СИСТЕМА ДЛЯ МОНИТОРИНГА АНОДОВ, ПРИМЕНЯЕМАЯ В ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ Российский патент 2019 года по МПК G01N21/95 

Настоящее изобретение относится к системе для мониторинга анодов, применяемой в электролитическом процессе, которая позволяет узнать об изменениях, которые происходят с анодом во время упомянутых процессов, и оптимизировать их доведение до кондиции.

Уровень техники

С помощью процессов электролиза могут быть получены такие металлы, как цинк.

Электролиз обычно относится к разложению химических веществ с помощью электрического тока. Однако, это обозначение также относится к конкретным процессам, в которых используется электрический ток для получения химических соединений.

В электролитических процессах, проводимых в электролитических резервуарах, электроэнергия подается в электролитические растворы, находящиеся в резервуарах, с помощью двух электродов, анода и катода, которые проводят электричество по металлу. Химические изменения, вызванные электрическим током, происходят внутри раствора и точно на погруженной поверхности электродов.

Электродами, на которых оседают металлические отложения, являются катоды, в то время как листы или пластины из металла, на которые осаждаются осадки и примеси, называются анодами.

Анод, полученный в электролитических процессах, содержит плоскую анодную пластину конкретной толщины, на поверхности которой распределен ряд пластиковых изоляторов во избежание коротких замыканий из-за контакта между пластинами, а также пластиковые сепараторы, которые облегчают введение анодов в электролитические резервуары. В резервуарах анодные и катодные электроды располагаются параллельно на конкретном расстоянии один за другим. Электрический ток проходит от анода к катоду через электролит и поступает в систему через положительный вывод, так что аноды - это элементы, которые подают ток в систему, пропускают ток через электролитический раствор и выводят его через катоды. Внутри резервуара между электродами необходимо поддерживать расстояние, чтобы были обеспечены правильные условия эксплуатации. Прямой контакт между анодами и катодами может происходить при извлечении электродов из резервуаров или погружения в них. В некоторых моделях анодов предполагается установка изоляторов для поддержания конкретного расстояния между электродами. Изоляторы, изготовленные из диэлектрического материала, стойкого к кислотной среде, обеспечивают достаточное расстояние между электродами.

Из-за окружающей среды и типа очистки, которой подвергаются аноды, заметно их ухудшение, что подтверждается изменением размеров материала, износом, потерями и загрязнением изоляторов и пластиковых сепараторов. Кроме того, когда они подвергаются последовательным циклам электролиза и доведения до кондиции и из-за большого веса, размеры анодов могут меняться, в частности, в продольном направлении. Когда анодная пластина удлиняется в продольном направлении, она может достигать дна резервуара, где со временем накапливается осадок при отделении примесей от самих анодов. Если в конкретный момент времени анодные пластины достигнут уровня осадка, в момент контакта может произойти короткое замыкание.

По всем этим причинам знание эволюции количества вещества, площади поверхности и геометрии анода в циклах электролиза и доведения до кондиции имеет важное значение для поддержания эффективности электрохимического процесса.

Проверка анодных пластин может быть выполнена посредством визуального осмотра квалифицированными операторами, которые отделяют изношенные пластины для восстановления или окончательного снятия. Этот визуальный осмотр ненадежен в том смысле, что оценка зависит от профессиональных критериев оператора, а также отнимает много времени и затрудняет процесс стандартизации.

Системы для мониторинга анодов посредством систематизированных процессов также известны.

Например, патентный документ с номером публикации US 2009136122 описывает систему осмотра анодов, содержащую систему захвата изображения для получения изображений одной стороны анода и процессор данных для получения характеристик анода на основе извлеченных данных. Эта система, которая имеет только одну систему захвата изображения, не получает всю возможную информацию об аноде, что делает невозможным совершенствование способа в максимально возможной степени.

Международная заявка с номером публикации WO 2012168501 описывает систему для проверки качества анодов, используемую в электролитических процессах, которая имеет по меньшей мере два устройства захвата изображения, одно из которых обращено к первой стороне анодной пластины, а второе устройство захвата изображения обращено ко второй стороне анодной пластины; блок управления, подключенный к системе захвата изображения. Упомянутая заявка была сфокусирована на исследовании поверхностей анодов и выполнена с возможностью наблюдения за анодами, которые необходимо заменить в случае ухудшения их состояния.

Поэтому, как видно из данного уровня техники, большой интерес представляет система для мониторинга эволюции анодов, которая позволяет изучать их связь с электролитическим процессом и оптимизировать их доведение до кондиции.

Осуществление изобретения

Изобретатели придумали систему для мониторинга анодов, которая обеспечивает автоматическое восстановление анодов, которые использовались в электролитических резервуарах. Путем мониторинга эволюции анода и его возможного ухудшения, система обеспечивает изучение связи анода с электролитическим процессом и оптимизирует доведение анодов до кондиции.

Ухудшение анодов проявляется: потерей материала с анодной пластины; продольным удлинением анодной пластины; износом, загрязнением и потерей изоляторов, которые предотвращают короткие замыкания из-за контакта между пластинами; износом и потерей пластиковых сепараторов, которые облегчают вставку анодов в электролитические резервуары, и потерей плоскостности анодной пластины. Грязь, осевшая на изоляторах, является прямым следствием постепенного удлинения анодной пластины. Упомянутое удлинение приводит к изменению положения этих изоляторов, что снижает эффективность элементов доведения до кондиции, используемых для очистки анодных пластин. Эффективность электролитического процесса повышается за счет системы в соответствии с настоящим изобретением, которая обеспечивает правильное выравнивание элементов доведения до кондиции, используемых для очистки, обеспечивая надлежащую очистку изоляторов.

Сборка анодов, подлежащих кондиционированию, размещается на передаточной платформе, которая переносит аноды из электролитического резервуара для последовательной обработки на станции чистки, станции промывки и станции контроля.

Аноды имеют дистанционно обнаруживаемую информационную поддержку, которая хранит идентификационные данные анода.

Если после проверки анода он соответствует условиям для повторного использования, анод переносится обратно в электролитический резервуар, расположенный на передаточной платформе. Если он не соответствует условиям для повторного использования, анод доставляется на передаточной платформе на станцию отбраковки, основной функцией которой является замена тех анодов, которые отмечены как дефектные на станции контроля.

На станции контроля система оснащена: системой взвешивания, системой захвата изображений и системой отслеживания анода, блоком управления, подключенным к системе захвата изображений и системе взвешивания, блоком записи и системой подъема.

Система взвешивания собирает данные для определения потери веса анода. В другом варианте осуществления изобретения система взвешивания выполняется посредством узла тензодатчиков и передающего оборудования для обработки и преобразования сигнала, генерируемого упомянутым узлом, в стандартизированный пропорциональный формат, который позволяет передавать его непосредственно к блоку управления.

Система захвата изображения, которая собирает информацию с каждой стороны анода, содержит, по меньшей мере, одно первое устройство захвата изображения, обращенное к первой поверхности анодной пластины, и, по меньшей мере, одно второе устройство захвата изображения, обращенное ко второй поверхности анодной пластины, чтобы захватывать последовательные оцифрованные изображения последовательных горизонтальных полос соответствующих граней анодной пластины, когда имеется относительное смещение между упомянутыми устройствами захвата изображения и анодной пластиной. В предпочтительном варианте осуществления изобретения система захвата изображения представляет собой лазерную триангуляционную систему.

Система отслеживания в соответствии с настоящим изобретением выполнена с возможностью постоянного контроля местоположения и характеристик анода в электролитическом процессе. Система отслеживания позволяет однозначно различать каждый анод и связывать с ним результаты измерений системы. В конкретном варианте осуществления изобретения, система отслеживания представляет собой антенну РЧИ и считыватель РЧИ, в дополнение к радио-метке, расположенной на аноде.

Блок управления подключен к системам захвата изображения, взвешивания и отслеживания изображений анода. Упомянутый блок снабжен средством сравнения для сравнения захваченных параметров каждого изображения с эталонными параметрами, по меньшей мере, одного оцифрованного эталонного изображения граней неповрежденной анодной пластины, содержащейся в хранилище памяти. Аналогичным образом, можно сравнить, попадает ли вес анода в диапазон, определенный максимальными и минимальными весовыми параметрами эталонной анодной пластины для электролитического процесса.

В другом варианте осуществления изобретения, эталонные параметры выбираются из первых параметров, идентифицирующих позицию изоляторов на эталонной пластине; вторые параметры идентифицируют размеры каждого неповрежденного изолятора; третьи параметры идентифицируют длину эталонной пластины; четвертые параметры идентифицируют состояние поверхности эталонной пластины; пятый параметр идентифицируют контур эталонной пластины; шестые параметры идентифицируют каждый из неповрежденных разделителей; седьмые параметры идентифицируют вес анодной эталонной пластины и комбинации этих идентифицирующих параметров.

Таким образом, сравнение измерений, выполненных с первыми идентифицирующими параметрами, позволяет обнаружить отсутствие одного или нескольких изоляторов на проверенной анодной пластине; сравнение со вторыми идентифицирующими параметрами - позволяет обнаруживать поломки и чрезмерный износ одного или нескольких изоляторов на проверенной анодной пластине; сравнение с третьими параметрами - позволяет обнаружить чрезмерное удлинение проверенной анодной пластины; с четвертым - позволяет обнаружить дефекты параметров, дефекты материала, отложения отходов и дефекты плоскостности на проверенной анодной пластине; с пятыми параметрами - позволяет обнаружить дефекты на краях проверенной анодной пластины; с шестыми параметрами - позволяет обнаружить поломки, износ или отсутствие сепараторов проверяемой анодной пластины; с седьмым идентифицирующим параметром - позволяет уменьшить материал анодной пластины.

Блок записи системы сохраняет в запоминающем устройстве измерения размеров и веса, которые характеризуют каждый анод, что позволяет наблюдать его изменение во времени и оценивать влияние изменений электролитического процесса или восстановления на ухудшение качества анодной пластины.

Система также может содержать средство хранения захваченного изображения и средство обработки изображения, соединенные со средством сравнения, чтобы включать в каждое изображение всей анодной пластины идентификацию по меньшей мере несоответствия посредством сравнения снятого изображения по меньшей мере с одним эталонным типом параметра, который был обнаружен средством сравнения, и средство отображения, таким как, например, экран для отображения каждого изображения, захваченного с целой анодной пластиной, которое включает в себя указанную идентификацию.

Следовательно, особенность изобретения относится к системе для мониторинга анодов, используемой в электролитическом процессе, имеющей станцию контроля, станцию чистки и станцию промывки, отличающейся тем, что:

станция контроля поверхности анодов и изолирующих элементов, которые в свою очередь находятся на указанной поверхности, содержит:

а) систему взвешивания, которая имеет узел тензодатчика и передающее оборудование для передачи информации в блок управления;

б) систему отслеживания анода;

в) систему захвата изображения;

г) блок управления, соединенный с системой захвата изображения, взвешивания и отслеживания анода, снабженный средством для сравнения параметров, захваченных при помощи системы захвата изображения, и системой взвешивания, с эталонными параметрами;

д) блок записи, который обрабатывает и сохраняет захваченные данные; и

е) систему подъема анода станция чистки и мойки состоит из:

системы подъема анода со средствами управления положением, которые получают информацию о положении изоляторов блока управления.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, система содержит блок отбраковки, который содержит автономную систему, предпочтительно из робота, основной функцией которого является замена тех анодов, которые отмечены как неисправные на станции контроля.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, станции расположены на рамах.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения система подъема, имеющаяся на станциях, назначение которой состоит в том, чтобы поднимать анод для выполнения соответствующей специальной обработки, воплощена в тележке, приводимой в действие мотор-редуктором, управляемым инвертором с тормозными резисторами, и имеет удерживающий тормоз. Положение тележки контролируется с помощью энкодера, а также детекторами в определенных точках.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения система включает, в раме станции контроля, узел тензодатчиков, расположенных таким образом, что они поддерживают систему подъема анода. Путем вычитания веса системы подъема (тары), можно получить вес проверяемого анода. Кроме того, передающее оборудование выполняет обработку и преобразование сигнала, генерируемого упомянутыми тензодатчиками, в стандартизированный пропорциональный формат, который позволяет передавать его непосредственно на блок управления.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, на станции контроля, воздух продувался на поверхность анода, чтобы удалить капли воды, которые могут остаться на поверхности анода в результате предварительного доведения до кондиции на станции чистки и мойки и станции промывки и могут нарушить инспекцию поверхности. В более предпочтительном варианте осуществления изобретения, чтобы продувка осуществлялась с помощью воздушных шаберов.

Краткое описание чертежей

В целях облегчения понимания приведенного выше описания оно сопровождается набором чертежей, которые схематично и с помощью иллюстрации, а не ограничений, представляют собой вариант осуществления изобретения.

ФИГ. 1 показывает вид в перспективе системы мониторинга изобретения.

ФИГ. 2А показывает вид в перспективе анода на станции контроля.

ФИГ. 2Б показывает детальный вид головки анода.

ФИГ. 3 показывает детальный вид верхней части станции контроля, который показывает расположение тензодатчиков.

ФИГ. 4 показывает детальный вид нижней части станции контроля, который показывает позицию воздушных шаберов в упомянутой станции.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

ФИГ. 1 показывает вид в перспективе системы мониторинга изобретения. ФИГ. 1 показывает станцию чистки и мойки (1), станцию промывки (2), станцию контроля (3), куда транспортируются аноды на передаточной платформе (4).

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения и как показано на ФИГ. 2, анод (5) снабжен обычными изоляторами (5.1) на обеих соответствующих поверхностях. Головка анода имеет форму стержня с выступающими из боковых краев анодной пластины концами. ФИГ. 2А показывает анод на станции контроля. Упомянутая станция содержит раму (6) с четырьмя вертикальными колоннами, соединенными между собой рельсами и поперечными балками.

Подъемная система (7) установлена на верхней части рамы (6) для подъема и опускания анода (5), таким образом, чтобы он перемещался вертикально между соответствующими устройствами захвата изображения (не показаны) на двух продольных опорных стержнях. Подъемное устройство (7) содержит группу двигателей (7.1), которая приводит в движение поперечный ведущий вал (7.2), в котором установлены, по меньшей мере, два намоточных устройства (7.3), по меньшей мере, одного троса (7.4), концевая часть которых соединена с крепежным устройством (8), которое соединено с головкой анода (5).

ФИГ. 3. показывает положение системы взвешивания на станции контроля, выполненной в четырех тензодатчиках усилия среза (9), расположенных на раме (6) и расположенных таким образом, чтобы они поддерживали устройство подъема (7). Сигнал от каждого из тензодатчиков подключается как вход к сбалансированной суммирующей коробке, выход которой является единственным сигналом, который подается на передающее оборудование, оснащенное аналого-цифровым преобразователем с высокой разрешающей способностью, подходящим для определения соотношения между весом анода и тары, в котором генерируется сигнал в стандартизированном пропорциональном формате, что позволяет напрямую передавать его на блок управления.

Система отслеживания на станции контроля состоит из антенны РЧИ и считывателя РЧИ. Антенна РЧИ расположена на раме на расстоянии, подходящем для обнаружения радио-метки (10) на аноде, которая имеет уникальный код, который используется в качестве идентификационного ключа для соответствующего электрода. Считывание указанного кода в координации с блоком управления позволяет сохранять все измерения в блоке записи, выполненные системой, связывая их с электродом, характеризующимся указанным уникальным кодом.

Идентификационная радио-метка (10) размещена на верхней части головки анода, как показано на ФИГ. 2В. Для этого головка на верхней части обрабатывается и устанавливается пластиковая заглушка, которая отделяет радио-метку (10) на 5 мм от металла на нижней части, чтобы обеспечить правильное считывание. Радио-метка (10) сначала располагается и затем окружается не проводящим материалом, типа смолы, так, чтобы радио-метка (10) была надежно отделена от металла.

Система захвата изображения (не показанная) в конкретном варианте осуществления изобретения имеет четыре идентичных лазерных триангуляционных средства, установленных на раме (6) станции контроля, расположенных так, что 2 пары этих частей служат для проверки обеих сторон анода.

Каждый из элементов оборудования имеет горизонтальный лазерный источник, а пара, расположенная на каждой стороне, имеет отверстие, достаточное для контроля ширины анодов.

Контроль осуществляется во время вертикального перемещения анодов, которое выполняет подъемная система (7), встроенная в раму (6) станции контроля. Сигнал поступает от преобразователя положения системы подъема (7) (энкодера), чтобы синхронизировать получение изображения от системы захвата изображения с движением анода (5).

Каждое лазерное триангуляционное средство дополняется лазером с вертикальной линией, которое, в комбинации с горизонтальной триангуляцией, позволяет получить полную форму поверхности и реальные и видимые размеры анода, фактически понимаемые как те, которые соответствуют развитию поверхность после ее сплющивания, и очевидно, именно этот вид будет захвачен с помощью 20-камеры. Это измерение позволяет компенсировать возможные колебания анода во время вертикального движения вверх и позволяет точно измерять плоскостность анода.

Наконец, на станции контроля воздух продувается на поверхность анода, используя воздушные шаберы (11), чтобы удалить капли воды, которые могут остаться на поверхности анода (5) в результате предварительного доведения до кондиции на станции чистки (1) и станции промывки (2). Этот обдув срабатывает благодаря пневматическому клапану высокого давления, действующего по принципу электромагнитного клапана, контролируемого блоком управления. Сушка анода устраняет искажения, создаваемые каплями воды во время контроля.

На станции чистки (1) имеется узел щеток, по одной на изолятор, особая функция которого состоит в удалении грязи, осевшей на упомянутых изоляторах. Этот узел щеток установлен на двух рамах, соединенных с помощью обоих пневматических цилиндров. Каждая из вращающихся щеток приводится в действие по отдельности с помощью пневматических двигателей. Система подъема идентична для всех станций и приводится в действие электродвигателем, управляемым инвертором, а также оборудована датчиком положения (энкодером). Эти элементы позволяют управлять положением анода во время его подъема, так что зная расположение изоляторов для конкретного анода в соответствии с измерением, выполненным на станции контроля, которое было сохранено в блоке записи, можно установить тележку системы подъема в положение, в котором щетки и изоляторы выровнены, что гарантирует эффективность процесса доведения до кондиции.

Использование: для мониторинга анодов. Сущность изобретения заключается в том, что система для мониторинга анодов, используемая в электролитическом процессе, содержит станцию контроля; станцию чистки и мойки и станцию промывки, станция контроля поверхности анодов и изолирующих элементов, которые, в свою очередь, находятся на указанной поверхности, содержит: а) систему взвешивания, которая имеет узел тензодатчика (9) и передающее оборудование для передачи информации в блок управления; б) систему отслеживания анода; в) систему захвата изображения; г) блок управления, соединенный с системой захвата изображения, взвешивания и отслеживания анода, снабженный средством для сравнения параметров, захваченных системой захвата изображения и системой взвешивания, с эталонными параметрами; д) блок записи, который обрабатывает и сохраняет захваченные данные; и е) систему подъема анода и ж) средства продувки анода (11); станция чистки (1), в свою очередь, состоит из: системы подъема анода со средствами управления положением, в которой средства управления положением получают информацию о положении изоляторов от блока управления. Технический результат: обеспечение возможности автоматического восстановления анодов путем мониторинга эволюции анода и его возможного ухудшения. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система для мониторинга анодов, используемая в электролитическом процессе, содержащая: станцию контроля (3); станцию чистки и мойки (1) и станцию промывки (2), отличающаяся тем, что:

станция контроля (3) поверхности анодов (5) и изолирующих элементов (5.1), которые, в свою очередь, находятся на указанной поверхности, содержит:

а) систему взвешивания, которая имеет узел тензодатчика (9) и передающее оборудование для передачи информации в блок управления;

б) систему отслеживания анода;

в) систему захвата изображения;

г) блок управления, соединенный с системой захвата изображения, взвешивания и отслеживания анода, снабженный средством для сравнения параметров, захваченных системой захвата изображения и системой взвешивания, с эталонными параметрами;

д) блок записи, который обрабатывает и сохраняет захваченные данные; и

е) систему подъема анода и

ж) средства продувки анода (11);

станция чистки (1), в свою очередь, состоит из:

системы подъема анода со средствами управления положением, в которой средства управления положением получают информацию о положении изоляторов от блока управления.

2. Система для мониторинга по п. 1, отличающаяся тем, что система отслеживания анода состоит из антенны РЧИ и считывателя РЧИ с дополнением радио-метки (10), расположенной на аноде.

3. Система для мониторинга по п. 1, отличающаяся тем, что станция контроля расположена на раме и узел тензодатчиков расположен на раме, поддерживающей систему подъема анода (7).

4. Система для мониторинга по п. 1, отличающаяся тем, что система захвата изображения является лазерным триангуляционным средством.

5. Система для мониторинга по п. 1, отличающаяся тем, что система состоит из блока отбраковки, который состоит из робота в качестве автономной системы для замены тех анодов, которые отмечены на станции контроля как неисправные.