Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Länge einer Elektrode bzw. Bestimmung der Position eines Verbrauchsquerschnitts der Elektrode in einem Elektroofen, bei dem die Messung mittels Radar erfo lgt, derart, dass eine Radar-Sende-/Empfangseinrichtung mittels einer Wellenleiteranschlusseinrichtung an einen an der Elektrode angeordneten, sich in Abnutzungsrichtung der Elektrode von einem Endquerschnitt zu einem Verbrauchsquerschnitt der Elektrode erstreckenden Wellenleiter, der als Wellenleiterrohr oder Wellenleiterkanal ausgebildet ist, angeschlossen ist, und die Zeitdifferenz gemessen wird zwischen Aussendung des Radarsignals und Empfang des von einer Diskontinuitätsstelle des Wellenleiters im Verbrauchsquerschnitt der E lektrode durch Reflektion erzeugten Echos. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In so genannten„Elektroofen" wird in einem Ofengefäß Metall mittels der durch Ausbildung eines Lichtbogens zwischen einer Elektrode und dem Metall bzw. der Schmelze frei werdenden thermischen Energie eingeschmo lzen. Bei diesem Verfahren verbrauchen sich die Elektroden kontinuierlich, so dass zur Einstellung eines gewünschten Abstandes zwischen dem durch einen Verbrauchsquerschnitt definierten Ende der Elektrode und dem einzuschmelzenden Metall bzw. der Schmelze die Elektrode entgegen der Abnutzungsrichtung nachgeführt werden muss. Um möglichst konstante Bedingungen während des gesamten Einschmelzvorgangs erreichen zu können, kommt es darauf an, diesen Abstand möglichst konstant bzw. definiert zu halten, so dass eine Nachführung der Elektrode nach Möglichkeit in Übereinstimmung mit dem Elektrodenverbrauch erfo lgen so llte. Hierzu ist es notwendig, die Länge der Elektrode bzw. die Relat ivlage des Verbrauchsquerschnitts gegenüber der Schmelzenoberfläche zu ermitteln. Dies gilt grundsätzlich unabhängig davon, ob in Abhängigkeit von dem jeweiligen Einschmelzverfahren der Verbrauchsquerschnitt oberhalb des Schmelzbades angeordnet ist oder in das Schmelzbad eingetaucht ist. Zur Ermittlung der Elektrodenlänge bzw. des Abstandes des Verbrauchsquerschnitts der Elektrode von der Schmelzenoberfläche sind bereits verschiedene Verfahren bekannt. So ist es beispielsweise aus der

US 4, 843 ,234 bekannt, die Länge der Elektrode mittels einer an bzw. in der Elektrode angeordneten Lichtleiteranordnung durch Bestimmung der Elektrodenlänge als Längendifferenz zu berechnen. Zur Erzielung einer hinreichenden Genauigkeit wird in der US 4, 843 ,234 empfohlen, zwei von einander getrennte Lichtleiteranordnungen einzusetzen, die einen entsprechend komplexen Gesamtaufbau der Messeinrichtung erforderlich machen. Zu dem sind bei dem bekannten Verfahren besondere Maßnah- men erforderlich, um den Lichtleiter vor den extremen Temperaturen im Elektroofen zu schützen.

Die EP 1 1 8 1 84 1 B l zeigt ein Verfahren, bei dem der Abstand zwischen einer Elektrodenspitze und der Schmelzenoberfläche mittels einer Referenzlängenmessung an einem Elektrodenhubsystem durchgeführt wird. Abgesehen davon, dass die Bestimmung Lage der Elektrodenspitze bzw. des Verbrauchsquerschnitts der Elektrode über der Schmelzenoberfläche unabhängig von der Länge der Elektrode erfo lgt, ist zur Berechnung des Abstandes eine nachfo lgende Differenzwertberechnung unter Berücksichtigung eines Korrekturwertes erforderlich, der sich aus dem Elektrodenverbrauch zwischen zwei Messungen ergibt. Somit ermöglicht das aus der EP 1 1 8 1 841 B l bekannte Verfahren weder die Messung der Länge der Elektrode noch ist die Bestimmung des Abstandes der Elektrodenspitze von der Schmelzenoberfläche in situ möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein

Verfahren bzw. eine Vorrichtung vorzuschlagen, das bzw. die eine In situ-Messung der Elektrodenlänge bzw. die Bestimmung der Position des Verbrauchsquerschnitts der Elektrode mit einem möglichst geringen Aufwand ermöglicht .

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Messung mittels Radar, derart, dass eine Radar-Sende-/Empfangs-einrichtung mittels einer Wellenleiteranschlusseinrichtung an einen an der Elektrode angeordneten, sich in Abnutzungsrichtung der E lektrode von einem Endquer- schnitt der Elektrode zu einem Verbrauchsquerschnitt der Elektrode erstreckenden Wellenleiter, der als Wellenleiterrohr oder Wellenleiterkanal ausgebildet ist, angeschlo ssen ist, und die Zeitdifferenz gemessen wird zwischen Aussendung des Radarsignals und Empfang des von einer Diskontinuitätsstelle des Wellenleiters im Verbrauchsquerschnitt der E lektrode durch Reflektion erzeugten Echos.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine permanente Messung während des laufenden Betriebs des Elektroofens mittels des an der Elektrode angeordneten Wellenleiters. Da sich aufgrund des Elektrodenabbrands das Ende des Wellenleiters kontinuierlich im Verbrauchsquer- schnitt oder im Falle eines außerhalb der Elektrodenmasse verlaufenden Wellenleiters auf Höhe des Verbrauchsquerschnitts befindet, ist sichergestellt, dass das Ende des Wellenleiters als zutreffender Referenzwert für die Position des Verbrauchsquerschnitts genommen werden kann und somit auch bei bekannter Position des oberen Endes der Elektrode die aktuelle Länge der Elektrode bestimmbar ist.

Als Wellenleiter wird dabei ein längs der Elektrode verlaufendes Wellenleiterrohr oder auch ein innerhalb der Elektrode verlaufendes Wellenleiterrohr verwendet werden. Soweit eine Ausbildung bzw. Anordnung eines Wellenleiters innerhalb der Elektrode vorgesehen ist, kann der Wellenleiter auch durch einen innerhalb der Elektrode in der Elektrodenmaterial selbst ausgebildeten Kanal gebildet sein, der eine zur Fortpflanzung von Radarwellen geeignet Kanalwandung aufweist. Das im oder auf Höhe des Verbrauchsquerschnitt angeordnete Ende des Wellenleiters bildet eine D iskontinuitätsstelle oder Inhomogenitätsstelle, die ein entsprechendes Echo der als Radarwellen genutzten elektromagnetischen Wellen erzeugt, das im Empfangsteil der Radar-Sende- /Empfangseinrichtung detektiert wird.

Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens wird zur Anpassung des räumlichen Abstandes zwischen einer unabhängig vo n der E lektrode positionierten Radar-Sende-/Empfangseinrichtung und dem Endquerschnitt der Elektrode die Länge der Wellenleiteranschlusseinrichtung verändert. Anders als in dem Fall, wenn die Radar-Sende- /Empfangseinrichtung sich in unmittelbarer Nähe des Endquerschnitts befindet und somit die Wellenleiteranschlusseinrichtung als hinsichtlich seiner Längserstreckung unveränderbarer Anschluss ausgebildet sein kann, ermöglicht eine in der Länge veränderbare Ausgestaltung der Wellenleiteranschlusseinrichtung eine belieb ige Relativpositionierung der Radar-Sende-/Empfangseinrichtung gegenüber dem Endquerschnitt der Elektrode. Somit ist es auch möglich, die Radar-Sende-/Empfangs- einrichtung außerhalb des Ofenraums in einer, insbesondere hinsichtlich der thermischen Belastung geschützten Position anzuordnen und die Wellenleiteranschlusseinrichtung zur Uberbrückung des Abstandes zwischen der beispielsweise gegenüber einer Ofenwandung fest definierten Position der Radar-Sende-/Empfangseinrichtung und dem Endquerschnitt der Elektrode zu verwenden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Wellenleiteranschlusseinrichtung aus einem in der Dimensionierung und hinsichtlich des Materials mit dem Wellenleiter übereinstimmenden Rohr gebildet ist.

Insbesondere in dem Fall, wenn zum Einschmelzen des Materials im Elektroofen eine Söderbergelektrode verwendet wird, die einen segmentierten Aufbau aufweist, ist es vorteilhaft, wenn die wirksame Länge des Wellenleiters entsprechend einem auf dem Endquerschnitt erfolgenden Aufbau der E lektrode mit Elektrodenteilstücken zum Ersatz von im Verbrauchsquerschnitt verbrauchter Elektrodenmasse verändert wird.

Unabhängig davon, ob die Fortpflanzung der Radarwellen in einem in der Elektrodenmasse angeordneten Wellenleiter oder in einem Wellenleiterkanal erfo lgt, dessen Kanalwandung durch die Elektrodenmasse gebildet ist, erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Wellenleiter während des Betriebs des Elektroofens mit einem Spülmedium beaufschlagt wird, um zu verhindern, dass Material in den Wellenleiter eindringt, das unerwünschte Diskontinuitätsstellen innerhalb des Wellenleiters ausbilden könnte. Als besonders vorteilhaft zur Ausbildung einer zum Verbrauchsquerschnitt hin gerichteten Strömung im Wellenleiter erweist es sich, wenn der Wellenleiter mit einem Spülgas beaufschlagt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Radar-Sende-/Empfangs- einrichtung, ein an der Elektrode angeordnetes Wellenleiterrohr sowie eine Wellenleiteranschlusseinrichtung zur Verbindung des Wellenleiterrohrs mit der Radar-Sende-/Empfangseinrichtung auf, wobei sich das Wellenleiterrohr von einem Endquerschnitt der Elektrode in Abnutzungsrichtung der Elektrode bis zu einem Verbrauchsquerschnitt der Elektrode erstreckt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Wellenleiteranschlusseinrichtung zur Herstellung einer Wellenleiterverbindung zwischen einer unabhängig von der Elektrode positionierten Radar-Sende-/Empfangsein- richtung und dem Endquerschnitt der Elektrode eine veränderbare Länge auf.

Insbesondere für den Einsatz der Vorrichtung an einer Söderberg- Elektrode ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Wellenleiteranschlusseinrichtung und dem Wellenleiterrohr eine Wellenleiterverbindung ausgebildet ist, in der ein oberes axiales Ende des Wellenleiterrohrs axial verschiebbar gegenüber dem unteren axialen Ende der Wellenleiteranschlusseinrichtung aufgenommen ist, um Anpassungen an die sich als Fo lge des Elektrodenaufbaus ändernde Position des oberen axialen Endes der Elektrode durchführen zu können.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Ausbildung der axialen Ver- schiebbarkeit die Wellenleiterverbindung als Schiebemuffe ausgebildet ist, derart, dass ein Ende der Wellenleiteranschlusse inrichtung und ein Ende des Wellenleiterrohrs ineinandergreifend angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, eine Längenveränderbarkeit zu erzielen, die die Fortpflanzungscharakteristik der Radarwellen zwischen dem Verbrauchs- querschnitt der Elektrode und der Radar-Sende-/Empfangseinrichtung möglichst wenig beeinflusst.

Um unabhängig von Unstetigkeiten im Gefüge der Elektrodenmasse für eine einheitlich ausgebildete Fortpflanzung der Radarwellen im Wellenleiter zu sorgen, bzw. reproduzierbare Bedingungen für die Übertragung der elektromagnetischen Wellen in der Elektrode zu schaffen, ist es vorteilhaft, wenn der Wellenleiter durch ein sich vorzugsweise durch die Elektrodenmasse erstreckendes Wellenleiterrohr geb ildet ist.

Insbesondere in dem Fall, wenn die Messung an einer Söderberg- Elektrode erfo lgen so ll, ist es vorteilhaft, wenn das Wellenleiterrohr aus Wellenleitersegmenten zusammengesetzt ist, die mittels zumindest eines Segmentverbinders miteinander verbunden sind. Dabei können die einzelnen Wellenleitersegmente in ihrer Länge so bemessen sein, dass jeweils ein Wellenleitersegment einem E lektrodenteilstück einer Söderberg-Elektrode zugeordnet wird. In dem Fall, dass sich das Wellenleiterrohr aus Wellenleitersegmenten zusammensetzt, ist es vorteilhaft, wenn der Segmentverbinder einen Querschnittsadapter aufweist zur Ausbildung eines kontinuierlichen Innendurchmessers in einem Übergangsbereich zwischen zwei Wellenle itersegmenten, um somit keine Unstetigkeiten in der die Fortpflanzung der Radarwellen beeinflussenden Geometrie des Wellenleiterrohres entstehen zu lassen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Wellenleiterrohr ein im wesentlichen Graphit enthaltendes Ro hrmaterial aufweist, das sich einerseits gut zur Fortpflanzung der Radarwellen eignet und andererseits eine beson- ders hohe Temperaturfestigkeit bzw- Temperaturbeständigkeit aufweist.

Insbesondere zur Beeinflussung der Dichte bzw. Leitfähigkeit kann das Rohrmaterial neben Graphit einen metallischen oder mineralischen Anteil aufweisen.

Wenn das Wellenleiterrohr mit einer Imprägnierung oder Beschichtung versehen ist, ist es möglich, einem Eindringen des sich beim Elektrodenabbrand verflüssigenden Elektrodenwerkstoffs in das Wellenleiterrohr entgegenzuwirken und somit einer Beeinträcht igung der Wellenleitereigenschaften entgegenzuwirken.

Nachfo lgend wird eine bevorzugte Variante des Verfahrens unter Erläu- terung einer bevorzugten Ausführungsform einer dabei zum Einsatz kommenden Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen mit einer Söderbergelektrode bestückten Elektroofen in schematischer Darstellung; Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Söderbergelektrode mit daran angeschlossener Längenmessvorrichtung;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht der in Figur 2 dargestellten Söderbergelektrode mit einer Wellenleiteranschlusseinrichtung am Endquerschnitt der Elektrode und zwischen Wellenleitersegmenten angeordneten Segmentverbindern;

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Teilstücks der Wellenleiteranschlusseinrichtung;

Fig. 5 einen Segmentverbinder in vergrößerter Darstellung.

Fig. 1 zeigt einen Elektroofen 10 mit einem Ofengefäß 1 1 , in dem ein Schmelzbad 12 aus geschmo lzenem Metall aufgenommen ist. Oberhalb des Schmelzbades 12 befindet sich aufgenommen in einer Elektrodenzu- führeinrichtung 13 eine, hier als Söderberg-Elektrode ausgebildete Elektrode 14, deren unteres Verbrauchsende 15 in das Schmelzbad 12 eingetaucht ist, derart, dass zwischen einer Badoberfläche 16 und einem den unteren Stirnquerschnitt der Elektrode bildenden Verbrauchsquerschnitt 17 eine Schmelzenabstand t von der Schmelzenoberfläche (Bad- oberfläche 1 6) ausgebildet ist, die sich in einer Höhe H oberhalb eines Ofenbezugspunktes O befindet . Im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels weist die Elektrode 14 oberhalb der E lektrodenzuführein- richtung 13 einen Endquerschnitt 1 8 auf.

Zwischen dem Endquerschnitt 1 8 und dem Verbrauchsquerschnitt 17 erstreckt sich in Richtung (Abnutzungsrichtung 1 9) der als Fo lge des Elektrodenabbrands fortlaufenden Abnutzung der E lektrode 14 ein Wellenleiterrohr 20. An das Wellenleiterrohr 20 ist vermittels einer Wellenleiteranschlusseinrichtung 21 eine Radar-Sende-/Empfangs- einrichtung 22 angeschlossen, die im vorliegenden Fall außerhalb einer Ofenkammer 23 des Elektroofens 10 an einer Außenwandung 24 des Elektroofens 1 0 stationär befestigt ist.

Die im vorliegenden Fall als Söderbergelektrode ausgebildete Elektrode 14 ist aus einer Mehrzahl vo n E lektrodenteilstücken 25 zusammenge- setzt, die jeweils einen die äußere Form bestimmenden Stahlring 26 mit einer darin aufgenommen Kohlenstoffpaste 27 aufweisen. Die Elektrode 14 wird in situ aus den Teilstücken 25 während des Betriebs des Elektroofens 10 zusammengesetzt, derart, dass in dem Maße, wie ein Abbrand von Teilstücken 25 am Verbrauchsende 1 5 der Elektrode 14 erfo lgt, neue Teilstücke 25 auf den j eweiligen Endquerschnitt 1 8 des obersten Teilstücks 25 aufgesetzt werden. Da entsprechend dem E lektrodenabbrand am Verbrauchsende 15 der Elektrode 14 eine Nachförderung der Elektrode 14 entgegen der Abnutzungsrichtung 1 9 erfo lgt, verändert sich die Lage des Endquerschnitts 1 8 im Wesentlichen in einem der Höhe h eines Teilstücks 25 entsprechenden Bereich, so dass sich der Endquerschnitt 1 8 also in etwa um das Maß h nach unten und oben bewegt.

Im Verlauf der Nachförderung der Elektrode 14 gelangen jeweils neu auf den Endquerschnitt 1 8 aufgesetzte Teilstücke 25 in den Bereich von Polschuhen 28 , über die elektrischer Strom in die Elektrode 14 eingelei- tet wird, der ein Verbacken der Kohlenstoffpaste 27 bewirkt und zur Erzeugung eines hier nicht dargestellten Lichtbogens am Verbrauchsquerschnitt 17 der Elektrode 14 dient, der zur Abnutzung der Elektrode 14 führt.

In den Fig. 2 und 3 ist die Elektrode 14 mit der daran angeschlossenen Radar-Sende-/Empfangseinrichtung 22 dargestellt. Wie aus Fig. 2 deutlich wird, entspricht ein vermittels der Radarmessung ermittelter Messwert der stationär, also unabhängig von der Elektrode 14 angeordneten Radar-Sende-/Empfangseinrichtung 22 der Relativlage des Verbrauchsquerschnitts 17 zur Radar-Sende-/Empfangseinrichtung 22, unter der Voraussetzung, dass sich ein Wellenleiterende 29 des Wellenleiterrohrs 20 in der Ebene des Verbrauchsquerschnitts 17 befindet . Bei bekannter Länge 1 der Wellenleiteranschlußeinrichtung 21 lässt sich somit unmittelbar die Länge L der Elektrode bzw. die Position des Verbrauchsquerschnitts 17 bestimmen. Bei bekannter Position des Verbrauchsquerschnitts 17 läßt sich unter Berücksichtigung der bekannten Position der Schmelzenoberfläche (Badoberfläche 16) auf einfachste Art und Weise der Schmelzenabstand t bestimmen (siehe auch Fig. 1) .

Fig. 4 zeigt den Übergang zwischen der in Fig. 3 dargestellten Wellenleiteranschlusseinrichtung 21 zum Wellenleiterrohr 20 im Bereich des Endquerschnitts 1 8 in vergrößerter Darstellung. Wie Fig. 4 zeigt, ist eine Wellenleiterverbindung 29 zwischen der Wellenleiteranschlusseinrichtung 21 und dem Wellenleiterrohr 20 derart ausgebildet, dass ein freies Ende 30 der Wellenleiteranschlusseinrichtung 21 in ein benachbartes freies Ende 3 1 des Wellenleiterrohrs teleskopartig eingesetzt ist und dabei die Wellenleiterverbindung 29 als S chiebemuffe ausbildet. Aufgrund der mit der Schiebemuffe 29 ermöglichten Teleskoplänge T 1 der Wellenleiteranschlusseinrichtung 21 kann der Abstand der Radar- Sende-/Empfangseinrichtung 22 gegenüber dem Endquerschnitt 1 8 um die Teleskoplänge T verändert werden. Wenn die Teleskoplänge T in etwa der Höhe h eines Teilstücks 25 der Elektrode 14 entspricht, kann also trotz stationärer Anordnung der Radar-Sende-/Empfangseinrichtung 22 ein Wellenleiterkontakt zwischen der Radar-Sende-/Empfangsein- richtung 22 und dem Ende 3 1 des Wellenleiterrohrs 20 im Endquerschnitt 1 8 der Elektrode 14 aufrechterhalten werden.

Fig. 5 zeigt einen, wie in Fig. 3 dargestellt, j eweils zwischen zwei Wellenleitersegmenten 32, 33 des Wellenleiterrohrs 20 zur kontinuierlichen Verbindung der Wellenleitersegmente 32, 33 angeordneten Segmentverbinder 34. Wie Fig. 5 im einzelnen zeigt, umfasst der Segmentverbinder 34 im Wesentlichen einen Querschnittsadapter 35 , der einen mit den Wellenleitersegmenten 32, 33 übereinstimmenden Innendurch- messer d aufweist. Die Verbindung des Querschnittsadapters 35 mit den Wellenleitersegmenten 32, 33 erfo lgt jeweils über eine Rohrverschraubung 36.