样严重的是，具有移除和替换电极的频繁工艺的物理环境提供了很多损坏传感器以及传感器阻碍电极移动的机会。现有技术中描述的版本对于所述环境不鲁棒，这将导致频繁的故障。

槽电解质上方的潮湿的和化学腐蚀性的环境需要传感器必需完全被密封在壳体内部。作为附加的限制，在很多槽系统中，由于具有圆形剖面的条的剖面厚度阻碍电极被下降至槽中时电极的路径以及在电极吊钩可以被下降到电极的头部条下方以通过头部条来提起电极时阻碍电极吊钩的路径，所以这样的条将不适于在电极头部条下方。因此，期望非圆形剖面，因为其更实用并且允许传感器更靠近头部条放置以提高传感器读数的准确度。现有技术未提到这个问题。

因而，不存在用于以适合于该申请的方式对非圆形剖面管的非圆形部分进行密封的明确定义的现有技术。本领域中可用的已知的标准方法(诸如法兰和螺纹端盖)对于非圆形剖面是几何学上禁止的。由于可能存在于非圆形剖面管的拐角中的极小半径弯曲(tight radius bends)，所以诸如O形圈的内部密封方法是不实际的。申请人尝试了在管的端部粘合环氧树脂以及接合插头，但由于被理解为接合材料与管壳体之间的热膨胀差异失败了。

关于电解车间内的操作，电解沉积车间或电解精炼车间中的收获周期(也称为脱膜周期)的管理通常采用书写的或计算机驱动的日程安排来识别此时需要收获哪些槽。这样的系统必然依赖于纸件的或人工输入的何时应该收获槽的计算机记录。期望的是，知道特定槽的精确沉积时段以使得能够准确确定电流效率，这需要定制的软件系统和操作者的严格记录以确保数据是正确的。能够及时知道电解室中的电流设置何时改变并且根据过去的安培小时来调整沉积时间也是有价值的，但是这需要对每个槽进行额外的计算。另外，在出现人为误差使得未正确记录数据并且未在可接受的时间段范围内收获槽的情况下，则可能导致阴极重量不协调、形态差、短路、阳极损坏和电流效率降低。

在车间具有全自动起重机的情况下，这些起重机能够记录收获槽的精确时间，但是这样的系统昂贵并且大多数电解室不具有这些起重机。

因此，本申请中描述的发明旨在通过提供可靠的电流测量来克服现有技术的一个或更多个上述问题，通过硬件可靠的解决方案来提供该可靠的电流测量，使得能够优化与其相关的工艺。

发明内容

本发明涉及冶金系统(特别是电冶金系统)的改进，涉及通过改进所述系统的功能、适应性、控制和人机接口中的一个或更多个来增强电解槽和/或电解室的运行情况，其中，电流管理(即，其测量和控制)是关键因素。

本发明涉及电流管理(ECM)系统，包括：至少一个电解槽，具有与电解介质接触的至少两个电极；多个传感器装置，用于测量通过一个或更多个电极的电流，所述传感器装置被定位在安装在一个或更多个工作电解槽中的至少一个ECM条内部；支承装置，用于支承每个槽中的至少一个ECM条；其中，支承装置适用于避免中断正常电极移动和损坏ECM条。

因此，本发明涉及用于改进对于通过构成电解槽的多个单个阴极或阳极中的每一个的电流的实时监测的系统。在这个背景下，本发明还引入了对测量通过电解槽内的电极或多个电极的电流的不同电流管理系统的改进。所述改进包括以下装置：该装置用于使几种类型的变量(例如磁场干扰、槽几何形状和接触配置)对电流测量的影响最小化，以便提供对通过每个电极的电流的可靠近似。因而，上面提到的改进涉及使设备功能、适应性和控制最大化，提供冶金系统的全面增强，其中，重要的是，提供通过电极的电流的可靠管理。因此，本发明可以具体地被应用于构成电解沉积槽或电解精炼槽或具有平行电极的其它电解槽的每个阴极或阳极的实时监测。

如上面所指出的，本发明具体涉及改进其中电流管理(ECM)是关键因素的系统。在这个背景下，本发明使得能够提供用于实时测量电流的可靠和最佳的系统和/或提供对现有测量设备的改进。这说明了本发明的适应性，提供了能够广泛适用于可能正在使用、研制/制造中和/或尚未设计的不同系统和设备的解决方案。

考虑上述，本发明的系统包括多个电流传感器装置，其优选地对应于霍尔效应传感器。这样的传感器被定位在传感器条或电极电流管理条中，传感器条或电极电流管理条可以包含用于处理和改进电流测量的装置，特别是用于使背景磁场对电流测量的影响最小化的装置。此外，在一个实施方式中，这样的传感器还与中央单元进行数据通信，中央单元优选地对应于至少一个预处理单元，其中，这样的预处理单元与头部控制器单元进行数据通信，而头部控制器单元又与包括用户接口的中央服务器单元进行数据通信。所述单元和用于对数据进行处理，控制和可视化的任何其它类型的设备分别被称作中央单元和显示设备。

本发明还描述了以下方法：通过在传感器的任一侧上使用铁磁设备来引导磁通量以便将磁场的影响定位和集中在传感器装置上方，使得能够更准确地测量和管理电解槽内的每个电极(阴极或阳极)的电流。

本发明还描述了用于使用包括背板、垫片、端帽和紧固装置的端部密封布置来密封中空条的方法，一旦被组装，该布置通过从端帽穿过垫片和端帽的紧固件的拉紧来压缩端帽与背板之间的弹性密封件(垫片)。

优选地，端帽可以具有用于这些紧固件、螺母或其它紧固装置的螺纹孔。

本发明还描述了具有用于检测金属收获周期以便提高电解室管理的装置的ECM系统。因为每个电解室中的收获遵循电极位置提升的特定模式，所以收获周期可以通过模式识别来确定。因为系统测量每个电极的电流，所以其可以检测同时被提升的电极的位置并且可以将其与针对电解室预编程的模式进行比较。

优选地，ECM系统包括一个或更多个传感器的特定布置，以提供对电极未对准的自动检测以及对电流流动的计算的相应调整。

优选地，ECM系统被配置成使用双触点系统工作，其中，包括至少一个平衡条以改进沿着槽的长度的电流分布。

优选地，ECM系统监测每个单独槽的槽电压。

优选地，ECM系统包括用于预测接触不良和/或短路状况的监测系统。

优选地，ECM系统根据实时槽状况自动调整电流阈值，以防止短路和接触不良的错误指示。

更优选地，ECM系统包括用于根据例如短路的阶段和严重程度使短路和接触不良的维护和修复优先的装置。

优选地，ECM条的支承装置包括保护装置，该保护装置可以是偏转器。

偏转器提供用于防止由于电极移除/替换导致损坏ECM条以及将电极引导成正确对准的双重目的。

可替代地，ECM条的支承装置的形式为被定位在电解槽的顶部上的铰接支承装置。

铰接支承装置使得ECM条能够在收获或替换槽中的电极时被旋转出电极的路径。在一个实施方式中，铰接系统将所述条旋转至电解槽的ICCB上方并且将其定位在相邻槽中的头部条附近用于测量相邻槽。

更优选地，铰接支承装置能够被附接至任何现有槽零件，包括槽附属物、槽壁或槽间接触条(ICCB)。

优选地，ECM条的支承装置适于对现有槽进行改造。可替代地，支承装置的形式为槽附属物的永久固定装置。

可替代地，ECM条的支承装置可以被附接至置于槽的顶部的阴极通风罩或可以被附接附接至该罩的一侧的折板。在这个实施方式中，当要收获槽时，可以从通过通风罩从槽中取出一个或多个ECM条。

优选地，ECM系统包括用于将来自ECM条的信息中继至中央服务器的控制器。

更优选地，每个控制器可以与一个或更多个ECM条通信。

优选地，ECM系统包括用于监测其它参数的另外的传感器，所述参数包括但不限于pH、电解介质浓度和温度。

优选地，ECM系统相对于所监测的各种参数计算整体槽性能。

优选地，ECM条由任意一种或更多种金属或非金属材料形成。在ECM条由金属材料形成的情况下，ECM条优选地还包括绝缘材料的涂层。绝缘材料用于使得当安装条时安全运输槽中的条并且还安全防止不希望的电短路。

优选地，ECM系统包括电极跟踪系统。

跟踪系统帮助操作者通过收获工艺、质量评估和称重以及电流效率确定来跟踪在来自槽的某个电极上生长的金属的性能以使得能够识别槽中的特定阴极种板、槽和阴极位置的一致问题。更优选地，电极跟踪系统包括但不限于射频识别(RFID)标签。

优选地，跟踪系统还包括可视状态识别。除了电子状态之外，可以采用可视状态识别以使得车间中的操作者能够通过LED的颜色立即确定电极的状态(正常、高电流、低电流)。

优选地，ECM系统包括节能特征，其中，在相继传感器读数之间的时间间隔期间，电子电路的一部分可以被禁用或被配置在任何时间仅允许在整个条内的一个传感器在全功率模式下操作的低功率模式以降低峰值功率需求和平均功率需求。

优选地，ECM系统包括警报系统。优选地，当检测到操作问题时自动生成警报系统。

附图说明

参考附图，根据仅以示例的方式给出的本发明的优选实施方式的以下详细描述，将更好地理解本发明的其它方面，在附图中：

图1描绘了根据本发明的实施方式的包括主要设备的电解槽的示意性表示；

图2描绘了示出根据本发明的实施方式的ECM条的电解槽的示意图；

图3描绘了根据本发明的实施方式的利用偏转器设备保护的ECM条的示意性透视图；

图4描绘了根据图3的偏转器设备的示意性截面图；

图5描绘了根据本发明的实施方式的ECM条的一端处的端部密封布置的分解图；

图6描绘了根据本发明的实施方式的被安装在两个相邻电解槽的顶部上的旋转ECM条的示意性透视图；

图7描绘了ECM条支承装置的第一实施方式的示意图；

图8描绘了详细绘出根据图7的支承装置的示意性截面图；

图9描绘了详细绘出ECM条支承装置的第二实施方式的示意性截面图；

图10描绘了详细绘出ECM条支承装置的第三实施方式的示意图；

图11描绘了本发明的公开了被施加在阴极或阳极头部条上方的引导设备(channelling device)或电极电流测量系统的实施方式的示意图；

图12描绘了本发明的公开了被施加在阴极或阳极头部条上方及在阳极或阴极叶片上方的引导设备或电极电流测量设备的实施方式的示意图，其中，格栅表示用于计算模拟的网格；以及

图13描绘了根据本发明的实施方式的具有引导设备或电极电流测量设备的阴极或阳极组的示意图，其中，格栅表示用于计算模拟的网格。

具体实施方式

如图1所示，本发明的实施方式包括电解槽(1)，包括相对于彼此以交替的方式布置在电解介质内的多个阴极(4)和多个阳极(3)。在本发明的情况下，阴极(4)和阳极(3)与被布置成彼此平行的板相对应。在每个板的附近，优选地，在每个阴极板的附近，将传感器装置(5)布置在传感器条(2)或ECM条上。作为本发明的ECM系统的一部分的这种传感器条被定位在从(向)阴极(或阳极)板输出(或输入)的电流条附近。这种传感器条和这种传感器装置不需要与电极直接接触。另外，ECM条(2)可以被定位在电解槽(1)的很多位置中的一个位置处，诸如槽壁内、槽内(如图2至图10所示)、槽顶部附属物/绝缘体内、附接至电极或其它。传感器条的几何形状(特别是其壳体)可以采用不同的形状，包括近似为槽的长度的矩形中空部(RHS)、管道或其它。在本发明的实施方式中，如图6至图10所示，利用如下可能的支承装置之一可以将传感器条定位在的槽内：

·使用凭借不锈钢或塑料扎线带附接至条的钩，不锈钢或塑料扎线带附接在槽壁的顶部上方槽间(intercell)汇流条、槽间盖板或槽间附属物下方。这些钩可以被粘合在合适位置以阻止它们移动。这可以包括解除盖板或槽附属物以使得钩能够从下方通过。

·使用被粘合至槽的内表面的专门形成的支架，这些支架使得传感器壳体能够被移除/替换而不替换支承支架。这些支架还可以被螺栓固定至槽壁或槽盖板或槽顶部绝缘体块或槽顶部装备的其它部件。

·钩或支架可以由不锈钢、塑料、铝或其它适合的材料制成。

·电解槽可以被替换或制造成具有支承装置(诸如，专用壁架、开槽或提供内置支承和定位零件支撑物的新电解槽。该设计通过消除在将电极、吊勾或其它机械装置放置在槽中或将其从槽中移除时ECM条被电极、吊勾或其它机械装置直接撞击的可能性来克服现有技术认定的问题。

·这些布置由于以下设计而比现有技术有利：

·通过附接至槽使得能够减小被支承所需要的撞击负载；

·帮助操作者将电极定位在槽中；

·使得条能够被定位成更靠近电极头部条，以提高系统的精确度；

·能够以槽/操作的最少停机时间安装。

已经设计了所识别出的固定方法的所有实施方式，以避免损坏位于ECM条内的感测设备。

支承支架已经被设计成允许ECM条永久固定至电解槽。该设计提供足以支撑与电极移进槽和移出槽相关联的机械撞击的物理强度，同时保持窄的剖面以避免限制电极的布置/移除。设计支承支架的关键是用于保持条中的传感器与预定的电极位置之间的对准的装置。这利用支承支架与ECM条之间的摩擦连接来实现。在一些实施方式中，这还包括偏转器的配件，其用于保护所述条免受物理损坏同时帮助操作者定位电极。

如图1所示，在优选实施方式中，传感器装置(5)与预处理单元(6)连接，以提高信号的质量并且便于其读取和解释系统的下面的单元，优选地，这样的预处理单元(6)是微处理器单元。因而，每个独立的传感器单元(其包括一个或更多个传感器装置(5)和预处理器单元(6))能够与中央服务器单元直接通信。然而，优选的是，在一个传感器条内具有独立的传感器，该传感器条将数据传送至该传感器条中的单个头部控制器单元。然后，头部控制器单元(7)可以将整个条的数据传送至中央服务器单元(9)。如果与中央服务器单元(9)进行的通信是无线的(例如WiFi)，则这会将相对昂贵的无线接口的数量减少约60倍。为了成本利益，还可以将传感器电路的可共享的其它部分(诸如稳压器)定位在头部控制器单元(7)中。最后，在本发明的优选实施方式中，有用的是，在槽壳体中具有可以在其处监测所有电极电流的一个或更多个位置。这有助于操作者立即看到哪个槽中的哪个电极可能具有低电流或高电流，并且因此能够快速调整该状况。信息可以从各个槽(通常从头部控制器单元，但不一定从头部控制器单元，也可以从每个传感器)发送至显示该信息的中央计算设备。

如果信息被中央计算设备接收以用来显示，则它还可以被存储以进行进一步的后续分析。该分析可以提供历史趋势信息，该历史趋势信息可以帮助操作者识别降低整体制造质量的变化的来源。通过检测槽沉积周期何时开始(通过检测在收获时间去除电极的三分之一)，还可以帮助操作者识别给定的电极(并且从而槽)何时传递了足够的电荷(安培小时)以准备好进行收获。该系统可以保持示出槽应该被收获的优先顺序的表。该系统还可以告知自清洁槽起经过了多长时间，并且从而提供对于清洁槽的时间和顺序的建议。因此，本发明的系统不仅处理电流管理，而且还提高了涉及电解系统的不同的操作方面。

关于该系统的主要部件，每个传感器装置(5)与对应的预处理单元(6)进行数据通信，预处理单元(6)继而与位于每个传感器条(2)中的、其信号被头部控制器单元(7)接收的通信信道(诸如传感器数据总线(13))进行数据通信。上述数据通信可以通过包括光纤、缆线或总线的很多不同装置来实现。另外，来自每个头部控制器单元(7)的信号被可以为主数据总线(8)的通信信道来接收，主数据总线(8)与中央服务器单元(9)进行数据通信。该头部控制器单元(7)的主要功能是控制中央服务器单元(9)与每个预处理单元(6)之间的通信。在这个背景下，可以通过很多不同的方式来实现从装置(即在传感器(5)与头部控制器单元(7)之间)至中央服务器单元(9)的通信，所述方式或者为无线的(可以包括WIFI、蓝牙)或者在LAN的情况下为许可的频谱和硬线连接。用于数据通信的上述布置是优选的实施方式，对于本发明的其它实施方式而言，可以利用所述部件的任意组合。在这个意义上，可以存在各种总线、星形、环形、网状或可以使用的其它通信拓扑结构，以及各种处理方法和装备。因而，本领域的技术人员将认识到，对于计算元件的集中或分布存在很多选择，并且通信可以是模拟的或数字的、未加工的或经编码的。具体地，任何已知或未知的通信和处理装置均可应用于本发明。为此，将预处理单元(6)、头部控制器单元(7)和中央服务器单元(9)统称为使用任意可用的通信方式彼此交互的中央单元。

传感器装置(5)包括电流传感器和用于测量电解槽内的工艺和电极的运行状况的任何其它类型的传感器。优选地，电流传感器是被称为霍尔效应传感器的磁传感器或在电解槽(1)的操作范围内具有可校准的响应的任何其它传感器。在本发明的一个实施方式中，可以包括其它类型的传感器装置，以监测每个独立槽的电解质温度、酸浓度、pH值、离子浓度和电导率以及其它属性的状况。尽管ECM条(2)可以不与电解质接触，但其可以具有延伸到电解质中以进行这样的测量的探头。这些探头可以具有适当的机械支承和保护机构以便改进传感器响应。在本发明的另一个实施方式中，传感器条能够测量槽电压并且可能使用连接在相邻汇流条之间的导线报告槽电压。

另外，为了得到保护，可以将传感器装置(5)、优选地预处理单元(6)以及本发明的任何其它需要的电子装备封装在耐腐蚀材料的壳体中。该封装是上述传感器条或ECM条(2)的一部分。在这个背景下，本发明的特征在于其对与酸性电解质和酸性雾相关联的损坏的适应力。为了实现该特征，将电子部件容纳在不锈钢、铝、FRP(纤维增强塑料)或其它密封耐腐蚀材料壳体内。在优选实施方式中，壳体的一端被焊死，而在壳体的另一端处将模制PVC部件粘合在壳体上。该PVC部件是无线通信定位的位置(无线通信不能穿过金属壳体发送)。当使用金属壳体时，可以通过可形成在条的整个长度上(例如，使用电热收缩)的非导电保护套筒保护该金属壳体。这对于电极电流测量装置提供了一些腐蚀防护以及电气绝缘以阻止在槽内或安装(安全)期间偶然形成的短路。在替选实施方式中，无线通信装备可以位于壳体的外部。

在这个背景下，本发明的其它实施方式包括磁引导设备，其将期望的磁通量定向并集中在期望的传感器装置上，使得能够降低测量干扰，从而得到更准确的数据，因为其增大了信号噪声比。

存在用于引导磁通量的引导设备的多种可能的布置。在这个背景下，可以将两片铁素体材料、涂料或与定向并集中磁通量有关的任何其它类型的材料施加在霍尔效应传感器的任一侧或一侧上。如图11所示，该布置的替选布置包括铁素体(或类似)环或马蹄铁(19)材料，其对阴极头部条(20)的四侧中的三侧进行封装以将磁场定向和集中至马蹄铁(19)的开口侧下方的传感器。在这个意义上，图12示出了其中铁素体设备(22)用于将磁场引导至电极叶片(21)上的引导设备的实施方式。另外，图12和图13示出了表示用于模拟引导设备的运行状况的网格的格栅(23)，其中，图13示出了表示使用所述设备的多个电极的多个头部条。如上所述，通过在每个阴极处设置这些设备，可以显著减小与由相邻阴极产生的磁通相关联的噪声，因为其阻止了磁通延伸到铁素体材料以外。在优选实施方式中，将头部条周围的铁素体环或马蹄铁型环封装在诸如PVC(聚氯乙烯)的耐腐蚀材料中。

因此，在壳体内需要以正确的间距放置所有的传感器(5)以与电解槽(1)内的电极的间距相对应。在优选实施方式中，通过使用突出的PVC“承载件”来实现此，所述PVC“承载件”沿长度保持其中安装有传感器连同其它电子部件的所有印刷电路板(PCB)。承载件具有位于正确的间距处的用于定位各传感器板的销孔。因而，沿着壳体的长度定位承载件。

可能存在影响传感器测量的环境变量，诸如电源电压或射频干扰。在优选实施方式中，传感器条包括用于检测这些环境变量的装置，并且补偿该影响以确保所得到的值尽可能准确。

根据电流测量，每个电单元(特别是每个阴极)关于预先建立的阈值的状态可能对应于以下三种状态中的任意一种：

(a)电流低于下限阈值，阴极绝缘或高接触电阻的情况。

(b)电流在下限阈值与上限阈值之间或阴极正常运行的情况；或者

(c)电流高于上限阈值或过电流的情况。

对于上述状态，可能有用的是，提供对于沉积周期期间通过特定电极传递的总电荷的跟踪系统，并且将该总电荷与最终从电极收获的产品的质量进行比较。该比较产生在常规上仅能够计算作为跨整个电解室或槽单元的集中的电极的电流效率。但是，期望检测各个电极的问题(例如接触不良)或各个电解槽的问题。这意味着需要记录给定电极的电荷，并且跟踪同一电极的产品质量。这要求识别特定电极的能力。在这个意义上，在其整个生命周期中可以在不同槽中的不同位置使用给定电极是可能的。

为了使得操作者能够准确地定位系统所检测到的异常，优选实施方式在每个预处理单元(6)内以及在每个头部控制器单元(7)内提供了阴极状态和槽状态指示器(10)，在本发明的优选实施方式中，阴极状态和槽状态指示器(10)可以是具有与上述阴极运行状态中的每一个相关联的几种颜色的发光指示器(如LED)。因而，除了可以被显示在中央服务器单元(9)的屏幕上的阴极状态的指示之外，通过阴极状态指示器(10)生成每个阴极的本地可视指示，并且在每个电解槽(1)的前面，通过槽状态指示器生成本地可视指示。

在槽状态指示的情况下，上述实施方式的指示策略包括：

·“正常阴极”指示，如果每个阴极均在该正常状态下；或者

·“低电流”指示，如果阴极中的至少一个在该状态(低电流)下并且其它阴极在正常状态下(一种激活颜色)；或者

·“高电流”指示，如果阴极中的至少一个在该状态(高电流)下(一种激活颜色)；或者最后

·“低电流和高电流”指示，如果一个或更多个阴极中的电流低于下限阈值，并且如果一个或更多个阴极中的电流还高于上限阈值(两种激活颜色)。

在本发明的其它实施方式中，阴极的识别可以使用射频识别(RFID)标签来实现，但还可以包括可视指示器，诸如沿着设备壳体着色或凸起的带(诸如上述发光指示器)、设备上、槽上或者槽附属物(绝缘条)上的数字或其它类似书写的标记。此外，期望帮助操作者找到特定槽中的特定阴极。例如，该系统可以识别槽36中的阴极47具有高电流。操作者需要找到该阴极，然而从1数到47是繁琐的过程，如果存在能够快速识别哪个电极有问题的方法会是有利的。另外，为了识别各个阴极/阳极的目的，壳体还可以包括可以从上面的设备而且还通过下面的设备来读取的RFID标签。

相对于过去的时间和安培小时的来自服务器的与每个阴极和每个槽上的沉积周期的进度有关的信息将有助于通知操作者用于从电极收获电镀材料的最合适的次序。来自服务器的信息还可以用于自动记录槽何时被清洁(通过感测通过电极的零电流)，并且从而推荐将来槽清洁活动的顺序和时间。来自服务器的信息还可以提供与在任意时间电解室中的电镀产品的总库存有关的信息。

一旦限定了本发明的主要部件，假如现有技术的部件和所述主要部件两者均作为本专利申请的主题，则可以限定新的电流管理系统所使用的方法。在这个背景下，值得一提的是，由于通过测量与单个阳极(3)相邻的两个阴极(4)的阴极电流来测量槽中的各阴极电流，因而能够推断通过该特定阳极(3)的电流量。这样做的优点是使得能够检测阳极接触不良或阳极未以通常预期的电流水平工作。

在优选实施方式中，通过预处理单元调节和采样来自传感器的输出。这包括放大、校正电源影响、滤波和模数转换。

关于系统的电力供应方式，存在多种源，诸如电池、分离的电力连接(馈电线或其它)、以太网供电、连接至与槽的任一侧上的汇流条、连接至与其它槽相关联的汇流条、连接至其间存在多个槽的汇流条(这将提供可以辅助设备的操作的较高电压，并且如果需要的话，即使当局部槽电压不足(例如在该槽正被清洁时)使得设备能够继续运行)、光电的、热电的、压电的、在DC(直流电)不完全平稳的情况下的感应、通过条壳体的非金属部分的感应、或任意其它便利的电源。

根据该方法的实施方式，在优选实施方式中，预处理单元(6)从传感器单元接收数据并且对数据信号执行校正，以提供通过数据通信信道到随后单元的最佳信号传输并提供对由外部变量的影响导致的电流测量的校正，可以基于磁场波动来执行对外部变量的影响的上述补偿。

可能需要应用变换步骤来补偿磁场传感器、放大器、参考电压和数模转换中的几个可能的变化。这些变化可能是由于电源、杂散电流、地磁场、制造和安装公差、槽的几何布置、来自相邻槽中的电极电流的磁场、槽间接触条磁场、未对准电极、弯曲头部条的影响和其它影响导致的。

现有技术包括描述如何基于理论对相邻电极和槽进行磁场校正的计算。优选实施方式涉及本领域已知的这样的计算。本领域的技术人员将理解的是，计算的参数将随着各个槽特征而变化。在实践中，需要对槽进行建模及计算调整。

可能导致变化的其它源是电极不总是被放置(通过起重机)在槽汇流条上的完全正确的水平位置。如果电极不在传感器的正上方，则对传感器的场的贡献将低于电极应当给出的贡献。在优选实施方式中，不存在单个传感器(对)，而存在磁场传感器或磁场传感器对的线性阵列。可以对来自这些传感器的输出进行比较以找到具有最高读数(校正后可能用于来自相邻的电极电流的较高的贡献)的传感器，可以假定最高读数与电极的水平位置相对应。该认知不仅可以用来补偿电极自身的传感器的场的减小的读数，而且更重要地可以用来补偿对相邻传感器所测量的场的改变的贡献。

然后，将所测量的电流与下限阈值电流I_min和上限阈值电流I_max进行比较。在一个实施方式中，我们可以预先建立整个系统的I_min和I_max。在另一实施方式中，我们可以动态地调整这些值。例如，如果在槽中出现短路，则槽电流的大部分将流经短路，并且通过其它电极的电流将小于标称值。如果我们预先建立了非常灵敏的阈值，则一个电极中的短路可能导致槽中的一个或更多个其它电极被错误地分类为接触不良。但是如果我们动态地重新计算最小阈值，这将不会发生。也可以基于整流器电流的变化手动地或自动地调整这些阈值I_min和I_max。

在一个实施方式中看出，ECM条被定位在至槽的主ICCB侧的阳极连接上的阳极头部条的下方。可能优选的是，几何形状提供比阴极对磁场的影响大的阳极电流对磁场的影响。在该实施方式中，通过阳极电流而不是阴极电流来检测短路和接触不良。

在这个意义上，本发明的上述实施方式和下面的特征包括与冶金系统的功能、适应性、控制和/或人机接口相关的各种改进的实现，其中，这些系统优选地是电冶金系统，诸如电解精炼或电解沉积系统。另外，这样的改进可以应用于其中通过电极的电流的管理是系统操作和性能中的关键因素的不同类型的系统。

因此，在本申请的优选实施方式中，在具有用于测量通过例如电解槽或电解室中的电极或多个电极的电流的电流测量装置(例如霍耳效应传感器)的电冶金系统中实现上述改进。关于这一点，这些改进旨在优化所述至少一个电极的性能和操作两者，诸如优化流经所述至少一个电极的电流的测量。

下面的部分限定了与为了实现这些改进而引入的系统、设备和/或装置相关的改进。仅出于说明的目的，下面的部分按照撞击的主要区域划分主要改进，重要的是记住在大多数情况下改进与不止一个特定领域相关。因此，下面的描述不应该被认为是对由本文中所描述的各种系统、设备和/或装置引入的改进的类型的限制。另外，相关的是指出下面的改进可以单独地或作为其任何可能的组合被应用于冶金系统。

功能改进

如已经提到的，功能改进旨在通过使冶金系统的可靠性最大化来优化其操作，并且因而旨在所述系统的最终生产。

电极校正位置和未对准

如前面所指出的，在一些电解室或槽中，用于将阳极和阴极定位在槽中的系统(起重机、槽附属物、隔离块)可能不能使得这些电极每次都被放置在完全相同的位置。即，电极不是由槽附属物或类似设备物理地定位。因此，如果电极放置的变化是显著的，则为了磁测量所述变化，具有至少一个或更多个磁场传感器可能是合适的。然后，通过分析传感器所体验的磁场，能够估计电极头部条距其标称位置的最可能的偏移。因此，由特定传感器所检测到的任何偏移标记意味着相应的头部条中的电流对相邻头部条所体验的场具有稍微不同的影响，这意味着电流测量可能受到影响。因而，如果上面提及的偏移是已知的(或至少被估计)，则可以使用所述知识来修改现有技术中的其他人描述的算法以更好地补偿由于相邻电极中的电流产生的场。

也可以将未对准的程度报告为槽壳体操作者使用的度量。

双触点系统测量

在最简单的槽中，阳极被连接至槽的一侧(不失一般性，所述侧可以被称为槽的右手侧)上的汇流条，阴极被连接至槽的另一(左手)侧上的汇流条。阳极头部条的左手端是绝缘的，从而没有电流流过该部分。这意味着当测量阴极头部条电流时，由传感器看到的仅影响磁场的流过电流是由于阴极电流引起的。

然而，在通常被称为双触点槽的一些槽中，每个电极头部条可以在两侧上被连接。虽然阳极仍然从右手侧“馈电”，但是所有阳极的左手侧由有时也被称为“均衡器条”的阳极“平衡条”连接。类似地，所有阴极头部条的右手侧也可以被连接至阴极平衡条。如果在给定阳极与主阳极汇流条之间发生坏的连接，则电流通过首先流经其它阳极头部条、然后流经阳极平衡条并且然后流入给定阳极的头部条中而仍然可以流至所述阳极。这同样适用于阴极。在美国专利7,993,501(Freeport McMoRanCorporation)和美国专利7,854,825中描述了双触点系统，其公开内容通过引用将其全部内容并入本文中。

在使用双触点系统的情况下，阴极头部条附近生成的磁场不仅可以对应于那些头部条中的电流，而且还可以对应于阳极头部条中的电流。

于是，在使用双触点系统的情况下，可以将另外的传感器定位成与阳极头部条直接对准(在下方或上方)。使用稍微更复杂的相邻电极补偿算法，这将使得能够测量阴极头部条和阳极头部条两者中的电流。值得注意是，为了校准的目的，阳极头部条(在平衡条侧)中的电流的总和将为零，即，电流将从一些阳极头部条进入平衡条，然后将离开平衡条而进入其它阳极头部条中。

使用与阳极对准的传感器有助于两个方面：(a)可以得到阴极头部条中的电流的更准确的估计，这是操作最有用的量；以及(b)阳极头部条平衡条电流的估计可以帮助识别在阳极与主要槽间接触条之间的何处存在不良连接。因而，EMC设计使得能够测量通过平衡条上的相邻电极的电流以校正另外的阳极平衡电流磁场，并且提供了评估槽内的电流分布结果的方法。

电压测量

本申请实现的另一改进涉及在沿着电解槽/车间的电路的各个点处的多个电压测量，其中，在电解槽/车间中安装了电压测量装置。

在包括主干汇流条(trunk bus bar)、主干汇流冒口(trunk bus risers)的各个点以及沿着不同接触条上的槽间接触条的长度的不同点处连接至电解电路中的电压测量探头使得能够监测各个槽，并且因而能够监测通过电路的不同电压降。由于可以确定电压降和相应的功耗，所以这帮助改进整个电路的管理。从而，如下面进一步讨论的，槽电压降可以与其它测量(诸如温度和金属密度)组合用作评估沉积质量的方法。槽电压的准确监测对于监测阳极的整体性能(例如钛混合金属氧化物(MMO)阳极性能)也很重要。与常规铅基阳极相比，钛MMO阳极因其低电压要求而被使用。槽电压变化可以表示关于槽内的阳极的涂层的问题。在维护操作期间，槽可以通过金属的反向电镀生成电压，如果未检测到这种现象，则会导致对钛MMO阳极的性能的永久损坏。

短路/接触不良阈值的自动调整

在系统最简单的形式中，一旦电流超过特定静态预定阈值，则系统可以将阴极分类为处于“短路”状况。然而，使用各种参数动态地计算这样的(关于短路和接触不良的)阈值更好。

在收获周期期间，可以从槽去除1/3的电极。这可能意味着其它电极应预期看到50％更高的电流(假定整流器总体电流保持不变)。这意味着应该增加短路阈值，以便该正常情形不产生假的短路指示。

类似地，如果整流器电流减少，则每个阴极应该看到较小的电流。即使分布是完美的(即，无短路或接触不良)，取决于阈值，这也可能导致接触不良的分类。

第三，如果槽中存在短路，则总槽电流的比平常大的比例将流经该短路，剩余较少的电流流经其它。这可以意味着其它电极中的一些被分类为接触不良，即使它们实际上名义上地操作并且在那些电极中不存在操作故障。

于是，根据本申请，可以通过计算装置计算短路和接触不良的阈值，作为(a)总槽电流、(b)是否由于收获丢失电极、以及(c)槽中的其它处存在短路或接触不良的函数。因此，本申请根据上述参数建立动态阈值，由于连续计算阈值，所述这提高了系统管理的可靠性。

识别短路/接触不良的模式检测

作为阴极电流与阈值的瞬时比较(即使该阈值可能不是静态数字)，已经描述了阴极被分类为处于短路状态。

然而，如果阴极在汇流条上具有稍微高的接触电阻或者距相邻阳极位于较远的距离处，则其可能具有稍微低的电流，但仍然产生短路。通过观察随着时间充分增大的一系列电流测量，甚至能够在阴极达到实际短路阈值之前断定阴极正进入短路状态。

此外，当形成短路时，短路可能消失并且然后重新形成，这在短路寿命周期的早期导致振荡电流。ECM条的实施方式可以被配置成检测这样的振荡以将阴极分类为进入短路状态。

因此，本申请设置了用以提供可靠的短路/接触不良估计算法的模式检测装置，这帮助改进系统管理。

防止物理损坏和破坏电极移动的保护装置

本发明引入的显著改进包括：并入沿着ECM条的长度安装的保护装置或多个保护装置，以保护ECM条免受机械损坏并且避免破坏正常的电极移动，其中，ECM条包括电流测量装置。在这个背景下，图3和图4详细描绘了一种被设计为偏转器(11)的保护装置，其中，其设计有助于在正常电解槽起重机操作期间避免损坏ECM条(2)并且进行动作以在电极被降低时(例如在引入电极(3，4)期间)将电极推向其正确位置，这可能导致通过与电极碰撞而损坏ECM条(2)。因此，重要的是强调，图3和图4中描述的偏转器设计不限制保护装置的设计，可以使用保护条免受碰撞和其它类型的物理损坏的任何类型的设计。

另外，保护装置可以被固定至支承装置、条或者直接固定至任意标准的槽部件。这包括但不限于槽附属物、槽壁或盖板。

如先前所讨论的，现有技术没有描述用于克服干扰电极移动和避免条损坏的设计。槽中的环境非常恶劣并且设计的鲁棒性很关键。确保不破坏正常的电极移动并且ECM条不损坏的识别装置是包括偏转器的支承装置。在以起重机系统降低利用相应负载降低电极的速率降低电极时，偏转器必须能够管理电极的重量。负载必须不被转移至传感器条，但必须通过转移至槽壁而被吸收并且通过偏转器的表面的角度被最小化。偏转器还必须保护支承ECM条的支架。

端部密封布置

电子部件可以被封装在使得条能够不具有外部壳体的材料内部。这种封装材料可以由耐酸的环氧树脂或其它封装材料组成。

如图5所示，本发明的另一改进在于在ECM条(2)的一端或两端包括密封装置，其中，所述密封装置提供对位于该条内的设备的保护。在这个意义上，根据图8，密封装置包括背板(12)、垫片(13)，端帽(14)和类似螺钉或任意其它附接设备的紧固装置(15)。

因而，本发明的密封布置通过将背板(12)、垫片(13)和端帽(14)集合在一起来提供传感器条的一端或两端的密封，因而垫片被夹在背板和端帽之间。之后，紧固装置(15)宽松地螺纹穿过端帽、垫片并且穿入背板中，组装成密封件。所述密封组件被插入到条(2)或壳体中的其正确的位置中。最后，拧紧紧固装置以减小端帽与背板之间的距离，这导致垫片的厚度减小。由于泊松比，这导致垫片的宽度和高度增加。尺寸的这种增加产生了密封组件与条的内壁之间的所需的密封。

在ECM条的一端或两端中提供端部密封布置的主要优点是其使得条能够被密封以保护内部部件，例如防止电解质接触位于条内部的电子装置或可能损坏所述部件的任意其它事物。在这个意义上，端部密封布置允许电子装置滑入条中，密封条以及至/来自条的主缆线通过缆线密封套引出。

另外，如果需要，密封布置还能够被移除以便进行维修。

这种密封方法可以用于任意剖面(作为示例包括方形的、圆形的、矩形的和有角度的)的条。

ECM条的设计需要条的内部具有不妨碍电子装置和支承承载件插入条中的剖面。条的剖面的第二限制是其需要尽可能地窄以避免干扰起重机/电极移进和移出槽同时保持与电极头部条非常接近。这两个约束排除了使用法兰或螺纹配件来提供对抗恶劣的操作环境以及包括在ECM条内的电子装置的密封。由于焊接工艺期间产生的热以及在该工艺期间对条内容纳的电子装置的潜在损坏，使用焊接在条的端部的板也是不切实际的。

每中央单元或控制器多个ECM条

另一改进包括使用控制器设备来调整每个条与中央服务器之间的通信。例如，中央服务器可以与控制器进行无线通信，但控制器与ECM条之间的通信可以是有线的。这意味着，在另一实施方式中，可以由几个ECM条共享单个控制器设备。在这个背景下，控制器设备可以具有分开的通信总线以与不同的ECM条进行通信，或者所有条可以共享单个总线。

如果这样的连接拓扑结构和协议适于车间，则中央服务器可以与ECM条直接进行通信而不需要任何中间控制器。

电流分布测量

在一个实施方式中，在每个电解槽中可以存在两个ECM条，其中，所述条可以具体地被定位在槽的相对侧上。本实施方式的目的是使得能够测量阴极接触侧上的阴极电流(和阳极平衡电流，在双触点系统的情况下)和槽的相对侧上的阳极电流(和阴极平衡电流，在使用双触点系统的情况下)。因而，该改进使得能够测量通过相应电解槽的所有流入电流和流出电流并且获得槽中的全电流分布。电流分布的均匀性是对于槽性能的质量度量，这是因为均匀的电流将导致每个阴极上的同等沉积，这使沉积重量一致性、沉积表面形态最大化，使短路趋势最小化并且使电流效率最大化。

浓度和其它传感器

根据另一改进，本发明的ECM条考虑包括浓度和其它传感器作为ECM系统的一部分的可能性。在这个意义上，ECM条可以合并特定槽内的温度、金属密度、电解质流动或水平、添加剂浓度、电导率等的仪器读数。

组合测量值以确定电解性能的质量或电解质量

槽电压随着槽中的总的阴极电流而增大。槽电压还受槽温度、电解质组份和添加剂剂量率、电极间距和阳极使用时间/状态/类型的影响。如果这些参数处于目标水平，则槽电压与电流之间的关系是可预测的，并且可以通过小规模试验针对任意特定的电解室来最佳确定该关系。与该预测关系的任何偏离都表明槽状况不是最佳的，并且应采取措施来解决。ECM系统测量总的槽电流和槽电压，并且其可以被用作质量的量度。如果通过ECM系统测量其它参数中的任意参数(例如温度、浓度)，则ECM系统可以利用该数据来提供造成比最佳性能差的性能的可能问题的定义。

每个电极的电流效率和电流一致性的估计

由于ECM系统测量电流流动并且检测各个电极的收获时间，因而结合在收获之后(以及可能之前)对各个阴极进行称重的称重系统，ECM系统可以计算各个阴极的电流效率。它可以跟踪槽中的各个电极位置以确定对于该位置电流效率是否具有一致的趋势(这可以表示相邻阳极问题)，或者结合RFID系统(或其它阴极识别系统)，ECM系统可以确定趋势是否是由于特定阴极板的问题。以较不复杂的方式，系统可以跟踪各个电极位置的电流流动并且确定从一个周期到下一个周期趋势是否明显，或者对于特定的阴极(在合适的位置具有RFID或其它阴极识别系统)是否存在可以表示特定电极的问题的电流的趋势。

适应性改进

如已经提到的，适应性改进旨在优化其中电流管理是关键因素的冶金系统的适应性。在这个背景下，下面的改进寻求使现有和/或新的冶金系统的灵活性最大化。

用于测量两个相邻槽的ECM条

对于系统适应性的改进之一包括在电解槽(或任意槽零件，包括但不限于槽附属物、槽壁或槽间接触条)的顶部上安装一个ECM条，其由用作铰链的支架支承，其中，所述ECM条具有通过将其旋转至正确位置来测量两个相邻槽的潜力。这允许每两个相邻槽安装一个ECM条以便降低测量电流的成本。图6示出了安装在两个相邻电解槽(16，17)上的ECM条(2)的示例，其中，所述条由支承装置(18)附接，支承装置(18)包括用于将其围绕一个轴线旋转的旋转装置(19)，其中，所述支承装置(18)也可以被附接至现有槽零件中的任意零件。这些零件包括但不限于槽附属物、槽壁或槽间接触条。另外，可以使用扎带或其它附接装置将ECM条(2)固定至所述支承装置(18)。当需要从槽中移出电极或者需要发生电极位置更改时，所述旋转装置(19)使得条能够被移出其位置(因此铰接布置还作为ECM条的保护装置)。该配置导致每次使所述ECM条位于一个槽的电极头部条上方的可能性。

另外，上述配置的ECM条可以包括使其能够确定所述条所处的方位的设备，这有利于所提及的适应性改进的操作。

ECM条外部隔间材料

ECM条的外部隔间可以由任意材料(包括不锈钢、其它金属、塑料或复合材料)构成。这包括以下材料：其包括在合适的时间或使用基于状况的频率被替换的牺牲外部涂层或壳。

内置ECM条

ECM条可以被合并到电解室的槽壁或槽附属物的设计中。为了安装该设备，需要在槽壁或槽附属物中制成可用的足够体积的兜。这种布置适合于新槽设计，特别是指向包含电流测量设备的新槽设计。

支承装置设计

ECM条可以由支承装置(18)支承，如允许支承条的支架或任何其它装置，其中，所述支承装置(18)可以被附接至槽附属物(如图7和图8所示)、被安装在槽的盖板下方(如图9所示)和/或被附接至盖板的暴露表面(如图10所示)。因此，所述支承装置(18)可以被接合至槽附属物，使用紧固件附接，或具有将其附接至槽附属物的类似夹子的设备，或者如图7和图8所示的这些的组合；所述支承装置(18)可以被接合至槽壁的顶部、或具有将其附接至壁的背部的类似夹子的设备，或者如图9所示的两者；并且所述支承装置(18)可以被接合至封盖暴露表面，或使用紧固件附接，或者如图10所示的两者。

可以使用用于将条固定在某个位置中的平头螺钉将ECM条安装在每个支承装置的沟道内部，和/或可以使用扎带或其它附接装置将ECM条固定至支架。

为了使用ECM条，上述特征可能取决于将要适用的槽的类型。在这个背景下，图7、图8、图9和图10描述了根据上面的描述的不同的支承装置(18)。

便携式ECM条

另一改进包括提供ECM系统的便携式版本，其中，条不被永久地固定至槽并且可以围绕电解室移动，能够被放下来置于电极的顶部，或者可能被附接至手柄，使得操作者可以将仪器移动至合适的位置。便携式条可以是具有针对槽中的电极的数量的足够传感器的槽的全长，或者基于由于来自不具有传感器的相邻电极的电磁场的贡献每个端部处的电极中的电流的估计可能较不准确的理解，便携式条可以是用于测量约例如5个或10个相邻电极的电磁场的简短版本。在这个背景下，便携式ECM条使得能够通过可以在不同电解槽中使用所述条作为工具来改进系统的适应性。

模块化的ECM条

在上述相同的背景下，ECM条可以由可以物理上被连接或者定位成彼此首尾相连的多个小条制成。

由电极头部条供电的ECM条

其它适应性改进在于当使用顶部铰接型条定位布置时由电极头部条而不是ICCB或主电源为ECM条供电。这有助于减少使用不同的电源而改进了系统的管理。

与其它系统集成

一些电解室具有用于产生与电解室操作有关的某些数据的其它系统。例如，可以存在评估电镀到每个阴极上的金属的质量的光学检查系统，或者对从每个阴极收获的金属进行称重的系统。当这些数据与来自本发明的系统的数据组合时，可以获得更大价值的信息。例如，可以发现相比其它槽，来自一些槽的特定光学检测到的瑕疵更频繁出现，或者相比其它槽一些槽产生较低的产量。一些电解室可以包含具有可以通过起重机、剥离机或其他设备感测的RFID、条形码或其它标识符的阴极。当该数据与来自电流感测系统的信息结合起来时，可以检测出(例如)某一阴极经历更多的可变电流、比其它阴极更多的接触不良或短路。

在这个背景下，本发明的电流感测系统还可以与其它系统集成，以形成提供对电解室的所有(或很多)方面的统一全面的管理和控制的集成电解室管理系统。其它系统可以包括：阴极跟踪系统、剥离机、光学检查、产品称重、流动监控、电解质分析、抽吸、调度、整流器控制和电解质添加剂管理。

控制改进

如已经提到的，控制改进旨在优化其中电极电流管理是关键因素的冶金系统的操作和维护。在这个背景下，下面的改进寻求增强控制和系统可靠性。

短路优先次序

在常规电解室操作中，操作者可以系统地扫描槽，检测并消除短路和接触不良。利用实时电流监测设备，可以花费更多时间消除而花费更少时间检测短路和坏接触。

在这个背景下，系统具有可以使用以下参数来推荐用于消除短路的最佳顺序的优先化装置：例如，短路的阶段和严重程度、操作者在短路之间要行走的距离、轮班的操作者的数量以及与上面指出的改进中的任一改进相关的其它参数。

校准

1.校准的必要：传感器所经历的磁场不仅取决于相关电极头部条中的电流，而且还取决于地磁场，并且可能取决于可以或不可以与槽操作直接相关的其它导体(例如，汇流条)中的电流的导致的场。如果存在来自提供槽电流的汇流条的场，则这些电磁场可能随着总槽电流变化而变化。可以得出对于这些场的理论校正，或者可能需要使用经验技术(即校准)来校正它们。

校正通常涉及测量沿着槽的长度的每个阴极头部条中的电流。如果槽使用双触点布置，则还需要测量每个阳极头部条电流，这将是繁琐的。

2.对于初始校正和更新使用收获：检查系统的校正需要将系统的电流的估计与单独的电流测量结果进行比较。如果存在任何差异，则可以对系统参数进行调整。大部分时间，繁琐的是获取电流的独立的测量结果(例如使用手持式钳型表)。然而，在收获周期期间，因为阴极被物理地移除，所以可以肯定的是通过一些阴极的电流为零。该信息可以在系统的初始调试期间并且在其整个服务期间被利用以设置和微调一些校正参数。手动地或通过从站点系统输入整流器电流值提供了可以在系统的初始调试期间和在其整个服务使用期间被使用以设置和微调一些校准参数的另外的已知值。

人机接口改进

如上面所提到的，对冶金系统的人机接口的改进被设计成优化电极、槽和/或电解室信息的显示，从而优化操作者进行的管理和控制。在这个背景下，寻求最大化地简化操作，增强控制和系统可靠性。

短路和接触不良电极识别

在由本申请所提供的改进中，可视化装置使电极、槽、和/或电解室的状态可视化。所述装置还包括使操作者能够根据可视化的状态采取措施的控制装置。

在该改进的实施方式中，提供了使用安装至电解室起重机下侧或单独支承的照亮在其优选的范围以外(短路或接触不良)工作的电机的可操纵的激光指示器的方法。因而，所述类型的可视化装置使得操作者能够容易地识别电解室内的特定电极。另外，这种方法可以包含激光测距或激光定位。

在本发明的另一实施方式中，被安装/定位在槽附属物内或接近电极的可视化装置(例如LED)使得能够识别特定电极状态。所述状态根据需要可以是正常工作、高电流(短路)、低电流(接触不良)和其它参数。

电极/槽状态可视化

上面描述的另一实施方式还包括状态装置，如上所述，该状态装置使得能够了解特定电极/槽的状态。在这个背景下，本发明提供了用于向人机接口设备的用户显示相关信息的状态装置。这种状态装置帮助操作者关于系统的操作状态采取正确措施。

在该改进的实施方式中，状态装置包括使用使得操作者能够在电极和槽移动通过电解室时观察电极和槽的状态的增强现实眼镜。这可以利用激光、GPS或其它定位技术来确定用户的位置，并且从而确定他们正在观察哪个槽。

另外，本发明还包括使用具有摄像头的平板计算机或膝上型计算机或任意其它可视化设备上的图像识别软件，其中，所述设备在槽的实时图像上叠加每个电极的识别编号或每个电极的ECM系统状态。在该改进的实施方式中，系统也可以使用GPS或其它定位能力。

警报和/或报告

本发明的另一改进包括允许操作者对系统的多个警报机制或警报装置(包括可视化指示器、可听指示器、电子邮件、寻呼机和短消息服务)之一进行配置以指示何时出现短路或其它操作问题。

信息可以通过任何类型的可视化设备呈现，例如屏上显示器、打印的报告、或在电子邮件或SMS(短消息服务)中的文本中或甚至计算机生成的语音。

关于上述改进，电解室中的每个槽中的每个电极处的光学指示器或可视化装置可以用于指示问题的位置。如上所述，可以使用物理上被定位在电极附近的灯(例如LED)。如在前述改进之一中所述，替选可以是顶部/壁挂式激光系统，例如用于灯光秀娱乐的那些激光系统，顶部/壁挂式激光系统可以被配置成在电解室的地板上“绘画”指示。在最简单的实施方式中，这可以仅是被定位在每个槽的端部处的状态灯以提供识别具有待解决的问题的槽的替选装置。

这样的警报系统也可以与提供电解室的操作稳定状况的简介(包括待进行校正的优先化列表)的自动生成的报告匹配。

收获的自动检测

最后，如上面指出的，操作者将需要周期性地从阴极收获电镀金属。在电解沉积操作中，这通常通过从槽中取出1/3(或1/2)的充分电镀的阴极、将其运送至剥离机，然后将空白(未电镀的)阴极放回其在电解槽中的位置中来执行。然后，下一个1/3的充分电镀的阴极被移除，并用空白电极替换。最后，收获最后三分之一电极。根据这种改进，当这些事件发生时，即使存在噪声，测量系统也能够检测并记录这些事件。在具有人工操作的起重机并且不具有阴极跟踪系统的车间中，可能不存在何时收获每个阴极的其它记录。该信息可以用于跟踪故障问题，从而避免未在正确的时间帧收获槽的情形以及记录和计划电解室中的活动。

Claims (54)

1.一种用于改进电解车间内的操作的电流管理(ECM)系统，包括：

-至少一个电解槽，具有在电解介质内的至少两个电极；

-用于测量通过一个或更多个电极的电流的多个传感器装置，其中，所述传感器装置被定位在至少一个电流管理条内部；

-一个或更多个ECM条，被安装在一个或多个工作电解槽中；

-支承装置，用于支承每个槽的所述ECM条或多个所述ECM条；

-用于所述ECM条的保护装置。

2.根据权利要求1所述的电流管理系统，其中，所述保护装置包括被安装在所述ECM条上方的偏转器。

3.根据权利要求1所述的电流管理系统，其中，所述保护装置是附接至所述槽的铰接的支承系统，其中，所述铰接的支承将所述ECM条移出电极的路径。

4.根据权利要求3所述的电流管理系统，其中，所述铰接的支承系统将所述ECM条旋转至相邻槽，以测量所述相邻槽中的电流。

5.根据权利要求3或4所述的电流管理系统，其中，所述铰接的支承系统包括用于确定所述条的方位的定向设备。

6.根据权利要求1所述的电流管理系统，其中，针对现有槽对所述支承装置和所述保护装置进行改造，或者其中，所述支承装置和所述保护装置的形式为槽、槽附属物或槽绝缘体的永久固定设备。

7.根据权利要求1所述的电流管理系统，其中，所述支承装置和所述保护装置可以被附接至置于所述槽的顶部的阴极通风罩，或者被附接至可以被附接至所述罩的一侧的折板，其中，当要收获槽时，将利用所述通风罩从所述槽拿掉所述ECM条。

8.根据权利要求1所述的电流管理系统，其中，所述ECM条的上表面具有倾斜的剖面，以在将电极下降至所述槽中时引导电极就位。

9.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，其中，所述ECM条包括封装所述传感器装置及可选地其它电子装备的耐腐蚀且密封的壳体。

10.根据权利要求9所述的电流管理系统，其中，在一个或更多个端部处利用可移除的端部密封布置密封所述ECM条，所述密封布置包括背板、垫片、端帽以及紧固装置。

11.根据权利要求9所述的电流管理系统，其中，所述壳体包括粘合至或以其它方式固定至所述壳体的PVC或其它非金属的耐腐蚀部件，其中，所述非金属部件包括通信装置，优选地，无线通信装置。

12.根据权利要求9至11中的任意一项所述的电流管理系统，其中，通过非导电套筒保护所述壳体。

13.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，还包括用于测量由于电极不正确定位和/或未对准导致的变化的一个或更多个传感器装置，以便确定电极头部条与其标称位置的偏移。

14.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，其中，在使用双触点系统的情况下，将另外的传感器装置与阳极头部条和阴极头部条直接对准，以测量靠近两组电极的磁场。

15.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，还包括每个电解槽中的用于测量所述槽中的所有电流流入和流出的全电流分布读数的两个ECM条。

16.根据权利要求1至15中的任意一项所述的电极电流管理系统，其中，所述ECM条可以是便携式的并且可以被移动至其它槽。

17.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，其中，所述ECM条可以是模块化的条，所述模块化的条由可以物理上彼此连接或定位成首尾相连的多个小条组成。

18.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，还包括用于在收获之前和收获之后测量阴极重量的内部称重系统或外部称重系统。

19.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，还包括记录通过特定电极的电荷的跟踪系统，其中，所述电极可以在其整个生命周期内在不同槽中的不同位置中使用。

20.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，还包括电力供应装置，所述电力供应方式包括以下中的任意一项或多项：电池、分散的电力连接、通过以太网供电、连接至所述槽的任一侧上的汇流条、连接至与其它槽相关联的汇流条、连接至其间存在多个槽的汇流条、连接至头部条、光电的、热电的、压电的、通过壳体壁的感应、利用直流总线上的交流纹波的感应或任意其它便利的电源。

21.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，其中，所述多个传感器包括用于测量温度、酸浓度、pH、离子浓度、金属密度、电解液流动或液位、添加剂浓度、电压和/或电导率以及其它参数和/或用于检测收获周期、槽清洁和电极矫直事件以及其它事件的任意一个或更多个传感器。

22.根据权利要求21所述的电流管理系统，其中，传感器装置被定位在所述ECM条内部，或者被定位在所述ECM条外部而其探头延伸至所述电解液中以执行测量。

23.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，其中，所述电流管理系统还包括与其它系统集成，以提供对电解室的所有方面或很多方面提供统一的整体管理和控制的集成的电解室管理系统。

24.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，其中，所述电流管理系统还包括优先化装置，所述优先化装置通过考虑问题的阶段和严重程度、操作者在这些问题之间要行走的距离、操作者的数量和其它参数来推荐消除短路和/或解决不同问题的最佳顺序。

25.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，其中，所述电流管理系统还包括电极状态和/或槽状态指示器，所述电极状态和/或槽状态指示器可以是用于指示电极和/或槽的不同状态和识别问题的确切位置的诸如LED、RFID标签的发光指示器，或者任何其它类型的可视化指示器，其中，所述状态和位置能够在显示设备中被可视化。

26.根据前述权利要求中的任意一项所述的电流管理系统，其中，包括用于引导磁通量的磁引导设备。

27.一种用于改进电解车间内的操作的电流管理系统，包括：

-至少一个电解槽，包括在电解介质内的至少两个电极；

-用于测量通过一个或更多个电极的电流的多个传感器装置，其中，所述传感器装置被定位在至少一个电流管理条内部；

-一个或更多个ECM条，被安装在一个或多个工作电解槽中；

-支承装置，用于支承每个槽中的所述ECM条和多个所述ECM条；

-用于引导磁通量的磁引导设备。

28.根据权利要求28所述的电流管理系统，其中，所述引导设备包括用于将磁通量定向并集中在所述传感器装置的一侧或任一侧上的两片铁素体材料、涂料或任何其它类型的材料。

29.根据权利要求28所述的电流管理系统，其中，所述引导设备包括用于对磁通量进行定向和集中的铁素体材料、涂料或任何其它类型的材料的环或马蹄铁，所述环或马蹄铁对将所述磁通量集中至被定位在所述环或马蹄铁的开口侧上的传感器装置的电极头部条的四侧中的三侧进行封装。

30.根据权利要求29所述的电流管理系统，其中，所述引导设备被定位在所述ECM条内部。

31.一种用于改进电解车间内的操作的电流管理方法，包括以下步骤：

-通过位于ECM系统的电流管理条部分内部的多个传感器装置来测量通过与电解介质接触的一个或更多个电极的电流，所述ECM系统还包括：一个或更多个ECM条，被安装在一个或多个工作电解槽中；支承装置，用于支承每个槽中的所述ECM条和多个所述ECM条；用于所述ECM条的保护装置；

-通过通信装置将所测量的数据发送至中央单元；以及

-在中央单元中对测量结果进行处理。

32.根据权利要求31所述的电流管理方法，其中，通过中央单元对来自所述测量步骤的输出数据进行调节和采样，所述调节和采样包括：放大、对电力供应影响进行校正、过滤和模数转换，其中，所述中央单元对数据信号进行校正以通过所述数据通信装置向随后的单元提供最佳信号传输，以及对由外部变量的影响导致的电流测量结果进行校正。

33.根据权利要求31或32所述的电流管理方法，其中，来自一个或更多个传感器装置的传感器读数用于对一个或更多个电极的不正确定位进行补偿。

34.根据权利要求31至33中的任意一项所述的电流管理方法，其中，所述电流管理方法还包括将所测量的电流与预先确定的阈值电流进行比较。

35.根据权利要求34所述的电流管理方法，其中，手动地或自动地动态调节所述预先确定的阈值电流。

36.根据权利要求35所述的电流管理方法，其中，阈值电流的所述动态调节基于总的槽电流、电极是否由于收获周期而丢失以及槽中其它处是否存在短路或接触不良。

37.根据权利要求31至36中的任意一项所述的电流管理方法，其中，所述电流管理方法还包括用于识别短路和接触不良模式的模式检测装置，以估计所述操作问题的出现。

38.根据权利要求31至37中的任意一项所述的电流管理方法，其中，所述电流管理方法还包括对所有电流流入和流出进行测量以获得所述槽中的全电流分布。

39.根据权利要求31至38中的任意一项所述的电流管理方法，其中，所述测量步骤包括测量与单个阳极相邻的两个阴极的阴极电流，能够推断通过该特定阳极的电流量并且从而检测出阳极接触不良或没有以通常预期的电流水平工作的阳极。

40.根据权利要求31至39中的任意一项所述的电流管理方法，其中，所述测量电流的步骤还包括：测量槽电压、温度、酸浓度、pH、离子浓度、金属密度、电解液流动或电解液液位、添加剂浓度和/或电导率以及其它参数。

41.根据权利要求40所述的电流管理方法，其中，所述电流管理方法还包括对所测量的参数进行组合，以可靠地计算作为电解槽和车间性能的指示符的参数。

42.根据权利要求31至41中的任意一项所述的电流管理方法，其中，在相继的测量步骤之间的时间间隔期间，电路的至少一部分可以被禁用或被配置成低功率模式。

43.根据权利要求31至42中的任意一项所述的电流管理方法，还包括以下步骤：在收获之后或收获之前对各个阴极进行称重以测量电流效率和一致性，并且如果存在的话建立针对特定电极位置的趋势。

44.根据权利要求31至43中的任意一项所述的电流管理方法，还包括以下步骤：通过考虑问题的阶段和严重程度、操作者在问题之间要行走的距离、操作者的数量和其它参数，来优化用于消除短路和/或解决不同问题的最佳顺序。

45.根据权利要求31至44中的任意一项所述的电流管理方法，还包括以下步骤：对所述电流管理系统进行校准。

46.根据权利要求45所述的电流管理方法，其中，所述校准步骤包括对于初始校准和更新使用所述收获周期。

47.根据权利要求31至46中的任意一项所述的电流管理方法，还包括发送用于表示操作问题的警报和/或报告，其中，可以使用任何类型的显示或可视化设备显示所述信息。

48.根据权利要求31至47中的任意一项所述的电流管理方法，还包括检测和记录能够被识别和利用以辅助电解室的操作的收获事件、槽清洁事件和电极矫直事件。

49.一种用于电解槽中使用的中空截面管的密封方法，所述密封方法用来改进电解车间内的操作，所述方法包括以下步骤：

-在一个或两个管末端引入端部密封布置；以及

-将所述端部密封布置朝向一个或两个管末端的内壁扩展。

50.根据权利要求49所述的用于中空截面管的密封方法，其中，所述端部密封布置包括背板、垫片、端帽以及紧固装置。

51.根据权利要求50所述的用于中空截面管的密封方法，其中，紧固所述端部密封布置的步骤包括将所述背板、所述垫片和所述端帽放在一起，使得所述垫片被夹在所述背板和所述端帽之间，其中，所述紧固装置宽松地螺旋穿过所述端帽、所述垫片并且穿入所述背板中，组装一个或两个管末端内的密封件。

52.根据权利要求50或51所述的用于中空截面管的密封方法，其中，所述扩展所述端部密封布置的步骤包括拧紧所述紧固装置，减小所述端帽与所述背板之间的距离。

53.一种用于改进电解车间内的操作的收获周期自动检测和电解室计划辅助方法，所述方法包括以下步骤：

-通过识别在电解车间内提起一个或更多个电极的周期、获得所述周期的模式来检测金属收获；

-记录所检测出的收获模式；

-将记录器收获模式与预编程的模式和所计算的跟踪问题所过去的安培小时进行比较，以避免未在正确时间帧收获槽以及记录和计划电解室中的活动的情况。

54.根据权利要求53所述的收获周期自动检测和电解室计划辅助方法，其中，所述检测金属收获的步骤包括使用用于测量通过一个或更多个电极的电流的传感器装置并且通过所述电流的变化识别在收获周期期间被提起的一个或更多个电极。