Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Messgröße an einem Ofen, sowie Ofen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Messgröße an einem Ofen, wobei die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Ga ^¬ ses in den Ofen und mindestens eine Messeinheit zur Erfassung der mindestens einen Messgröße umfasst. Die Erfindung be ^¬ trifft weiterhin einen Ofen, insbesondere Lichtbogenofen, wobei die mindestens eine Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen durch eine Ofenwand des Ofens in ei ^¬ nen Ofenraum geführt ist.

Während des Betriebs eines Ofens, wie beispielsweise eines Lichtbogenofens, eines Pfannenofens, einer Entgasungsanlage oder einer anderen Anlage der Sekundärmetallurgie, einer Glasschmelzwanne usw., ist es bedeutend, zu jedem gewünschten Zeitpunkt bestimmte Messgrößen, die den Ofen- oder Schmelzbe ^¬ trieb charakterisieren, in Erfahrung bringen zu können. Dies kann mittels einer kontaktbehafteten Messung, beispielsweise mittels einer manuellen Messgrößen- und Probennahme oder alternativ über eine kontaktlose Messung, beispielsweise auf Grundlage einer von dem behandelten Gut, der Schmelze oder dem Ofen selbst abgegebenen Schwingung oder elektromagnetischen Strahlung, geschehen.

Viele Ofentypen, insbesondere metallurgische Öfen wie bei- spielsweise Lichtbogenöfen, weisen an der Ofenwand instal ^¬ lierte Einrichtungen zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen auf, beispielsweise um Energie in den Ofenraum einzutragen, den AufSchmelzvorgang im Lichtbogenofen zu beschleunigen, das Metallbad zu frischen usw. Bei einer derar- tigen Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen kann es sich um eine Brenner-Einheit, eine Brenner- Lanzen-Einheit, eine Lanzen-Einheit und dergleichen handeln. Von einer Brenner-Einheit wird im Brennermodus eine Flamme ausgebildet. Dabei wird Brennstoff, insbesondere Erdgas, Öl und dergleichen, unter Zumischung von einem Brenngas enthaltend Sauerstoff verbrannt.

Lanzen werden häufig nur zeitlich begrenzt und lokal in den Ofenraum eingeführt, um beispielsweise Gase zuzuführen, wie Sauerstoff zum Frischen einer Metallschmelze, diverse Mess ^¬ größen zu erfassen oder Proben zu nehmen. Aber auch fest in- stallierte Lanzen-Einheiten sind bekannt, die am Ofen fixiert werden .

Die EP 1 457 575 Bl beschreibt eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Beobachtung von Chargiergut in einem Elekt- roofen während des Schmelzbetriebs. Dazu ist eine Brenner- Einheit mit einer Kamera, insbesondere spektroskopischen Inf ^¬ rarotkamera, ausgestattet, welche im Inneren der Brenner- Einheit angeordnet ist und eine Temperaturverteilung im Ofen ^¬ raum erfasst.

Neben herkömmlichen Brenner-Einheiten, welche nur im Brennermodus betrieben werden können, sind inzwischen auch Brenner- Lanzen-Einheiten bekannt, die einen Verbund aus einer Brenner-Einheit und einer Lanzen-Einheit bilden, wobei ein Be- trieb einer solchen Einheit abwechselnd im Brennermodus oder im Lanzenmodus erfolgen kann.

Wie bei einer herkömmlichen Brenner-Einheit wird auch bei ei ^¬ ner Brenner-Lanzen-Einheit, wenn sie im Brennermodus betrie- ben wird, eine Flamme erzeugt und Energie in den Ofenraum eingetragen. Die Brenner-Lanzen-Einheit kann jedoch nach Ab ^¬ schaltung des Brennermodus, d.h. Abschalten der Flamme, als Lanze genutzt werden, über die ein Gasstrom in den Ofenraum eingeblasen und Messgrößen erfasst werden können. Dazu sind zusätzlich zu den an einer herkömmlichen Brenner-Einheit vorhandenen Anschlüssen für Brennstoff und Brenngas an einer Brenner-Lanzen-Einheit Gasanschlüsse für mindestens ein im Lanzenmodus einzublasendes Gas vorhanden. Auch an derartigen Brenner-Lanzen-Einheiten wurden bereits Messeinheiten installiert, die einen durch die Brenner-Lanzen-Einheit in Richtung Ofenraum verlaufenden Kanal für eine optische Messgrößenerfassung im Ofenraum nutzen.

Es hat sich gezeigt, dass ein Austausch von Messeinheiten an Öfen, insbesondere Lichtbogenöfen, beispielsweise aufgrund eines Defekts oder der Erfordernis, einen anderen Typ von Messeinheit zur Erfassung einer anderen Messgröße einzuset- zen, relativ häufig durchzuführen ist. Die Positionierung der neuen Messeinheit ist aufwendig, da eine exakte Neupositio ^¬ nierung stattfinden muss. Beispielsweise darf im Lanzenmodus der Übergangsbereich zwischen einem ausgebildeten Lanzengas- kegel und der Ofenatmosphäre nicht mit dem Messort für eine Temperaturmessung kollidieren, da dies zu Fehlmessungen führt. Weiterhin ist zur Sicherheit des Ofen-Bedienpersonals ein Ofenstillstand erforderlich, um einen gefahrlosen Wechsel einer Messeinheit durchführen zu können. Dies alles führt zu Zeitverzögerungen im Ofenbetrieb und unerwünschten Still- Standszeiten. Dadurch erhöhen sich die Betriebskosten der Ofenanlage und der Durchsatz des Ofens wird verringert.

Der Erfindung somit liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich ^¬ tung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die bei ei- nem Austausch einer Messeinheit an einem Ofen einen effizienteren Ofenbetrieb gewährleistet, sowie einen Ofen mit einer derartigen Vorrichtung bereitzustellen.

Die Aufgabe wird für die Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Messgröße an einem Ofen, insbesondere Lichtbogenofen, gelöst, indem die Vorrichtung mindestens folgendes umfasst:

- mindestens eine Einrichtungen zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen;

- mindestens eine Messeinheit zur Erfassung der mindestens einen Messgröße; und

- mindestens eine Baugruppe zur Positionierung der mindestens einen Messeinheit gegenüber einem kalten Ende der mindestens einen Einrichtungen zum Eindüsen mindestens eines Ga- ses in den Ofen, wobei die mindestens eine Baugruppe min ^¬ destens eine Positioniereinheit und mindestens eine Wech ^¬ seleinheit umfasst, welche eingerichtet ist, eine lösbare Verbindung mit der mindestens einen Positioniereinheit ein- zugehen, und wobei die mindestens eine Positioniereinheit an der mindestens einen Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen angeordnet ist und die mindestens eine Wechseleinheit zur Aufnahme zumindest eines Messkopfs der mindestens einen Messeinheit eingerichtet ist.

Unter einem „kalten" Ende einer Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen wird dabei das Ende verstan ^¬ den, das außerhalb eines Ofens angeordnet wird. Dagegen wird unter einem „heißen" Ende einer Einrichtung zum Eindüsen min- destens eines Gases in den Ofen dasjenige Ende verstanden, welchem an den Ofenraum angrenzt. Bei einer Brenner- oder Brenner-Lanzen-Einheit handelt es sich demnach bei dem heißen Ende um dasjenige Ende, an welchem zumindest temporär eine Flamme ausgebildet wird.

Die an der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen angeordnete mindestens eine Positioniereinheit wird dort nur einmal genau positioniert und ausgerichtet und ver ^¬ bleibt dann unverändert in dieser Position, zumindest solange kein Austausch von, insbesondere die mindestens eine Positio ^¬ niereinheit tragenden Teilen der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen erforderlich ist oder ein Defekt an der Positioniereinheit selbst vorliegt. Eine Repa ^¬ ratur oder ein Austausch der mindestens einen Messeinheit, oder zumindest deren Messkopfs, sind aufgrund der lösbaren

Verbindung zwischen Positioniereinheit und Wechseleinheit be ^¬ sonders schnell und effektiv durchführbar, da die mindestens eine Positioniereinheit die optimale Position für die mindes ^¬ tens eine Wechseleinheit inklusive zumindest eines Messkopfs der mindestens einen Messeinheit genau vorgibt. Ein langwie ^¬ riges Positionieren zumindest des Messkopfs der mindestens einen Messeinheit kann somit entfallen, da mit Schließen der lösbaren Verbindung zwischen Positioniereinheit und Wechsel- einheit unmittelbar eine lagerichtige Anordnung zumindest des Messkopfs der mindestens einen Messeinheit erreicht wird.

Die Aufgabe wird für den Ofen gelöst, indem dieser mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst, wobei die Einrich ^¬ tung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen durch eine Ofenwand des Ofens in einen Ofenraum geführt ist. Ein derartiger Ofen ist besonders effektiv und kostengünstig zu betreiben. Bei dem Ofen handelt es sich insbesondere um einen metallurgischen Ofen wie einen Lichtbogenofen, aber auch andere Öfen, wie beispielsweise Glasschmelzwannen, sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung effektiv und kostengünstig zu betreiben . Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Minimierung der Stillstandszeiten eines Ofens, insbesondere auch ein kontinuierlicher Ofenbetrieb, möglich. Dadurch minimieren sich die Betriebskosten, insbesondere der erforderliche Energie ^¬ einsatz, und erhöht sich der Durchsatz des Ofens sowie die Qualität der erzeugten Produkte. Die jeweils benötigte oder benötigten Messeinheiten sind variabel im Hinblick auf den Typ der Messeinheit sowie die Abfolge und/oder Kombination der verwendeten Messeinheiten einsetzbar. Auch ein temporärer Betrieb des Ofens, während dessen sich keine Wechseleinheit in der Positioniereinheit befindet, ist ohne weiteres realisierbar. Ein Defekt an der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen selbst ist nach einem Trennen der lösbaren Verbindung ohne weiteres schnell und einfach behebbar, wobei die zuvor entkoppelte Wechseleinheit in der instandgesetzten Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen wieder unmittelbar zum Einsatz kommen kann. Bei einer Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen handelt es sich insbesondere um eine Brenner-Ein ^¬ heit, eine Brenner-Lanzen-Einheit oder eine Lanzen-Einheit. An einem Ofen kommen bevorzugt pro Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen konstruktiv gleich ausge ^¬ bildete Baugruppen zum Einsatz, um eine Austauschbarkeit der Wechseleinheiten zwischen diesen zu gewährleisten.

Um eine Erfassung einer oder mehrerer - gleicher oder unterschiedlicher - Messgrößen durchführen zu können, wie beispielsweise eine Erfassung von Temperatur (en) , chemischen Analysen, Hörschall, Körperschall, wie z.B. Ultraschall, usw., können einer Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen mindestens eine Messeinheit mit mehreren Messköpfen und/oder Messeinheiten unterschiedlichen Typs nachgeordnet sein, wobei zumindest deren Messköpfe an oder nahe dem kalten Ende einer Einrichtung zum Eindüsen mindes- tens eines Gases in den Ofen angeordnet werden. Dabei kann eine Wechseleinheit eingerichtet sein, lediglich einen Mess ^¬ kopf einer Messeinheit bis hin zu einer gesamten Messeinheit aufzunehmen. Unter einem Messkopf wird generell das Teil ei ^¬ ner Messeinheit verstanden, welches als Schnittstelle zwi- sehen Messeinheit und Messumgebung zur Signalerfassung dient. Weiterhin können in eine Wechseleinheit Messköpfe von Mess ^¬ einheiten unterschiedlichen Typs und/oder redundante Messköpfe gemeinsam eingebaut sein. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Positioniereinheit an dem kalten Ende der mindestens einen Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen angeordnet. Dies gewährleistet eine gu ^¬ te Zugänglichkeit der mindestens einen Positioniereinheit für beispielsweise das Ofen-Bedienpersonal. Vorzugsweise ist eine Positioniereinheit dabei an einem Rohr der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen fixiert.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die lösbare Ver- bindung durch einen Schnappverschluss , einen Steckverschluss , einen Baj onettverschluss , einen Schraubverschluss , einen Klemmverschluss , eine Guillemin-Kupplung, eine Storz-Kupp- lung, eine Perrot-Kupplung, eine Klauenkupplung und derglei- chen gebildet ist. Dies ermöglicht ein schnelles und einfa ^¬ ches Ausbilden und Lösen der lösbaren Verbindung zwischen Positioniereinheit (en) und Wechseleinheit (en) . Die genannten Verbindungen sind in der üblicherweise recht rauen Ofenumge- bung zuverlässig und wartungsarm verwendbar.

Die mindestens eine Messeinheit umfasst vorzugsweise mindes ^¬ tens eine optische Messeinheit und/oder mindestens einen Schallsensor und/oder mindestens einen Beschleunigungssensor und dergleichen. Derartige Messeinheiten arbeiten berührungslos, d.h. ohne dass ein Kontakt zu einem im Ofenraum behandelten Gut hergestellt wird, und daher besonders schnell und zuverlässig . Über einen Schallsensor kann von einem Ofen emittierter Hörschall erfasst und daraus bestimmte Ofenzustände, z.B. hin ^¬ sichtlich einer Schaumschlackenbildung im Ofenraum, abgeleitet werden. Über einen Beschleunigungssensor kann Körperschall am Ofen erfasst werden und daraus bestimmte Ofenzu- stände, wie insbesondere eine Schaumschlackenbildung im Ofenraum, abgeleitet werden.

Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die mindestens eine optische Messeinheit eine Temperaturmesseinheit und/oder eine Einheit zur Durchführung einer chemischen Analyse umfasst.

Eine geeignete Einheit zur Durchführung einer chemischen Analyse umfasst üblicherweise einen Laser. Der Laserstrahl wird in den Ofenraum gesandt und das entgegen der Aussenderichtung rückreflektierte Licht ausgewertet.

Eine optische Temperaturmesseinheit ist bevorzugt dazu einge ^¬ richtet, eine entlang einer Längsachse der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen in Richtung dieser aus dem Ofenraum emittierte Strahlung zu erfassen. Zur kontaktlosen optischen Temperaturmessung wird bevorzugt eine Messeinheit in Form eines Lasers, einer Kamera, eines Pyrome ^¬ ters oder eines Ondometers eingesetzt, wobei diese allein oder in Kombination mit Lichtwellenleitern eingesetzt werden können, die die aus dem Ofenraum in Richtung der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen emittierte Strahlung zum Auswerteort übertragen. Dem Fachmann steht es allerdings frei, hier alternativ weitere geläufige Vorrich- tungen, welche zur kontaktlosen Temperaturmessung geeignet sind, einzusetzen.

Eine optische Temperaturmesseinheit weist vorzugsweise eine Einrichtung zur Bündelung von Strahlung als Messkopf auf. Diese Einrichtung kann beispielsweise als Linse oder Linsen ^¬ system ausgebildet sein. Durch eine derartige Bündelungseinrichtung für Strahlung, insbesondere Temperaturstrahlung, wird es möglich, dass ein größtmöglicher Anteil der in Richtung der Längsachse der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen aus dem Ofenraum emittierten Strahlung für die Ermittlung der Temperatur des Gutes oder der Schmelze im Ofenraum zur Verfügung steht.

Die ermittelte Temperatur im Ofenraum kann in vorteilhafter Weise zur Steuerung und/oder Regelung einer Prozessgröße eines im Ofenraum ablaufenden Prozesses verwendet werden. Beispielsweise kann für einen Lichtbogenofen anhand einer ermittelten Temperaturverteilung der Energieeintrag der Elektroden des Lichtbogenofens gezielt gesteuert bzw. geregelt werden. Auch können beispielsweise eine Zugabe von Zuschlagstoffen und ähnlichem in Abhängigkeit von der Temperatur bzw. der Temperaturverteilung im Ofenraum erfolgen.

Im Falle, dass zumindest ein Messkopf einer optischen Mess- einheit in die Wechseleinheit eingesetzt wird, weist die

Wechseleinheit an ihrem zur mindestens einen Positioniereinheit zeigenden Ende mindestens eine Inspektionsöffnung für den Messkopf auf. Diese Inspektionsöffnung, die für ein von der optischen Messeinheit ausgesandte und/oder zu empfangende Strahlung durchlässig sein muss, kann durch ein einfaches

Loch in der Wechseleinheit oder auch ein entsprechend strah ^¬ lungsdurchlässiges Fenster gebildet sein. Um die Atmosphäre im Ofenraum von der Umgebungsatmosphäre ab ^¬ zugrenzen, weist die mindestens eine Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen an ihrem dem Ofenraum abgewandten kalten Ende bevorzugt ein optisches Fenster auf, an welches sich die mindestens eine Baugruppe anschließt. Dieses muss für jede Art von Strahlung, die aus dem Ofenraum in eine oder aus einer optischen Messeinheit in den Ofenraum gelangen soll, durchlässig sein. Es hat sich bewährt, wenn die mindestens eine Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen einen zentrisch zu ihrer Längsache A angeordneten, durchgehenden Kanal K aufweist, wobei das optische Fenster den Kanal K verschließend angeordnet ist. Der Kanal K bildet am Ofen einen direkten Zu- gang zum Ofenraum.

Die Längsache A der mindestens einen Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen bildet vorzugsweise die Mittenachse des Kanals K, durch welchen z.B. im Brenner- oder Lanzenmodus Gas in den Ofenraum eingedüst wird. Der Kanal K ist vorzugsweise geradlinig ausgebildet, so dass sich emit ^¬ tierte Strahlung längs des Kanals K ebenfalls geradlinig, d.h. im Wesentlichen ohne Störung, ausbreiten kann. Die

Längsachse A weist vorzugsweise einen Winkel zur Horizonta- len, insbesondere zur Oberflächennormalen einer Schmelze im Ofenraum, von 40 bis 43 Grad auf.

Es ist bevorzugt, wenn die mindestens eine Positioniereinheit mindestens eine Hülse zur Aufnahme der mindestens einen Wech- seleinheit umfasst, wobei eine Hülsenlängsachse der mindes ^¬ tens einen Hülse fluchtend zur Längsache A der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen angeordnet ist oder, insbesondere automatisch, anordenbar ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die mindestens eine Positioniereinheit einen drehbaren Revolver ^¬ kopf mit mindestens zwei Hülsen zur Aufnahme von je mindes ^¬ tens einer Wechseleinheit und einen mit dem Revolverkopf wirkverbundenen Antriebsmotor, welcher den Revolverkopf in die gewünschte Position dreht.

Alternativ kann die mindestens eine Positioniereinheit ein Schiebersystem mit mindestens zwei Hülsen zur Aufnahme von je mindestens einer Wechseleinheit und einen mit dem Schieber ^¬ system wirkverbundenen Antriebsmotor umfassen, welcher einen Schieber des Schiebersystems, und damit die Hülsen inklusive der Wechseleinheiten, in die gewünschte Position bewegt.

Durch den Antriebsmotor wird die Position der Hülsen gegenüber der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen so verändert, dass die gewünschte, in die jeweilige Hülse eingebrachte Wechseleinheit inklusive zumindest eines Messkopfs einer Messeinheit in einer Messposition schnell und genau positioniert wird.

So ist eine Erfassung unterschiedlicher Messgrößen durch einen schnellen, insbesondere automatischen Austausch von Wech- seleinheiten am Ofen möglich. Bei einem Defekt im Bereich der Wechseleinheit kann durch ein Auswechseln der Wechseleinheit inklusive zumindest des Messkopfs gegen eine Wechseleinheit inklusive baugleichem, funktionsfähigem Messkopf eine Messung mit nur minimaler Unterbrechungszeit fortgeführt werden.

Es hat sich bewährt, wenn die Vorrichtung mindestens einen Roboter zum Aufnehmen der mindestens einen Wechseleinheit und zum Einsetzen der mindestens einen Wechseleinheit in und Ent ^¬ nehmen der mindestens einen Wechseleinheit aus der mindestens einen Positioniereinheit umfasst. Dadurch kann bei einem De ^¬ fekt im Bereich einer Wechseleinheit diese besonders schnell ausgetauscht werden. Auch der Austausch einer Wechseleinheit mit zumindest einem Messkopf einer Messeinheit gegen eine an ^¬ dere Wechseleinheit mit zumindest einem Messkopf einer Mess- einheit von einem anderen Typ kann effizient durchgeführt werden. Ein derartiger Betrieb ist ohne Ofen-Bedienpersonal und damit besonders gefahrlos, kostengünstig und im Dauerbe ^¬ trieb durchführbar. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung mindestens eine Steuer- und Regelungseinrichtung zur Ansteuerung der mindestens einen Messeinheit und/oder mindestens einer mit der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen verbundenen Gas- mengenregeleinrichtung .

Oft ist es bei der Erfassung bestimmter Messgrößen nämlich erforderlich, in einen bestimmten Modus der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen zu wechseln.

Der Standardbetrieb eines metallurgischen Ofens, insbesondere Lichtbogenofens, mit mindestens einer Einrichtung zum Eindü ^¬ sen mindestens eines Gases in den Ofen in Form einer Brenner- Lanzen-Einheit erfolgt üblicherweise folgendermaßen:

Während des Chargierens des aufzuschmelzenden Guts in den Ofenraum wird die Brenner-Lanzen-Einheit mit einer Schutz ^¬ flamme betrieben, um die zum Ofenraum gerichtete Öffnung der Brenner-Lanzen-Einheit freizuhalten. Anschließend wird die Brenner-Lanzen-Einheit im Brennermodus betrieben und die Leistung stufenweise gesteigert, um ein Aufschmelzen des Guts im Ofenraum zu unterstützen. Sobald eine ausreichende Menge an Metallschmelze vorliegt, wird die Brenner-Lanzen-Einheit in den Lanzenmodus umgeschaltet und Sauerstoff oder Sauer ^¬ stoff enthaltendes Gas zum Frischen der Metallschmelze mit Überschallgeschwindigkeit in den Ofenraum eingedüst. Während des Lanzenmodus brennt üblicherweise wieder die Schutzflamme, welche den eingedüsten Gasstrom umgibt. Sobald der Ofen abgestochen werden kann, d.h. der Ofenraum geleert werden kann, wird der Gasstrom abgeschaltet, die Brenner-Lanzen-Einheit unter Ausbildung der Schutzflamme weiterbetrieben und die Metallschmelze entnommen. Der Standardbetrieb beginnt nun von neuem mit dem Chargieren einzuschmelzenden Guts in den Ofenraum . Insbesondere im Lanzenmodus kann eine Brenner-Lanzen-Einheit genutzt werden, um mittels einer Messeinheit im Ofenraum eine optische Messung durchzuführen. Dabei wird beispielsweise in einem Lichtbogenofen im Lanzenmodus einzublasendes Gas mit Überschallgeschwindigkeit in den Ofenraum in Richtung einer Schmelze eingedüst, um sich auf der Schmelze ausbildende Schlacke wegzublasen und die Oberfläche der Schmelze lokal, beispielsweise für eine kontaktlose Temperaturmessung, frei- zulegen. Um einen Gasstrom mit Überschallgeschwindigkeit zu erzeugen, weist die Brenner-Lanzen-Einheit insbesondere eine Laval-Düse auf, in welche das einzublasende Gas mit einigen bar Druck eingespeist wird. Mittels der mindestens einen Steuer- und Regelungseinrichtung kann somit beispielsweise vor Aufnahme bestimmter Messgrößen mit einer Messeinheit die Gasmengenregeleinrichtung der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen entsprechend angesteuert werden, wobei der für den jeweiligen Messbetrieb erforderliche Modus eingestellt wird. Für bei ^¬ spielsweise eine optische Temperaturmessung wäre an einer Brenner-Einheit insbesondere eine Brennerabschaltung oder zu ^¬ mindest Brennstoffabschaltung einzuleiten und bei einer Brenner-Lanzen-Einheit ein Betrieb im Lanzenmodus zu wählen.

Bevorzugt ist die mindestens eine Steuer- und Regelungsein ^¬ richtung aber weiterhin auch zur Ansteuerung des Antriebsmotors und/oder des mindestens einen Roboters eingerichtet. Dies ermöglicht ein nahtloses Zusammenspiel zwischen dem Be- trieb der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen und der Auswahl und Abfolge an anzubringenden Wechseleinheiten zur Ermittlung der gewünschten Messgrößen.

Die Steuer- und Regelungseinrichtung kann zudem eingerichtet sein, eine Ansteuerung der Elektroden eines Lichtbogenofens, der Steuerung des Beladungs- oder Entleerungsvorgangs des Ofens usw. vorzunehmen.

Die Steuer- und Regelungseinrichtung ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit einer Recheneinheit verbunden, über welche automatisch oder manuell über das Ofen- Bedienpersonal direkt Einfluss auf die Erfassung einer be ^¬ stimmten Messgröße genommen werden kann, Auswertungen der Messgrößen vorgenommen und der Schmelzprozess entsprechend beeinflusst werden kann.

Es hat sich zudem bewährt, wenn die Vorrichtung ein Magazin zur Lagerung und/oder Bereitstellung einer Anzahl an Wechseleinheiten mit jeweils mindestens einer darin aufgenommenen Messeinheit, oder zumindest deren Messkopf, umfasst. Das Vor ^¬ halten mehrerer Wechseleinheiten, die wahlweise mit der mindestens einen Positioniereinheit lösbar verbunden werden kön- nen, minimiert bei einem Defekt einer Messeinheit bzw. des

Messkopfs die auftretende Zeitspanne, in der die Messung un ^¬ terbrochen werden muss. Für den Betrieb mit einem Roboter, der Wechseleinheiten bei Bedarf automatisch austauscht, bildet das Magazin ein örtlich genau definiertes und in seiner Bestückung bekanntes Lager für Wechseleinheiten inklusive darin eingebauter Messköpfe bzw. auch ganzer Messeinheiten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung sind eine Mehrzahl von Einrichtungen zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen vorhanden, die jeweils über mindestens eine Baugruppe mit mindestens einer Messeinheit verbunden sind, so dass gleichzeitig Messgrößen für verschiedene Bereiche im Ofenraum eines Ofens erfasst werden können, in deren Richtung die Einrichtungen zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen zeigen. So kann beispielsweise eine Ermittlung einer örtlichen und/oder zeitlichen Temperaturverteilung oder

Schaumschlackebildungsrate erfolgen .

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ausfüh- rungsbeispielen, welche anhand der nachfolgenden Figuren 1 bis 8 erläutert werden. Es zeigen:

FIG 1 einen Querschnitt durch einen Ofen mit einer ersten

Vorrichtung;

FIG 2 einen Ausschnitt aus FIG 1 im Bereich der Einrichtung zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen und der Messeinheit, wobei die Vorrichtung weiterhin einen Roboter umfasst; FIG 3 eine Baugruppe mit Messkopf;

FIG 4 die Baugruppe gemäß FIG 3, eingebaut in eine Lanze

einer Brenner-Lanzen-Einheit;

FIG 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus FIG 4 im Bereich der

Baugruppe;

FIG 6 eine Brenner-Lanzen-Einheit umfassend die Anordnung gemäß FIG 4;

FIG 7 eine zweite Vorrichtung umfassend eine Positioniereinheit mit drehbarem Revolverkopf; und

FIG 8 eine dritte Vorrichtung umfassend eine Positionierein ^¬ heit mit Schiebersystem.

FIG 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Ofen 1, hier einen Lichtbogenofen, mit einem Ofendeckel lc und Elektroden ld, die durch diesen in einen Ofenraum la geführt sind. Zur Vereinfachung ist lediglich eine von üblicherweise drei Elektro ^¬ den ld dargestellt. Im Ofenraum la des Ofens 1 ist eine

Schmelze 2, hier eine Metallschmelze, angeordnet, auf deren Oberfläche sich Schlacke 2a befindet. Eine erste Vorrichtung umfassend eine Einrichtung 3 zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen 1, hier in Form einer Brenner-Lanzen- Einheit, die oberhalb der Schmelze 2 installiert bzw. durch die Ofenwand lb geführt ist, ist am Ofen 1 installiert. Dabei ist die Ausströmöffnung 3d der Brenner-Lanzen-Einheit auf die Oberfläche der Schmelze 2 gerichtet. Die Brenner-Lanzen- Einheit weist einen zentralen Kanal K auf, durch welchen im Lanzenmodus ein Gasstrom in Richtung der Schmelze 2 in den Ofenraum la leitbar ist. Die Brenner-Lanzen-Einheit weist mehrere Anschlüsse auf, um ^¬ fassend eine Gaszuführeinrichtung 4 zur Zuführung von im Lanzenbetrieb benötigtem Gas, das vorzugsweise mit Überschallge ^¬ schwindigkeit in den Ofenraum la eingedüst wird. Über die Gaszuführeinrichtung 4 wird im Lanzenmodus insbesondere ein erstes Gas, hier bevorzugt in Form von Sauerstoff, abwech ^¬ selnd mit einem zweiten Gas, hier Inertgas bevorzugt in Form von Stickstoff, mit Überschallgeschwindigkeit in den Ofenraum la eingedüst. Weiterhin sind mindestens eine Brennstoffzuführeinrichtung 5 und mindestens eine Brenngaszuführeinrichtung 6 vorhanden. Mittels einer Brennstoffzuführeinrichtung 5 wird der Brenner- Lanzen-Einheit Brennstoff, hier vorzugsweise Erdgas, zuge- führt. Der Brennstoff wird zusammen mit Brenngas, hier bevor ^¬ zugt in Form von Sauerstoff, verbrannt, der mittels der

Brenngaszuführeinrichtung 6 zugeführt wird.

Über eine Gasmengenregeleinrichtung 12 wird die Versorgung der Brenner-Lanzen-Einheit mit den aktuell erforderlichen Ga ^¬ sen sichergestellt, wobei die Brenner-Lanzen-Einheit in den gewünschten Modus versetzt wird.

Ferner weist die Brenner-Lanzen-Einheit eine Kühleinrichtung 7 zur Zuführung von Kühlmittel, insbesondere Wasser, auf. Mittels des Kühlmittels wird die Brenner-Lanzen-Einheit an ihrem heißen Ende vor Überhitzung geschützt.

Eine Messeinheit 10 in Form einer optischen Temperaturmess- einheit, wie beispielsweise ein Pyrometer, ist an dem, dem

Ofenraum la des Ofens 1 abgewandten kalten Ende der Brenner- Lanzen-Einheit mit dieser derart verbunden, dass eine Tempe ^¬ raturmessung im Ofenraum la durchführbar ist. Der Kanal K der Brenner-Lanzen-Einheit ist zur Längsachse A der Brenner-Lan- zen-Einheit zentriert angeordnet. Ausgehend vom heißen Ofen ^¬ raum la kann sich elektromagnetische Strahlung, insbesondere Temperatur- bzw. Infrarotstrahlung, längs der Längsachse A ausbreiten und gelangt so in den Kanal K der Brenner-Lanzen- Einheit .

Vom Kanal K gelangt die Strahlung durch ein optisches Fenster 3e in einen hier nicht gesondert dargestellten Messkopf 10b (vergleiche FIG 3) der Messeinheit 10. Der Messkopf 10b wird hier durch eine Bündelungseinrichtung, beispielsweise ein Linsensystem, bereitgestellt, welche die Strahlung bündelt und in einen Lichtwellenleiter 10a der Messeinheit 10 einkoppelt. Mittels der Messeinheit 10 wird aus der eingekoppelten Strahlung eine zugehörige Temperatur der Schmelze 2 ermittelt.

Die Messeinheit 10 kann über weitere Lichtwellenleiter und Messköpfe mit weiteren Brenner-Lanzen-Einheiten, die am Ofen 1 angeordnet und der besseren Übersicht halber nicht darge ^¬ stellt sind, verbunden sein. Jedoch kann auf den Lichtwellenleiter 10a auch verzichtet werden, wenn eine Messeinheit 10 unmittelbar an das dem Ofenraum la abgewandte kalte Ende der Brenner-Lanzen-Einheit anschließt.

Eine Messeinheit 10 kann auch mittels eines herkömmlichen elektrischen Kabels mit ihrem Messkopf 10b verbunden sein oder komplett in eine Wechseleinheit 8b eingebaut und bei- spielsweise batteriebetrieben sein.

Eine Baugruppe 8 dient zur Positionierung der Messeinheit 10 gegenüber einem, dem Ofenraum la abgewandten kalten Ende der Brenner-Lanzen-Einheit. Die Baugruppe 8 umfasst eine Positio- niereinheit 8a und eine Wechseleinheit 8b, welche eingerich ^¬ tet ist, eine lösbare Verbindung mit der Positioniereinheit 8a einzugehen. Dabei ist die Positioniereinheit 8a an der Brenner-Lanzen-Einheit angeordnet und die Wechseleinheit 8b zur Aufnahme des Messkopfs 10b der Messeinheit 10 eingerich- tet.

Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Steuer- und Regelungs ^¬ einrichtung 11 zur Ansteuerung der Messeinheit 10 und der mit der Brenner-Lanzen-Einheit verbundenen Gasmengenregeleinrich- tung 12. Mittels der Steuer- und Regelungseinrichtung 11 können Regeleingriffe vorgenommen werden, die das Ein- oder Abschalten des Brennermodus, eine Änderung der Zuführmengen für Brennstoff und/oder Brenngas, das Ein- oder Abschalten des Lanzenbetriebs und/oder die Auswahl und Menge des im Lanzen- betrieb eingedüsten Gases, gegebenenfalls weiterhin (hier nicht gezeigt) eine Änderung der Stromzufuhr zu den Elektro ^¬ den ld des Lichtbogenofens, eine Änderung der Position der Elektroden ld des Lichtbogenofens, den Beginn eines Chargieroder Abstechvorgangs, usw. bewirken.

Die Steuer- und Regelungseinrichtung 11 ist hier mit einer Recheneinheit 16 verbunden, über welche automatisch oder manuell durch das Ofen-Bedienpersonal direkt Einfluss auf die Erfassung einer bestimmten Messgröße genommen werden kann, Auswertungen der Messgrößen vorgenommen und der Schmelzpro- zess entsprechend beeinflusst werden kann.

FIG 2 zeigt einen Ausschnitt aus FIG 1 im Bereich der Ein ^¬ richtung 3 zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen 1 bzw. der Brenner-Lanzen-Einheit sowie der Messeinheit 10, wo ^¬ bei die Vorrichtung weiterhin einen hier lediglich schema- tisch dargestellten Roboter 13 umfasst, der über die Steuer- und Regelungseinrichtung 11 angesteuert wird. Der Roboter 13 ist dazu eingerichtet, die in der Baugruppe 8 eingesetzte, hier nicht im Detail dargestellte Wechseleinheit 8b inklusive Messkopf 10b im Falle eines Defekts des Messkopfs 10b von der hier ebenfalls nicht im Detail dargestellten Positioniereinheit 8a abzutrennen und gegen eine baugleiche Wechseleinheit 8bi, 8b2, 8b3, 8b ₄ , 8b ₅ , 8b6, 8b ₇ , 8bs, 8bg, jeweils inklusive eines Messkopfs 10b, auszutauschen, welche in einem Magazin 14 vorgehalten wird. Die Wechseleinheit 8b mit defektem Mess- köpf 10b kann vom Roboter in einer nicht belegten Magazinöffnung 14a des Magazins 14 abgelegt werden.

Es können auch mehrere Magazine mit unterschiedlich bestückten Wechseleinheiten 8b bereitgehalten oder in einem einzel- nen Magazin 14 unterschiedlich bestückte Wechseleinheiten 8b bereitgehalten werden.

FIG 3 zeigt eine Baugruppe 8 umfassend eine Positionierein ^¬ heit 8a und eine Wechseleinheit 8b, in die ein Messkopf 10b einer Messeinheit 10 eingebaut ist. Zur Ausbildung einer lös ^¬ baren Verbindung zwischen der Positioniereinheit 8a und der Wechseleinheit 8b ist hier eine Guillemin-Kupplung 9a, 9b vorgesehen. Die Wechseleinheit 8b weist ein Inspektionsfens- ter 8c auf und ist in eine an der Positioniereinheit 8a vor ^¬ gesehene Hülse 8aa einschiebbar. Beim Einschieben der Wechseleinheit 8b in die Positioniereinheit 8b wird der Messkopf 10b der Messeinheit 10 in dieser zentriert angeordnet und durch Schließen der Guillemin-Kupplung 9a, 9b in dieser Position fixiert. Anstelle einer Guillemin-Kupplung 9a, 9b kann auch eine andere Art von lösbarer Verbindung, beispielsweise ein Baj onettverschluss usw., eingesetzt werden. Der Lichtwel ^¬ lenleiter 10a der Messeinheit 10 ist über eine Schnellkupp- lung an der Wechseleinheit 8b angeschlossen.

FIG 4 zeigt die Baugruppe 8 gemäß FIG 3, angebaut an eine Lanze 3a einer Einrichtung 3 zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen 1, bzw. einer Brenner-Lanzen-Einheit. An der Lanze 3a befindet sich die Gaszuführeinrichtung 4 sowie eine Montageplatte 3b. Innerhalb der Lanze 3a befindet sich der Kanal K, welcher durch das optische Fenster 3e zur Positioniereinheit 8a hin verschlossen ist. FIG 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus FIG 4 im Be ^¬ reich der Baugruppe 8.

FIG 6 zeigt eine Brenner-Lanzen-Einheit 3 umfassend die An ^¬ ordnung gemäß FIG 4 mit Lanze 3a und Baugruppe 8. Die Monta- geplatte 3b an der Lanze 3a ist über eine weitere Montage ^¬ platte am Brenner 3c mit diesem gasdicht verbunden. Die Brenner-Lanzen-Einheit weist an ihrem heißen Ende eine Ausström ^¬ öffnung 3d auf und ist an ihrem kalten Ende mit der Baugruppe 8 verbunden. Der Messkopf der Messeinheit ist dabei zentriert zur Längsachse A der Brenner-Lanzen-Einheit und zum Kanal K (vergleiche FIG 1) positioniert.

FIG 7 zeigt eine schematisch dargestellte zweite Vorrichtung mit einer lediglich teilweise dargestellten Einrichtung 3 zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen 1 bzw. Brenner- Lanzen-Einheit und einer Baugruppe umfassend eine Positio ^¬ niereinheit 8a mit drehbarem Revolverkopf 8ab. Die Positio ^¬ niereinheit 8a umfasst eine Manschette 8ad an der Brenner- Lanzen-Einheit, über die der um eine Drehachse 8ac mittels eines Antriebsmotors 15 drehbare Revolverkopf 8ab an der Brenner-Lanzen-Einheit fixiert und gegenüber dem Kanal K po ^¬ sitioniert ist. Eine Anzahl an Hülsen 8aa im Revolverkopf 8ab dienen zur Aufnahme und Positionierung von Wechseleinheiten 8b, jeweils bestückt mit Messköpfen einer oder mehrerer Messeinheiten 10. Jeweils der Messkopf, der zur Längsachse A der Brenner-Lanzen-Einheit 3 zentriert angeordnet wird, liefert die gewünschte Messgröße, wie beispielsweise eine Temperatur, Hörschall, Körperschall usw. Dabei kann eine jede Hülse 8aa mit einer identischen Wechseleinheit 8b inklusive Messkopf bestückt sein, so dass bei einem von der Steuer- und Rege ^¬ lungseinrichtung 11 registrierten Defekt des aktuell zur Längsachse A zentrierten Messkopfs lediglich der Revolverkopf 8ab mittels des Antriebsmotors 15 derart gedreht werden muss, dass eine andere Hülse 8aa und damit andere Wechseleinheit 8b zur Längsachse A zentriert wird. Ein Umstecken des Lichtwel ^¬ lenleiters 10a in die andere Wechseleinheit 8b kann bei ^¬ spielsweise mittels eines Roboters 13 (vergleiche FIG 2) er- folgen. Alternativ kann sich in jeder der Hülsen 8aa ein Messkopf befinden, der mit einer Messeinheit 10 verbunden ist. Alternativ kann sich auch eine komplette Messeinheit 10 in jeder Wechseleinheit 8b befinden. Dabei können gleiche oder unterschiedliche Messeinheiten 10 bzw. Messköpfe 10b in den Wechseleinheiten 8b zum Einsatz kommen.

FIG 8 zeigt eine schematisch dargestellte dritte Vorrichtung mit einer lediglich teilweise dargestellten Einrichtung 3 zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen 1 bzw. einer Brenner-Lanzen-Einheit und einer Baugruppe umfassend eine Po ^¬ sitioniereinheit 8a mit Schiebersystem 8ae. Die Positionier ^¬ einheit 8a umfasst eine Manschette 8ad an der Brenner-Lanzen- Einheit, die das Schiebersystem 8ae an der Brenner-Lanzen- Einheit fixiert und gegenüber dem Kanal K positioniert. Eine Anzahl an Hülsen 8aa im Schieber des Schiebersystems 8ae die ^¬ nen zur Aufnahme und Positionierung von Wechseleinheiten 8b, jeweils bestückt mit Messköpfen einer oder mehrer Messeinhei ^¬ ten 10. Jeweils der Messkopf, der zur Längsachse A der Bren- ner-Lanzen-Einheit zentriert angeordnet wird, liefert die ge ^¬ wünschte Messgröße, wie beispielsweise eine Temperatur, Hör ^¬ schall, Körperschall, chemische Analyse usw. Dabei kann eine jede Hülse 8aa mit einer identischen Wechseleinheit 8b inklu- sive Messkopf bzw. Messeinheit bestückt sein, so dass bei ei ^¬ nem von der Steuer- und Regelungseinrichtung 11 registrierten Defekt des aktuell zur Längsachse A zentrierten Messkopfs le ^¬ diglich der Schieber mittels des Antriebsmotors 15' derart verfahren werden muss, dass eine andere Hülse 8aa und damit andere Wechseleinheit 8b zur Längsachse A zentriert wird. In jeder der Hülsen 8aa kann sich ein Messkopf befinden, der mit einer Messeinheit 10 verbunden ist, oder auch eine komplette Messeinheit befinden. Dabei können gleiche oder unterschied ^¬ liche Messeinheiten bzw. Messköpfe in den Wechseleinheiten 8b zum Einsatz kommen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vom Fachmann ohne wei ^¬ teres auch mit einfachen Brenner-Einheiten ohne Lanzenfunktion, Lanzen-Einheiten ohne Brennerfunktion oder einfachen Gas- zuführrohren ausgeführt werden, wenngleich die FIG 1 bis 8 lediglich Vorrichtungen mit Brenner-Lanzen-Einheiten zeigen. Auch kann die Vorrichtung nicht nur für die in den FIG 1 und 2 beispielhaft dargestellten metallurgischen Öfen eingesetzt werden, sondern beispielsweise auch an Glasschmelzwannen oder anderen Typen von Öfen, die mit Einrichtungen zum Eindüsen mindestens eines Gases in den Ofen ausgestattet sind.