Verfahren zur Bestimmung der Variation einer Schlackenhöhe Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Variation einer Schlackenhöhe einer Schlacke eines Gleichstrom- elektrolichtbogenofens .

Die Herstellung von Stahl kann mittels eines Elektrolichtbo- genofens erfolgen. Hierbei wird die Energie zur Erzeugung eines Stahlbades in den Elektrolichtbogenofen mittels eines Lichtbogens, der durch eine Elektrode erzeugt wird, einge ^¬ bracht. Zu unterscheiden sind Gleich- und Wechselstromelek- trolichtbogenöfen, wobei bei einem Gleichstromelektrolichtbo- genofen die Energieeinbringung mittels des Lichtbogens konti ^¬ nuierlich und bei einem Wechselstromelektrolichtbogenofen die Energieeinbringung periodisch erfolgt.

Nach dem Stand der Technik wird Kohlenstoff in Form von zer- riebener Kohle, beispielsweise zur Verbesserung der Leis ^¬ tungseinbringung und zur Verringerung von Strahlungsverlusten, in den Elektrolichtbogenofen eingeblasen. Durch das Ein- blasen von Kohlenstoff wird eine sich im Elektrolichtbogen- ofen befindliche Schlacke zum Aufschäumen gebracht, wobei der Zustand der Schlacke als ein Maß für die Effektivität der Leistungseinbringung verwendet werden kann.

Aus der DE 10 2005 034 409 ist es bekannt, eine Zustandsgröße eines Wechselstromelektrolichtbogenofens , insbesondere eine Zustandsgröße der Schlacke, mittels Körperschallsensoren, die sich an einer Außenwand des Wechselstromelektrolichtbogen- ofens befinden, zu erfassen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass das in der Druckschrift offenbarte Verfahren zur Bestimmung des Zustandes der Schlacke sich bei Gleichstrom- elektrolichtbogenofen nur ungenügend anwenden lässt. Insbesondere beruht das in der Druckschrift genannte Verfahren auf der Erfassung von diskreten Frequenzen, die ein ganzzahliges Vielfaches einer Grundfrequenz sind, mit der die Energie pe- riodisch in den Wechselstromelektrolichtbogenofen eingebracht wird. Bei einem Gleichstromelektrolichtbogenofen erfolgt die Energieeinbringung mittels des Lichtbogens (quasi) kontinu ^¬ ierlich, so dass eine derartige Grundfrequenz und deren Viel- fache (höhere Harmonische) für die Auswertung und folglich für die Bestimmung des Zustandes der Schlacke nicht zur Ver ^¬ fügung stehen.

Stand der Technik bei Gleichstromelektrolichtbogenofen ist gemäß der Druckschrift „Schallbasierte Schaumschlackendetek- tion zur Leistungsregelung eines Elektrolichtbogenofens ;

Stahl und Eisen (2010), Heft 9, Seiten 53-62" akustische Mikrofonsysteme zu verwenden, um Informationen über den Zustand der Schlacke zu gewinnen. Solche Mikrofonsysteme haben zum einen den Nachteil, dass Umgebungsgeräusche, beispiels ^¬ weise Kranbewegungen, die Auswertbarkeit der aufgenommenen Signale beeinträchtigen. Zum anderen ist nach dem Stand der Technik stets ein manuelles Eingreifen eines Bedieners des Gleichstromelektrolichtbogenofens erforderlich .

Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein automatisiertes körperschallbasiertes Verfahren zur Bestimmung des Zustandes einer Schlacke eines Gleichstromelektrolichtbogenofens anzugeben .

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Erfindungsgemäß wird zur Bestimmung des Zustandes einer

Schlacke eines Gleichstromelektrolichtbogenofens eine Varia ^¬ tion einer Schlackenhöhe ermittelt. Hierfür ist erfindungsge ^¬ mäß wenigstens ein Körperschallsensor an einer Außenwand des Gleichstromelektrolichtbogenofens angeordnet, welcher ein erstes Sensorsignal erfasst. Ein zweites Sensorsignal, wel ^¬ ches mit der Leistungszufuhr in den Gleichstromelektrolicht- bogenofen korreliert ist, wird in Verbindung mit dem ersten Sensorsignal zur Ableitung eines frequenzabhängigen Kreuzleistungsspektrums herangezogen, wobei mittels des Kreuzleis ^¬ tungsspektrums eine frequenzabhängige Übertragungsfunktion bestimmt wird und die Variation der Schlackenhöhe aus einer frequenzabhängigen Gewichtung der Übertragungsfunktion ermittelt wird.

Erfindungsgemäß wird zur Bestimmung der Variation der Schlackenhöhe der Schlacke des Gleichstromelektrolichtbogenofens wenigstens ein Körperschallsensor, der an einer Außenwand des Gleichstromelektrolichtbogenofens angeordnet ist, verwendet. Hierbei wird das erste Sensorsignal aus Schwingungen der Au ^¬ ßenwand des Gleichstromelektrolichtbogenofens gebildet. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher, dass Um- gebungsgeräusche, beispielsweise Kranbewegungen, die Erfas ^¬ sung des ersten Sensorsignals mittels des Körperschallsensors nicht oder nicht störend beeinträchtigen. Besonders in Stahlwerken erreichen die Umgebungsgeräusche hohe Schallpegel bzw. Schallintensitäten. Zudem werden Körperschallsensoren durch ein Öffnen einer Tür des Gleichstromelektrolichtbogenofens im Gegensatz zu Mikrofonen nicht störend beeinträchtigt. Das er ^¬ findungsgemäße Verfahren ermöglicht folglich eine automati ^¬ sierte und zuverlässige Bestimmung der Variation der Schla ^¬ ckenhöhe .

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem ersten und zweiten Schritt wenigstens zwei Sensorsignale ermittelt, wobei das erste Sensorsignal mittels des Körperschallsensors erfasst wird und das zweite Sensorsignal mit der Leistungszu- fuhr in den Gleichstromelektrolichtbogenofen korreliert ist. Mit anderen Worten ist das erste Sensorsignal ein Maß für die Schwingungen der Außenwand des Gleichstromelektrolichtbogen- ofens und das zweite Sensorsignal ein Maß für die in den Gleichstromelektrolichtbogenofen eingebrachte Leistung. Hier- bei werden das erste und das zweite Sensorsignal bevorzugt zeitgleich erfasst, wobei für die Erfassung des ersten und/oder zweiten Sensorsignals wenigstens eine Abtastrate von 10 kHz vorgesehen ist. Bevorzugt liegt die Abtastrate im Be ^¬ reich von 10 kHz bis 12 kHz (Samples pro Sekunde) .

Zur Bestimmung der Variation der Schlackenhöhe wird in einem weiteren dritten Schritt das frequenzabhängige Kreuzleis ^¬ tungsspektrum aus dem ersten und zweiten Sensorsignal ermittelt. Hierfür werden das erste und zweite Sensorsignal mit ^¬ tels einer Fouriertransformation spektral dargestellt, d.h. das Frequenzspektrum des ersten und zweiten Sensorsignals wird ermittelt. Hierbei gibt das Frequenzspektrum eines Sen ^¬ sorsignals die Zusammensetzung des Sensorsignals aus seinen von der Frequenz abhängigen Sensorsignalbestandteilen an. Bekannt sind eine Mehrzahl von Definitionen und Normierungen der Fouriertransformation, sowohl diskret als auch kontinu- ierlich, die hier als äquivalent anzusehen sind.

Das Kreuzleistungsspektrum des ersten und zweiten Sensorsignals wird mittels des Produktes des fouriertransformierten ersten und fouriertransformierten zweiten Sensorsignals ge- bildet, wobei das erste oder das zweite fouriertransformierte Sensorsignal bei der Bildung des Produktes komplex konjun- giert wird. Bezeichnet x(t) und y(t) das vom Zeitverlauf t ab ^¬ hängige erste und zweite Sensorsignal, so wird mathematisch das Kreuzleitungsspektrum P _xy (f) = X ^* (f)Y(f) mittels der

fouriertransformierten ersten und zweiten Sensorsignale X(f) und Y(f) gebildet. Generell sind X(f) und Y(f) komplexwertig . Der hochgestellte Stern symbolisiert die komplexe Konjugation und / bezeichnet die Frequenz. Weitere äquivalente, insbeson ^¬ dere mathematisch gleichwertige Definitionen des Kreuzleis- tungsspektrums können vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Frequenz / durch die Kreisfrequenz ω = Inf oder die Wellenlänge λ ersetzt werden.

In einem vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine frequenzabhängige Übertragungsfunktion H(f) aus dem gebildeten Kreuzleistungsspektrum bestimmt. Hierbei ist die Übertragungsfunktion definiert als der Betrag des Kreuzleis ^¬ tungsspektrums dividiert durch ein Leistungsspektrum des zweiten Sensorsignals. Das Leistungsspektrum des zweiten Sensorsignals wird hierbei durch das Betragsquadrat des

fouriertransformierten zweiten Sensorsignals ausgebildet. Mit

, wobei

In einem fünften Schritt wird die Übertragungsfunktion mittels einer frequenzabhängigen Gewichtung gewichtet, wobei in einem sechsten Schritt aus der gewichteten Übertragungsfunk- tion die Variation der Schlackenhöhe bestimmt wird.

Erfindungsgemäß erfolgt folglich eine frequenzabhängige Ge ^¬ wichtung der Frequenzanteile der Übertragungsfunktion. Im Gegensatz zu einem Wechselstromelektrolichtbogenofen erstreckt sich die Übertragungsfunktion eines Gleichstromelektrolicht- bogenofens typischerweise über einen breiten Frequenzbereich. Insbesondere ist der breite Frequenzbereich nicht durch eine Grundfrequenz und durch deren harmonische Vielfache (höhere Harmonische) charakterisiert. Beispielsweise erstreckt sich die Übertragungsfunktion über den Frequenzbereich von 50 Hz bis 2000 Hz und fällt bereits ab 500 Hz stark ab. Relevant ist daher der breite Frequenzbereich von 50 Hz bis 500 Hz. Mit anderen Worten erstreckt sich die frequenzabhängige Über ^¬ tragungsfunktion über ein kontinuierliches Frequenzspektrum. Hierbei ist der Begriff kontinuierlich stets approximativ zu verstehen, da es sich versteht, dass bei Sensorsignalen und/oder bei Auswertungen von Sensorsignalen, insbesondere bei fouriertransformierten Sensorsignalen, stets nur diskrete, d.h. einzelne Frequenzen ermittelt und betrachtet werden können.

Durch die frequenzabhängige Gewichtung der Übertragungsfunktion werden vorteilhafterweise bestimmte Frequenzbereich bzw. Frequenzanteile der Übertragungsfunktion stärker oder schwä- eher gewichtet.

Besonders bevorzugt ist eine frequenzabhängige Gewichtung, die höher liegende Frequenzen stärker gewichtet als niedrige- re . Das ist deshalb von Vorteil, da höhere Frequenzen stärker durch die Schlacke gedämpft werden als niedrigere. Die Dämp ^¬ fung (Dämpfungskonstante) der Frequenzen hängt jedoch mit der Schlackenhöhe als auch mit ihrer Zusammensetzung zusammen. Durch die erhöhte Dämpfung der höheren Frequenzen ist deren Übertragungsfunktionswert - Wert der Übertragungsfunktion bei der gegebenen Frequenz - geringer als der Übertragungsfunktionswert von niedrigeren Frequenzen. Jedoch ist der Informationsgehalt der höheren Frequenzen über die Schlackenhöhe we- sentlich größer. Die höheren Frequenzen sind folglich deutlich besser geeignet die Variation der Schlackenhöhe zuverlässig und möglichst genau zu bestimmen. Durch die erfin ^¬ dungsgemäße Gewichtung der höheren Frequenzen wird somit eine genaue und vorteilhafte Bestimmung der Variation der Schla- ckenhöhe ermöglicht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Gewichtung mittels einer Multiplikation der Übertragungsfunktion mit einer frequenzabhängigen Gewichtungsfunktion ausgeführt.

Vorteilhafterweise ermöglicht es die Multiplikation der Über ^¬ tragungsfunktion mit einer frequenzabhängigen Gewichtungsfunktion höhere Frequenzen der breitbandigen frequenzabhängi- gen Übertragungsfunktion stärker zu gewichten und somit die Variation der Schlackenhöhe besser zu bestimmen. Bevorzugt kann eine frequenzabhängige Gewichtungsfunktion sein, die linear mit der Frequenz zunimmt. Wird die frequenzabhängige Ge ^¬ wichtungsfunktion als g(f) bezeichnet, so wird die Variation der Schlackenhöhe aus der gewichteten Übertragungsfunktion g(f)H(f) ermittelt. Eine linear mit der Frequenz anwachsende Gewichtungsfunktion ist durch g(f) °c / gegeben.

Besonders bevorzugt ist eine Gewichtungsfunktion, die wenigs- tens von einer Frequenz abhängt und mittels des Quadrierens der Frequenz gebildet wird. Mit anderen Worten gilt g(f) °c f ² , d.h. die Gewichtung nimmt mit dem Quadrat der Frequenz zu. Höhere Frequenzen werden somit quadratisch stärker gewichtet als niedrigere Frequenzen. Das ist deshalb von Vorteil, da die Dämpfung einer Schallwel- le, welche Schallwelle sich vom Lichtbogen zur Außenwand des Gleichstromlichtbogenofens ausbreitet und hierbei insbesonde ^¬ re die Schlacke durchquert, annähernd quadratisch mit der Frequenz der Schallwelle zunimmt. Die Gewichtungsfunktion kompensiert folglich annähernd die Abhängigkeit der Dämpfung der Schallwellen von ihrer Frequenz. Liegt experimentell eine hiervon verschiedene Abhängigkeit der Dämpfung von der Fre ^¬ quenz vor, so kann eine entsprechend angepasste und von der Frequenz abhängige Gewichtungsfunktion vorgesehen sein. Insbesondere sind polynomiale Gewichtungsfunktion g(f) °c f ⁿ , mit n eine rationale und/oder reelle Zahl vorgesehen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Variation der Schlackenhöhe aus einem Integral der gewichteten Übertragungsfunktion ermittelt.

Vorteilhafterweise wird aufgrund des Integrals ein möglichst großer spektraler Bereich der breitbandigen gewichteten Übertragungsfunktion für die Bestimmung der Variation der Schlackenhöhe herangezogen. Zur Auswertung der Variation der

Schlackenhöhe wird somit, im Gegensatz zum Verfahren für ei ^¬ nen Wechselstromelektrolichtbogenofen, das breitbandige Frequenzspektrum der gewichteten Übertragungsfunktion ausgenutzt. Mit anderen Worten wird die Variation der Schlacken- b

höhe aus der Größe / g(f)H(f)df ermittelt, wobei die Grenzfre- quenzen (Integrationsgrenzen) a und b vorteilhaft zu wählen sind. Beispielsweise ist ein Wert für a von 50 Hz und ein Wert für b von 600 Hz bevorzugt.

Im realen Fall liegt kein Kontinuum von Frequenzen vor, so dass das Integral durch eine dem Integral entsprechende Summe T,a9(f)H(f) zu ersetzen ist. Besonders vorteilhaft ist es, die Variation der Schlackenhöhe aus dem Logarithmus des vorher gebildeten Integrals zu ermit ^¬ teln. Hierbei ist der Logarithmus zur Basis e bevorzugt, wo ^¬ bei eine andere Basis des Logarithmus vorgesehen sein kann. Die Variation der Schlackenhöhe ist somit insgesamt proporti ^¬ onal zum negativen Logarithmus des Integrals oder der Summe der über die Frequenzen gewichteten frequenzabhängigen Übertragungsfunktion. Für die Variation der Schlackenhöhe Ah gilt somit h ~— Ιη[Σα g(f)H(f)] , für diskrete Frequenzen /.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Frequenzfilter verwendet, so dass nur ein bestimmter Frequenzbereich bzw. Frequenzanteil zur Bestimmung der Variation der Schlackenhöhe herangezogen wird.

Dadurch können vorteilhafterweise unerwünschte und störende Frequenzen, beispielsweise von Kranbewegungen, Ventilen und/oder sonstigen umliegenden Bauteilen oder Geräten, ausgefiltert werden. Vorteilhafterweise wird dadurch die Bestim- mung der Variation der Schlackenhöhe verbessert. Beispiels ^¬ weise kann zur Erfassung des Frequenzbereiches von 50 Hz bis 500 Hz oder bis 600 Hz ein Frequenzfilter verwendet werden, der Frequenzen unterhalb von 50 Hz und oberhalb von 600 Hz, bevorzugt oberhalb von 500 Hz, ausblendet.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt zur Bestimmung des zweiten Sensorsignals eine Strom ^¬ messung . Hierbei erfolgt die Strommessung vorteilhafterweise derart, dass der gemessene Strom mit dem Strom der Elektrode des Gleichstromelektrolichtbogenofens korreliert ist.

In einem bevorzugten Modell zur Bestimmung der Variation der Schlackenhöhe ist die Leistungszufuhr proportional zum Quad ^¬ rat des Stromes, der bei der Strommessung, beispielsweise an der Elektrode, ermittelt wurde. Das ist deshalb der Fall, da bei annähernd konstantem Widerstand des Elektrolichtbogens die Elektrodenleistung mit dem Quadrat des gemessenen Stromes zunimmt. Mit anderen Worten lässt sich die dem Gleichstrom- elektrolichtbogenofen zugeführte Leistung, beispielsweise zur Verbesserung der Leistungseinbringung und zur Verringerung von Strahlungsverlusten, als proportional zum Quadrat des ge ^¬ messenen Stromes annehmen.

Falls eine Elektrodenregelung der Elektrode eine Abtastrate von wenigstens 10 kHz, bevorzugt eine Abtastrate im Bereich von 12 kHz bis 13 kHz aufweist, so lässt sich die Leistungs ^¬ zufuhr über die von der Elektrodenregelung aufgenommene Leistung ermitteln. Die aufgenommene Leistung der Elektrodenrege ^¬ lung wird beispielsweise über eine Spannungs- und/oder Strom ^¬ messung bestimmt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Mehrzahl von Körperschallsensoren verwendet, wobei die Körperschallsensoren in konstanten Winkelabständen an der Außenwand des Gleichstromelektrolichtbogenofens angeordnet sind.

Vorteilhafterweise werden dadurch Schwingungen der Außenwand, die durch aus verschiedenen Richtungen eintreffende gedämpfte Schallwellen angeregt werden, mittels der an der Außenwand des Gleichstromelektrolichtbogenofens angeordneten Körper ^¬ schallsensoren aufgenommen. Dadurch wird die Variation der Schlackenhöhe in einer Mehrzahl von Teilbereich des Gleichstromelektrolichtbogenofens einzeln ermittelt. Beispielsweise lassen sich wenigstens drei Körperschallsensoren in einem Winkelabstand von 120° (2π/3) an der Außenwand des Gleich ^¬ stromelektrolichtbogenofens anordnen, so dass die Variation der Schlackenhöhe in wenigstens drei Teilbereichen, die im Wesentlichen eine entsprechende Winkelgröße von 120° aufwei ^¬ sen, ermittelt werden kann. Vorgesehen ist auch, eine Mehr- zahl n von Körperschallsensoren an der Außenwand des Gleichstromelektrolichtbogenofens anzuordnen, die einen Winkelab ^¬ stand von 360°/n besitzen. Dadurch wird die Variation der Schlackenhöhe insgesamt in n Teilbereichen, die annähernd eine Winkelgröße von 360°/n aufweisen, bestimmt.

Vorteilhafterweise wird mittels der Mehrzahl von Körper- schallsensoren eine Bestimmung einer räumlichen Verteilung der Variation der Schlackenhöhe ermöglicht. Hierbei wird die Variation der Schlackenhöhe in jedem Teilbereich des Gleichstromelektrolichtbogenofens mittels des dem Teilbereich zu ^¬ geordneten Körperschallsensors durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt. Durch Zusammenfassung der jeweiligen Variationen der Schlackenhöhen ergibt sich die räumliche Verteilung der Variation der Schlackenhöhe im Gleichstromelekt ^¬ rolichtbogenofen . Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren zum Betrieb eines

Gleichstromelektrolichtbogenofens , bei dem die Bestimmung der Variation der Schlackenhöhe gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche erfolgt und bei dem Kohlenstoff in den Gleichstrom ^¬ elektrolichtbogenofen eingeblasen wird, falls ein Schlacken- höhenschwellwert unterschritten wird.

Vorteilhafterweise wird durch ein Einblasen von Kohlenstoff, insbesondere von zerriebener Kohle, die Schlacke zum Auf ^¬ schäumen gebracht, so dass das Einbringen von Energie mittels des Lichtbogens verbessert wird. Es ist daher von Vorteil, eine möglichst hohe und gleichmäßig verteilte Schlackenhöhe im Gleichstromelektrolichtbogenofen zu erreichen. Wird nun ein Schlackenhöhenschwellwert unterschritten, so kann durch Einblasen von Kohlenstoff die ursprüngliche Schlackenhöhe an- nähernd wieder hergestellt werden. Mit anderen Worten wird aus der Variation der Schlackenhöhe eine Variation der

Kohlenstoffeinblasung ermittelt, so dass sich eine über den Gleichstromelektrolichtbogenofen gleichmäßig verteilte Schlackenhöhe einstellt.

Insbesondere wird durch eine Mehrzahl von Körperschallsenso ^¬ ren die Variation der Schlackenhöhe in einer Mehrzahl von Teilbereichen des Gleichstromelektrolichtbogenofens bestimmt, so dass durch eine räumlich variierende Einblasung von Kohle, bevorzugt in die jeweiligen Teilbereiche, eine räumlich auf ^¬ gelöste Regelung der Schlackenhöhe bzw. der Variation der Schlackenhöhe ermöglicht wird. Bevorzugt erfolgt die Regelung der Schlackenhöhe durch das Einblasen unterschiedlicher Kohlenstoffmengen in den Teilbereichen des Gleichstromelektro- lichtbogenofens . Dadurch wird vorteilhafterweise der Ver ^¬ brauch an Kohlenstoff möglichst gering gehalten und auf den nötigen Bedarf reduziert. Zudem wird eine gleichmäßige Bede- ckung des Stahlbades mit der Schlacke ermöglicht und eine Re ^¬ duzierung des Abbrandes und der Leistungszufuhr ermöglicht. Vorteilhafterweise wird dadurch die Produktivität deutlich gesteigert . Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er ^¬ geben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Figur 1 eine Vorrichtung mit einem Gleichstromelektrolicht- bogenofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen

Verfahrens ;

Figur 2 eine Schnittdarstellung des Gleichstromelektro- lichtbogenofens ;

Figur 3 eine Draufsicht auf den Gleichstromelektrolichtbo- genofen; und

Figur 4 eine Veranschaulichung der Schritte des erfindungs- gemäßen Verfahrens.

Gleichartige Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung, die einen Gleichstromelektro lichtbogenofen 2 und einen Kontrollraum 46 umfasst. Hierbei weist der Gleichstromelektrolichtbogenofen 2 eine Elektrode 10, ein zylinderförmiges Ofengefäß 4, eine Mehrzahl von Kör- perschallsensoren 6 und eine Mehrzahl von Lanzen 8 auf. Die Körperschallsensoren 6 sind an einer Außenwand 12 des Gleichstromelektrolichtbogenofens 2 bzw. an einer Außenwand 12 des zylinderförmigen Ofengefäßes 4 angeordnet. Die in Figur 1 ge- zeigten drei Körperschallsensoren 6 weisen zueinander einen Winkelabstand 28 von 120° auf. Innerhalb des Gleichstrom ^¬ elektrolichtbogenofens 2 bzw. im Ofengefäß 4 befinden sich ein in Figur 1 nicht dargestelltes Stahlbad 22 und eine

Schlacke 24.

Eine Leistungs- oder Energiezufuhr in den Gleichstromelektro ^¬ lichtbogenofen 2 bzw. in das Ofengefäß 4 erfolgt mittels der Elektrode 10. Die Körperschallsensoren 6 nehmen Schwingungen der Außenwand 12 auf, die jeweils einem ersten Sensorsignal 101 entspre ^¬ chen. Hierbei resultieren die Schwingungen der Außenwand 12 aus Schallwellen, die durch ein ungleichmäßiges Brennen eines nicht dargestellten Lichtbogens 11 auf Schrottanteilen auf dem Stahlbad 22 hervorgehen. Zur Leitung der ersten Sensorsignale 101 zum Kontrollraum 46 ist ein Hochtemperaturkabel 18 vorgesehen. Zusätzlich werden die ersten Sensorsignale 101 mittels eines Verstärkers 14 verstärkt. Ein zweites Sensorsignal 102, welches zweite Sensorsignal 102 mittels einer Rogowskispule 16 erfasst wird, wird zur Bestim ^¬ mung eines Kreuzleistungsspektrums, wie bereits die ersten Sensorsignale 101, zum Kontrollraum 46 geleitet. Hierbei kor ^¬ reliert das zweite Sensorsignal 102 näherungsweise mit dem in der Elektrode 10 des Gleichstromelektrolichtbogenofens 2 vor ^¬ liegenden Strom. Mit anderen Worten wird mittels der

Rogowskispule 16 der Strom in der Elektrode 10 erfasst bzw. gemessen. Der erfasste Strom entspricht dem zweiten Sensorsignal 102. Hierbei wird angenommen, dass das Quadrat des Stromes näherungsweise proportional zur Leistungszufuhr in den Gleichstromelektrolichtbogenofen 2 ist. Der Kontrollraum 46 umfasst wenigstens eine erste Einheit 40 zur Bestimmung der Variation einer Schlackenhöhe 26 (Schlackenhöhe 26 nicht in Figur 1 dargestellt), eine zweite Ein ^¬ heit 42 zur Bestimmung einer räumlichen Verteilung der Varia- tion der Schlackenhöhe 26 und eine dritte Einheit 44 zur Steuerung einer Einblasung von Kohlenstoff

(Kohlenstoffeinblasung) mittels der Lanzen 8.

Jeweils aus einem der ersten Sensorsignale 101 und dem zwei- ten Sensorsignal 102 wird mittels der ersten Einheit 40 die Variation der Schlackenhöhe 26 gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem in Figur 1 nicht gezeigten Teilbereich 20 des Gleichstromelektrolichtbogenofens 2 ermittelt. Hierbei wird die Variation der Schlackenhöhe 26 für jeden der drei Körperschallsensoren einzeln ermittelt, so dass insgesamt drei Variationen der Schlackenhöhen 26 für die drei Teilbereiche 20 vorliegen. Aus den drei Variationen der Schlackenhöhen 26 wird mittels der zweiten Einheit 42 die räumliche Verteilung der Variation der Schlackenhöhe 26 ermittelt. Da- ran anschließend ermittelt die dritte Einheit 44, auf Basis der räumlichen Verteilung der Schlackenhöhe 26, eine entspre ^¬ chende und angepasste Kohlenstoffeinblasung, die mittels der räumlich verteilten Lanzen 8 erfolgt. Hierbei blasen die drei Lanzen 8 verschiedene Kohlenstoffmengen in das Stahlbad 22 des Gleichstromelektrolichtbogenofens 2 ein, so dass besten ^¬ falls zu jedem Zeitpunkt, insbesondere am Anfang einer Flach ^¬ badphase, eine annähernd gleichmäßige Schlackenhöhe 26 im Gleichstromelektrolichtbogenofen 2 vorliegt. In Figur 2 ist eine Schnittdarstellung des Gleichstromelektrolichtbogenofens 2 dargestellt. Hierbei ist aufgrund der Zylindersymmetrie des Gleichstromelektrolichtbogenofens 2 nur ein Teilbereich des Schnittes gezeigt. In Figur 2 wird die Propagation (Ausbreitung) von Schallwellen 50, die durch ein ungleichmäßiges Brennen des Lichtbogens 11 auf dem Stahlbad 22 und/oder auf der Schlacke 24 entste ^¬ hen, verdeutlicht. Durch das ungleichmäßige Brennen des Lichtbogens 11, welcher mittels der Elektrode 10 erzeugt wird, entstehen die Schallwellen 50, die ausgehend von der Elektrode 10 zur Außenwand 12 des Ofengefäßes 4 radial propa ^¬ gieren. Hierbei verläuft die Propagation der Schallwellen 50 durch das Stahlbad 22, durch die Schlacke 24 und/oder durch die umgebende Luft. Beispielhaft sind ein erster und zweiter Schallweg 71, 72 in Figur 2 angedeutet.

Ein an der Außenwand 12 des Gleichstromelektrolichtbogenofens 2 angeordneter Körperschallsensor 6 erfasst die Amplituden und/oder Intensitäten der Schwingungen der Außenwand 12, wobei die Schwingungen durch die eintreffenden Schallwellen 50 angeregt werden. Da die Dämpfung einer Schallwellen 50 in der Schlacke 24 von der Frequenz der Schallwelle 50 abhängt, kor- reliert das Frequenzspektrum des ersten Sensorsignales 101 mit der Schlackenhöhe 26 oder mit der Variation der Schla ^¬ ckenhöhe 26. Hierbei wird die Variation der Schlackenhöhe 26 erfindungsgemäß durch Bildung des Kreuzleistungsspektrums aus einer gewichteten Übertragungsfunktion ermittelt. Die fre- quenzabhängige Gewichtung erfolgt derart, dass die frequenz ^¬ abhängige Dämpfung der Schallwellen 50 in der Schlacke 24 und/oder im Stahlbad 22 annähernd kompensiert wird.

Zusätzlich zu Figur 1 zeigt Figur 2 einen wassergekühlten Teilbereich 5 des Ofengefäßes 4. Dadurch wird der im wassergekühlten Teilbereich 5 angeordnete Körperschallsensor 6 vor Wärme geschützt.

In Figur 3 ist eine Draufsicht des Gleichstromelektrolichtbo- genofens 2 gezeigt. An der Außenwand 12 des zylinderförmigen Ofengefäßes 4 sind die drei Körperschallsensoren 6 in einem Winkelabstand 28 von 120° angeordnet. Dadurch decken die Kör ^¬ perschallsensoren 6 wenigstens drei Teilbereiche 20 des

Gleichstromelektrolichtbogenofens 2 ab. Hierbei weisen die drei Teilbereiche 20 annähernd eine Winkelgröße von 120° auf. Die Variation der Schlackenhöhe 26 wird in jedem der Teilbe ^¬ reiche 20 mittels des zugehörigen Körperschallsensors 6 be ^¬ stimmt. Dadurch wird vorteilhafterweise eine räumliche Auflö- sung der Variation der Schlackenhöhe 26 im Gleichstromelek- trolichtbogenofen 2 ermöglicht. Die Richtungspfeile 30 ver ^¬ deutlichen die radiale Propagation bzw. Ausbreitung der

Schallwellen 50 von der Elektrode 10 zur Außenwand 12.

Figur 4 veranschaulicht die einzelnen Schritte des erfin ^¬ dungsgemäßen Verfahrens .

In einem ersten Schritt Sl wird ein erstes Sensorsignal 101 mittels eines Körperschallsensors 6 erfasst.

In einem zweiten Schritt S2, der bestenfalls zeitgleich zum ersten Schritt Sl erfolgt, wird ein zweites Sensorsignal 102, welches zweite Sensorsignal 102 mit der Leistungszufuhr in den Gleichstromelektrolichtbogenofen 2 korreliert ist, beispielsweise durch eine Strommessung an der Elektrode 10, er ^¬ fasst .

In einem nächsten Schritt S3 wird aus dem ersten Sensorsignal 101 und aus dem zweiten Sensorsignal 102 das Kreuzleistungs ^¬ spektrum bestimmt. Für die Bestimmung des Kreuzleistungs ^¬ spektrums werden die genannten Sensorsignale 101, 102 mittels einer Fouriertransformation spektral dargestellt, so dass zwei frequenzabhängige Sensorsignale 101, 102 vorliegen.

In einem vierten Schritt S4 wird mittels des Kreuzleistungs ^¬ spektrums eine frequenzabhängige Übertragungsfunktion be ^¬ stimmt. Hierbei wird die frequenzabhängige Übertragungsfunk ^¬ tion mittels des Betrages des Kreuzleistungsspektrums gebil- det, wobei der Betrag des Kreuzleistungsspektrums durch das Leistungsspektrum des fouriertransformierten zweiten Sensorsignals 102 dividiert wird.

In einem fünften Schritt S5 wird die im Schritt S4 ermittelte frequenzabhängige Übertragungsfunktion mittels einer Multi ^¬ plikation mit einer Gewichtungsfunktion frequenzabhängig gewichtet, wobei es bevorzugt ist, höhere Frequenzen stärker zu gewichten . Schließlich wird in einem sechsten Schritt S6 aus der gewichteten Übertragungsfunktion die Variation der Schlackenhöhe 26 der Schlacke 24, wenigstens in einem Teilbereich des Gleich- stromelektrolichtbogenofens 2, bestimmt.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein- geschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.