WO2011147869A1 - Verfahren zum betreiben eines lichtbogenofens, schwingungsmesseinrichtung für eine lichtbogenelektrode und anordnung für einen lichtbogenofen - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines lichtbogenofens, schwingungsmesseinrichtung für eine lichtbogenelektrode und anordnung für einen lichtbogenofen Download PDF

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arc electrode
electrode
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Martin Mayer
Georg Schwaiger
Martin Kucher
Norbert Richter
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Definitions

  • the present invention relates to a method of operating an arc furnace, a vibration measuring device for an arc electrode and an arrangement for an electric arc furnace.
  • arc processes are used to introduce thermal energy into the material or material to be processed or refined.
  • a current flow is formed via an arc between an electric arc electrode to be provided and the material or material to be processed or finished and / or a correspondingly provided counter electrode arrangement by forming an electrical voltage in a controlled manner, i. that is, without direct material contact between the arc electrode on the one hand and the material or good to be processed or finished and / or the counter electrode arrangement on the other hand, but via an electrically conductive plasma formed between the arc electrode on the one hand and the good and / or the counter electrode on the other hand the underlying atmosphere.
  • the invention is based on the object to provide a method for operating an electric arc furnace, a vibration measuring device for an arc electrode and an arrangement for an electric arc furnace, at or with which the operation of an electric arc furnace can be made very safe and productive by simple means.
  • the task underlying the invention is in a method for operating an electric arc furnace according to the invention with the features of independent claim 1, in a vibration measuring device for an electric arc electrode according to the invention with the features of independent claim 8 and in an arrangement for an electric arc furnace according to the invention with the features of independent claim 26. Further developments are the subject matter of the dependent claims.
  • the present invention provides a method for operating an arc furnace in which by applying at least one arc electrode with an electrical voltage between the at least one arc electrode and a good and / or a counter electrode arrangement for forming an electrical current flow in a controlled manner Arc is formed and maintained, wherein at least during the maintenance of the arc at the at least one arc electrode, a vibration measurement is performed, in which from the vibration measurement a vibration state of the at least one arc electrode and / or an operating state of the arc furnace characterizing data are derived and wherein the characterizing data are used to control and / or control the operation of the arc furnace.
  • An essential idea of the present invention is therefore to provide, in an operating method for an electric arc furnace, the possibility of detecting the vibration state of the intended one or more electric arc electrodes.
  • data can then be obtained which describe or characterize the vibration state and / or operating state of the arc electrode and / or the arc furnace as a whole.
  • the course of further operation of the arc furnace can be designed, for example, by appropriate choice and setting of operating parameters or operating variables, be these geometric, mechanical and / or electrical nature. It can therefore be thought, for example, to regulate electrical voltages and / or currents or to adjust the electrode geometry with respect to the material located in the furnace vessel.
  • the vibration measurement can be carried out without contact, in particular without direct or indirect mechanical contact with the at least one arc electrode.
  • the special loads are reduced or avoided in the occurring during operation of an electric arc furnace high temperatures, so that Störun- conditions of the measurements or even damage to the respectively to be provided measuring devices due to thermal, mechanical or electrical influences omitted.
  • the vibration measurement can be carried out by optical means and / or by acoustic means, in particular using ultrasound.
  • acoustic means in particular using ultrasound.
  • all other non-contact measuring methods are conceivable, that is to say methods which can detect oscillatory movements of the arc electrode or of apparatuses connected thereto, without requiring a direct mechanical contact.
  • the vibration measurement can be carried out via an interference method and / or by utilizing a Doppler effect.
  • Interference methods and / or Doppler methods are particularly accurate measuring methods, since even small deviations in the underlying basic quantities lead to qualitatively and quantitatively easily detectable measured variables and their changes.
  • a Fourier analysis can be performed on the characterizing data, e.g. to detect conditions of the resonance and / or certain vibration patterns of the at least one arc electrode and / or the arc furnace.
  • Fourier analysis and other spectral methods are particularly useful for studying vibration conditions of systems because they cause vibration patterns, e.g. also states of resonance or the like, can be detected and analyzed particularly accurately.
  • the evaluation and / or control and / or regulation of mechanical and / or electrical operating variables of the arc furnace and / or the arc electrode can be controlled or regulated.
  • the method according to the invention and its embodiments can be used for processing or processing, refining or melting a material, in particular metallic material.
  • an oscillation measuring device for an arc electrode which is designed and has means for a vibration measurement on at least one associated arc electrode, in particular in an arrangement for an arc furnace.
  • the vibration measuring device can be designed for contact-free vibration measurement, in particular without direct or indirect mechanical contact with the at least one associated arc electrode.
  • the vibration measuring device can be designed for vibration measurement with optical and / or acoustic means. It may have emitting devices for emitting certain optical and / or acoustic signals to the at least one associated arc electrode and / or corresponding receiving devices for receiving the at least one associated arc electrode emitted optical and / or acoustic - in particular reflected - signals.
  • emitting devices for emitting certain optical and / or acoustic signals to the at least one associated arc electrode and / or corresponding receiving devices for receiving the at least one associated arc electrode emitted optical and / or acoustic - in particular reflected - signals.
  • the vibration measuring device can be designed for vibration measurement via an interference method and / or via the utilization of a Doppler effect. Due to their high resolving power arise with Interference method and method using the Doppler effect particularly high accuracies in the vibration measurement.
  • the vibration measuring device can be designed for vibration measurement via a direct or indirect mechanical contact with the at least one associated arc electrode.
  • it has e.g. a vibration sensor on soft on the mechanical contact a vibration state of the at least one associated arc electrode or its effect can be transmitted.
  • any vibration sensors can be used.
  • Conceivable are so-called piezo sensors, inductive sensors, or optical gyro or the like.
  • several sensors can be combined with each other, e.g. Vibrational movements within the three spatial directions x, y and z independently dissolve.
  • the intended measuring circuit can already take over part of the evaluation of the primary data supplied by the vibration sensor, so that then after the primary processing the data can be stored, read out and / or transmitted in partially processed form.
  • the measuring circuit may have means corresponding thereto, e.g. have corresponding control or computing circuits, memory and transceiver devices.
  • the insulation arrangement can be designed for thermal insulation / cooling and / or for mechanical coupling of its interior to the exterior. Due to the above-mentioned thermal, electrical and mechanical loads appropriate insulation to protect the measurement mechanisms of advantage to avoid falsification in the measurement or damage to the measuring devices themselves.
  • the insulation arrangement may comprise a plurality of successively nested insulation containers, wherein in particular the outermost insulation container is mechanically or indirectly coupled to the at least one associated arc electrode and the innermost insulation container has in its interior the measuring unit and in particular the sensor and / or the measuring circuit.
  • the respective embodiments of the containers and their contents or fillings may be different. It must be ensured that over the entire operating interval, ie in the time during which the amount of heat is impressed from the outside of the measuring system, the isolation is sufficient so that until the next downtime, in which the imposition of heat is omitted, the temperature innermost area, in which the actual measuring unit with sensor and measuring circuit is located, does not rise above the maximum permissible operating temperature.
  • One or more insulation containers may each have a wall area for outer boundary and / or for thermal insulation / cooling.
  • One or more insulation containers may each have a thermal insulation material and / or cooling material in their interior as a partial or complete filling.
  • the wall portions form barriers to heat conduction, but may also function as heat radiation barriers due to their reflectivity.
  • the insulation and / or cooling materials have the same functions, but here the emphasis is on the prevention of heat conduction, unless special material properties in Reference can be made to phase transitions. This will be described in more detail below.
  • a respective wall region of a respective insulation container may have one or more walls. By providing a plurality of walls, the thermal conductivity can be lowered due to the multiplicity of interfaces meeting each other.
  • a respective wall may be formed with or from one or more materials from the group of materials including metallic materials, aluminum, steel, ceramics, sintered ceramics, plastics, fiber reinforced materials, and combinations thereof. It is a variety of different materials used. These are chosen in detail depending on the positioning of the respective insulation tank and the associated thermal, mechanical and electrical loads.
  • a respective wall region and / or a respective wall - in particular on the respective outer side - may be formed completely or partially mirrored.
  • the mirroring increases the reflectivity with respect to the heat radiation.
  • a respective insulation and / or cooling material may be formed with or from one or more materials having a low thermal conductivity, in particular in the range of less than about 3 W / m K, preferably in the range of less than about 0.3 W / m K.
  • a respective insulating and / or cooling material may be formed with or from one or more phase change materials or phase change materials, in particular with a solid-liquid transition and / or with a liquid-gas transition, preferably with a high Phasenwechse- enthalpy or phase transition enthalpy, in particular in the range of approximately 25 kJ / mol or above.
  • phase change materials or phase change materials in particular with a solid-liquid transition and / or with a liquid-gas transition, preferably with a high Phasenwechse- enthalpy or phase transition enthalpy, in particular in the range of approximately 25 kJ / mol or above.
  • phase change material or phase change material will, in effect, function as a constant temperature cladding lying at the phase transition temperature of the underlying phase change material until the phase change of the phase change material is complete is completed, so until - in the case mentioned here - the originally present solid is completely converted into a liquid.
  • phase change material or phase change material will, in effect, function as a constant temperature cladding lying at the phase transition temperature of the underlying phase change material until the phase change of the phase change material is complete is completed, so until - in the case mentioned here - the originally present solid is completely converted into a liquid.
  • phase change material or phase change material will, in effect, function as a constant temperature cladding lying at the phase transition temperature of the underlying phase change material until the phase change of the phase change material is complete is completed, so until - in the case mentioned here - the originally present solid is completely converted into a liquid.
  • a respective insulating and / or cooling material can be formed with or from one or more materials from the group of materials comprising water, zeolite materials, in particular zeolite granules, per liter materials, in particular perlite granules, foam materials, in particular carbon foam materials and combinations thereof.
  • water offers itself in a particularly advantageous manner, especially in the outdoor area.
  • a cooling jacket provided in the outer region, which, as long as the water is in liquid form and is at most boiling, assumes a temperature of 1 00 ° C. It only needs to be ensured that sufficient cooling water is available, which - transformed by the boiling process into steam - leaving the corresponding interior of the underlying insulation container if necessary.
  • These can each have an inner insulation container to the outside with respect to a respective outer insulation container on the inside thereof. support and / or support an inner wall of a wall portion outwardly towards an outer wall of the same wall portion on the inside thereof.
  • the webs lead to a minimal contact area or a minimum contact area of the nested insulation container, so that a heat transfer due to heat conduction at these contact points with min imaler surface is extremely low.
  • a part of the wall region of the outermost insulation container can be formed by a vibration transmission element reaching into the interior of the outermost insulation container with or made from one or more materials with high sound propagation capability or high sound velocity and low thermal conductivity, in particular according to Art a stone-like material, preferably with or made of granite and / or in plate form.
  • a stone-like material preferably with or made of granite and / or in plate form.
  • the advantage of a granite slab or the like is that such materials have particularly favorable mechanical properties since they exhibit vibrational states, e.g. Transmitted sound from the infrasound range of a few hertz up to the ultrasonic range of a few tens of kilohertz, but at the same time one compared to metals e.g. have very low thermal conductivity.
  • the vibration transmitting member may be in direct mechanical contact with the wall portion of at least one subsequent inner insulating container.
  • the vibration transmission element covers the area of a plurality of insulation containers inwards and thus penetrates a plurality of insulation containers at their wall regions.
  • an arrangement for an electric arc furnace is also provided with a furnace vessel, with min. at least one arc electrode, which is at least partially introduced or introduced into the furnace vessel, and with a vibration measuring device for vibration measurement at the at least one arc electrode.
  • the core idea of the arrangement for an electric arc furnace is therefore the provision according to the invention of a vibration measuring device for measuring the vibration state of an electric arc electrode in its operation.
  • a plurality of arc electrodes with one or more, in particular a corresponding, plurality of respectively associated vibration measuring devices can be formed. Since, in an arrangement for an electric arc furnace, in principle, a plurality of arc electrodes can also be provided, it is also appropriate to use a plurality, e.g. to monitor all arc electrodes with regard to their vibration condition. Although this can basically be taken over by a single vibration measuring device, especially if this uses a non-contact measuring method. Optionally, however, a corresponding plurality of individual vibration measuring devices, which are each assigned to a single arc electrode, be useful.
  • the vibration measuring devices can be designed in particular in the described manner according to the invention.
  • the control device can record, store and process the raw data supplied by the respective sensor or else the measurement data already processed via the respectively provided measuring circuit and generate corresponding control signals and send them to corresponding remote control devices. output more devices of the arrangement for the electric arc furnace to regulate or control the operation accordingly.
  • the vibration measuring device provided according to the invention can be mounted directly or indirectly on a region or end of the arc electrode facing away from the open vessel and / or the furnace vessel, directly or indirectly at a non-contact measuring tap outside the open vessel and / or at least during operation.
  • the furnace vessel remote from the region or end of the arc electrode may be mounted directly or indirectly on a holder of the arc electrode, in particular on a portion of a cooling device of the holder, the contactless Meßabgriff directly or indirectly formed on a holder of the arc electrode, in particular at an area a cooling device of the holder, be attached directly or indirectly to a transport nipple or transport element of the arc electrode and / or the contact-free Meßabgriff directly or indirectly to a transport element of the arc be formed electrode.
  • Fig. 1 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention for operating an arc furnace.
  • FIGS. 2A-5B are schematic block diagrams showing various embodiments of the electric arc furnace assembly according to the present invention.
  • the various arrangements differ with respect to the positioning of the vibration measuring device and / or with respect to the configuration of the furnace vessel as an open or closed vessel.
  • Fig. 6 shows details of one control circuit for another
  • Embodiment of the inventive arrangement for an electric arc furnace Embodiment of the inventive arrangement for an electric arc furnace.
  • Fig. 7 illustrates in a schematic and sectional side view the possible positioning of the inventive vibration measuring device in the region of an arc electrode and its support arm.
  • Fig. 8A-8B show a sectional plan view and a side view, respectively
  • Embodiment of a vibration measuring device according to the invention which operates on the basis of a mechanical contact.
  • the present invention also relates to means and methods of measuring electrode vibration in a steel mill.
  • vibrations of electrodes or arc electrodes 220 during operation e.g. can not be measured in a steel plant.
  • a new vibration meter 1 00 which is also referred to as vibration measuring device 1 00, proposed.
  • the vibrations of an arc electrode 220 are transmitted via a transport element 224, for example, to a transport nipple 224 to the measuring box of the vibration measuring device 100.
  • the measuring box Schwingungsmessein- direction 100 takes a granite plate 50, 50 '(coefficient of thermal conductivity 2.6 W / mK), the transmission of the vibrations to the actual measuring sensor 1 and the measuring electronics or circuit 2.
  • the oscillations can over three, in all Space axes x, y, z arranged acceleration sensors recorded and stored eg in an integrated Datalogger.
  • the vibrations and the temperature can be transmitted to a computer via a transmitter integrated in the box (Bluetooth, W-Lan .%) and evaluated online.
  • a transmitter integrated in the box Bluetooth, W-Lan .
  • An insulation of the sensor 1 and the electronics 2 can be realized via a multi-stage concept. Overall, e.g. three boxes 20, 30, 40 as insulation containers 20, 30, 40 interleaved.
  • the outermost box 20, consisting e.g. made of a CFC material or steel sheet as a wall 21, 21 ', is e.g. filled with a water-saturated zeolite ithgranulat as a filling 22.
  • the first box 20 may also by another insulating material as a filling 22, e.g. be isolated by a carbon foam with a heat transfer coefficient of 0, 1 5 W / mK or a pearlite granules with a heat transfer coefficient of 0.05 W / mK.
  • the second box 30 made with a wall of aluminum or steel as the inner wall 31 i is filled with water or other phase change material as a filling 32 and serves to lower the temperature in the Kannnner with the third box 40 to stabilize at a low level of, for example, a maximum of 1 00 ° C.
  • the material of the walls 21, 31, 41 and / or the filling 22, 32, 42 can be selected.
  • the outer shell 31 a of the wall 31 of the second box 30 may be provided with a mirrored sheet, which reflects the infrared radiation and thus reduces the heat radiation to the second box 30.
  • the sheets 31 a are attached to thin webs 31 s.
  • the third and innermost box 40 is e.g. formed waterproof and dustproof and contains the actual sensor 1 and the measuring electronics 2. This is also arranged to deteriorate or reduce the heat transfer by heat conduction and / or thermal radiation so that the heat flow only via e.g. four small bridges 33 runs.
  • Fig. 1 shows a block diagram of an embodiment of the method according to the invention for operating an arc furnace 200 ', 21 0'.
  • a so-called start phase - preparations for the operation of the arc furnace 200 ', 21 0' are made.
  • the fillings of the underlying furnace vessel 21 0 are carried out accordingly.
  • the underlying arc electrode 220 is positioned in the region of the interior of the vessel 210, optionally including the vessel lid 21 second
  • step S2 the mechanical adjustment of the underlying arc electrode 220 takes place according to the selected operating parameters.
  • step S3 the configured arc electrode 220 is then subjected to electrical voltage in accordance with the selected operating parameters.
  • the electrical voltage is formed between the arc electrode 220, optionally the plurality of arc electrodes 220, and the material to be treated 300 and / or a provided counter electrode 21 1 'of the lower portion 21 1 of the furnace vessel 21 0 from.
  • the steps S2 and S3 are generally carried out continuously and in parallel during operation. This means that in the - trouble-free as possible - continuous operation, the arc electrode 220 or the majority of electrical voltage is applied according to the currently determined operating parameters and that at the same time the mechanical and geometric operating parameters in the arrangement 200 for the electric arc furnace 200 ', 21 0' their Find precipitation.
  • steps S3 and S4 it can be checked in a step S9 whether e.g. a regular end of operation has been reached, that is, e.g. a regular end criterion is fulfilled or predicted.
  • the final step S1 0 can be proceeded to take appropriate precautions for the end of the operation of the arrangement 200 for the electric arc furnace 200 ', 21 0'. This means that given if the tapping is done or another removal of the processed or treated Guts 300, and in particular after the electrical power has been taken from the assembly 200, ie in particular the furnace vessel 21 0 and the electrode 220 are grounded and against each other have no electrical potential difference.
  • step S9 if a criterion for a regular end of the operation is not present in step S9, because e.g. in said example for a melting process, the material 300 has not yet completely melted, the furnace 200 ', 21 0' must continue to run and generally the steps S4 to S7 are initiated, which then return to the actual basic steps S2 and S3.
  • step S4 the vibration measurement is performed on the arc electrode 220 or the plurality of arc electrodes 220.
  • step S5 data derived from the vibration measurement S4 are used to derive characteristic data for characterizing the operating state and / or the vibration state of the arc electrode 220 as such or the entire arrangement 200 of the arc furnace 200 ', 210'.
  • a query step S6 in which it is checked whether the operation of the system or arrangement 200 is critical, ie whether the regulation and control of the operation can no longer be performed regularly, ie in particular an existing or imminent vibration state of the system or Arrangement 200 and especially the arc electrode 220 is no longer controllable. This may in particular be the case if the operating state of the arc furnace 200 ', 210' is no longer controllable and the arc electrode 220 or electrodes 220 are e.g. just before one
  • Vibration break stand if the operation is judged to be critical because, for example, a vibration state of the system or arrangement 200 and especially of the arc electrode 220 proves to be unmanageable, then an irregular termination takes place towards the final step S8.
  • step S7 the derived data and in particular the vibration state and / or operating state characterizing data is then used to adjust the operating parameters or operating quantities for the operation of the arc electrode 220 and the assembly 200 for the arc furnace 200 ', 21 0' as such.
  • the mechanical-geometrical settings for the arc electrode 220 and the arrangement 200 are then carried out in the following step S2 and S3, and the necessary electrical parameters for the operation are controlled or regulated accordingly.
  • steps S2 to S7 are performed parallel to each other and continuously, so that in particular during the loading S3 of the arc electrode 220 with electrical voltage, ie during operation, constantly Measurements are carried out and evaluated and then on the basis of the evaluation data then constantly and continuously the geometric and mechanical sizes and the electrical operating variables are adjusted, and in general, without the need for a business interruption.
  • the present invention based on the characteristic data derived in steps S5 and S7, it is possible to detect critical conditions for the operation of the arc electrode 220 to appropriately set the mechanical, geometrical, and electrical operation quantities for the arc electrode 220 to be of concern Leaving the operating state for the arc electrode 220 and continue safe operation is possible.
  • the Fig. 2A shows, in the manner of a block diagram, a first embodiment of the inventive arrangement 200 for an electric arc furnace 200 ', 21 0'.
  • the core component of this arrangement 200 is the actual electric arc furnace 200 ', 21 0'.
  • This is formed by a furnace vessel 21 0.
  • This has a vessel base 21 1 and in the arrangement of FIG. 2A a lid or closure 21 2.
  • a passage and sealing region 21 3 is formed, through which the Arrangement 200 underlying arc electrode 220 into the furnace vessel 21 0 opens.
  • the arc electrode 220 itself consists essentially of a body 221 in the form of a rod 221 with a front or arc end 222, which opens into the interior 21 Oi of the furnace vessel 21 0, whereas the opposite and the furnace vessel 21 0 remote from the second end 223 of the rod 221 is supported by a support arm 260 or a holder 260.
  • the carrier 260 also allows a corresponding geometric adjustment of the rod 221 of the arc electrode 220, so that between the located in the interior 21 0i of the furnace vessel 210 Good 300, which is to be subjected to processing or treatment, and the arc end
  • 222 of the arc electrode 220 a corresponding distance can be achieved via a positioning by means of the support arm 260, e.g. by raising and lowering the support arm 260 in the direction Z.
  • a counter-electrode arrangement 21 V is provided which serves to form the electrical potential difference between the arc end 222 of the rod 221 of the arc electrode 220 and in particular the material 300 to be treated.
  • measuring sensors 255-1 and 255-2 are still provided for receiving measurement data for controlling the operation of the arrangement 200.
  • control region 253 or an operation unit 253 for the arc electrode 220 is formed.
  • This control region 253 serves in the embodiment shown here on the one hand, the electrical lektrischen connection and thus the impressing of the electrical voltage by introducing electrical charges via the line 258 from the electrode driver 252, on the other hand, however, the output of certain measured variables via the line 256-4, eg to output the values of the actual impressed electrical voltage or the actual fl owing electric current as actual values.
  • controlling the arc electrode is realized via an end 223 of the arc electrode 220 facing away from the furnace vessel and thus separated from the carrier arm 260 and its control or operating unit 254.
  • the application of the arc electrode 220 with electrical voltage is usually realized via the support arm 260 and not via the end remote from the furnace vessel 223.
  • the electrode driver 252 accesses the carrier arm 260 directly via a corresponding interface.
  • the carriers 252 and 254 can be integrated in a common unit that implements and controls the positioning and application of electrical voltage.
  • the oscillation measuring device 1 00 also acts on the oscillation state of the arc electrode 220 via corresponding
  • the raw data and / or also pre-processed prepared data are derived via line 256-3.
  • All recorded data are recorded in an evaluation and control unit 251, via the lines or measuring lines 256-1 and 256-2 with respect to the additional sensors 255-1 and 255-2 arranged in the furnace vessel 21 0, via the Measuring line 256-3 for the inventively provided vibration measuring device 1 00 as well as the measuring line 256-4 for the operating unit 253 of the arc electrode 220th
  • control signals to the driver device 252 for the electrode and to a driver device are then sent via control lines 257-1 and 257-2 254 outputted to the support arm 260, so that according to the control data, the mechanical, geometric and electrical operating variables for the operation of the assembly 200 for the electric arc furnace 200 ', 21 0' can be controlled or regulated.
  • FIG. 2A Core idea of the arrangement of FIG. 2A is the non-contact measurement of the vibration state of the arc electrode 220 by the vibration measuring device 100, here represented by the serpentine lines, which is to represent the transmission and reception of a light signal or an ultrasonic signal or the like. Due to the non-contact measuring method, a comparatively reduced mechanical, electrical and thermal load with respect to the vibration measuring device 1 00 according to the invention takes place even with very robust operation.
  • FIG. 2B corresponds essentially to the arrangement of FIG. 2A, but this is an open furnace vessel 21 0, which compared to the arrangement of FIG. 2A thus has no lid portion 21 2 and also no seal 21 3.
  • FIG. 3A corresponds essentially to the arrangement of FIG. 2A with closed furnace vessel 21 0, but here an indirect contact between the vibration measuring device 1 00 according to the invention and the arc electrode 220 is made, I näml I via the operating unit 253, which in operation via the direct mechanical contact with the light arc electrode 220 is set in a similar vibration state, as the arc electrode 220 itself.
  • FIG. 3B shows a similar situation as in the arrangement of FIG. 3A, but again with the furnace vessel 21 0 open without the lid 21 2 and the seal 21 3.
  • the vibration measuring device 100 provided according to the invention is located directly on the surface of the rod 221 of the arc electrode 220, here directly below the support arm 260. In this way, the oscillation state can be very direct and very accurate the arc electrode 220 are measured.
  • the vibration measuring device 100 provided according to the invention is formed on the support arm 260 for the rod 221 of the arc electrode 220. Due to the very intimate mechan ic contact, namely because of the support function of the support arm 260, can be determined by the state of vibration of the support arm 260 very precisely the vibration state of the arc electrode 220 here in reducing the mechanical, thermal and electrical loads.
  • Fig. 6 again shows details of the controller 250 in connection with the vibration measuring device 100 provided according to the invention for the arc electrode 220.
  • the arc electrode 220 is also here in wesentl men in the form of a rod 221 with a not shown here furnace vessel end 222 and a not shown here furnace vessel 21 0 opposite end 223 formed, with the latter operating unit 253 for the arc electrode 220 for the electrical connection on the one hand and for the Output of the measured data, for example, with respect to the temperature, the electrical parameters and vibration data on the other hand is formed.
  • the vibration measuring device 100 is integrated in the operating unit 253. Furthermore, in this embodiment, the evaluation and control 250, 251 is formed divided, by providing an evaluation and control 251 -1 with respect to the originating from the vibration meter 1 00 data and in an evaluation and control 251 -2 h caravanl I electrical operating parameters, which are derived via the measuring line 256-4. According to the evaluation and control of the two sub-control units 251 -1 and 251 -2, the driver 254 for the carrier arm 260 and the driver 252 for the operating unit 253 of the arc electrode 220 are then provided with corresponding control signals, namely via the lines 257, 257-1, 257-2 and 258.
  • the Fig. 7 shows, in a schematic and sectional side view, various arrangement possibilities AE for the vibration measuring device 100 according to the invention in connection with the electric arc electrode 220 designed as a rod 221. All of these arrangement possibilities extend in the region of the second end 223 of the rod 221, which differs from the furnace vessel 21 not shown here 0 is arranged away.
  • the vibration measuring device 100 is not in direct mechanical contact with the end 223 of the arc electrode 220, but uses a non-contact measuring method, e.g. via electromagnetic waves or sound.
  • the vibration measuring device 100 In the position B, the vibration measuring device 100 according to the invention is directly contacted with a so-called transport element 224, transport nipple 224 or transport hooks 224. In the position C, the vibration measuring device 1 00 according to the invention is mounted directly on the surface of the arc electrode 220.
  • the vibration measuring device 1 00 is arranged on the surface of the support arm 260.
  • the support arm 260 and its material 261 are cooled by providing a cooling device 262.
  • the cooling device 262 is intimately connected to the material 261 of the support arm 260, the arrangement of the vibration measurement device 100 according to the invention can also be determined according to the position E, i. so be done directly in contact with the cooling device 262.
  • This cooler 262 is e.g. a coolant conveying pipe or the like.
  • FIGS. 8A and 8B show, in the form of sectional top and side views, an embodiment of the vibration measuring device 100 according to the invention for an arc electrode 220, which in conjunction with the positions B to E according to FIG. 7 could be used.
  • FIG. 8A and 8B for the vibration measuring device 100 has a three-stage insulation system or a three-stage insulation arrangement 60 with regard to the thermal and electrical influences.
  • This three-stage insulation system 60 is formed by three nested insulation containers 20, 30 and 40.
  • the outer insulation container 20 has as a wall region 21 a single wall 21 ', for example of a CFC material or a steel sheet.
  • a further insulation material may be applied as an inner lining, such as a carbon foam or a pearlite granules or the like.
  • the second insulating container 30 is then arranged.
  • Its wall portion 31 consists of an inner wall 31 i, for example made of aluminum or steel, and a mirrored outer shell 31 a, against which the inner wall 31 i via web portions or webs 31 s is supported with a small cross-sectional area to heat transfer here by heat conduction so to be kept as low as possible.
  • phase change material or phase change material is provided as the insulation material 32.
  • This may be e.g. to trade water.
  • water has a low inherent thermal conductivity and, on the other hand, a comparatively low phase change temperature with a comparatively high phase change energy for the transition from liquid to gaseous state.
  • a waterproof and dustproof box 40 whose wall portion 41 has a single wall 41 'and in its interior next to an optional filling 42, the actual measuring unit 10 of a sensor 1 and a Measuring and evaluation circuit 2 contains. Via webs 33, which are part of the wall region 31 of the second insulation container 30, the innermost insulation container 40 is supported downward.
  • the vibration measuring device 100 has a vibration transmission element 50 in the form of a granite plate 50 'or the like.
  • This granite plate 50 closes outwardly over its outer side 50a, outer surface 50a or surface 50a flush with the outside of the wall 21 of the outermost insulating container 20 from.
  • the granite plate 50 ' as a vibration transmission element 50, completely passes through the wall region 21 and the filling 22 of the outermost insulation container 20 and contacts the inner wall 31 i of the wall region 31 of the second insulation container 30, so that Overall, the mechanical vibrations from the outside over the outer surface 50a of the granite plate 50 'to the inner wall 31 i of the second insulating container 30 and from there via the webs 33 to the innermost insulating container 40 and there via the mechanical coupling to the interior 40i and to the vibration sensor 1 transferred. At the same time, the heat conduction through the granite plate 50, the webs 33 and the wall 41 is only small.
  • furnace vessel 21 0 opposite end transport element, transport nipple, transport hook, suspension
  • Evaluation device or unit control device or unit

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens (200', 210'), eine Schwingungsmesseinrichtung (100) für eine Lichtbogenelektrode (220) sowie eine Anordnung (200) für einen Lichtbogenofen (200', 210'), bei oder mit welchem im Betrieb eines Lichtbogenofens (200', 210') mit einfachen Mitteln dadurch besonders sicher und produktiv gestaltet werden kann, dass an der mindestens einen vorgesehenen Lichtbogenelektrode (220) eine Schwingungsmessung möglich ist aufgrund welcher dann der Betrieb der Anordnung (200) für den Lichtbogenofen (200', 210') hinsichtlich der mechanischen und/oder elektrischen Betriebsparameter gesteuert oder geregelt werden kann.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens, Schwingungsmesseinrichtung für eine Lichtbogenelektrode und
Anordnung für einen Lichtbogenofen
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens, eine Schwingungsmesseinrichtung für einen Lichtbogenelektrode und eine Anordnung für einen Lichtbogenofen .
H INTERGRUN D DER ERFINDU NG
Bei bestimmten Materialverarbeitungs- oder Veredelungsverfahren werden zum Einbringen thermischer Energie in das zu verarbeitende oder zu veredelnde Material oder Gut so genannte Lichtbogenprozesse verwendet. Dabei wird zwischen einer vorzusehenden Lichtbogenelektrode und dem zu verarbeitenden oder veredelnden Material oder Gut und/oder einer entsprechend vorzusehenden Gegenelektrodenanordnung durch Ausbilden einer elektrischen Spannung in gesteuerter Art und Weise ein Stromfluss über einen Lichtbogen ausgebildet, d.h . also ohne direkten materiellen Kontakt zwischen der Lichtbogenelektrode einerseits und dem zu verarbeitenden oder zu veredelnden Material oder Gut und/oder der Gegenelektrodenanordnung andererseits, sondern über ein zwischen der Lichtbogenelektrode einerseits und dem Gut und/oder der Gegenelektrode andererseits ausgebildetes und elektrisch leitfähiges Plasma auf der Grundlage der zugrunde liegenden Atmosphäre.
Bei derartigen Betriebsverfahren treten aufgrund der hohen elektrischen und thermischen Belastungen Verschleißerscheinungen oder gar Schäden an den Lichtbogenelektroden auf. Diese Verschleißerscheinungen oder Schäden führen dazu, dass gegebenenfalls der Arbeitsprozess abgebrochen und die Anla- ge heruntergefahren werden muss, z.B. um defekte Lichtbogenelektroden zu erneuern .
Diese Betriebsunterbrechungen einerseits, aber auch der materielle Aufwand zum Austausch defekter Elektroden andererseits sind mit entsprechenden Kosten verbunden . Es wäre daher wünschenswert, wenn die Verschleißerscheinungen oder Schäden vor Qualitätseinbußen im Arbeitsprozess oder dem Ausfall einer Elektrode zumindest erkannt, d.h . vorab in einem sich bereits anbahnenden Stadium, oder durch Wahl entsprechender Betriebsparameter verzögert oder gar vermieden werden könnten .
Dies ist jedoch aufgrund der robusten Natur der zugrunde l iegenden Betriebsumgebung und Betriebsverfahren mit ihren extremen thermischen, mechanischen und elektrischen Belastungen bisher nicht mögl ich .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDU NG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens, eine Schwingungsmesseinrichtung für eine Lichtbogenelektrode und eine Anordnung für einen Lichtbogenofen zu schaffen, bei oder mit welchen der Betrieb eines Lichtbogenofens mit einfachen Mitteln besonders sicher und produktiv gestaltet werden kann .
Die der Erfindung zu Grunde l iegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 , bei einer Schwingungsmesseinrichtung für eine Lichtbogenelektrode erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 und bei einer Anordnung für einen Lichtbogenofen erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 26 gelöst. Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorl iegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens bei welchem durch Beaufschlagen mindestens einer Lichtbogenelektrode mit einer elektrischen Spannung zwischen der mindestens einen Lichtbogenelektrode und einem Gut und/oder einer Gegenelektrodenanordnung zur Ausbildung eines elektrischen Stromflusses in gesteuerter Art und Weise ein Lichtbogen ausgebildet und unterhalten wird, bei welchem zumindest während des Unterhaltens des Lichtbogens an der mindestens einen Lichtbogenelektrode eine Schwingungsmessung durchgeführt wird, bei welchem aus der Schwingungsmessung einen Schwingungszustand der mindestens einen Lichtbogenelektrode und/oder einen Betriebszustand des Lichtbogenofens charakterisierende Daten abgeleitet werden und bei welchem die charakterisierenden Daten zur Regelung und/oder Steuerung des Betriebs des Lichtbogenofens verwendet werden . Eine Kernidee der vorliegenden Erfindung besteht also darin, bei einem Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen eine Mögl ichkeit zur Erfassung des Schwingungszustands der vorgesehenen ein oder mehreren Lichtbogenelektroden zu schaffen . Auf der Grundlage dieser Schwingungsmessung können dann Daten gewonnen werden, die den Schwingungszustand und/oder Betriebszustand der Lichtbogenelektrode und/oder des Lichtbogenofens insgesamt beschreiben oder charakterisieren . Auf der Grundlage dieser charakterisierenden Daten kann dann der Verlauf des weiteren Betriebs des Lichtbogenofens gestaltet werden, z.B. durch entsprechende Wahl und auch Einstellung von Betriebsparametern oder Betriebsgrößen, seien diese geometrischer, mechanischer und/oder elektrischer Natur. Es kann also z.B. daran gedacht werden, elektrische Spannungen und/oder Stromstärken zu regeln oder auch die Elektrodengeometrie im Bezug auf das im Ofengefäß befindliche Gut anzupassen .
Die Schwingungsmessung kann kontaktfrei - insbesondere ohne direkten oder indirekten mechanischen Kontakt zu der mindestens einen Lichtbogenelektrode - durchgeführt werden . Bei einer kontaktfreien Schwingungsmessung werden die besonderen Belastungen bei den beim Betrieb eines Lichtbogenofens auftretenden hohen Temperaturen reduziert oder vermieden, so dass Störun- gen der Messungen oder gar Beschädigungen an den jeweils vorzusehenden Messeinrichtungen aufgrund thermischer, mechanischer oder elektrischer Einflüsse entfallen .
Die Schwingungsmessung kann mit optischen Mitteln und/oder mit akustischen Mitteln durchgeführt werden, insbesondere unter Verwendung von Ultraschall . Grundsätzlich sind jedoch sämtliche andere kontaktfreie Messverfahren denkbar, also Verfahren, die Schwingungsbewegungen der Lichtbogenelektrode oder damit verbundener Apparaturen erfassen können, ohne dass es eines direkten mechanischen Kontakts bedarf.
Die Schwingungsmessung kann über ein Interferenzverfahren und/oder unter Ausnutzung eines Dopplereffekts durchgeführt werden . Interferenzverfahren und/oder Dopplerverfahren sind besonders genaue Messverfahren, da bei Ihnen bereits geringe Abweichungen in den zugrunde liegenden Basisgrößen zu qualitativ und quantitativ leicht detektierbaren Messgrößen und deren Änderungen führen .
Bei der Schwingungsmessung, bei deren Auswertung und/oder bei der Steuerung und/oder Regelung des Betriebs des Lichtbogenofens kann eine Fourieranalyse an den charakterisierenden Daten durchgeführt werden, z.B. um Zustände der Resonanz- und/oder bestimmte Schwingungsmuster der mindestens einen Lichtbogenelektrode und/oder des Lichtbogenofens zu detektieren . Die Fourieranalyse und andere spektrale Verfahren eignen sich besonders zur Untersuchung von Schwingungszuständen von Systemen, weil mit ihnen Schwingungsmuster, z.B. auch Zustände von Resonanz oder dergleichen, besonders genau detektiert und analysiert werden können.
Auf der Grundlage der Schwingungsmessung können der Auswertung und/oder bei der Steuerung und/oder Regelung mechanische und/oder elektrische Betriebsgrößen des Lichtbogenofens und/oder der Lichtbogenelektrode gesteuert oder geregelt werden . Das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausführungsformen können zum Ver- oder Bearbeiten, Veredeln oder Schmelzen eines - insbesondere metallischen - Guts verwendet werden .
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schwingungsmesseinrichtung für eine Lichtbogenelektrode geschaffen, welche ausgebildet ist und Mittel aufweist zu einer Schwingungsmessung an mindestens einer zugeordneten Lichtbogenelektrode, insbesondere in einer Anordnung für einen Lichtbogenofen .
Die Schwingungsmesseinrichtung kann zur kontaktfreien Schwingungsmessung ausgebildet sein, insbesondere ohne direkten oder indirekten mechanischen Kontakt zu der mindestens einen zugeordneten Lichtbogenelektrode.
Die Schwingungsmesseinrichtung kann zur Schwingungsmessung mit optischen und/oder mit akustischen Mitteln ausgebildet sein . Sie kann Aussendeeinrichtungen zur Aussendung von bestimmten optischen und/oder akustischen Signalen an die mindestens eine zugeordnete Lichtbogenelektrode und/oder entsprechende Empfangseinrichtungen zum Empfang von der mindestens einen zugeordneten Lichtbogenelektrode ausgesandten optischen und/oder akustischen - insbesondere reflektierten - Signalen aufweisen . Durch das Vorsehen entsprechender Aussendeeinrichtungen und/oder Empfangseinrichtungen lassen sich auf besonders einfache und doch zuverlässige Art und Weise kontaktfreie Messszenarien aufbauen, und zwar unabhängig davon, ob diese auf elektromagnetische Phänomenen, auch im optischen Bereich, oder akustischen Phänomenen, z.B. auch Ultraschall oder dergleichen, beruhen .
Die Schwingungsmesseinrichtung kann zur Schwingungsmessung über ein Interferenzverfahren und/oder über die Ausnutzung eines Dopplereffekts ausgebildet sein . Aufgrund ihres hohen Auflösungsvermögens ergeben sich mit Interferenzverfahren und Verfahren unter Ausnutzung des Dopplereffekts besonders hohe Genauigkeiten bei der Schwingungsmessung .
Die Schwingungsmesseinrichtung kann zur Schwingungsmessung über einen direkten oder indirekten mechanischen Kontakt mit der mindestens einen zugeordneten Lichtbogenelektrode ausgebildet sein . In diesem Fall weist sie z.B. einen Schwingungssensor auf, auf weichen über den mechanischen Kontakt ein Schwingungszustand der mindestens einen zugeordneten Lichtbogenelektrode oder dessen Wirkung übertragbar sind . Grundsätzlich sind beliebige Schwingungssensoren einsetzbar. Denkbar sind so genannte Piezosensoren, induktive Sensoren, oder auch optische Kreisel oder dergleichen . Dabei können auch mehrere Sensoren miteinander kombiniert werden, um z.B. Schwingungsbewegungen innerhalb der drei Raumrichtungen x, y und z unabhängig voneinander aufzulösen .
Der Schwingungssensor - und insbesondere eine vorgesehene und mit dem Schwingungssensor verbundene Messschaltung der Schwingungsmesseinrichtung - können als Messeinheit im Inneren einer Isolationsanordnung ausgebildet sein . Die vorgesehene Messschaltung kann bereits einen Teil der Auswertung der vom Schwingungssensor gel ieferten Primärdaten übernehmen, so dass dann nach der Primärverarbeitung die Daten in teilweise aufbereiteter Form gespeichert, ausgelesen und/oder ausgesandt werden können . Die Messschaltung kann dazu entsprechende Einrichtungen, wie z.B. entsprechende Steuer- oder Rechenschaltungen, Speicher und Sende-Empfangsein- richtungen aufweisen .
Die Isolationsanordnung kann zur thermischen Isolation/Kühlung und/oder zur mechanischen Ankopplung ihres Inneren gegenüber dem Äußeren ausgebildet sein . Aufgrund der oben bereits erwähnten thermischen, elektrischen und mechanischen Belastungen sind zum Schutze der Messmechanismen entsprechende Isolationen von Vorteil , um Verfälschungen in der Messung oder Schäden an den Messeinrichtungen selbst zu vermeiden . Die Isolationsanordnung kann eine Mehrzahl aufeinander folgend ineinander geschachtelter Isolationsbehälter aufweisen, wobei insbesondere der äußerste Isolationsbehälter mechanisch direkt oder indirekt an die mindestens eine zugeordnete Lichtbogenelektrode gekoppelt ist und der innerste Isolationsbehälter in seinem Inneren die Messeinheit und insbesondere den Sensor und/oder die Messschaltung aufweist.
Je nach tatsächl icher oder zu erwartender Belastung können unterschiedliche Anzahlen ineinander geschachtelter einzelner Isolationsbehälter gewählt werden . Entsprechend können auch die jeweiligen Ausgestaltungen der Behälter und ihrer Inhalte oder Füllungen unterschiedlich sein . Dabei muss sichergestellt sein, dass über das gesamte Betriebsintervall, also in der Zeit, während der Wärmemenge von außen dem Messsystem aufgeprägt wird, die Isolation so weit ausreichend ist, dass bis zur nächsten Betriebspause, bei welcher das Aufprägen von Wärmemenge entfällt, die Temperatur im innersten Bereich, in welchem sich die eigentliche Messeinheit mit Sensor und Messschaltung befindet, nicht über die maximal zulässige Betriebstemperatur hin ansteigt.
Ein oder mehrere Isolationsbehälter können jeweils einen Wandbereich zur äußeren Begrenzung und/oder zur thermischen Isolation/Kühlung aufweisen .
Ein oder mehrere Isolationsbehälter können in ihrem Inneren jeweils ein thermisches Isolationsmaterial und/oder Kühlmaterial als teilweise oder vollständ ige Füllung aufweisen .
Die Wandbereiche bilden Barrieren hinsichtlich der Wärmeleitung und können aber gegebenenfalls aufgrund ihres Reflexionsvermögens auch als Wärmestrahlungsbarrieren fungieren. Die Isolations- und/oder Kühlmaterialien haben dieselben Funktionen, wobei hier jedoch das Schwergewicht auf der Unterbindung der Wärmeleitung liegt, sofern nicht besondere Materialeigenschaften in Bezug auf Phasenübergänge genutzt werden . Dies wird weiter unten genauer beschrieben .
Ein jeweiliger Wandbereich eines jeweiligen Isolationsbehälters kann ein oder mehrere Wände aufweisen . Durch das Vorsehen einer Mehrzahl von Wänden kann d ie Wärmeleitfähigkeit aufgrund der Vielzahl aufeinander treffender Grenzflächen abgesenkt werden .
Eine jeweil ige Wand kann mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe von Materialien ausgebildet sein, die aufweist metallische Materialien, Aluminium, Stahl, keramische Materialien, gesinterte keramische Materialien, Kunststoffe, faserverstärkte Materialien und deren Kombinationen. Es ist eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien einsetzbar. Diese werden im Einzelnen je nach der Positionierung des jeweil igen Isolationsbehälters und den damit verbundenen thermischen, mechanischen und elektrischen Belastungen gewählt.
Ein jeweiliger Wandbereich und/oder eine jeweilige Wand - insbesondere auf der jeweiligen Außenseite - können ganz oder teilweise verspiegelt ausgebildet sein . Die Verspiegelung erhöht das Reflexionsvermögen im Hinblick auf die Wärmestrahlung .
Ein jeweiliges Isolations- und/oder Kühlmaterial kann mit oder aus einem oder mehreren Materialien mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, insbesondere im Bereich von unter etwa 3 W/m K, vorzugsweise im Bereich von unter etwa 0,3 W/m K, ausgebildet sein .
Ein jeweiliges Isolations- und/oder Kühlmaterial kann mit oder aus einem oder mehreren Phasenwechselmaterialien oder Phasenänderungsmaterialien ausgebildet sein, insbesondere mit einem Fest-Flüssigübergang und/oder mit einem Flüssig-Gasübergang, vorzugsweise mit einer hohen Phasenwechse- lenthalpie oder Phasenübergangsenthalpie, insbesondere im Bereich von etwa 25 kJ/mol oder darüber. Neben der Unterbindung oder Absenkung der Wärmeleitfähigkeit oder Wärmestrahlung kann gerade auch die Wirkung durch Aufnahme so genannter latenter Wärme sehr vorteilhaft sein . Wird zum Beispiel an den Phasenübergang von fest nach flüssig gedacht, so ergibt sich, dass das Phasenübergangsmaterial oder Phasenwechselmaterial praktisch als Mantel konstanter Temperatur fungiert, der auf der Phasenübergangstemperatur des zugrunde liegenden Phasenwechselmaterials l iegt, und zwar so lange, bis die Phasenumwandlung des Phasenwechselmaterials vollständig abgeschlossen ist, bis also - in dem hier angesprochenen Fall - der ursprünglich vorliegende Feststoff vollständig in eine Flüssigkeit umgesetzt ist. Entsprechendes gilt für einen Stoff mit einem Phasenübergang von flüssig nach gasförmig .
Ein jeweiliges Isolations- und/oder Kühlmaterial kann mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe von Materialien ausgebildet sein, welche aufweist Wasser, Zeolithmaterialien, insbesondere Zeol ithgranulat, Per- litmaterialien, insbesondere Perlitgranulat, Schaumstoffmaterialien, insbesondere Kohlenstoffschaumstoffmaterialien und deren Kombinationen . Aus Kostengründen bietet sich - gerade im Außenbereich - der Einsatz von Wasser in besonders vorteilhafter Art und Weise an . So kann z.B. daran gedacht werden, den Phasenübergang von flüssig nach gasförmig beim Einsatz von Wasser zu nutzen . Es wird somit ein im äußeren Bereich vorgesehener Kühlmantel geschaffen, der, solange das Wasser in flüssiger Form vorliegt und höchstens am Sieden ist, eine Temperatur von 1 00°C annimmt. Es muss nur gewährleistet werden, dass ausreichend Kühlwasser vorhanden ist, welches - durch den Siedeprozess in Dampf verwandelt - den entsprechenden Innenraum des zugrunde liegenden Isolationsbehälters ggf. verlässt.
Als weitere Isolationsmaßnahme können Stege vorgesehen sein .
Diese können einen jeweils einen inneren Isolationsbehälter nach außen hin gegenüber einem jeweils äußeren Isolationsbehälter an dessen Innenseite ab- stützen und/oder eine innere Wand eines Wandbereichs nach außen hin gegenüber einer äußeren Wand desselben Wandbereichs an dessen Innenseite hin abstützen .
Die Stege führen zu einem minimalen Kontaktbereich oder einer minimalen Kontaktfläche der ineinander geschachtelten Isolationsbehälter, so dass auch ein Wärmeübertrag aufgrund von Wärmeleitung an diesen Kontaktstellen mit min imaler Fläche äußerst gering ist.
Zur Schwingungsübertragung von außen nach innen kann ein Teil des Wandbereichs des äußersten Isolationsbehälters gebildet werden von einem bis in das Innere des äußersten Isolationsbehälters hinein reichenden Schwin- gungsübertragungselement mit oder aus einem oder mehreren Materialien mit hoher Schallfortleitungsfähigkeit oder hoher Schallgeschwindigkeit und niedriger Wärmeleitfähigkeit, insbesondere nach Art eines steinartigen Materials, vorzugsweise mit oder aus Granit und/oder in Plattenform. Der Vorteil einer Granitplatte oder dergleichen besteht darin, dass derartige Material ien besonders günstige mechanische Eigenschaften haben, da sie Schwingungszustän- de, also z.B. Schall vom Infraschallbereich mit einigen Hertz bis zum Ultraschallbereich von einigen zehn Kilohertz gut übertragen, gleichzeitig jedoch eine im Vergleich zu Metallen z.B. sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen .
Das Schwingungsübertragungselement kann in direktem mechanischen Kontakt stehen mit dem Wandbereich mindestens eines nachfolgenden inneren Isolationsbehälters.
Es kann auch daran gedacht werden, dass das Schwingungsübertragungselement den Bereich mehrerer Isolationsbehälter nach innen überdeckt und somit mehrere Isolationsbehälter an ihren Wandbereichen durchdringt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch eine Anordnung für einen Lichtbogenofen geschaffen mit einem Ofengefäß, mit min- destens einer Lichtbogenelektrode, die zumindest zu einem Teil in das Ofengefäß einbringbar oder eingebracht ist, und mit einer Schwingungsmesseinrichtung zur Schwingungsmessung an der mindestens einen Lichtbogenelektrode. Kerngedanke der Anordnung für einen Lichtbogenofen ist also das erfindungsgemäße Vorsehen einer Schwingungsmesseinrichtung zur Messung des Schwingungszustands einer Lichtbogenelektrode in deren Betrieb.
Es kann eine Mehrzahl von Lichtbogenelektroden mit einer gemeinsamen oder mit mehreren, insbesondere einer entsprechenden Mehrzahl , von jeweils zugeordneten Schwingungsmesseinrichtungen ausgebildet sein . Da bei einer Anordnung für einen Lichtbogenofen grundsätzl ich auch eine Mehrzahl von Lichtbogenelektroden vorgesehen sein kann, bietet es sich an, auch eine Mehrzahl, z.B. alle Lichtbogenelektroden hinsichtlich ihres Schwingungszustandes zu überwachen . Zwar kann dies grundsätzlich von einer einzelnen Schwingungsmesseinrichtung übernommen werden, gerade wenn diese ein kontaktfreies Messverfahren verwendet. Gegebenenfalls kann jedoch auch eine entsprechende Mehrzahl von einzelnen Schwingungsmesseinrichtungen, die jeweils einer einzelnen Lichtbogenelektrode zugeordnet sind, sinnvoll sein .
Die Schwingungsmesseinrichtungen können insbesondere in der beschriebenen erfindungsgemäßen Art und Weise ausgebildet sein.
Es kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, durch welche von der
Schwingungsmesseinrichtung gelieferte Daten aufnehmbar und auswertbar sind, durch welche der Betrieb der Anordnung für den Lichtbogenofen - insbesondere rückgekoppelt - steuerbar und/oder regelbar sind, wobei insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben und Steuern eines Lichtbogenofens ausführbar sein kann . Die Steuereinrichtung kann die vom jeweil igen Sensor gelieferten Rohdaten oder aber die über die jeweils vorgesehene Messschaltung bereits aufbereiteten Messdaten aufnehmen, speichern, verarbeiten und entsprechende Steuersignale erzeugen und an entsprechende wei- tere Einrichtungen der Anordnung für den Lichtbogenofen ausgeben, um den Betrieb entsprechend zu regeln oder zu steuern .
Die erfindungsgemäß vorgesehene Schwingungsmesseinrichtung kann direkt oder indirekt an einem - zumindest im Betrieb - außerhalb des Offengefäßes und/oder dem Ofengefäß abgewandten Bereich oder Ende der Lichtbogenelektrode angebracht sein, zum kontaktfreien Messabgriff direkt oder indirekt an einem - zumindest im Betrieb - außerhalb des Offengefäßes und/oder dem Ofengefäß abgewandten Bereich oder Ende der Lichtbogenelektrode ausgebildet sein, direkt oder indirekt an einer Halterung der Lichtbogenelektrode angebracht sein, insbesondere an einem Bereich einer Kühleinrichtung der Halterung, zum kontaktfreien Messabgriff direkt oder indirekt an einer Halterung der Lichtbogenelektrode ausgebildet sein, insbesondere an einem Bereich einer Kühleinrichtung der Halterung, direkt oder indirekt an einem Transportnippel oder Transportelement der Lichtbogenelektrode angebracht sein ist und/oder zum kontaktfreien Messabgriff direkt oder indirekt an einem Transportelement der Lichtbogenelektrode ausgebildet sein .
Grundsätzl ich sind sämtliche Abgriffsstellen denkbar, die einen Zugriff auf den mechanischen Bewegungszustand der Lichtbogenelektrode zulassen . Es muss immer abgewogen werden zwischen der Notwendigkeit eines mögl ichst direkten Zugriffs auf den Schwingungszustand der Lichtbogenelektrode einer- seits und der Belastbarkeit der Schwingungsmesseinrichtung in Bezug auf die thermischen, mechanischen und elektrischen Belastungen andererseits.
Diese und weitere Aspekte werden auf der Grundlage der beigefügten Zeichnungen erläutert.
KU RZBERSCH REIBUNG DER FIGUREN
Fig . 1 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Lichtbogenofens.
Fig . 2A - 5B sind schematische Blockdiagramme, welche verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung für einen Lichtbogenofen zeigen . Dabei unterscheiden sich die verschiedenen Anordnungen hinsichtlich der Positionierung der Schwingungsmesseinrichtung und/oder hinsichtlich der Ausgestaltung des Ofengefäßes als offenes oder geschlossenes Gefäß.
Fig . 6 zeigt Details eines Steuer- und Regelkreises für eine andere
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung für einen Lichtbogenofen .
Fig . 7 erläutert in schematischer und geschnittener Seitenansicht die mögl iche Positionierung der erfindungsgemäßen Schwingungsmesseinrichtung im Bereich einer Lichtbogenelektrode und deren Tragarm .
Fig . 8A - 8B zeigen in geschnittener Draufsicht bzw. Seitenansicht eine
Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Schwingungsmesseinrichtung, welche auf der Grundlage eines mechan ischen Kontakts arbeitet. DETAILBESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreiben . Sämtliche Ausführungsformen der Erfindung und auch ihre technischen Merkmale und Eigenschaften können einzeln isoliert oder wahlfrei zusammengestellt miteinander beliebig und ohne Einschränkung kombiniert werden .
Strukturell und/oder funktionell gleiche, ähnl iche oder gleich wirkende Merkmale oder Elemente werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall wird eine detaillierte Beschreibung dieser Merkmale oder Elemente wiederholt.
Zunächst wird auf die Zeichnungen im allgemeinen Bezug genommen .
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch Mittel und Verfahren Messung von Elektrodenschwingungen in einem Stahlwerk.
Derzeit können Schwingungen von Elektroden oder Lichtbogenelektroden 220 während des Betriebs z.B. in einem Stahlwerk nicht gemessen werden . In einigen Stahlwerken kommt es allerdings zu Elektrodenbrüchen, die nicht erklärt werden können und von dem Stahlwerksbetreiber zu möglichen Schwingungsbrüchen gezählt werden .
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Messung der Schwingungen von Lichtbogenelektroden oder Elektroden 220 im Betrieb und der schnellen Regelung kann derartigen Brüchen entgegengewirkt werden . Dazu wird auch ein neues Vibrationsmessgerät 1 00, das auch als Schwingungsmesseinrichtung 1 00 bezeichnet wird, vorgeschlagen . Die Schwingungen einer Lichtbogenelektrode 220 werden z.B. über ein Trans- portelement 224 einen Transportnippel 224 an die Messbox der Schwin- gungsmesseinrichtung 1 00 übertragen . In der Messbox Schwingungsmessein- richtung 100 übernimmt eine z.B. Granitplatte 50, 50' (Wärmeleitkoeffizient 2,6 W/mK) die Übertragung der Schwingungen auf den eigentlichen Messsensor 1 und auf die Messelektronik oder -Schaltung 2. Die Schwingungen können über drei, in alle Raumachsen x, y, z angeordnete Beschleunigungssensoren aufgezeichnet und z.B. in einem integrierten Datalogger gespeichert werden .
Zusätzl ich besteht die Mögl ichkeit einer Temperaturmessung über einen weiteren Sensor, um eventuelle Temperatureinflüsse ausgleichen zu können.
Als Zusatzmodul lassen sich die Schwingungen und die Temperatur über einen in der Box integrierten Sender (Bluetooth, W-Lan .... ) an einen Rechner übertragen und online auswerten .
Eine Isolierung des Sensors 1 und der Elektronik 2 kann über ein mehrstufiges Konzept realisiert werden . Insgesamt sind z.B. drei Boxen 20, 30, 40 als Isolationsbehälter 20, 30, 40 ineinander verschachtelt.
Die äußerste Box 20, bestehend z.B. aus einem CFC-Werkstoff oder einem Stahlblech als Wand 21 , 21 ', ist z.B. gefüllt mit einem mit Wasser gesättigten Zeol ithgranulat als Füllung 22. Darüber hinaus kann die erste Box 20 auch durch einen anderen Isolationswerkstoff als Füllung 22, z.B. durch einen Kohlenstoffschaum mit einem Wärmeleitkoeffizienten von 0, 1 5 W/mK oder einem Perlitgranulat mit einem Wärmeleitkoeffizienten von 0,05 W/mK isoliert werden .
Die zweite Box 30 mit einer Wand aus Aluminium oder Stahl als innerer Wand 31 i gefertigt, ist mit Wasser oder einem anderen Phasenumwandlungsmaterial (phase change material) als Füllung 32 gefüllt und dient dazu, die Temperatur in der Kannnner mit der dritten Box 40 auf einem niedrigen Niveau von z.B. maximal 1 00°C zu stabilisieren . Je nach Anwendungsfall kann das Material der Wände 21 , 31 , 41 und/oder der Füllung 22, 32, 42 gewählt werden .
Die Außenhülle 31 a der Wand 31 der zweiten Box 30 kann mit einem verspiegelten Blech versehen sein, das die Infrarotstrahlung reflektiert und damit die Wärmestrahlung auf die zweite Box 30 reduziert.
Um zusätzlich den Wärmeübergang von dem Blech 31 a zum Inneren 30i der zweiten Box 30 zu reduzieren, sind die Bleche 31 a an dünnen Stegen 31 s angebracht.
Die dritte und innerste Box 40 ist z.B. wasserdicht und staubdicht ausgebildet und enthält die eigentliche Sensorik 1 und die Messelektronik 2. Auch diese ist zur Verschlechterung oder Reduktion des Wärmeübergangs durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung so angeordnet, dass der Wärmefluss nur über z.B. vier kleine Stege 33 läuft.
Nun wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen .
Fig . 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Lichtbogenofens 200', 21 0'.
In einem Schritt SO - einer so genannten Startphase - werden Vorbereitungen für den Betrieb des Lichtbogenofens 200', 21 0' getroffen . So werden entsprechend die Befüllungen des zugrunde l iegenden Ofengefäßes 21 0 (siehe unten) durchgeführt. Dann wird die zugrunde liegende Lichtbogenelektrode 220 im Bereich des Inneren des Gefäßes 210 positioniert, gegebenenfalls unter Einbeziehung des Gefäßdeckels 21 2.
Im ersten Betriebsschritt S1 werden dann die entsprechenden Betriebsparameter für die Lichtbogenelektrode 220 und für den Lichtbogenofen 200', 21 0' insgesamt gewählt, dies betrifft die elektrischen Parameter genauso wie die mechanischen Parameter, nämlich die Anordnung und Geometrie der Elektrode 220 im Inneren des Ofengefäßes 21 0, die Wahl der Atmosphäre und der weiteren Bestandteile des zu behandelnden Guts 300 sowie die Art und Weise der Beaufschlagung der Lichtbogenelektrode 220 mit elektrischer Spannung .
Im Schritt S2 erfolgt das mechanische Einstellen der zugrunde liegenden Lichtbogenelektrode 220 gemäß der gewählten Betriebsparameter.
Im Schritt S3 wird dann die eingerichtete Lichtbogenelektrode 220 mit elektrischer Spannung gemäß den gewählten Betriebsparametern beaufschlagt. Die elektrische Spannung bildet sich zwischen der Lichtbogenelektrode 220, gegebenenfalls der Mehrzahl an Lichtbogenelektroden 220, und dem zu behandelnden Gut 300 und/oder einer vorgesehenen Gegenelektrode 21 1 ' des unteren Bereichs 21 1 des Ofengefäßes 21 0 aus.
Die Schritte S2 und S3 werden im laufenden Betrieb im Allgemeinen kontinuierlich und parallel zueinander durchgeführt. Das bedeutet, dass im - möglichst störungsfreien - Dauerbetrieb die Lichtbogenelektrode 220 oder deren Mehrzahl mit elektrischer Spannung gemäß der aktuell ermittelten Betriebsparameter beaufschlagt wird und dass gleichzeitig entsprechend die mechan ischen und geometrischen Betriebsparameter in der Anordnung 200 für den Lichtbogenofen 200', 21 0' ihren Niederschlag finden .
Zwischen den Schritten S3 und S4 kann in einem Schritt S9 geprüft werden, ob z.B. ein reguläres Betriebsende erreicht ist, ob also z.B. ein reguläres Endkriterium erfüllt ist oder vorl iegt.
Ist dies der Fall, z.B. weil in einem Schmelzvorgang das Gut 300 vollständig aufgeschmolzen ist, so kann zum Endschritt S1 0 übergegangen werden, um entsprechende Vorkehrungen für das Ende des Betriebs der Anordnung 200 für den Lichtbogenofen 200', 21 0' zu treffen . Das bedeutet, dass gegebenen- falls der Abstich erfolgt oder eine andere Entnahme des verarbeiteten oder behandelten Guts 300, und zwar nachdem insbesondere die elektrische Leistung von der Anordnung 200 genommen wurde, insbesondere also das Ofengefäß 21 0 und die Elektrode 220 geerdet vorliegen und gegeneinander keine elektrische Potentialdifferenz aufweisen .
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass, falls im Schritt S9 ein Kriterium für ein reguläres Ende des Betriebs nicht vorliegt, weil z.B. in besagtem Bespiel für einen Schmelzvorgang das Gut 300 noch nicht vollständig aufgeschmolzen ist, der Ofen 200', 21 0' weiterlaufen muss und allgemein die Arbeitsschritte S4 bis S7 eingeleitet werden, die dann zu den eigentlichen grundlegenden Arbeitsschritten S2 und S3 zurückkehren .
Demgemäß wird im Schritt S4 die Schwingungsmessung an der Lichtbogenelektrode 220 oder der Mehrzahl an Lichtbogenelektroden 220 durchgeführt.
Im Schritt S5 werden aus der Schwingungsmessung S4 stammende Daten zur Ableitung von charakteristischen Daten verwendet, die der Charakterisierung des Betriebszustands und/oder des Schwingungszustands der Lichtbogenelektrode 220 als solcher oder auch der gesamten Anordnung 200 des Lichtbogenofens 200', 210' dienen .
Es folgt ein Abfrageschritt S6, bei welchem überprüft wird, ob der Betrieb der Anlage oder Anordnung 200 kritisch ist, ob also durch die Regelung und Steuerung der Betrieb nicht mehr regulär durchgeführt werden kann, ob also insbesondere ein bestehender oder sich anbahnender Schwingungszustand der Anlage oder Anordnung 200 und vor allem der Lichtbogenelektrode 220 nicht mehr beherrschbar ist. Dies kann also insbesondere der Fall sein, wenn er Betriebszustand des Lichtbogenofens 200', 210' nicht mehr regelbar ist und die Lichtbogenelektrode 220 oder -elektroden 220 z.B. kurz vor einem
Schwingungsbruch stehen . Wenn also der Betrieb als kritisch bewertet wird, weil sich z.B. ein Schwingungszustand der Anlage oder Anordnung 200 und vor allem der Lichtbogenelektrode 220 als nicht beherrschbar erweist, erfolgt ein irregulärer Abbruch zum Endschritt S8 hin .
Anderenfalls - z.B. wenn sich Schwingungen der Lichtbogenelektrode 220 o- der -elektroden 220 in einem unkritischen Bereich bewegen, beherrscht werden können und nicht oder nur geringfügig durch Anpassen der Betriebsparameter verringert werden müssen - erfolgt die Fortsetzung des regulären Betriebs mit dem Schritt S7.
In diesem Schritt S7 werden dann die abgeleiteten Daten und insbesondere die den Schwingungszustand und/oder Betriebszustand charakterisierenden Daten verwendet, um die Betriebsparameter oder Betriebsgrößen für den Betrieb der Lichtbogenelektrode 220 und der Anordnung 200 für den Lichtbogenofen 200', 21 0' als solchen anzupassen .
Dabei können verschiedene Verfahrensweisen vorgesehen sein . Zum Beispiel können vorgefertigte Betriebsparametertabellen vorliegen, die auf der Grundlage der charakteristischen Daten für den Schwingungszustand und Betriebszustand ausgelesen werden .
Nach entsprechender Anpassung S7 der Betriebsparameter werden dann im nachfolgenden Schritt S2 und S3 die mechanisch-geometrischen Einstellungen für die Lichtbogenelektrode 220 und die Anordnung 200 insgesamt durchgeführt und auch die für den Betrieb notwendigen elektrischen Größen entsprechend gesteuert oder geregelt.
In diesem Zusammenhang sei noch einmal betont, dass sämtliche Schritte S2 bis S7 zueinander parallel und kontinuierlich durchgeführt werden, dass also insbesondere während des Beaufschlagens S3 der Lichtbogenelektrode 220 mit elektrischer Spannung, also während des laufenden Betriebs, ständig die Messungen durchgeführt und ausgewertet und auf der Grundlage der Auswertedaten dann auch ständig und kontinuierlich die geometrischen und mechan ischen Größen und die elektrischen Betriebsgrößen angepasst werden, und zwar in der Regel, ohne dass es einer Betriebsunterbrechung bedarf.
So ist es erfindungsgemäß möglich, auf der Grundlage der in den Schritten S5 und S7 abgeleiteten charakteristischen Daten bedenkl iche Zustände für den Betrieb der Lichtbogenelektrode 220 zu detektieren, um entsprechend die mechanischen, geometrischen und elektrischen Betriebsgrößen für die Lichtbogenelektrode 220 so einzustellen, dass der bedenkliche Betriebszustand für die Lichtbogenelektrode 220 verlassen wird und weiterhin ein sicherer Betrieb möglich ist.
Auf diese Art und Weise werden der Verschleiß der Lichtbogenelektrode 220 und der Anordnung 200 insgesamt und deren Beschädigung im Allgemeinen reduziert oder gar vermieden, so dass sich ein verlängerter ununterbrochener Betrieb und eine verlängerte Lebensdauer der Komponenten der Anordnung 200 und insbesondere der Lichtbogenelektrode 220 ergeben .
Insgesamt kann somit die Produktivität einer derartigen Anordnung 200 im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen ohne Schwingungsmessung gesteigert werden .
Die Fig . 2A zeigt nach Art eines Blockdiagramms in schematischer Art und Weise eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 200 für einen Lichtbogenofen 200', 21 0'.
Kernbestandteil dieser Anordnung 200 ist der eigentliche Lichtbogenofen 200', 21 0'. Dieser wird gebildet von einem Ofengefäß 21 0. Dieses besitzt ein Gefäßunterteil 21 1 und in der Anordnung der Fig . 2A einen Deckel oder Verschluss 21 2. Im oberen Bereich des Deckels oder Verschlusses 21 2 ist ein Durchgangs- und Dichtungsbereich 21 3 ausgebildet, durch welchen die der Anordnung 200 zugrunde l iegende Lichtbogenelektrode 220 in das Ofengefäß 21 0 einmündet.
Die Lichtbogenelektrode 220 selbst besteht im Wesentlichen aus einem Körper 221 in Form eines Stabes 221 mit einem vorderen oder Lichtbogenende 222, welches in das Innere 21 Oi des Ofengefäßes 21 0 einmündet, wogegen das gegenüberliegende und vom Ofengefäß 21 0 abgewandte zweite Ende 223 des Stabes 221 von einem Trägerarm 260 oder einer Halterung 260 gehaltert wird . Der Träger 260 erlaubt auch ein entsprechendes geometrisches Justieren des Stabes 221 der Lichtbogenelektrode 220, so dass zwischen dem im Inneren 21 0i des Ofengefäßes 210 befindlichen Gut 300, welches einer Verarbeitung oder Behandlung unterzogen werden soll, und dem Lichtbogenende
222 der Lichtbogenelektrode 220 ein entsprechender Abstand über eine Positionierung mittels des Trägerarms 260 erreicht werden kann, z.B. durch Heben und Senken des Trägerarms 260 in der Richtung Z.
Im unteren Gefäßbereich 21 1 ist entsprechend gegebenenfalls eine Gegenelektrodenanordnung 21 V vorgesehen, die im Ausbilden der elektrischen Potentialdifferenz zwischen dem Lichtbogenende 222 des Stabes 221 der Lichtbogenelektrode 220 und insbesondere dem zu behandelnden Gut 300 dient. Im Ofengefäß 21 0 sind noch Messsensoren 255-1 und 255-2 zur Aufnahme von Messdaten zur Steuerung des Betriebs der Anordnung 200 vorgesehen .
Ebenfalls im Bereich des vom Ofengefäß 21 0 abgewandten zweiten Endes
223 der Lichtbogenelektrode 220 ist ein Steuerbereich 253 oder eine Betriebseinheit 253 für die Lichtbogenelektrode 220 ausgebildet. Dieser Steuerbereich 253 dient bei der hier gezeigten Ausführungsform einerseits dem e- lektrischen Anschluss und somit dem Aufprägen der elektrischen Spannung durch Einleiten elektrischer Ladungen über die Leitung 258 aus dem Elektrodentreiber 252, andererseits jedoch auch der Ausgabe bestimmter Messgrößen über die Leitung 256-4, z.B. zum Ausgeben der Werte der tatsächlich auf- geprägten elektrischen Spannung oder des tatsächlich fl ießenden elektrischen Stroms als Istwerte.
In der in Fig . 2A gezeigten Anordnung 200 ist das Steuern der Lichtbogenelektrode über eine am vom Ofengefäß abgewandten Ende 223 der Lichtbogenelektrode 220 und somit vom Trägerarm 260 und dessen Steuerung oder Betriebseinheit 254 getrennt realisiert. In der Praxis wird dagegen das Beaufschlagen der Lichtbogenelektrode 220 mit elektrischer Spannung in der Regel über den Trägerarm 260 und nicht über das vom Ofengefäß abgewandten Ende 223 realisiert. In diesem Fall greift der Elektrodentreiber 252 über eine entsprechende Schnittstelle direkt auf den Trägerarm 260 zu . Z.B. können die Träger 252 und 254 in einer gemeinsamen Einheit integriert ausgebildet sein, welche das Positionieren und das beaufschlagen mit elektrischer Spannung realisiert und steuert.
Am zweiten und vom Ofengefäß 210 abgewandten Ende 223 der Lichtbogenelektrode 220 greift auch die Schwingungsmesseinrichtung 1 00 an, um den Schwingungszustand der Lichtbogenelektrode 220 über entsprechende
Schwingungsmessdaten zu ermitteln . Die Rohdaten und/oder auch entsprechend vorausgewertete aufbereitete Daten werden über die Leitung 256-3 abgeleitet.
Sämtliche erfassten Daten werden in einer Auswerte- und Steuereinheit 251 aufgenommen, und zwar über die Leitungen oder Messleitungen 256-1 und 256-2 in Bezug auf die im Ofengefäß 21 0 angeordneten zusätzl ichen Sensoren 255-1 bzw. 255-2, über die Messleitung 256-3 für die erfindungsgemäß vorgesehene Schwingungsmesseinrichtung 1 00 sowie über die Messleitung 256-4 für die Betriebseinheit 253 der Lichtbogenelektrode 220.
Aufgrund der Auswertung in der Auswerte- und Steuereinheit 251 werden dann über Steuerleitungen 257-1 und 257-2 entsprechende Steuersignale an die Treibereinrichtung 252 für die Elektrode und an eine Treibereinrichtung 254 für den Trägerarm 260 ausgegeben, so dass entsprechend der Steuerdaten die mechanischen, geometrischen und elektrischen Betriebsgrößen für den Betrieb der Anordnung 200 für den Lichtbogenofen 200', 21 0' gesteuert oder geregelt werden können .
Somit bilden die Auswerte- und Steuereinheit 251 , die beiden Treiber 252 und 254 sowie die Betriebseinheit 253 für die Lichtbogenelektrode 220 über die entsprechenden Messleitungen 256-1 bis 256-4 und die Steuerleitungen 257- 1 , 257-2 und 258 in Zusammenwirken mit der erfindungsgemäßen Schwingungsmesseinrichtung 1 00 und den zusätzlichen Sensoren 255-1 , 255-2 die eigentliche Steuerung 250 für den Betrieb der Anordnung 200 für den Lichtbogenofen 200', 21 0'.
Kerngedanke der Anordnung der Fig . 2A ist die kontaktfreie Messung des Schwingungszustands der Lichtbogenelektrode 220 durch die Schwingungsmesseinrichtung 1 00, hier dargestellt durch die Schlangenlinien, die das Aussenden und Empfangen eines Lichtsignals oder eines Ultraschallsignals oder dergleichen repräsentieren soll . Aufgrund der kontaktfreien Messmethode findet eine vergleichsweise verringerte mechanische, elektrische und thermische Belastung in Bezug auf die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 auch bei sehr robustem Betrieb statt.
Die Anordnung der Fig . 2B entspricht im Wesentl ichen der Anordnung der Fig . 2A, jedoch handelt es sich hier um ein offenes Ofengefäß 21 0, die im Vergleich zu der Anordnung der Fig . 2A also keinen Deckelbereich 21 2 und auch keine Abdichtung 21 3 aufweist.
Die Anordnung der Fig . 3A entspricht im Wesentl ichen der Anordnung der Fig . 2A mit geschlossenem Ofengefäß 21 0, wobei jedoch hier ein indirekter Kontakt zwischen der erfindungsgemäßen Schwingungsmesseinrichtung 1 00 und der Lichtbogenelektrode 220 hergestellt ist, näml ich über die Betriebseinheit 253, welche im Betrieb über den direkten mechanischen Kontakt mit der Licht- bogenelektrode 220 in einen ähnlichen Schwingungszustand versetzt wird, wie die Lichtbogenelektrode 220 selbst.
Die Anordnung der Fig . 3B zeigt eine ähnliche Situation wie bei der Anordnung der Fig. 3A, jedoch wieder mit offenem Ofengefäß 21 0 ohne Deckel 21 2 und Dichtung 21 3.
Bei den Anordnungen der Fig . 4A und 4B befindet sich bei geschlossenem bzw. bei offenem Ofengefäß 21 0 die erfindungsgemäß vorgesehene Schwingungsmesseinrichtung 100 direkt an der Oberfläche des Stabes 221 der Lichtbogenelektrode 220, hier direkt unterhalb des Trägerarms 260. Auf diese Art und Weise kann sehr direkt und sehr genau der Schwingungszustand der Lichtbogenelektrode 220 vermessen werden .
Bei den Anordnungen der Fig . 5A und 5B ist im Gegensatz dazu wieder bei geschlossenem bzw. bei offenem Ofengefäß 21 0 die erfindungsgemäß vorgesehene Schwingungsmesseinrichtung 1 00 am Trägerarm 260 für den Stab 221 der Lichtbogenelektrode 220 ausgebildet. Aufgrund des sehr innigen mechan ischen Kontakts, nämlich wegen der Trägerfunktion des Trägerarms 260, kann hier bei Verringerung der mechanischen, thermischen und elektrischen Belastungen dennoch sehr genau der Schwingungszustand der Lichtbogenelektrode 220 über den Schwingungszustand des Trägerarms 260 ermittelt werden .
Fig . 6 zeigt noch einmal Details der Steuerung 250 im Zusammenhang mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Schwingungsmesseinrichtung 1 00 für die Lichtbogenelektrode 220.
Die Lichtbogenelektrode 220 ist auch hier im Wesentl ichen in Form eines Stabes 221 mit einem dem hier nicht dargestellten Ofengefäß zugewandten Ende 222 und einem dem hier nicht dargestellten Ofengefäß 21 0 abgewandten Ende 223 ausgebildet, wobei sich an letzterem die Betriebseinheit 253 für die Lichtbogenelektrode 220 für den elektrischen Anschluss einerseits und für die Abgabe der Messdaten z.B. in Bezug auf die Temperatur, die elektrischen Parameter und Schwingungsdaten andererseits ausgebildet ist.
Bei der in Fig . 6 dargestellten Anordnung ist die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 100 in der Betriebseinheit 253 integriert ausgebildet. Ferner ist bei dieser Ausführungsform die Auswertung und Steuerung 250, 251 unterteilt ausgebildet, und zwar durch Vorsehen einer Auswertung und Steuerung 251 -1 hinsichtlich der von der Schwingungsmesseinrichtung 1 00 stammenden Daten und in eine Auswertung und Steuerung 251 -2 hinsichtl ich der elektrischen Betriebsparameter, die über die Messleitung 256-4 abgeleitet werden. Gemäß der Auswertung und Steuerung der beiden Teilsteuereinheiten 251 -1 und 251 -2 werden dann der Treiber 254 für den Trägerarm 260 und der Treiber 252 für die Betriebseinheit 253 der Lichtbogenelektrode 220 mit entsprechenden Steuersignalen versehen, nämlich über die Leitungen 257, 257-1 , 257-2 und 258.
Die Fig . 7 zeigt in schematischer und geschnittener Seitenansicht verschiedene Anordnungsmöglichkeiten A-E für die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 im Zusammenhang mit der als Stab 221 ausgebildeten Lichtbogenelektrode 220. Sämtliche dieser Anordnungsmöglichkeiten erstrecken sich im Bereich des zweiten Endes 223 des Stabes 221 , welches von dem hier nicht dargestellten Ofengefäß 21 0 abgewandt angeordnet ist.
An der Position A steht die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 nicht in direkten mechanischen Kontakt mit dem Ende 223 der Lichtbogenelektrode 220, sondern bedient sich eines kontaktfreien Messverfahrens, z.B. über elektromagnetische Wellen oder Schall .
Bei der Position B ist die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 100 einem so genannten Transportelement 224, Transportnippel 224 oder Transporthaken 224 direkt kontaktiert. Bei der Position C ist die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 direkt an der Oberfläche der Lichtbogenelektrode 220 angebracht.
Bei der Position D ist die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 an der Oberfläche des Trägerarms 260 angeordnet.
Häufig werden der Trägerarm 260 und dessen Material 261 durch Vorsehen einer Kühleinrichtung 262 gekühlt. In diesem Zusammenhang kann, weil die Kühleinrichtung 262 innig mit dem Material 261 des Trägerarms 260 verbunden ist, die Anordnung der erfindungsgemäßen Schwingungsmesseinrichtung 1 00 auch gemäß der Position E, d.h . also direkt in Kontakt mit der Kühleinrichtung 262 erfolgen . Diese Kühleinrichtung 262 ist z.B. ein ein Kühlmittel förderndes Rohr oder dergleichen .
Die Fig . 8A und 8B zeigen in Form geschnittener Drauf- bzw. Seitenansichten eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schwingungsmesseinrichtung 1 00 für eine Lichtbogenelektrode 220, welche im Zusammenhang mit den Positionen B bis E gemäß Fig . 7 Verwendung finden könnte.
Die Ausführungsform der Fig . 8A und 8B für die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 besitzt ein dreistufiges Isolationssystem oder eine dreistufige Isolationsanordnung 60 hinsichtlich der thermischen und elektrischen Einflüsse. Gebildet wird dieses dreistufige Isolationssystem 60 von drei ineinander geschachtelten Isolationsbehältern 20, 30 und 40. Der äußere Isolationsbehälter 20 besitzt als Wandbereich 21 eine einzelne Wand 21 ', z.B. aus einem CFC-Werkstoff oder einem Stahlblech. In seinem Inneren 20i weist der äußerste Isolationsbehälter 20 ein Isolationsmaterial 22 auf, z.B. ein mit Wasser gesättigtes Zeolithgranulat. Darüber hinaus könnte - hier nicht expl izit dargestellt - auf der Innenseite der Wandung 21 zusätzlich noch ein weiterer Isolationsstoff als Innenauskleidung aufgebracht sein, z.B. ein Kohlenstoffschaum oder ein Perlitgranulat oder dergleichen . Im Zentrum des äußersten Isolationsbehälters 20 ist dann der zweite Isolationsbehälter 30 angeordnet. Dessen Wandbereich 31 besteht aus einer inneren Wand 31 i, z.B. aus Aluminium oder Stahl, und einer verspiegelten Außenhülle 31 a, gegen die sich die innere Wand 31 i über Stegbereiche oder Stege 31 s mit geringer Querschnittsfläche abstützt, um hier einen Wärmeübertrag durch Wärmeleitung so gering wie möglich zu halten .
Im Inneren 30i des zweiten Isolationsbehälters 30 ist ein Phasenwechselmate- rial oder Phasenänderungsmaterial als Isolationsmaterial 32 vorgesehen . Dabei kann es sich z.B. um Wasser handeln . Wasser besitzt zum einen eine geringe eigene Wärmeleitfähigkeit und zum anderen eine vergleichsweise niedrige Phasenwechseltemperatur bei vergleichsweise hoher Phasenwechselen- thalpie für den Übergang von flüssigem in den gasförmigen Zustand .
Weiter im Inneren 30i des zweiten Isolationsbehälters 30 ist dann als innerster Isolationsbehälter 40 eine wasserdichte und staubdichte Box 40 ausgebildet, deren Wandbereich 41 eine einzelne Wand 41 ' besitzt und in ihrem Inneren neben einer optionalen Füllung 42 die eigentliche Messeinheit 10 aus einem Sensor 1 und einer Mess- und Auswerteschaltung 2 enthält. Über Stege 33, die Teil des Wandbereichs 31 des zweiten Isolationsbehälters 30 sind, stützt sich der innerste Isolationsbehälter 40 nach unten hin ab.
Zur besseren Übertragung der Schwingungen unter gleichzeitiger Vermeidung eines Wärmeübertrags durch Wärmeleitung weist gemäß Fig . 8B die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 ein Schwingungsübertra- gungselement 50 in Form einer Granitplatte 50' oder dergleichen auf. Diese Granitplatte 50' schließt nach außen hin über ihre Außenseite 50a, Außenfläche 50a oder Oberfläche 50a bündig mit der Außenseite der Wandung 21 des äußersten Isolationsbehälters 20 ab. Die Granitplatte 50' durchmisst als Schwingungsübertragungselement 50 den Wandbereich 21 und die Füllung 22 des äußersten Isolationsbehälters 20 vollständig und kontaktiert die innere Wand 31 i des Wandbereichs 31 des zweiten Isolationsbehälters 30, so dass insgesamt die mechanischen Schwingungen von außen über die Außenfläche 50a der Granitplatte 50' an die innere Wand 31 i des zweiten Isolationsbehälters 30 und von diesem über die Stege 33 an den innersten Isolationsbehälter 40 und dort über die mechanische Ankopplung an dessen Inneres 40i und an den Schwingungssensor 1 übertragen werden . Gleichzeitig ist dabei die Wärmeleitung über die Granitplatte 50, die Stege 33 und die Wand 41 nur gering .
Bezugszeichenliste
1 Sensor, Messsensor, Schwingungssensor
2 Messschaltung, Auswerteschaltung, Messelektronik, Auswerteelektronik
1 0 Messeinheit
20 Isolationsbehälter, erster Isolationsbehälter, äußerster Isolationsbehälter, Box
20i Inneres
21 Wandbereich
21 ' Wand
22 Isolationsmaterial, Kühlmaterial, Füllung
30 Isolationsbehälter, zweiter Isolationsbehälter, Box
30i Inneres
31 Wandbereich
31 i innere Wand
31 a äußere Wand, Verspiegelung
31 s Steg
31 z Zwischenraum
32 Isolationsmaterial, Kühlmaterial, Füllung
33 Steg
40 Isolationsbehälter, dritter Isolationsbehälter, innerster Isolationsbehälter, Box
40i Inneres
41 Wandbereich
41 ' Wand
42 Isolationsmaterial, Kühlmaterial, Füllung
50 Schwingungsübertragungselement, Granitplatte
50a Außenseite, Oberfläche
50i Innenseite, Innenfläche
60 Isolationsanordnung, Isolationssystem
1 00 Schwingungsmesseinrichtung Anordnung, Lichtbogenofenanordnung
' Lichtbogenofen
Lichtbogengefäß
' Lichtbogenofen
i Inneres
unterer Abschnitt, unterer Gefäßbereich, Gefäßunterteil
' Gegenelektrodenanordnung, Gegenelektrode
oberer Gefäßbereich, Verschluss, Abschluss, Deckel Dichtung, Dichtungsbereich, Durchgang, Durchgangsbereich Lichtbogenelektrode
Material oder Körper der Lichtbogenelektrode 220, Stab erstes Ende, dem Ofengefäß 21 0 zugewandtes Ende, Lichtbogenende
zweites Ende, dem Ofengefäß 21 0 abgewandtes Ende Transportelement, Transportnippel, Transporthaken, Aufhängung
Steuerung, Steuereinrichtung
Auswerteeinrichtung oder -einheit, Steuereinrichtung oder - einheit
-1 Teilsteuereinheit
-2 Teilsteuereinheit
Treiber oder Treibereinheit der Lichtbogenelektrode 220, Elektrodentreiber
Steuerbereich oder Betriebseinheit für die Lichtbogenelektrode 220
Treiber des Trägerarms 260 der Lichtbogenelektrode 220-1 Sensor, Messsensor
- 2 Sensor, Messsensor
- 1 Messleitung
-2 Messleitung
-3 Messleitung
-4 Messleitung 257-1 Steuerleitung
257-2 Steuerleitung
258 Steuerleitung
260 Träger, Halterung, Trägerarm
261 Material des Trägerarms 260
262 Kühlung des Trägerarms 260
A Position für Schwingungsmesseinrichtung 1 00
B Position für Schwingungsmesseinrichtung 1 00
C Position für Schwingungsmesseinrichtung 1 00
D Position für Schwingungsmesseinrichtung 1 00
E Position für Schwingungsmesseinrichtung 1 00

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens (200', 21 0'),
bei welchem durch Beaufschlagen (S3) mindestens einer Lichtbogenelektrode (220) mit einer elektrischen Spannung zwischen der mindestens einen Lichtbogenelektrode (220) und einem Gut (300) und/oder einer Gegenelektrodenanordnung (21 1 ') zur Ausbildung eines elektrischen Stromflusses in gesteuerter Art und Weise ein Lichtbogen ausgebildet und unterhalten wird,
bei welchem zumindest während des Unterhaltens des Lichtbogens an der mindestens einen Lichtbogenelektrode (220) eine Schwingungsmessung (S4) durchgeführt wird,
bei welchem aus der Schwingungsmessung (S4) einen Schwingungszustand der mindestens einen Lichtbogenelektrode (220) und/oder einen Betriebszustand des Lichtbogenofens (200', 21 0') charakterisierende Daten abgeleitet werden (S5) und
bei welchem die charakterisierenden Daten zur Regelung und/oder Steuerung (S7, S2) des Betriebs des Lichtbogenofens (200', 21 0) verwendet werden .
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
bei welchem die Schwingungsmessung (S4) kontaktfrei - insbesondere ohne direkten oder indirekten mechanischen Kontakt zu der mindestens einen Lichtbogenelektrode (220) - durchgeführt wird .
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem die Schwingungsmessung (S4) mit optischen Mitteln durchgeführt wird und/oder
bei welchem die Schwingungsmessung (S4) mit akustischen Mitteln durchgeführt wird, insbesondere unter Verwendung von Ultraschall .
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem die Schwingungsmessung (S4) über ein Interferenzverfahren und/oder unter Ausnutzung eines Dopplereffekts durchgeführt wird .
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem bei der Schwingungsmessung (S4), bei deren Auswertung (S5) und/oder bei der Steuerung und/oder Regelung (S7, S2) des Betriebs des Lichtbogenofens (200', 21 0') eine Fourieranalyse an den charakterisierenden Daten durchgeführt wird,
um insbesondere Zustände der Resonanz- und/oder bestimmte Schwingungsmuster der mindestens einen Lichtbogenelektrode (220) und/oder des Lichtbogenofens (200', 21 0') zu detektieren .
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei welchem auf der Grundlage der Schwingungsmessung (S4) der Auswertung (S5) und/oder bei der Steuerung und/oder Regelung (S7, S2) mechanische und/oder elektrische Betriebsgrößen des Lichtbogenofens (200', 21 0) und/oder der Lichtbogenelektrode (220) gesteuert oder geregelt werden .
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
welches verwendet wird zum Ver- oder Bearbeiten, Veredeln oder
Schmelzen eines - insbesondere metallischen - Guts (300).
8. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) für eine Lichtbogenelektrode (220), welche ausgebildet ist und Mittel (1 0) aufweist zu einer Schwingungsmessung (S4) an mindestens einer zugeordneten Lichtbogenelektrode (220), insbesondere einer Anordnung für einen Lichtbogenofen (200).
9. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach Anspruch 8,
welche zur kontaktfreien Schwingungsmessung (S4) ausgebildet ist, insbesondere ohne direkten oder indirekten mechanischen Kontakt zu der mindestens einen zugeordneten Lichtbogenelektrode (220).
1 0. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 und 9,
welche zur Schwingungsmessung (S4) mit optischen und/oder mit akustischen Mitteln ausgebildet ist und
welche insbesondere dazu entsprechende Aussendeeinrichtungen zur Aussendung von bestimmten optischen und/oder akustischen Signalen an die mindestens eine zugeordnete Lichtbogenelektrode (220) und/oder entsprechende Empfangseinrichtungen zum Empfang von der mindestens einen zugeordneten Lichtbogenelektrode (220) ausgesandten optischen und/oder akustischen - insbesondere reflektierten - Signalen aufweist.
1 1 . Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 1 0,
welche zur Schwingungsmessung (S4) über ein Interferenzverfahren und/oder über die Ausnutzung eines Dopplereffekts ausgebildet ist.
1 2. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach Anspruch 8,
welche zur Schwingungsmessung (S4) über einen direkten oder indirekten mechanischen Kontakt mit der mindestens einen zugeordneten Lichtbogenelektrode (220) ausgebildet ist und
welche insbesondere einen Schwingungssensor (1 ) aufweist, auf weichen über den mechanischen Kontakt ein Schwingungszustand der mindestens einen zugeordneten Lichtbogenelektrode (220) oder dessen Wirkung übertragbar sind .
1 3. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach Anspruch 1 2,
wobei der Schwingungssensor (1 ) - und insbesondere eine vorgesehene und mit dem Schwingungssensor (1 ) verbundene Messschaltung (2) der Schwingungsmesseinrichtung (1 00) - als Messeinheit (1 0) im Inneren (60i) einer Isolationsanordnung (60) ausgebildet sind .
14. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach Anspruch 1 3,
wobei die Isolationsanordnung (60) zur thermischen Isolation/Kühlung und/oder zur mechanischen Ankopplung ihres Inneren (60i) gegenüber dem Äußeren ausgebildet ist.
1 5. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach Anspruch 14,
wobei die Isolationsanordnung (60) eine Mehrzahl aufeinander folgend ineinander geschachtelter Isolationsbehälter (20, 30, 40) aufweist, wobei der äußerste Isolationsbehälter (20) mechanisch direkt oder indirekt an die mindestens eine zugeordnete Lichtbogenelektrode (220) gekoppelt ist und
wobei der innerste Isolationsbehälter (20) in seinem Inneren (20i) die Messeinheit (1 0) und insbesondere den Sensor (1 ) und/oder die Messschaltung (2) aufweist.
1 6. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach Anspruch 1 5,
wobei ein oder mehrere Isolationsbehälter (20, 30, 40) jeweils einen Wandbereich (21 , 31 , 41 ) zur äußeren Begrenzung und/oder zur thermischen Isolation/Kühlung aufweisen und/oder
wobei ein oder mehrere Isolationsbehälter (20, 30, 40) in ihrem Inneren (20i, 30i, 40i) jeweils ein thermisches Isolations- und/oder Kühlmaterial (22, 32, 42) als teilweise oder vollständige Füllung aufweisen.
1 7. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach Anspruch 1 6,
wobei ein jeweiliger Wandbereich (21 , 31 , 41 ) eines jeweiligen Isolationsbehälters (20, 30, 40) ein oder mehrere Wände (21 ', 31 a, 31 i, 41 ') aufweist.
1 8. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach Anspruch 1 7,
wobei eine jeweilige Wand (21 ', 31 a, 31 i, 41 ') mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe von Materialien ausgebildet ist, die auf- weist metallische Materialien, Aluminium, Stahl, keramische Materialien, gesinterte keramische Materialien, Kunststoffe, faserverstärkte Material ien und deren Kombinationen .
1 9. Schwingungsmesseinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 6 bis 1 8,
wobei ein jeweiliger Wandbereich (21 , 31 , 41 ) und/oder eine jeweilige Wand (21 ', 31 a, 31 i, 41 ') - insbesondere auf der jeweiligen Außenseite - ganz oder teilweise verspiegelt ausgebildet ist.
20. Schwingungsmesseinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 6 bis 1 9,
wobei ein jeweil iges Isolations- und/oder Kühlmaterial (22, 32, 42) mit oder aus einem oder mehreren Material ien mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, insbesondere im Bereich von unter etwa 3 W/m K, vorzugsweise im Bereich von unter etwa 0,3 W/m K, ausgebildet ist.
21 . Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach einem der Ansprüche 1 6 bis 20,
wobei ein jeweil iges Isolations- und/oder Kühlmaterial (22, 32, 42) mit oder aus einem oder mehreren Phasenwechselmaterialien oder Phasenänderungsmaterial ien ausgebildet ist, insbesondere mit einem Fest-Flüssigübergang und/oder mit einem Flüssig-Gasübergang, vorzugsweise mit einer hohen Phasenwechselenthalpie oder Phasenübergangsenthalpie, insbesondere im Bereich von etwa 25 kJ/mol oder darüber.
22. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 6 bis 21 ,
wobei ein jeweil iges Isolations- und/oder Kühlmaterial (22, 32, 42) mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe von Materialien ausgebildet ist, welche aufweist Wasser, Zeol ithmaterialien, insbesondere Ze- olithgranulat, Perlitmaterialien, insbesondere Perlitgranulat, Schaumstoffmate- rialien, insbesondere Kohlenstoffschaumstoffmaterial ien und deren Kombinationen .
23. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 6 bis 22,
wobei Stege (31 s, 33) vorgesehen sind,
- die einen jeweils einen inneren Isolationsbehälter (30, 40) nach außen hin gegenüber einem jeweils äußeren Isolationsbehälter (20, 30) an dessen Innenseite abstützen und/oder
- die eine innere Wand (31 i) eines Wandbereichs (31 ) nach außen hin gegenüber einer äußeren Wand (31 a) desselben Wandbereichs (31 ) an dessen Innenseite hin abstützen .
24. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 6 bis 23,
wobei zur Schwingungsübertragung von außen nach innen ein Teil des Wandbereichs (21 ) des äußersten Isolationsbehälters (20) gebildet wird von einem bis in das Innere (20i) des äußersten Isolationsbehälters (20) hinein reichenden Schwingungsübertragungselement (50) mit oder aus einem oder mehreren Material ien (50') mit hoher Schallfortleitungsfähigkeit oder hoher Schallgeschwindigkeit und niedriger Wärmeleitfähigkeit, insbesondere nach Art eines steinartigen Materials, vorzugsweise mit oder aus Granit (50') und/oder in Plattenform.
25. Schwingungsmesseinrichtung (1 00) nach Anspruch 24,
wobei das Schwingungsübertragungselement (50) in direktem mechanischen Kontakt steht mit dem Wandbereich (31 , 41 ) mindestens eines nachfolgenden inneren Isolationsbehälters (30, 40).
26. Anordnung für einen Lichtbogenofen (200),
mit einem Ofengefäß (21 0), mit mindestens einer Lichtbogenelektrode (220), die zumindest zu einem Teil in das Ofengefäß (21 0) einbringbar oder eingebracht ist, und mit einer Schwingungsmesseinrichtung (1 00) zur Schwingungsmessung an der mindestens einen Lichtbogenelektrode (220).
27. Anordnung (200) nach Anspruch 26,
wobei eine Mehrzahl von Lichtbogenelektroden (220) mit einer gemeinsamen oder mit mehreren, insbesondere einer entsprechenden Mehrzahl , von jeweils zugeordneten Schwingungsmesseinrichtungen (1 00) ausgebildet ist.
28. Anordnung (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche 26 oder 27, wobei die ein oder mehreren Schwingungsmesseinrichtungen (1 00) nach einem der Ansprüche 8 bis 25 ausgebildet sind .
29. Anordnung (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche 26 bis 28, wobei eine Steuereinrichtung (250) vorgesehen ist,
durch welche von der Schwingungsmesseinrichtung (1 00) gelieferte Daten aufnehmbar und auswertbar sind,
durch welche der Betrieb der Anordnung (200) für den Lichtbogenofen (200', 21 0') - insbesondere rückgekoppelt - steuerbar und/oder regelbar ist,
insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
30. Anordnung (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche 26 bis 29, wobei eine Schwingungsmesseinrichtung (1 00)
direkt oder indirekt an einem - zumindest im Betrieb - außerhalb des Offengefäßes (21 0) und/oder dem Ofengefäß (21 0) abgewandten Bereich oder Ende (222) der Lichtbogenelektrode (220) angebracht ist,
zum kontaktfreien Messabgriff direkt oder indirekt an einem - zumindest im Betrieb - außerhalb des Offengefäßes (21 0) und/oder dem Ofengefäß (21 0) abgewandten Bereich oder Ende (222) der Lichtbogenelektrode (220) ausgebildet ist,
direkt oder indirekt an einer Halterung (260) der Lichtbogenelektrode (220) angebracht ist, insbesondere an einem Bereich einer Kühleinrichtung (262) der Halterung (260),
zum kontaktfreien Messabgriff direkt oder indirekt an einer Halterung (260) der Lichtbogenelektrode (220) ausgebildet ist, insbesondere an einem Bereich einer Kühleinrichtung (262) der Halterung (260), direkt oder indirekt an einem Transportelement (224) der Lichtbogenelektrode (220) angebracht ist und/oder
zum kontaktfreien Messabgriff direkt oder indirekt an einem Transportelement (224) der Lichtbogenelektrode (220) ausgebildet ist.
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