Verfahren zum Kühlen eines Kühlelements eines Lichtbogenofens, Lichtbogenofen zum Einschmelzen von Metallgut, und Steuer- und/oder Regeleinrichtung für einen Lichtbogenofen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines von einem Lichtbogenofen umfassten Kühlelements, insbesondere eines Kühlelement, wobei das Kühlelement mittels einer ersten Kühl- einrichtung gekühlt wird, wobei die Kühlung mittels eines

Phasenübergangs eines das Kühlelement durchströmenden Kühlmittels von einer flüssigen Phase in ein gasförmige Phase erfolgt. Die Erfindung betrifft ferner einen Lichtbogenofen zum Einschmelzen von Metallgut, mit einer ersten Kühleinrichtung zur Kühlung wenigstens eines Kühlelements des Lichtbogenofens, wobei die erste Kühleinrichtung derart ausgebildet ist, dass eine Kühlung durch das Auftreten eines Phasenübergangs erfolgt, mit einer Einrichtung zur mittelbaren oder unmittelbaren Erfassung einer Temperatur oder eines erwarteten Temperaturverlaufs des wenigstens einen Kühlelements. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für einen Lichtbogenofen.

Elektrolichtbogenöfen, insbesondere Drehstromlichtbogenöfen, deren Kühlelemente mit Hilfe von Phasenübergängen, z.B. einer Sattdampfkühlung, gekühlt werden, werden in der Regel zum Schmelzen von rostfreien Stählen, z.B. Austenite und Ferrite, eingesetzt. Diese Art der Kühlung kann jedoch auch bei Öfen zur Herstellung anderer Stahlgüten verwendet werden.

Eine Kühlung der Lichtbogenofenwände mittels Kühlkühlelementen ist erforderlich, da sonst die thermische Beanspruchung der Lichtbogenofenwände, welche nicht feuerfest ausgekleidet sind, derart hoch ist, dass diese diesen Belastungen nicht standhalten können.

Als Beispiel für ein auf einem Phasenübergang beruhendes Kühlprinzip wird das Prinzip der Sattdampfkühlung mittels Kühlwasser erwähnt. Das Kühlwasser wird auf eine Sattdampf- temperatur und einen Sattdampfdruck gebracht und wird den einzelnen Kühlelementen des Lichtbogenofens zugeführt. Der Kühlprozess basiert auf einer Verdampfung von Wasser in den Kühlelementen durch die durch den Einschmelzvorgang erzeugte Wärme. Die nach Durchlaufen des Kühlelements aus einem Kühlelement austretende Mehrphasenströmung aus Wasser und Dampf wird bspw. in einer Dampftrommel in Flüssigphase und Wasserdampf getrennt.

Kommt es zu unerwünschten Prozessstörungen beim Aufschmelzen von Metallgut, so kann ein Kühlelement des Lichtbogenofens in unerwünschter und unerwarteter Weise thermisch beansprucht werden. Beispielsweise, indem eine Lichtbogeneinhüllung, wel- che etwa durch Schaumschlacke oder Schrott bereitgestellt werden kann, nicht wie in gewünschter Weise vorliegt. Dadurch kommt es zu einer verstärkten Erwärmung des Kühlelements, da der Lichtbogen direkt, d.h. es liegt kein metallisches Medium oder Schaumschlacke zwischen Lichtbogen und Kühlelement vor, auf das Kühlelement thermisch abstrahlt.

Bei steigender thermischer Belastung des Kühlelements nimmt der Dampfgehalt des Sattdampfwassergemisches zu. Bei gegebenem Durchflussquerschnitt des Kühlelements kann bis zu einer gewissen Dampfmenge noch die gleiche Kühlwassermenge in ein Kühlelement zugeführt werden. Übersteigt jedoch der Dampfgehalt im Sattdampfwassergemisch einen kritischen Wert, kann aufgrund des gestiegenen Dampfdrucks nur noch eine verringerte Menge an Kühlwasser dem Kühlelement zugeführt werden. Dies führt dazu, dass bei erhöhter thermischer Belastung des Kühlelements nur eine verringerte Kühlwirkung für das Kühlelement erreicht wird.

Aus Sicherheitsgründen, nämlich um nicht den Bereich des par- tiellen und stabilen Filmsiedens zu erreichen, muss der Ofen dann abgeschaltet oder in der Leistung deutlich reduziert werden . Dies jedoch reduziert deutlich das Leistungsvermögen des Ofens. Insbesondere werden keine minimalen Tap-to-Tap-Zeiten erreicht und damit der mit dem Ofen mögliche Durchsatz an Stahlschmelzen nicht voll ausgeschöpft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, einen Lichtbogenofen und eine Steuer-und/oder Regeleinrichtung für einen Lichtbogenofen anzugeben, mittels derer ein erhöhter Durchsatz für einen Lichtbogenofen ermöglicht wird.

Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes Verfahren, wobei vor oder während eines Temperaturanstiegs für das Kühlelement eine zweite Kühleinrichtung für das Kühlelement derart zugeschaltet wird, dass das Kühlelement zusätzlich mittels von der zweiten Kühleinrichtung zugeführtem Kühlmittel durchströmt wird. Durch Zugabe von zusätzlichem Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, zu dem überhitzten Kühlmittel der ersten Kühleinrichtung, kann eine schnelle Entspannung der Kühlsituation erreicht werden. Dies geschieht durch Abkühlung des Kühlmittels der ersten Kühleinrichtung mittels des Kühlmittels der zweiten Kühleinrichtung. Die Zuführung des Kühlmittels der zweiten Kühleinrichtung bewirkt einen Temperaturabfall im Kühlelement, wodurch der Gasanteil in dem das Kühlelement durchströmenden Kühlmittel sinkt. Durch den dadurch sinkenden Gasdruck kann der Durchsatz an Kühlmittel der ersten Kühleinrichtung wieder erhöht werden. Die Erfindung erlaubt es, den Ofen auf hoher Leistung weiterzubetreiben und trotzdem eine kritische Kühlsituation zu entschärfen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das aus der zweiten Kühleinrichtung zugeführte Kühlmittel mit einer Temperatur zugeführt, die kleiner ist als die Temperatur des das Kühlelement durchströmenden Kühl- mittels der ersten Kühleinrichtung. Durch das zusätzliche

Kühlmittel mit geringerer Temperatur als das Kühlmittel innerhalb des Kühlelements wird die Temperatur des Kühlmittels der ersten Kühleinrichtung innerhalb des Kühlelements redu- ziert. Dadurch wird die Gasentwicklung aus dem Kühlmittel innerhalb des Kühlelements zurückgenommen, wodurch das Kühlelement wieder mit einem höheren Durchsatz an Kühlmittel durchströmt werden kann.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zusätzlich zuzuführende Kühlmittel dem Kühlelement mit einem Druck zugeführt, der größer ist als der innerhalb des Kühlelements herrschende Druck des Kühlmittels. Durch die Einstellung eines derartigen Druckgefälles in Richtung Kühlelement, kann eine besonders effektive Beseitigung der Überhitzung bzw. der überhöhten Dampfentwicklung erreicht werden. Besonders vorteilhaft ist es, dass das Kühlmittel der zweiten Kühleinrichtung dem Kühlelement mit einem Druck größer als der innerhalb des Kühlelements herrschende Druck zugeführt wird und mit einer bei diesem Druck vorliegenden Temperatur von weniger als 50 ⁰ C, vorzugsweise mit Raumtemperatur.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Menge des zusätzlich zugeführten Kühlmittels abhängig von einem Maß für eine Kühlelementtemperatur oder für einen ermittelten zeitlichen Tempera- turgradienten für das Kühlelement eingestellt. Dadurch ist es möglich, auf entsprechende Temperaturänderungen und Temperaturen effektiv zu reagieren. So kann beispielsweise bei hohen Temperaturgradienten hin zur höheren Temperaturen eine entsprechend hohe zusätzliche Kühlmittelmenge in ein Kühlelement eingebracht werden, so dass dieses gegen die zunehmende thermische Belastung besser geschützt ist. Eine variable Kühlmittelmengenzufuhr abhängig von der Erforderlichkeit des Kühlmittels aus der zweiten Kühleinrichtung ist daher besonders zweckmäßig .

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein erwarteter Temperaturanstieg für ein Kühlelement durch Überwachung eines Brennverhaltens des Lichtbogens ermittelt. So ist es beispielsweise möglich, mittels einer kombinierten Auswertung von Elektrodenstrommessung und Körperschallmessung am Elektrolichtbogenofen ein Maß für eine Lichtbogeneinhüllung zu erhalten. Ist der Lichtbogen nicht eingehüllt, so ist ein Temperaturanstieg eines in der Nähe liegenden Kühlelements, insbesondere des direkt der Elektrode gegenüberliegenden Kühlelements zu erwarten. In diesem Fall kann bereits vorsorglich zusätzliches Kühlmittel in ein Kühlelement bzw. die entsprechenden Kühlelemente ein- geführt werden, da zu erwarten ist, dass das Kühlelement durch den frei brennenden Lichtbogen verstärkt erwärmt wird. Durch ein derartiges Vorgehen lässt sich die thermische Belastung eines Kühlelements deutlich reduzieren, da ein Temperaturanstieg vorhergesehen werden kann und frühzeitig auf diesen reagiert werden kann. Durch die Überwachung eines

Brennverhaltens des Lichtbogens ist es so insbesondere vorteilhafter Weise möglich, frühzeitig auf unerwünschte Prozessabweichungen, z.B. einem frei brennenden Lichtbogen, zu reagieren. Zusätzlich zur Kühlung werden vorteilhafterweise Maßnahmen ergriffen, um den Lichtbogen wieder mit Schaumschlacke einzuhüllen, wenn dies Güten-bedingt und prozessbedingt möglich ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens wird ein Temperaturanstieg für ein Kühlelement durch Überwachung einer zuführbaren Kühlmittelmenge in das Kühlelement und/oder eines Kühlmittelzustands ermittelt. Die dem Kühlelement zuführbare Kühlmittelmenge kann deshalb als Maß für die Temperatur des Kühlelements her- genommen werden, da eine erhöhte Temperatur zu einem erhöhten Gasanteil im Kühlmittel führt. Als Folge des steigenden Gasdrucks verschlechtert sich die Zuführbarkeit des Kühlmittels in das Kühlelement. Daher kann die Überwachung der dem Kühlelement zuführbaren Kühlmittelmenge als Indikator für die Temperatur des Kühlelements hergenommen werden. Alternativ ist es möglich, dass Phasengemisch, d.h. Gasphase und Flüssigphase des Kühlmittels, insbesondere online, zu analysieren und aus diesem die Temperatur bzw. ein Maß für die Temperatur des Kühlelements zu ermitteln.

Wenngleich mittels der vorstehenden Vorgehensweisen ggf. keine absoluten Temperaturen des Kühlelements bestimmt werden können, so liefern diese Methoden jedoch zumindest ein Maß für eine Temperatur und/oder eine Temperaturänderung sowie eine Richtung der Temperaturänderung für das Kühlelement.

Der vorrichtungsmäßige Teil der Aufgabe wird gelöst durch ei- nen Lichtbogenofen zum Einschmelzen von Metallgut der eingangs genannten Art, wobei das Kühlelement mit einer zweiten Kühleinrichtung derart wirkverbunden ist, dass vor oder während eines Temperaturanstiegs an dem Kühlelement dem Kühlelement zusätzliches Kühlmittel mittels der zweiten Kühleinrich- tung zuführbar ist. Für diese Vorrichtung ergeben sich in analoger Weise die Vorteile des oben geschilderten Verfahrens .

Besonders vorteilhaft ist es, dass das aus der zweiten Kühl- einrichtung zuführbare Kühlmittel eine Temperatur aufweist, die kleiner ist als diejenige des das Kühlelement durchströmenden Kühlmittels der ersten Kühleinrichtung. Dadurch lässt sich besonders effektiv eine Kühlung erreichen. Besonders vorteilhaft ist es, dass das Kühlmittel der zweiten Kühlein- richtung nicht aktiv gekühlt wird, sondern die vorliegende Umgebungstemperatur bzw. Raumtemperatur aufweist. Dadurch wird keine zusätzliche Energie zur Kühlung des Kühlmittels der zweiten Kühleinrichtung benötigt. Insbesondere ist es von Vorteil, dass das Kühlmittel der zweiten Kühleinrichtung bei niedrigerer Temperatur als das Kühlmittel der ersten Kühleinrichtung unter einem Druck gelagert ist, der in der Größenordnung des im Kühlelement herrschenden Kühlmitteldrucks ist. Wird die zweite Kühleinrich- tung zugeschaltet, so muss nur noch eine geringe Leistung zur Druckerhöhung bereitgestellt werden, um das Kühlmittel der zweiten Kühleinrichtung dem Kühlelement schnell zuführen zu können . In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Einrichtung zur mittelbaren oder unmittelbaren Erfassung einer Temperatur oder eines erwarteten Temperaturverlaufs als eine Einrichtung zur Erfassung eines Lichtbogenbrennverhaltens und/oder als eine Einrichtung zur Erfassung eines Kühlmittelzustands und/oder als Einrichtung zur Erfassung einer dem Kühlelement zuführbaren Kühlmittelmenge ausgebildet. Dadurch ist es möglich, die oben beschrie- benen Indikatoren, welche als Maß für eine Temperatur des

Kühlelements bzw. als Maß für einen erwarteten Temperaturverlauf des Kühlelements dienen können, einfach zu erfassen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung ist das zusätzliche Kühlmittel in einem Kühlmitteleinlaufbereich des Kühlelements zuführbar. Dadurch werden besonders kurze Wege realisiert, welche ein möglichst schnelles Reagieren und Eindüsen des zusätzlichen Kühlmittels in den Kühlmittelkreislauf der ersten Kühlein- richtung erlauben. Dadurch kann die Kühlwirkung besonders schnell erreicht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das zusätzliche Kühlmittel der ersten Kühleinrichtung und/oder dem Kühlelement mittels eines steuerbaren und/oder regelbaren Ventils zuführbar. Dies ist eine besonders vorteilhafte praktische Ausgestaltung zur Steuerung und/oder Regelung eines Kühlmittelflusses zusätzlich zu dem im normalen Betrieb vorhandenen Kühlmittelfluss der ersten Kühleinrichtung. Das Ventil erlaubt eine schnelle Reaktion bei hohen bzw. ansteigenden Temperaturen oder erwarteten Temperaturanstiegen. Insbesondere ist es von Vorteil, dass das steuerbare und/oder regelbare Ventil mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 7 wirkverbunden ist. In diesem Fall erfolgt vorzugsweise eine automatisierte Steuerung und/oder Regelung des Ventils anhand der erfassten oder erwarteten Temperaturen bzw. Temperaturänderungen. Von besonderem Vorteil ist es ebenfalls, dass die zweite Kühleinrichtung eine Boosterpumpe umfasst. Eine derartige Pumpe erlaubt ein sehr schnelles reagieren auf unerwünschte Kühlelementtemperaturen bzw. Temperaturentwicklungen. Die Busterpumpe hat eine hohe Dynamik und ist in der Lage, unter hohem Druck eine entsprechende Kühlmittelmenge zusätzlich zu dem im Kühlelement vorliegenden Kühlmittel zur Verfügung zu stellen . In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die zweite Kühleinrichtung, insbesondere die Boosterpumpe mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 7 wirkverbunden. Dadurch ist es möglich, entsprechend schnell und gegebenenfalls auch mittels eines geschlossenen Regelkreislaufs, dass zusätzliche Kühlmittel derart zuzuführen, so dass eine bestmögliche Kühlwirkung für das Kühlelement erreicht wird.

Der vorrichtungsmäßige Teil der Aufgabe wird ebenfalls gelöst mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung für einen Lichtbogenofen, mit einem maschinenlesbaren Programmcode, welcher Steuerbefehle umfasst, welche bei deren Ausführung die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 veranlassen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche anhand schematischer Zeichnungen nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigen: FIG 1 eine Vorrichtung zum Kühlen eines Kühlelements, wobei eine Zusatzkühlung auf Basis einer Durchflussmessung erfolgt,

FIG 2 eine Vorrichtung zum Kühlen eines Kühlelements, wobei eine Zusatzkühlung auf Basis einer Erfassung der Licht- bogeneinhüllung erfolgt.

FIG 1 zeigt ein Kühlelement 1 in einer Querschnittsansicht mit einer Mehrzahl an Kühlrohren, durch welche mittels einer ersten Kühleinrichtung 2 ein Kühlmittel Kl geführt wird. Im vorliegenden Fall sind die Kühlrohre vertikal angeordnet. Möglich sind bspw. auch Kastenpanels. Das Kühlelement 1 bildet die Wand eines nicht näher dargstellten Lichtbogenofens. Ein Lichtbogenofen besitzt in der Regel eine Mehrzahl derartiger Kühlelemente 1.

Während das Kühlmittel Kl das Kühlelement 1 durchläuft, wird dieses durch die vom Inneren des Lichtbogenofens ausgehende Wärme - aufgrund des Schmelzvorgangs - erhitzt. Für das Kühlmittel Kl sind Kühlbedingungen eingestellt, welche dazu führen, dass das flüssige Kühlmittel Kl aufgrund des Wärmeflusses vom Ofeninnenraum zum Kühlelement 1 in die Gasphase übergeht und dadurch besonders effektiv Wärme abführt, da dieser Phasenübergang zusätzlich Energie benötigt und damit zusätzliche Energie im Kühlmittel Kl gebunden wird.

Gleichzeitig wird das flüssig-gasförmige Kühlmittelgemisch aus dem Kühlelement 1 abgeführt. Das in FIG 1 gezeigte Aus- führungsbeispiel nutzt Wasser als Kühlmittel Kl. Jedoch kann der Fachmann auch jedes andere für eine derartige Kühlung geeignete Medium heranziehen.

Das aus dem Kühlelement 1 austretenden Kühlmittel Kl wird ei- ner Trenntrommel 10 zugeführt, mittels derer ein Gasanteil D im Kühlmittel Kl reduziert wird bzw. aus dem Kühlmittelkreislauf zumindest vorläufig entfernt wird. Anschließend wird das Kühlmittel Kl einem Kühlmittelvorratsbehälter 11 zugeführt, in welchem das Kühlmittel Kl gelagert wird.

Dem Kühlmittelkreislauf des Kühlmittels Kl wird ferner mittels einer oder mehrerer Kühlmittelzuführungen neues Kühlmittel zugeführt, welches das in die Dampfphase D übergegangene, in der Trenntrommel 10 abgetrennte Kühlmittel ersetzt.

Das Kühlmittel Kl im Kühlmittelvorratsbehälter 11 wird bei Bedarf dem Kühlelement 1 erneut zugeführt. Hierzu wird eine nicht näher dargestellte Pumpe für den das Kühlmittel Kl füh- renden Kühlmittelkreislauf genutzt. Ferner durchläuft das Kühlmittel Kl zunächst eine Heizeinrichtung 12, innerhalb derer es auf Sattdampftemperatur und Sattdampfdruck gebracht wird. Anschließend wird das Kühlmittel Kl dem Kühlelement 1 erneut zugeführt.

Neben der ersten Kühleinrichtung 2 ist eine weitere Kühleinrichtung 3 vorhanden. Diese Kühleinrichtung 3 ist im planmäßigen Betrieb des Lichtbogenofens und des Kühlelements 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht in Betrieb. Alternativ kann diese jedoch anstatt der Wasserzuführung 13 genutzt werden, um Verluste des Kühlmittels Kl auszugleichen.

Kommt es jedoch zu einem für den planmäßigen Betrieb nicht vorgesehenen Temperaturanstieg an dem Kühlelement 1, da auf dieses vermehrt Energie aus dem Ofeninneren abgegeben wird, so kommt es für das dieses Kühlelement 1 durchströmende Kühlmittel Kl zu einer signifikanten Erhöhung des Gasanteils aufgrund des zusätzlichen Energieeintrags in das Kühlelement 1.

Dadurch steigt der Druck innerhalb der Kühleinrichtung 2 an. Dies führt bei Erreichen eines kritischen Gasdrucks dazu, dass bei konstantem Zuführdruck des Kühlmittels Kl dem Kühlelement 1 nur eine bedeutend geringere Menge an Kühlmittel Kl zugeführt werden kann. Dies führt zu einer Verringerung der

Kühlung des Kühlelements 1. Gleichzeitig ist jedoch das Kühlelement 1 einer erhöhten thermischen Belastung ausgesetzt.

Diese Abnahme bzw. Einbruch im Kühlmittelzufluss kann mittels einer Einrichtung 4 zur Durchflussmessung des Kühlmittels Kl erfasst werden. Eine solche erfasste Abnahme im Kühlmittelzu- fluss deutet auf eine Überhitzung des Kühlelements 1 hin.

Ein dieser Information korrespondierendes Signal wird einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 9 zugeführt. Diese Steuer- und/oder Regeleinrichtung 9 ist mit einer zweiten Kühleinrichtung 3, insbesondere einer Pumpe 8, die vorzugsweise als Booster-Pumpe ausgebildet ist, verbunden, sowie mit einem Steuer- und/oder regelbaren Ventil 6, mittels dem zusätzliches Kühlmittel K2 in das Kühlelement 1 bzw. die erste Kühleinrichtung 2 eingedüst werden kann. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 9 ist ferner dazu hergerichtet, die Ausführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu veranlassen. Hierzu wurde ein maschinenlesbarer Programmcode 11 mittels eines Speichermediums 10, alternativ über ein Netwerk, auf der Steuer und/oder Re- geleinrichtung 9 hinterlegt, welche die Durchführung des Verfahrens durch Ausführung von von dem Programmcode 11 umfass- ten Steuerbefehlen veranlasst.

Das von der zweiten Kühleinrichtung 3 geführte Kühlmittel K2 weist eine signifikant geringere Temperatur T2 auf, als das in dem Kühlelement befindliche Kühlmittel Kl mit einer Temperatur Tl. Zudem wird es der Kühleinrichtung 2 bzw. dem Kühlelement 1 mit einem Druck P2 zugeführt, der oberhalb des im Kühlelement herrschenden Drucks Pl ist.

Das Kühlmittel K2 kann aus einem Reservoir bzw Kühlmittelvorratsbehälter 7 jederzeit bereitgestellt werden. Durch gesteuertes/geregeltes Öffnen des Ventils 6 und der Einstellung der entsprechenden Temperatur und Druckzustände des Kühlmittels K2 der zweiten Kühleinrichtung 3 kann eine schnelle Kühlung des Kühlelements 1 erreicht werden.

Vorzugsweise wird das Kühlmittel K2 der zweiten Kühleinrichtung 3 dem Kühlelement 1 möglichst direkt zugeführt bzw. zu- mindest nahe des Einlaufbereichs des Kühlelements 1. Dadurch wird sichergestellt, dass die Überhitzung schnell behoben wird, da das zweite Kühlmittel K2 kurze Strecken bis zum überhitzten Kühlelement 1 bzw. überhitzten Kühlmittel Kl zurücklegen muss.

Durch die Zuführung des Kühlmittels K2 aus der zweiten Kühleinrichtung 3, insbesondere in Form von Kaltwasser, wird die Temperatur Tl des Kühlmittels Kl signifikant gesenkt, so dass der Gasdruck reduziert wird, bzw. das bereits gasförmiges Kühlmittel Kl wieder in die Flüssigphase übergeht. Somit kann durch die zusätzliche Zuführung des Kühlmittels schnell eine wirksame Reaktion auf die Überhitzung des Kühlelements erfol- gen, ohne dass der Ofen über die Maßen in seiner Leistung reduziert werden muss, oder ganz abgeschaltet werden muss.

Durch die Abkühlung des Kühlmittels Kl kann ferner der Durchsatz an Kühlmittel Kl aus der ersten Kühleinrichtung 2 durch das Kühlelement 1 wieder erhöht werden, da der Gasdruck reduziert wurde.

Gleichzeitig mit der Zuführung des zusätzlichen Kühlmittels K2 in das Kühlelement Kl kann versucht werden, die aus dem Ofeninneren abgegebene Energie für das betroffene Kühlelement 1 zu reduzieren, bspw. indem die Leistung des Ofen reduziert wird bzw. die Leistung auf die Elektroden in anderer Weise verteilt wird. Auch können Maßnahmen getroffen werden, bspw. das Erzeugen von Schaumschlacke bspw. durch Zugabe von Kohle, um so die Einhüllung des Lichtbogens, welcher in der Regel eine wesentliche Wärmequelle für das betroffene Kühlelement 1 ist, zu verbessern. Es kann auch vorgesehen werden, die Energieverteilung für Elektroden geändert werden, z.B. durch Verkürzen der Lichtbogenlänge durch Erhöhung des Stromes zumin- dest für diejenige Elektrode, welche dem Kühlelement 1 am Nähesten ist.

Abhängig vom zeitlichen Verlauf der Abnahme bzw. des Einbruchs der Kühlmittelzufuhr von Kl wird die Menge des zusätz- lieh zugeführten Kühlmittels K2 pro Zeiteinheit eingestellt.

Dies erfolgt mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 9. Tritt ein starker Einbruch der Kühlmittelzufuhr auf, d.h. die Überhitzung erfolgt in einem relativ kurzen Zeitintervall, wird dem Kühlelement eine hohe Menge an Kühlmittel K2 zugeführt. Die Menge an zugeführtem K2 kann dabei innerhalb kurzer Zeit der Größenordnung der im Kühlelement 1 befindlichen Menge an Kl entsprechen. Verläuft ein Temperaturanstieg des Kühlelements 1 zeitlich relativ langsam, so kann zur Verhinderung einer Überhitzung des Kühlelements 1 auch eine geringere Menge an zusätzlichem Kühlmittel K2 pro Zeiteinheit zugegeben werden, um die zusätzliche Energie abzuführen und ei- ne Überhitzung des Kühlelements 1 zu reduzieren.

Das zusätzliche zugeführte Kühlmittel K2, im vorliegenden Fall ebenfalls Wasser, kann dann auf der Kühlmittelaustrittsseite des Kühlelements 1 dem Kühlkreislauf der ersten Kühl- einrichtung 2 oder direkt dem Kühlelement 1 entnommen werden. Dadurch wird die erste Kühleinrichtung 2 durchsatzmäßig nicht überlastet .

Die zweite Kühleinrichtung 3 kann vorzugsweise für mehr als ein Kühlelement 1 verwendet werden. Dadurch können Platz und Ressourcen eingespart werden. Die Größe des Reservoirs 7 ist vorzugsweise auf die Anzahl der ggf. zu kühlenden Kühlelemente 1 mittels der zweiten Kühleinrichtung 3 angepasst. Es können jedoch auch mehrere Kühleinrichtungen verwendet werden, z.B. eine Kühleinrichtung pro Kühlelement 1.

Unabhängig von der Ausbildung der ersten und zweiten Kühleinrichtung ist es besonders vorteilhaft, dasselbe Kühlmedium für beide Kühleinrichtungen zu verwenden, da hierdurch tech- nische Schwierigkeiten, z.B. Emulsionsbildungen usw., vermieden werden. Insbesondere erweist sich Wasser als kostengünstig und als über einen geeigneten Temperaturbereich einsetzbar. Ferner muss nach Durchlaufen des Kühlmittels durch das Kühlelement bei zugeschalteter zweiter Kühleinrichtung 3 kei- ne Separation der Kühlmittel Kl und K2 voneinander erfolgen.

Das das Kühlelement 1 durchfließende Kühlmittel Kl bzw. K2 wird nach Durchströmen des Kühlelements teilweise wieder dem Wasserreservoir 7 zugeführt. Das Wasserreservoir 7 ist vor- zugsweise derart ausgestaltet, dass das vom Kühlelement 1 dem Wasserreservoir zugeführte Kühlmittel keine wesentliche Temperaturänderung des Wasserreservoirs 7 bewirkt. Ist eine Kühlung wieder - nur - mit der ersten Kühleinrichtung 2 möglich, so wird das regelbare Ventil 6 wieder geschlossen und es findet weiterhin eine Überwachung des Durchflusses statt, bis ggf. eine erneute Überhitzung eines Kühl- elements mittelbar erfasst wird.

Das Ausführungsbeispiel gemäß FIG 2 unterscheidet sich von dem in FIG 1 im Wesentlichen nur dadurch, dass eine Erfassung der Temperatur des Kühlelements nicht über eine Durchfluss- menge des Kühlmittels Kl in das Kühlelement 1 erfolgt, sondern durch eine Einrichtung 5 zur Erfassung eines Lichtbogenbrennverhaltens. Hierzu sind in FIG 2 zusätzlich die Elektroden E des Lichtbogenofens dargestellt, da deren Elektrodenströme zur Bestimmung der Lichtbogeneinhüllung für den jewei- ligen Elektrodenstrom herangezogen werden.

Dadurch wird ein noch vorhandener Nachteil des ersten Ausführungsbeispiels beseitigt. Denn bei Erfassung eines Tempera- turstiegs ist im Ausführungsbeispiel 1 das Kühlelement 1 be- reits einer übermäßigen thermischen Belastung ausgesetzt worden, was sich dann in der Durchflussmessung gemäß FIG 1 niederschlägt. Gegenmaßnahmen mittels der zweiten Kühleinrichtung werden in der Regel erst dann ergriffen, wenn bereits ein hohes thermisches Budget auf das Kühlelement 1 eingewirkt hat. Nichts desto trotz bietet jedoch bereits das Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 einen erheblichen Fortschritt ggü . dem Stand der Technik.

Durch Verwendung einer kombinierten Körperschall-Messung und Elektrodenstrommessung kann für jede Elektrode des Lichtbogenofens ein Maß für die Lichtbogeneinhüllung der Elektrode ermittelt werden. Dieses wird erhalten durch Bilden einer Summe der Quotienten von Frequenzamplituden für die im Lichtbogen und in den Strömen auftretenden Grundschwingungsanteile und Oberschwingungsanteile. Die Einrichtung zur Erfassung der Lichtbogenbrennverhaltens umfasst somit wenigstens einen Körperschallsensor, wenigstens einen Elektrodenstromsensor und eine Auswerteeinrichtung, wobei letztere im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 9 identisch ist. Alle Teile der Einrichtung zur Erfassung eines Lichtbogenbrennverhaltens sind in FIG 2 mit 5 bezeichnet. Sobald eine Abnahme der Lichtbogeneinhüllung erfasst wird, bedeutet dies, dass die vom Lichtbogen ausgehende Strahlung auf die Kühlelemente des Lichtbogenofens zunimmt. Zu diesem Zeitpunkt hat jedoch noch keine wesentliche Erwärmung des Kühlmittels Kl, über das Gleichgewichtsmaß hinaus, stattge- funden. Abhängig von der verbleibenden Lichtbogeneinhüllung ist jedoch ggf. zu erwarten, dass sich das durch das Kühlelement strömende Kühlmittel Kl derart erwärmt, dass es zu einer Abnahme bzw. einem Einbruch in der Kühlmittelzufuhr mittels der ersten Kühleinrichtung 2 kommt.

Der Zeitvorsprung durch die Erfassung des Lichtbogenbrennverhaltens im Gegensatz zur Ausbildung gemäß FIG 1 bringt damit einen großen Vorteil mit sich. Denn die Messmethode gemäß FIG 2 erlaubt Gegenmaßnahmen zur Vermeidung einer Überhitzung, während bei Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 nur Gegenmaßnahmen zur Behebung einer Überhitzung möglich sind. Dadurch wird bei der Variante gemäß FIG 2 der thermische Stress für die Kühlelemente 1 deutlich reduziert, da die Temperaturschwankungen für das Kühlelement 1 während des Betriebs des Licht- bogenofens deutlich geringer sind.

Abhängig von dem jeweiligen Lichtbogenofen beträgt der Informationsvorsprung durch diese Art der Messung, d.h. die Erfassung des Lichtbogenbrennverhaltens, ca. 1 bis 2 Minuten. Die- ser Vorsprung ermöglicht es, den Betrieb des Lichtbogenofens vorausschauender einzustellen, wodurch Abschaltungen und ggf. Leistungsreduktionen des Lichtbogenofens ggf. vollständig vermieden werden können. Dadurch wird wiederum der Durchsatz erhöht. Darüber hinaus wird die Lebensdauer der Kühlelemente 1 erhöht.

Im Übrigen unterscheidet sich die in FIG 2 gezeigte zweite Kühleinrichtung nicht wesentlich von der gemäß FIG 1 gezeig- ten. Es sind alle sonstigen Einrichtungen vorhanden, welche auch in FIG 1 vorhanden sind, d.h. regelbares Ventil, Reservoir für Kaltwasser 7, Pumpe 8, sowie eine entsprechende Kühlmittelzuführung für das Kühlelement 1 und eine Kühlmittelabführung aus dem Kühlelement 1, um eine effektive Kühlung des Kühlelements 1 bei erwartetem Temperaturanstieg oder erfolgtem Temperaturanstieg durchzuführen.