[发明专利]短路缓解装置

说明书

公开了一种在电解池(101)中使用的短路缓解装置。该装置包括与阻尼负载(502)并联连接的开关(302)。该开关设置在电解池(101)的触点(102)和电极(106)之间以选择性地提供触点和电极之间的导电路径。该开关包括并联连接的多个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)(402)。该装置还包括开关控制器(306)，该开关控制器(306)与开关(302)可操作地相关联以监测通过开关的电流(308)，并且当电流超过第一阈值时产生将开关(302)从导通闭合状态切换到非导通断开状态的切换信号(309)。

相关应用的交叉引用

本申请要求于2019年4月24日提交的澳大利亚临时专利申请号2019901395的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及用于短路缓解的方法和装置，并且特别地涉及用于电解池中的短路缓解的方法和装置。

背景技术

现有技术的电解提炼(EW)和电解精炼(ER)工艺可以以高达96％的电流效率运行，但是仍然存在许多电流低效率的问题。已知发生低效率是由于由于阳极和阴极之间的短路引起的替代反应消耗了电荷而绕过了所有反应，以及由于电解质泄漏和盐桥引起的杂散电流。短路是迄今为止最常见的原因。短路是由弯曲的电极、不正确的电极间距、未对准的电极和结节/树枝状铜生长造成的。最近对澳大利亚一家铜电解精炼厂的调查显示，每天可识别和纠正2200次短路。类似的数字在其它ER和EW罐房中很常见。如果不加以识别和纠正，该问题有可能对生产力产生重大影响，在剩余的4％的电解池电流低效率中最多可占3％。

通常的工厂实践是使用温度计或高斯计来识别短路。一旦被识别，短路就被消除。这是通过重新定位未对准或不正确间隔的电极、物理去除结节或在板弯曲的情况下移除和更换板来实现的。在一些采用全自动起重机的现代罐房中，工作人员只有非常小的机会窗口来检测和纠正短路，这进一步使问题恶化。该过程是保守的和补救性的，这消耗了大量时间和资源。

Hatch和Outotec已经尝试改进短路的识别。两种系统都根据霍尔效应原理工作，以检测通过母线的电流的变化。读数被传送回控制室，以实时提醒工作人员注意有问题的电解池或板。主要益处是可以减少检测和校正之间的时间，从而提高整体电流效率。但是，该系统仍然是保守的，并依靠工作人员的干预来纠正问题。仍需要让工作人员在电解池顶部纠正短路也减少了使收获过程完全自动化的机会。

对本公开的背景的讨论旨在促进对本公开的理解。但是，应该认识到的是，该讨论并不是确认或承认所提及的任何材料在申请的优先权日是公开的、已知的或众所周知的常识的一部分。

发明内容

根据第一方面，提供了一种在具有电触点和电极的电解池中使用的短路缓解装置，该装置包括：

与阻尼负载并联连接并设置在触点和电极之间的开关，该开关被配置为选择性地提供触点和电极之间的导电路径，其中该开关包括并联连接的多个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)；以及

开关控制器，可操作地与开关相关联，以监测通过开关的电流，并在电流超过第一阈值时产生将开关从导通闭合状态切换到非导通断开状态的切换信号。

该方面的优点在于，可以在触点和电极之间串联设置开关，以提供导电路径。这允许开关直接控制到电极的电流，从而允许对单个电极进行自动电流控制，并缓解有问题的短路的发生。并联连接的多个MOSFET允许比单个MOSFET装置增加的电流容量以及减小的电阻。该装置还可以包括与MOSFET并联连接的故障保护路径。

故障安全路径可以包括电阻大于多个MOSFET在其闭合导通状态下的电阻的导体。

开关控制器可以通过测量MOSFET两端的电压降来监测通过开关的电流。

通过测量MOSFET两端的电压降来监测通过开关的电流是有利的，因为这种配置避免了对会消耗功率的分流电阻器的需要。