Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Kohlenmonoxid- Ausstoßes eines Elektrolichtbogenofens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Kohlenmonoxid-Ausstoßes eines Elektrolichtbo- genofens während seines Betriebs, welcher ein Ofengefäß, eine Anordnung zur Bestimmung einer Höhe einer Schaumschlacke in mindestens drei Zonen des Ofengefäßes auf Basis einer Körperschallmessung, mindestens eine erste Einrichtung zur Regelung einer Sauerstoffzufuhr und mindestens eine zweite Einrichtung zur Regelung eines Kohlenstoffeintrags in das Ofengefäß aufweist.

Bei der Herstellung von Stahl in einem Elektrolichtbogenofen, wobei Schrott eingeschmolzen wird, entsteht in der Regel Schaumschlacke auf der gebildeten Metallschmelze. Dies resultiert aus einer Zugabe an Kohlenstoff in das Ofengefäß zur Reduktion der Schmelze und von Sauerstoff in das Ofengefäß zur Entkohlung der Schmelze. Der Eintrag von Kohlenstoff kann dabei durch eine Zugabe von Satzkohle, d.h. stückiger Kohle im Bereich von einigen Millimetern bis mehreren Zentimetern Durchmesser erfolgen, zusammen mit dem Schrott erfolgen oder durch zusätzliches Einblasen von Kohlenstoff in das Ofengefäß auf die Oberfläche der Metallschmelze und/oder Schlacke erfolgen. Ein Teil des erforderlichen Kohlenstoffs wird häufig auch durch den Schott selbst eingebracht. Der eingesetzte Schrott liegt schließlich erschmolzen im Ofengefäß vor und die gegebenenfalls vorhandene Satzkohle löst sich im Verlauf des Einschmelzprozesses in der Schmelze. Der in der Schmelze gelöst vorliegende Kohlenstoff steht als Reaktionspartner für in das Ofengefäß eingedüsten Sauerstoff zu Verfügung, wobei sich Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) ausbilden, die zur Bildung von Schaumschlacke auf der Oberfläche der Metallschmelze führen. Da nach dem Aufschmelzen des Schrotts eine große Menge an Kohlenstoff gelöst in der Schmelze vorliegt, wird bei der Eindüsung des Sauerstoffs eine Menge an Schaumschlacke gebildet, die ein sinnvolles Niveau häufig übersteigt. Die sich einstellende Höhe der Schaumschlacke im Ofengefäß wird daher üblicherweise überwacht.

Die EP 0 637 634 Al beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Metallschmelze in einem Elektrolichtbogenofen, wobei die Höhe der Schaumschlacke über eine Pegelmessung bestimmt wird.

Eine weitere Anordnung zur Bestimmung der Höhe einer Schaumschlacke im Ofengefäß eines Elektrolichtbogenofens wird in der DE 10 2005 034 409 B3 beschrieben. Hier erfolgt eine Bestimmung der Höhe einer Schaumschlacke in mindestens drei Zonen des Ofengefäßes auf Basis einer Körperschallmessung.

Um die Höhe der Schaumschlacke auf Basis der bekannten Mess- Systeme zu regeln, wurden bereits Einrichtungen zur Regelung der Menge an zusätzlich eingeblasenem Kohlenstoff und einge- düstem Sauerstoff vorgesehen, welche bei einem zu übermäßigen Aufschäumen die Menge an zusätzlich eingeblasenem Kohlenstoff auf ein Minimum reduzieren und die Sauerstoffzugabemenge an- passen.

Es hat sich gezeigt, dass im Abgas des Elektrolichtbogenofens zu Beginn und während der Phase der Schaumschlackenbildung über einen gewissen Zeitraum eine übermäßig große Menge an Kohlenmonoxid enthalten ist, die sich in einem Kohlenmonoxid- Peak oder Kohlenmonoxid-Buckel äußert und die nicht zufriedenstellend nachverbrannt werden kann. Das eine Abgasnach- verbrennungsanlage wieder verlassende Kohlenmonoxid gelangt über den Kamin in die Umwelt.

Der Gehalt an Kohlenmonoxid und weiterhin Kohlendioxid im Abgas wurde in der Vergangenheit teilweise basierend auf einer Messung in einem Abgaskanal nach dem Elektrolichtbogenofen und/oder nach einer Abgasnachverbrennunganlage mittels Gassensoren ermittelt. Aufgrund der am Messort vorherrschenden hohen Temperatur des Abgases und seines erheblichen Staubanteils sind derartige Messungen aber mit Fehlern behaftet und die Lebensdauer der dazu verwendeten Messeinrichtungen eingeschränkt. Weiterhin wird aufgrund der Messung im Abgaskanal die Entwicklung des Kohlenmonoxids im Ofengefäß erst mit einer gewissen Zeitverzögerung erfasst, was einen verspäteten Regeleingriff zur Folge hat. Dies führt dazu, dass kurzfris- tig eine übermäßig große Menge an Kohlenmonoxid im Abgas enthalten ist, die nicht zufriedenstellend nachverbrannt werden kann. Das die Abgasnachverbrennungsanlage wieder verlassende Kohlenmonoxid gelangt wiederum über den Kamin in die Umwelt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welchem/welcher eine Vergleichmäßigung eines Kohlenmonoxidgehalts im Abgas eines Elektrolichtbogenofens ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird für das Verfahren zur Regelung eines Kohlen- monoxid-Ausstoßes eines Elektrolichtbogenofens, welcher ein Ofengefäß, eine Anordnung zur Bestimmung einer Höhe einer Schaumschlacke in mindestens drei Zonen des Ofengefäßes auf Basis einer Körperschallmessung, mindestens eine erste Ein- richtung zur Regelung einer Sauerstoffzufuhr und mindestens eine zweite Einrichtung zur Regelung eines Kohlenstoffein- trags in das Ofengefäß aufweist, gelöst, indem die Höhe der Schaumschlacke in jeder der mindestens drei Zonen bestimmt und einem Kohlenmonoxidgehalt im Abgas des Elektrolichtbogen- ofens zugeordnet wird, und indem der Kohlenstoffeintrag und/oder die Sauerstoffzufuhr in mindestens einer der zumindest drei Zonen derart geregelt werden, dass die Höhe der Schaumschlacke unterhalb eines Maximalwerts gehalten wird.

Die Aufgabe wird für die Vorrichtung zur Regelung eines Koh- lenmonoxid-Ausstoßes eines Elektrolichtbogenofens gelöst, welcher ein Ofengefäß und eine Anordnung zur Bestimmung einer Höhe einer Schaumschlacke in mindestens drei Zonen des Ofen- gefäßes auf Basis einer Körperschallmessung umfasst, wobei die Vorrichtung mindestens eine erste Einrichtung zur Regelung einer Sauerstoffzufuhr in das Ofengefäß, mindestens eine zweite Einrichtung zur Regelung eines Kohlenstoffeintrags in das Ofengefäß und mindestens eine Recheneinheit zur Erfassung von Messwerten zur Höhe der Schaumschlacke in jeder der mindestens drei Zonen umfasst, wobei die mindestens eine Recheneinheit weiterhin dazu eingerichtet ist, die Messwerte einem Kohlenmonoxidgehalt im Abgas des Elektrolichtbogenofens zuzu- ordnen, die Messwerte mit einem Maximalwert für die Höhe der Schaumschlacke zu vergleichen, und bei einer Überschreitung des Maximalwerts mindestens ein Regelsignal für zumindest die mindestens eine erste Einrichtung und/oder die mindestens eine zweite Einrichtung auszugeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen eine Vergleichmäßigung eines Kohlenmono- xidgehaltes im Abgas eines Elektrolichtbogenofens . Aufgrund der Tatsache, dass die Höhe der Schaumschlacke im Elektro- lichtbogenofen ein Maß für die Menge an gebildetem Kohlenmo- noxid und Kohlendioxid darstellt, eröffnet sich die Möglichkeit, die Messung der Höhe der Schaumschlacke unmittelbar zur Regelung des Kohlenmonoxid-Ausstoßes des Elektrolichtbogenofen zu nutzen. Nachdem die Bestimmung einer Höhe der Schaum- schlacke in mindestens drei Zonen des Ofengefäßes auf Basis einer Körperschallmessung besonders schnell und genau durchführbar ist, kann die Regelung der mindestens einen ersten und/oder der mindestens einen zweiten Einrichtung besonders schnell und ohne merkliche Zeitverzögerung erfolgen.

Aufgrund der erreichten Vergleichmäßigung des Kohlenmonoxid- gehaltes im Abgas kann eine vollständige oder nahezu vollständige Nachverbrennung des im Abgas enthaltenen Kohlenmono- xids in einer Abgasnachverbrennungsanlage, welche einem Elektrolichtbogenofen üblicherweise nachgeschaltet ist, erzielt werden. Der Anteil an Kohlenmonoxid, der über den Kamin in die Umwelt entweicht, wird auf Null oder nahezu Null redu- ziert oder zumindest stark verringert. Die Belastung der Umwelt mit Schadstoffen wird signifikant gesenkt.

Weiterhin kann die Menge an einzutragendem Kohlenstoff und/oder zuzuführendem Sauerstoff vermindert und Kosten eingespart werden.

Hinsichtlich einer Bestimmung der Höhe der Schaumschlacke in den mindestens drei Zonen des Ofengefäßes auf Basis einer Körperschallmessung wird auf die DE 10 2005 034 409 B3 verwiesen, in welcher die hier eingesetzte Messmethode im Detail beschrieben ist.

Der Maximalwert kann dabei über die Zeit fest auf einen Wert eingestellt sein, mehrere vorbestimmte Stufen durchlaufen oder dynamisch an die aktuellen Gegebenheiten angepasst werden .

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind nachfolgend angegeben .

Die Höhe der Schaumschlacke wird weiterhin bevorzugt oberhalb eines Minimalwerts gehalten. Eine Mindestmenge an Schaum- schlacke gewährleistet einen optimalen Energieeintrag in die Schmelze und eine Verringerung der Wärmeabstrahlung von der Oberfläche der Schmelze. Bisher wurde daher bereits bei einem Erreichen eines Minimalwerts für die Höhe der Schaumschlacke die mindestens eine zweite Einrichtung zur Regelung eines Kohlenstoffeintrags in das Ofengefäß derart geregelt, dass der Eintrag an Kohlenstoff minimiert wird. Eine Einhaltung des Minimalwerts sowie des Maximalwerts für die Höhe der Schaumschlacke führt zu einer weiteren Vergleichmäßigung des Kohlenmonoxidgehaltes im Abgas und zu einer effektiveren Nut- zung einer gegebenenfalls vorhandenen Abgasnachverbrennungs- anlage . Die mindestens eine Recheneinheit der Vorrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, die Messwerte betreffend die Höhe der Schaumschlacke mit dem Minimalwert für die Höhe der Schaumschlacke zu vergleichen und bei einer Unterschreitung des Minimalwerts mindestens ein Regelsignal für die mindestens eine erste Einrichtung und/oder die mindestens eine zweite Einrichtung auszugeben.

Jeder der zumindest drei Zonen des Elektrolichtbogenofens wird/ist bevorzugt mindestens eine erste Einrichtung zugeordnet und die Sauerstoffzufuhr für jede der zumindest drei Zonen wird/ist separat geregelt. So kann einem lokalen übermäßigen Aufschäumen der Schaumschlacke gezielt durch Verminderung der Sauerstoffzugäbe in diesem Bereich entgegen gesteu- ert werden. Bei einer zu geringen Schaumschlackenhöhe wird dagegen die Sauerstoffzugäbe erhöht und dadurch die Schaumbildung angeregt.

Als zum Eintrag von Sauerstoff in das Ofengefäß geeignete Ma- terialien haben sich dabei reiner Sauerstoff, Luft, Wasserdampf oder Kombinationen daraus bewährt. Auch eine Zugabe von Eisenoxid, bevorzugt in Form von Eisenerz, als Sauerstofflie- ferant kann vorgesehen sein.

Weiterhin wird/ist jeder der zumindest drei Zonen mindestens eine zweite Einrichtung zugeordnet und der Kohlenstoffeintrag wird/ist für jede der zumindest drei Zonen separat geregelt. So kann einem lokalen übermäßigen Aufschäumen der Schaumschlacke gezielt durch eine Verminderung des Kohlenstoffein- trags in diesem Bereich entgegen gesteuert werden. Bei einer zu geringen Schaumschlackenhöhe kann dagegen der Kohlenstoffeintrag erhöht und dadurch die Schaumbildung angeregt werden. Der Kohlenstoffeintrag erfolgt dabei vorzugsweise gepulst.

Als zum Eintrag von Kohlenstoff mittels Einblasens in das

Ofengefäß geeignete Materialien haben sich dabei verschiedene Kohlen, Koks, Holz, Eisenkarbid, direktreduziertes Eisen, heißbrikettiertes Eisen, Erz, Filterstaub, Zunder, getrockne- ter und zerkleinerter Schlamm, ein Schlackenbildner wie Kalk, Kalkstein, Dolomit, Flussspat, und dergleichen bewährt, wobei der Eintrag in zerkleinerter Form bzw. als Pulver erfolgt.

Besonders bevorzugt ist hierbei ein Einsatz von jeweils mindestens einer ersten Einrichtung und mindestens einer zweiten Einrichtung für jede der festgelegten Zonen des Ofengefäßes, um die Schaumschlackenbildung möglichst schnell und dynamisch beeinflussen zu können.

Bevorzugt erfolgt mittels Extrapolation eine Vorhersage eines Verlaufs der Höhe der Schaumschlacke in jeder der zumindest drei Zonen und/oder gemittelt über die zumindest drei Zonen. Aus dem zeitlichen Verlauf der Schaumschlackenhöhe einer Zone kann einem übermäßigen oder zu geringem Schäumen frühzeitig entgegengewirkt und eine Vergleichmäßigung des Kohlenmonoxid- gehalts im Abgas des Elektrolichtbogenofens bei gleichzeitig optimalem Energieeintrag zuverlässig gewährleistet werden. Die Verzugszeit zwischen der Detektion eines zu niedrigen oder zu hohen Schaumschlackestands im Ofengefäß und einem Regeleingriff wird wesentlich verringert und eine prozessnahe Beeinflussung erreicht.

Die mindestens eine Recheneinheit der Vorrichtung ist bevor- zugt eingerichtet, anhand der Messwerte bezüglich der Höhe der Schaumschlacke die Extrapolation zur Vorhersage eines Verlaufs der Höhe der Schaumschlacke in jeder der zumindest drei Zonen und/oder gemittelt über die zumindest drei Zonen durchzuführen .

Alternativ oder in Kombination wird eine Vorhersage eines

Verlaufs der Höhe der Schaumschlacke in jeder der zumindest drei Zonen und/oder gemittelt über die zumindest drei Zonen und eine Korrelation von Messwerten zur Höhe der Schaumschla- cke mit Kohlenmonoxidgehalten anhand von gemessenen Kohlendioxidgehalten im Abgas durchgeführt. Alternativ oder in Kombination dazu kann eine Vorhersage eines Verlaufs der Höhe der Schaumschlacke in jeder der zumindest drei Zonen und/oder gemittelt über die zumindest drei Zonen und eine Korrelation von Messwerten zur Höhe der Schaumschlacke mit Kohlenmonoxidgehalten anhand eines Reaktionsmodells durchgeführt werden, das auf der mindestens einer Recheneinheit hinterlegt wird/ist. Das Reaktionsmodell basiert dabei bevorzugt auf theoretischen Berechnungen zur Ab- gasbildung, welche vorzugsweise in Kombination mit Erfah- rungswerten zur Abgasbildung für einen Elektrolichtofenbogen und/oder das zu erschmelzende Material und/oder das verwendete Schmelzprogramm hinterlegt sind. Bei der Erstellung eines Reaktionsmodells sind bevorzugt die Zusammensetzung der Schmelze, die Temperatur der Schmelze, die erzeugte Abgasmen- ge, der Ort und die Menge der Schaumschlackenbildung usw. zu berücksichtigen. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Reaktionsmodell stetig im Betrieb des Elektrolichtbogenofens anhand von Messwerten und Anlagenparametern optimierbar ist, welche von der mindestens einen Recheneinheit bevorzugt auto- matisch erfasst, gegebenenfalls vom Bedienpersonal noch manuell über eine Eingabeeinheit ergänzt werden können.

Bevorzugt wird mindestens ein Fuzzy-Regler, insbesondere ein Neurofuzzy-Regler, zur Regelung der mindestens einen ersten Einrichtung und/oder der mindestens einen zweiten Einrichtung eingesetzt. Fuzzy-Regler sind Systeme, die zur Klasse der Kennfeld-Regler gehören, die der Theorie der Fuzzy-Logik entsprechen. In jedem Regelungsschritt werden drei Teilschritte durchgeführt: eine Fuzzyfizierung, eine Inferenz und schließ- lieh eine Defuzzyfizierung. Die einzelnen Ein- und Ausgänge werden als linguistische Variablen bezeichnet, zu denen jeweils Fuzzy-Mengen gehören. Ein solcher Fuzzy-Regler kann dabei beispielsweise auf ein in der Recheneinheit hinterlegtes, bereits oben genanntes Reaktionsmodell zurückgreifen.

Eine dynamische Regelung kann in den unterschiedlichen Phasen eines Einschmelzvorgangs, insbesondere in der Phase der Bildung der Schaumschlacke, auf Basis unterschiedlicher Minimal- und/oder Maximalwerte für die Höhe der Schaumschlacke erfolgen. Die Schaumschlackenphase kennzeichnet einen Zeitraum nach dem Aufschmelzen aller metallischen Bestandteile im

Ofenraum, in welchem eine Reduzierung und/oder Entkohlung der Schmelze durchgeführt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird ein aktueller Kohlenmonoxidgehalt im Abgas gemessen und mit einem Sollkohlenmonoxidgehalt im Abgas verglichen. Ein solcher Sollkohlenmonoxidgehalt kennzeichnet dabei insbesondere die von einer, dem Elektrolichtbogenofen nachgeschalteten Abgas- nachverbrennungsanlage optimal nachverbrennbare Menge an Koh- lenmonoxid im Abgas. Damit dieser Sollkohlendioxidgehalt möglichst durchgehend erreicht wird, hat es sich als günstig erwiesen, den Maximalwert dynamisch entsprechend zu verändern bzw. anzupassen. Dies ermöglicht eine optimale Ausnutzung der Kapazität einer Abgasnachverbrennungsanlage .

Die mindestens eine Recheneinheit der Vorrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, im Abgas aktuell gemessene Kohlen- monoxidgehalte mit einem auf der mindestens einen Recheneinheit hinterlegten Sollkohlenmonoxidgehalt zu vergleichen und zur Erreichung des Sollkohlendioxidgehalts den Maximalwert dynamisch zu verändern. Dadurch kann ein vorab eingestellter Maximalwert korrigiert und dynamisch an aktuelle oder sich ändernde Anlagengegebenheiten angepasst werden.

Der Maximalwert kann mit einem zulässigen Grenzwert für Koh- lenmonoxid, der auf einer gesetzlichen Regelung beruht, kor- reliert sein. Dabei wird der Maximalwert insbesondere so gewählt, dass ein mittels einer dem Elektrolichtbogenofen nachgeschalteten Abgasnachverbrennungsanlage nachverbranntes Abgas maximal eine Restmenge an Kohlenmonoxid pro Zeiteinheit an die Umwelt abgibt, die unterhalb eines zulässigen Grenzwerts liegt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird nach Zuordnung der Höhe der Schaumschlacke in jeder der mindestens drei Zonen zu einem Kohlenmonoxidgehalt im Abgas des Elektrolichtbogenofens ein Betrieb einer dem Elektrolichtbogenofen nachgeschalteten Abgasverbrennungsanlage anhand des zugeordneten Kohlenmonoxidgehalts geregelt. Dabei kann die in die Abgasverbrennungsanlage eingedüste Sauer- stoffmenge, beispielsweise über eine Regelung einer Fördermenge von Frischluftventilatoren und/oder von Gasventilen, derart beeinflusst werden, dass bei einem höheren Kohlenmonoxidgehalt im Abgas nach dem Elektrolichtbogenofen eine entsprechend größere Sauerstoffmenge zu dessen Nachverbrennung bereitgestellt wird.

Die mindestens eine Recheneinheit der Vorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, nach Zuordnung der Höhe der Schaumschlacke in jeder der mindestens drei Zonen zu einem Kohlen- monoxidgehalt im Abgas des Elektrolichtbogenofens, einen Betrieb einer dem Elektrolichtbogenofen nachgeschalteten Abgasnachverbrennungsanlage anhand des zugeordneten Kohlenmonoxidgehalts zu regeln.

Die Figuren 1 bis 5 sollen die Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigt:

Figur 1 eine Übersicht über einen Verfahrensablauf in der Endphase eines Einschmelzvorgangs in einem

Elektrolichtbogenofen; Figur 2 einen Vergleich zwischen einem Verfahrensablauf in der Endphase eines Einschmelzvorgangs in einem Elektrolichtbogenofen gemäß Figur 1 und einem erfindungsgemäßen Verfahrensablauf in der Endphase; Figur 3 schematisch einen Elektrolichtbogenofen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 4 schematisch einen Schnitt durch das Ofengefäß des

Elektrolichtbogenofens gemäß Figur 3; und

Figur 5 eine Gegenüberstellung eines Kohlenmonoxidgehalts im Abgas CO _ab g und einer Höhe der Schaumschlacke HS mit und ohne erfindungsgemäßer Regelung.

Figur 1 zeigt eine Übersicht über einen Verfahrensablauf in der Endphase eines Einschmelzvorgangs in einem Elektrolichtbogenofen. Über der X-Achse, welche die Zeit t in Sekunden seit Beginn des Einschmelzvorganges angibt, sind auf der Y- Achse mit H _re i. ein Kippwinkel α eines Ofengefäßes eines

Elektrolichtbogenofens, eine Höhe der Schaumschlacke HSi, HS2, HS3 für jeweils eine von drei Zonen des Ofengefäßes sowie eine Kohlenstoffeintragsmenge E _C i, E _C 2, E _C 3 für jede der drei Zonen des Ofengefäßes aufgetragen. Dabei sind das Ende der Schrotteinschmelzphase und der Beginn der Schaumschlackenphase mit A, der mittlere Bereich der Schaumschlackenphase mit B und die Endphase der Schaumschlackenphase kurz vor dem Vergießen der Schmelze mit C bezeichnet.

Die Bestimmung der Höhe der Schaumschlacke HSi, HS2, HS3 in den drei Zonen des Ofengefäßes Ia am Elektrolichtbogenofen 1 erfolgt mittels einer Körperschallmessung. Pro Zone des Ofengefäßes Ia ist eine erste Einrichtung 50a, 50b, 50c zur Regelung der Sauerstoffzufuhr und eine zweite Einrichtung 60a, 60b, 60c zur Regelung eines Kohlenstoffeintrags E _C i, E _C 2, E _C 3 in das Ofengefäß Ia vorhanden (vergleiche hierzu Figur 3) .

In den Phasen A bis C sind jeweils ein Maximalwert W _maxA , W _ma _ XB, W _maxC sowie ein Minimalwert W _minA , W _minB , W _minC für die Höhe der Schaumschlacke im Ofengefäß aufgetragen. In den Phasen A bis C erfolgte bisher eine unzureichende Regelung des Kohlen- monoxid-Ausstoßes CO _abg des Elektrolichtbogenofens 1. Die Höhe der Schaumschlacke HSi, HS2, HS3 übersteigt insbesondere in Phase A den Minimalwert W _minA und weiterhin den Maximalwert W _maxA bei weitem und führt zu einer Überschreitung eines Werts COm _a x für einen gewünschten Kohlenmonoxidgehalt oder einen Sollkohlenmonoxidgehalts im Abgas (siehe schraffierte Flächen im CO _ab g-Verlauf) . Aber auch in den Phasen B und C kann es zu einer Überschreitung eines Werts CCw für einen gewünschten Kohlenmonoxidgehalt oder einen Sollkohlenmonoxidgehalts im Abgas kommen. Eine dem Elektrolichtbogenofen 1 nachgeschaltete Abgasnachverbrennungsanlage 70 kann die ankommende große Kohlenmonoxidmenge nicht ausreichend nachverbrennen, so dass eine unerwünschte Menge an Kohlenmonoxid im Abgas verbleibt und in die Umwelt gelangt.

Der Maximalwert W _maxA , W _maxB , W _maxC kann dabei mit einem zulässi- gen Grenzwert für Kohlenmonoxid im nachverbrannten Abgas, das über den Kamin an die Umwelt abgegeben wird, korreliert sein.

Figur 2 zeigt nun einen Vergleich zwischen einem Verfahrensablauf gemäß Figur 1 und einem Verfahrensablauf gemäß der Er- findung in der Endphase eines Einschmelzprozesses. In den drei Phasen A, B, C sind erneut die Kurven für die ermittelte Höhe der Schaumschlacke HSi, HS2, HS3 gemäß Figur 1 dargestellt und der zugehörige Verlauf des Kohlenmonoxidgehalts im Abgas CO _a bg dargestellt (siehe strichpunktierte Linie im CO _abg - Verlauf) .

Weiterhin ist nun eine Kurve dargestellt, die die Höhe der Schaumschlacke H _opt . im Mittel bei einer Regelung der Sauerstoffzufuhr und des Kohlenstoffeintrags E _C i, E _C 2, E _C 3 gemäß der Erfindung zeigt. Die Maximalwerte W _maxA , W _maxB , W _maxC in den Phasen A, B, C für die Höhe der Schaumschlacke werden dabei für alle drei Zonen des Ofengefäßes Ia nicht mehr überschritten. Dadurch ergibt sich bei einem Verlauf der Höhe der Schaumschlacke gemäß der Kurve H _opt . ein Verlauf für den Kohlenmono- xidgehalt im Abgas CO _abg (siehe fette Linie im CO _abg -Verlauf) , der durchwegs unterhalb des Werts CO _max liegt. In Phase A und dem Bereich des Übergangs zwischen den Phasen B und C wird der Kohlenmonoxid-Ausstoß des Elektrolichtbogenofens gesenkt, der Wert CCw nicht mehr überschritten. Der CO-Ausstoß des Elektrolichtbogenofens ist nun auf einem gleichmäßigen Niveau und kann von der dem Elektrolichtbogenofen üblicherweise nachgeschalteten Abgasnachverbrennungsanlage gleichmäßig ver- brannt werden.

Fig. 3 zeigt einen Elektrolichtbogenofen 1 mit einem Ofengefäß Ia, in das mehrere Elektroden 3a, 3b, 3c, die über Stromzuführungen mit einer Stromversorgungseinrichtung 12 gekop- pelt sind, geführt sind. Die Stromversorgungseinrichtung 12 weist vorzugsweise einen Ofentransformator auf. Mit Hilfe von mindestens einer der drei Elektroden 3a, 3b, 3c werden im Elektrolichtbogenofen 1 Beschickungsmaterialien, wie beispielsweise Schrott und weitere Zuschlagsstoffe, aufgeschmol- zen. Bei der Erzeugung von Stahl im Elektrolichtbogenofen 1 wird Schlacke bzw. Schaumschlacke 15 (siehe Fig. 4) gebildet, wodurch der Energieeintrag mittels eines Lichtbogens 18 (siehe Fig. 4), der sich an der mindestens einen Elektrode 3a, 3b, 3c ausbildet, in die Schmelze verbessert wird.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind an den Stromzuführungen der Elektroden 3a, 3b, 3c Sensor- und Regeleinrichtungen 13a, 13b, 13c vorgesehen, mit Hilfe derer Strom und/oder Spannung bzw. die den Elektroden 3a, 3b, 3c zugeführte Energie gemessen und geregelt werden können. Die Sensor- und Regeleinrichtungen 13a, 13b, 13c erfassen die Strom- und/oder Spannungssignale vorzugsweise zeitaufgelöst. Die Sensor- und Regeleinrichtungen 13a, 13b, 13c sind mit einer Recheneinheit 8, beispielsweise über als Kabel ausgebil- dete Signalleitungen 14a, 14b, 14c gekoppelt. Weitere Signalleitungen 14d, 14e, 14f dienen der Verbindung der Sensor- und Regeleinrichtungen 13a, 13b, 13c mit einer Regeleinrichtung 9, welche von der Recheneinheit 8 die Regelvorgaben erhält.

An der Wand 2 des Ofengefäßes Ia, d.h. an der äußeren Begrenzung des Ofengefäßes Ia, sind Körperschallsensoren 4a, 4b, 4c zur Messung von Schwingungen angeordnet. Die Körperschallsensoren 4a, 4b, 4c können mittelbar und/oder unmittelbar mit dem Ofengefäß Ia bzw. mit der Wand 2 des Ofengefäßes Ia verbunden sein. Vorzugsweise sind die Körperschallsensoren 4a, 4b, 4c an den, den Elektroden 3a, 3b, 3c gegenüberliegenden Seiten der Wand 2 des Elektrolichtbogenofens 1 angeordnet. Die Körperschallsensoren 4a, 4b, 4c sind hier vorzugsweise als Beschleunigungssensoren ausgebildet und oberhalb der Schaumschlacke 15 (siehe Figur 4) positioniert. Die Körperschallsensoren 4a, 4b, 4c sind ebenfalls mit der Recheneinheit 8 verbunden.

Die Messwerte bzw. Signale, die von den Körperschallsensoren 4a, 4b, 4c an die Recheneinheit 8 übermittelt werden, werden über geschützte Leitungen 5a, 5b, 5c in eine optische Einrichtung 6 geführt und von dieser zumindest teilweise in Richtung der Recheneinheit 8 über einen Lichtwellenleiter 7 geleitet. Die Signalleitungen 5a, 5b, 5c sind vorzugsweise vor Hitze, elektromagnetischen Feldern, mechanischer Belastung und/oder anderen Belastungen geschützt geführt.

Die optische Einrichtung 6 dient zur Verstärkung und/oder Umsetzung von Signalen der Körperschallsensoren 4a, 4b, 4c und ist vorzugsweise verhältnismäßig nahe am Elektrolichtbogenofen 1 angeordnet. In der optischen Einrichtung 6 werden die Messwerte bzw. Signale der Körperschallsensoren 4a, 4b, 4c in optische Signale umgewandelt und über den Lichtwellenleiter 7 störungsfrei über vergleichsweise längere Distanzen, z.B. 50 bis 200 m, zur Recheneinheit 8 übertragen.

Pro Zone des Ofengefäßes Ia ist hier eine erste Einrichtung 50a, 50b, 50c zur Regelung der Sauerstoffzufuhr und eine zweite Einrichtung 601, 60b, 60c zur Regelung eines Kohlenstoffeintrags E _C i, E _C 2, E _C 3 (vergleiche Figuren 1 und 2) in das Ofengefäß Ia vorhanden, die mittels der Recheneinheit 8 und der Regeleinrichtung 9 erfindungsgemäß derart kontrolliert werden, dass ein Maximalwert W _maxA , W _maxB , W _maxC in den Phasen A, B, C (vergleiche Figur 2) für die Höhe der Schaumschlacke 15 für alle drei Zonen des Ofengefäßes Ia oder im Mittel der drei Zonen nicht überschritten wird. Weiterhin erfolgt eine Kontrolle derart, dass ein Minimalwert W _minA , W _minB , W _minC in den Phasen A, B, C (vergleiche Figur 2) für die Höhe der Schaumschlacke 15 für alle drei Zonen des Ofengefäßes Ia oder im Mittel über die drei Zonen nicht unterschritten wird, damit ein optimaler Energieeintrag in den Elektrolichtbogenofen 1 gewährleistet wird.

In der Recheneinheit 8 werden dazu die Messwerte bzw. Signale der Körperschallsensoren 4a, 4b, 4c und der Sensor- und Re- geleinrichtungen 13a, 13b, 13c erfasst und ausgewertet, um die Höhe der Schaumschlacke 15 (siehe Fig. 4) im Ofengefäß Ia zu ermitteln. Die von den Körperschallsensoren 4a, 4b, 4c ermittelten Messwerte bzw. Signale sind mit der Höhe der Schaumschlacke 15 korreliert, wobei eine zeitliche Auflösung im Bereich von ca. 1 bis 2 Sekunden möglich ist. In der Recheneinheit 8 werden die Messwerte bzw. Signale, die die Höhe der Schaumschlacke 15 im Ofengefäß Ia pro Zone angeben, einem zugehörigen Kohlenmonoxidgehalt im Abgas des Elektrolichtbogenofens 1 zugeordnet. Der zugehörige Kohlenmonoxidgehalt wird in der Recheneinheit 8 mit einem Wert CO _ma χ für Kohlenmo- noxid im Abgas verglichen, der einer gewünschten Kohlenmono- xidmenge oder einer Sollkohlenmonoxidmenge entspricht, und der Kohlenstoffeintrag und/oder die Sauerstoffzufuhr im Bedarfsfall entsprechend korrigiert. Gegebenenfalls kann auch ein ergänzender Eingriff über die Änderung der Temperatur und/oder Zusammensetzung der Schmelze erfolgen.

Mittels der ersten Einrichtungen 50a, 50b, 50c und/oder der zweiten Einrichtungen 60a, 60b, 60c wird also in Abhängigkeit von dem zugeordneten Kohlenmonoxidgehalt insbesondere der Kohlenstoffeintrag und/oder die Sauerstoffzugäbe in einer oder mehreren der Zonen des Ofengefäßes Ia derart geregelt, dass die Höhe der Schaumschlacke im Mittel oder in der jeweiligen Zone unterhalb des Maximalwerts W _maxA , W _maxB , W _maxC gehal- ten wird sowie den Minimalwert W _minA , W _minB , W _minC übersteigt.

Die Recheneinheit 8 gibt mindestens ein Regelsignal bzw. eine Regelvorgabe, basierend auf der aktuell berechneten und/oder vorausberechneten Höhe der Schaumschlacke pro Zone im Ofenge- fäß Ia oder über die Zonen gemittelt an die Regeleinrichtung 9 weiter.

Die Regeleinrichtung 9 regelt nach Vorgabe der Recheneinheit 8, gegebenenfalls weiterhin auf Basis eigener Berechnungen, neben dem Kohlenstoffeintrag und/oder der Sauerstoffzufuhr weiterhin gegebenenfalls eine Zufuhr von weiteren Stoffen in das Ofengefäß Ia sowie einen Energieeintrag über die Elektroden 3a, 3b, 3c. Die Regeleinrichtung 9 umfasst bevorzugt ei- nen Fuzzy-Regler .

Dem Elektrolichtbogenofen 1 ist optional eine Abgasnach- verbrennungsanlage 70 nachgeschaltet, welche das aus dem Elektrolichtbogenofen 1 über einer Abgasleitung 71 kommende Abgas nachverbrennt und anschließend über einen Kamin 72 an die Umwelt abgibt. Eine derartige Abgasnachverbrennungsanlage 70 kann dabei über eine Steuerleitung 73 von der Regeleinrichtung 9 geregelt werden, die ein entsprechendes Regelsignal bevorzugt von der Recheneinheit 8 erhält.

Figur 4 zeigt in vereinfachter Darstellung eine der Elektroden 3b mit einem Lichtbogen 18 in einem Ofengefäß Ia eines Elektrolichtbogenofen 1. An der Wand 2 des Ofengefäßes Ia ist der Körperschallsensor 4b angeordnet, der mit der Signallei- tung 5b verbunden ist, mit deren Hilfe Signale an die Recheneinheit 8 (siehe Figur 3) übermittelt werden.

In Figur 4 sind schematisch das Schmelzbad 16 und die Schaumschlacke 15 im Querschnitt des Ofengefäßes Ia dargestellt. Die Höhe HS der Schaumschlacke 15 kann in der Recheneinheit 8 mit Hilfe einer Übertragungsfunktion des Körperschalls im Elektrolichtbogenofen 1 bestimmt werden. Die Übertragungsfunktion charakterisiert den in Figur 4 schematisch angedeuteten Übertragungsweg 17 des Körperschalls von der Erregung bis zur Detektionsstelle . Die Erregung des Körperschalls erfolgt durch die Leistungseinkopplung an den Elektroden 3b im Lichtbogen 18. Der Körperschall, d.h. die durch die Erregung verursachten Schwingungen, wird durch das Schmelzbad 16 und/oder durch die das Schmelzbad 16 zumindest teilweise abdeckende Schaumschlacke 15 an die Wand 2 des Ofengefäßes Ia übertragen. Eine Übertragung von Körperschall kann zusätzlich, zumindest teilweise auch durch noch nicht aufgeschmol- zenes Beschickungsmaterial im Elektrolichtbogenofen 1 erfolgen .

Die Auswertung der Messwerte bzw. Signale in der Recheneinheit 8 kann mit Hilfe von Erfahrungswerten aus dem Betrieb des Elektrolichtbogenofens 1 kontinuierlich optimiert werden. Die Signalerfassung, -auswertung und Schlackenhöhebestimmung erfolgt online im Betrieb, so dass die festgestellte Schaumschlackenhöhe im Elektrolichtbogenofen 1 zur automatischen Regelung des Kohlenmonoxid-Ausstoßes des Elektrolichtbogen- ofens 1 verwendbar ist.

Durch die schnelle und unmittelbare Erfassung der Höhe der Schaumschlacke im Ofengefäß Ia wird eine verbesserte Prozesskontrolle und -regelung ermöglicht, die zu jeder Zeit eine Vergleichmäßigung des Kohlenmonoxidgehalts im Abgas eines

Elektrolichtbogenofens gewährleistet und gegebenenfalls eine optimale Nachverbrennung des Kohlenmonoxids sicherstellt.

Figur 5 zeigt eine Gegenüberstellung eines Kohlenmonoxidge- halts im Abgas CO _ab g und einer Höhe der Schaumschlacke HS über die Zeit t in der Schaumschlackenphase eines Einschmelzprozesses in einem Elektrolichtbogenofen mit und ohne erfindungsgemäßer Regelung. Ohne eine Regelung der Höhe der zugehörige Schaumschlacke HS auf einen Maximalwert überschreitet der Kohlenmonoxidgehalt im Abgas CO _a bg einen Wert CO _113x . Bei einer Regelung der Höhe der Schaumschlacke HS _r derart, dass ein Maximalwert nicht überschritten wird, überschreitet der Kohlenmonoxidgehalt im Abgas CO _a bgr den gewünschten Wert CO _max nicht mehr und der Kohlenmonoxidgehalt im Abgas wird vergleichmäßigt bzw. auf weitgehend gleichbleibendem Niveau gehalten . Dabei zeigen die Figuren 1 bis 5 lediglich Beispiele, die bei veränderten Schmelzprogrammen, Elektrolichtbogenöfen usw. ganz unterschiedlich ausfallen können. Ein Fachmann ist in Kenntnis der Erfindung aber ohne weiteres in der Lage, gege- benenfalls nach Durchführung weniger Versuche, eine Regelung des Kohlenmonoxid-Ausstoßes auch für anders aufgebaute oder ausgestattete Elektrolichtbogenöfen unter Zuhilfenahme einer Bestimmung einer Höhe einer Schaumschlacke in mindestens drei Zonen des Ofengefäßes auf Basis einer Körperschallmessung durchzuführen.