DE102014204239A1

DE102014204239A1 - Method for determining the variation of a slag height

Info

Publication number: DE102014204239A1
Application number: DE102014204239.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Matschullat; Detlef Rieger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-09-10
Also published as: WO2015132117A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung der Variation einer Schlackenhöhe (26) einer Schlacke (24) eines Gleichstromelektrolichtbogenofens (2) mit wenigstens einem an einer Außenwand (12) des Gleichstromelektrolichtbogenofens (2) angeordneten Körperschallsensors (6) vorgeschlagen, bei dem ein erstes Sensorsignal (101), welches mittels des Körperschallsensors (6) erfasst wird und ein zweites Sensorsignal (102), welches mit der Leistungszufuhr in den Gleichstromelektrolichtbogenofen (2) korreliert ist, zur Ableitung eines frequenzabhängigen Kreuzleistungsspektrums herangezogen werden, bei dem mittels des Kreuzleistungsspektrums eine frequenzabhängige Übertragungsfunktion bestimmt wird, wobei die Variation der Schlackenhöhe (26) aus einer frequenzabhängigen Gewichtung der Übertragungsfunktion ermittelt wird.A method for determining the variation of a slag height (26) of a slag (24) of a DC electric arc furnace (2) with at least one structure-borne sound sensor (6) arranged on an outer wall (12) of the DC electric arc furnace (2) is proposed, in which a first sensor signal (FIG. 101), which is detected by means of the structure-borne sound sensor (6) and a second sensor signal (102), which is correlated with the power supply in the DC electric arc furnace (2), used to derive a frequency-dependent cross-power spectrum in which determines a frequency-dependent transfer function by means of the cross power spectrum is, wherein the variation of the slag height (26) is determined from a frequency-dependent weighting of the transfer function.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Variation einer Schlackenhöhe einer Schlacke eines Gleichstromelektrolichtbogenofens. The invention relates to a method for determining the variation of a slag height of a slag of a DC electric arc furnace.

Die Herstellung von Stahl kann mittels eines Elektrolichtbogenofens erfolgen. Hierbei wird die Energie zur Erzeugung eines Stahlbades in den Elektrolichtbogenofen mittels eines Lichtbogens, der durch eine Elektrode erzeugt wird, eingebracht. Zu unterscheiden sind Gleich- und Wechselstromelektrolichtbogenöfen, wobei bei einem Gleichstromelektrolichtbogenofen die Energieeinbringung mittels des Lichtbogens kontinuierlich und bei einem Wechselstromelektrolichtbogenofen die Energieeinbringung periodisch erfolgt. The production of steel can be done by means of an electric arc furnace. Here, the energy for producing a steel bath in the electric arc furnace is introduced by means of an arc generated by an electrode. A distinction should be made between DC and AC electric arc furnaces, wherein in a DC electric arc furnace the energy input by means of the arc takes place continuously and in an AC electric arc furnace the energy is introduced periodically.

Nach dem Stand der Technik wird Kohlenstoff in Form von zerriebener Kohle, beispielsweise zur Verbesserung der Leistungseinbringung und zur Verringerung von Strahlungsverlusten, in den Elektrolichtbogenofen eingeblasen. Durch das Einblasen von Kohlenstoff wird eine sich im Elektrolichtbogenofen befindliche Schlacke zum Aufschäumen gebracht, wobei der Zustand der Schlacke als ein Maß für die Effektivität der Leistungseinbringung verwendet werden kann. In the prior art, carbon in the form of crushed coal, for example to improve the power input and to reduce radiation losses, is injected into the electric arc furnace. By injecting carbon, a slag in the electric arc furnace is caused to foam, and the state of the slag can be used as a measure of the efficiency of the power input.

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 Wechselstromelektrolichtbogenofens befinden, zu erfassen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass das in der Druckschrift offenbarte Verfahren zur Bestimmung des Zustandes der Schlacke sich bei Gleichstromelektrolichtbogenöfen 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 periodisch in den Wechselstromelektrolichtbogenofen eingebracht wird. Bei einem Gleichstromelektrolichtbogenofen erfolgt die Energieeinbringung mittels des Lichtbogens (quasi) kontinuierlich, so dass eine derartige Grundfrequenz und deren Vielfache (höhere Harmonische) für die Auswertung und folglich für die Bestimmung des Zustandes der Schlacke nicht zur Verfügung stehen. From the DE 10 2005 034 409 It is known to detect a state quantity of an AC electric arc furnace, particularly a state quantity of the slag, by means of structure-borne sound sensors located on an outer wall of the AC electric arc furnace. However, it has been found that the method for determining the state of the slag disclosed in the document can only be used insufficiently in DC electric arc furnaces. In particular, the method referred to in the document is based on the detection of discrete frequencies which are an integer multiple of a fundamental frequency with which the energy is periodically introduced into the AC electric arc furnace. In a DC electric arc furnace, the energy input by means of the arc is (quasi) continuous, so that such a fundamental frequency and its multiples (higher harmonics) are not available for the evaluation and consequently for the determination of the state of the slag.

Stand der Technik bei Gleichstromelektrolichtbogenöfen ist gemäß der Druckschrift „ Schallbasierte Schaumschlackendetektion 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, beispielsweise Kranbewegungen, die Auswertbarkeit der aufgenommenen Signale beeinträchtigen. Zum anderen ist nach dem Stand der Technik stets ein manuelles Eingreifen eines Bedieners des Gleichstromelektrolichtbogenofens erforderlich. Prior art DC electric arc furnaces according to the document " Sound-based foam slag detection for power control of an electric arc furnace; Steel and Iron (2010), Issue 9, pages 53-62 "To use acoustic microphone systems to gain information about the state of the slag. On the one hand, such microphone systems have the disadvantage that ambient noise, for example crane movements, impair the readability of the recorded signals. On the other hand, a manual intervention of an operator of the DC electric arc furnace is always required in the prior art.

Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein automatisiertes körperschallbasiertes Verfahren zur Bestimmung des Zustandes einer Schlacke eines Gleichstromelektrolichtbogenofens anzugeben. The present invention is therefore an object of the invention to provide an automated structure-borne sound-based method for determining the state of a slag of a DC electric arc furnace.

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. The object is achieved by a method having the features of the independent claim. In the dependent claims advantageous refinements and developments of the invention are given.

Erfindungsgemäß wird zur Bestimmung des Zustandes einer Schlacke eines Gleichstromelektrolichtbogenofens eine Variation einer Schlackenhöhe ermittelt. Hierfür ist erfindungsgemäß wenigstens ein Körperschallsensor an einer Außenwand des Gleichstromelektrolichtbogenofens angeordnet, welcher ein erstes Sensorsignal erfasst. Ein zweites Sensorsignal, welches mit der Leistungszufuhr in den Gleichstromelektrolichtbogenofen korreliert ist, wird in Verbindung mit dem ersten Sensorsignal zur Ableitung eines frequenzabhängigen Kreuzleistungsspektrums herangezogen, wobei mittels des Kreuzleistungsspektrums eine frequenzabhängige Übertragungsfunktion bestimmt wird und die Variation der Schlackenhöhe aus einer frequenzabhängigen Gewichtung der Übertragungsfunktion ermittelt wird. According to the invention, a variation of a slag height is determined to determine the state of a slag of a DC electric arc furnace. For this purpose, according to the invention, at least one structure-borne sound sensor is arranged on an outer wall of the DC electric arc furnace, which detects a first sensor signal. A second sensor signal, which is correlated with the power supply in the DC electric arc furnace, is used in conjunction with the first sensor signal to derive a frequency-dependent cross power spectrum, wherein a frequency-dependent transfer function is determined by means of the cross power spectrum and the variation of the slag height is determined from a frequency-dependent weighting of the transfer function ,

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 Außenwand des Gleichstromelektrolichtbogenofens gebildet. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher, dass Umgebungsgeräusche, beispielsweise Kranbewegungen, die Erfassung 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 erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht folglich eine automatisierte und zuverlässige Bestimmung der Variation der Schlackenhöhe. According to the invention, to determine the variation of the slag height of the slag of the DC electric arc furnace, at least one structure-borne sound sensor disposed on an outer wall of the DC electric arc furnace is used. Here, the first sensor signal is formed from vibrations of the outer wall of the DC electric arc furnace. An advantage of the method according to the invention is therefore that ambient noise, for example crane movements, does not disturb the detection of the first sensor signal by means of the structure-borne sound sensor or does not disturb it. Especially in steelworks the ambient noise reaches high sound levels or sound intensities. In addition, structure-borne sound sensors are not disturbed by opening a door of the DC electric arc furnace, in contrast to microphones. The inventive method thus enables an automated and reliable determination of the variation of the slag height.

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 Leistungszufuhr in den Gleichstromelektrolichtbogenofen korreliert ist. Mit anderen Worten ist das erste Sensorsignal ein Maß für die Schwingungen der Außenwand des Gleichstromelektrolichtbogenofens und das zweite Sensorsignal ein Maß für die in den Gleichstromelektrolichtbogenofen eingebrachte Leistung. Hierbei 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 Bereich von 10 kHz bis 12 kHz (Samples pro Sekunde). In the method according to the invention at least two sensor signals are determined in a first and second step, wherein the first sensor signal is detected by means of the structure-borne sound sensor and the second sensor signal is correlated with the power supply in the DC electric arc furnace. In other words, the first sensor signal is a measure of the vibrations of the outer wall of the DC electric arc furnace and the second sensor signal is a measure of the power introduced into the DC electric arc furnace. In this case, the first and the second sensor signal are preferably detected at the same time, wherein at least one sampling rate of 10 kHz is provided for the detection of the first and / or second sensor signal. Preferably, the sampling rate is in the range of 10 kHz to 12 kHz (samples per second).

Zur Bestimmung der Variation der Schlackenhöhe wird in einem weiteren dritten Schritt das frequenzabhängige Kreuzleistungsspektrum aus dem ersten und zweiten Sensorsignal ermittelt. Hierfür werden das erste und zweite Sensorsignal mittels einer Fouriertransformation spektral dargestellt, d.h. das Frequenzspektrum des ersten und zweiten Sensorsignals wird ermittelt. Hierbei gibt das Frequenzspektrum eines Sensorsignals 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 kontinuierlich, die hier als äquivalent anzusehen sind. To determine the variation of the slag height, the frequency-dependent cross-power spectrum is determined from the first and second sensor signal in a further third step. For this purpose, the first and second sensor signals are spectrally represented by Fourier transform, i. the frequency spectrum of the first and second sensor signals is determined. Here, the frequency spectrum of a sensor signal indicates the composition of the sensor signal from its frequency dependent sensor signal components. A plurality of definitions and normalizations of the Fourier transformation, both discrete and continuous, which are to be regarded as equivalent here, are known.

Das Kreuzleistungsspektrum des ersten und zweiten Sensorsignals wird mittels des Produktes des fouriertransformierten ersten und fouriertransformierten zweiten Sensorsignals gebildet, wobei das erste oder das zweite fouriertransformierte Sensorsignal bei der Bildung des Produktes komplex konjungiert wird. Bezeichnet x(t) und y(t) das vom Zeitverlauf t abhängige 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 f bezeichnet die Frequenz. Weitere äquivalente, insbesondere mathematisch gleichwertige Definitionen des Kreuzleistungsspektrums können vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Frequenz f durch die Kreisfrequenz ω = 2πf oder die Wellenlänge λ ersetzt werden. The cross-power spectrum of the first and second sensor signals is formed by means of the product of the Fourier-transformed first and Fourier-transformed second sensor signal, wherein the first or the second Fourier-transformed sensor signal is complexed in the formation of the product. If x (t) and y (t) denote the first and second sensor signals dependent on the time t, then the cross-conduction spectrum P _xy (f) = X * (f) Y (f) is mathematically determined by means of the Fourier-transformed first and second sensor signals X (f ) and Y (f) are formed. In general, X (f) and Y (f) are complex valued. The superscript star symbolizes the complex conjugation and f denotes the frequency. Further equivalent, in particular mathematically equivalent definitions of the cross power spectrum can be provided. For example, the frequency f can be replaced by the angular frequency ω = 2πf or the wavelength λ.

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 Kreuzleistungsspektrums dividiert durch ein Leistungsspektrum des zweiten Sensorsignals. Das Leistungsspektrum des zweiten Sensorsignals wird hierbei durch das Betragsquadrat des fouriertransformierten zweiten Sensorsignals ausgebildet. Mit anderen Worten gilt H(f) = |P_xy(f)|/P_yy(f), wobei P_yy(f) = Y*(f)Y(f) = |Y(f)|² ist. In a fourth step of the method according to the invention, a frequency-dependent transfer function H (f) is determined from the formed cross-power spectrum. Here, the transfer function is defined as the amount of the cross power spectrum divided by a power spectrum of the second sensor signal. The power spectrum of the second sensor signal is in this case formed by the absolute value square of the second-transformed second sensor signal. In other words, H (f) = | P _xy (f) | / P _yy (f), where P _yy (f) = Y * (f) Y (f) = | Y (f) | ² is.

In einem fünften Schritt wird die Übertragungsfunktion mittels einer frequenzabhängigen Gewichtung gewichtet, wobei in einem sechsten Schritt aus der gewichteten Übertragungsfunktion die Variation der Schlackenhöhe bestimmt wird. In a fifth step, the transfer function is weighted by means of a frequency-dependent weighting, the variation of the slag height being determined in a sixth step from the weighted transfer function.

Erfindungsgemäß erfolgt folglich eine frequenzabhängige Gewichtung der Frequenzanteile der Übertragungsfunktion. Im Gegensatz zu einem Wechselstromelektrolichtbogenofen erstreckt sich die Übertragungsfunktion eines Gleichstromelektrolichtbogenofens 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 Übertragungsfunktion 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. According to the invention, there is consequently a frequency-dependent weighting of the frequency components of the transfer function. Unlike an AC electric arc furnace, the transfer function of a DC electric arc furnace typically extends over a wide frequency range. In particular, the broad frequency range is not characterized by a fundamental frequency and by its harmonic multiples (higher harmonics). For example, the transfer function extends over the frequency range from 50 Hz to 2000 Hz and falls sharply already from 500 Hz. Therefore, the broad frequency range from 50 Hz to 500 Hz is relevant. In other words, the frequency-dependent transfer function extends over a continuous frequency spectrum. Here, the term is always to be understood continuously as it is understood that in sensor signals and / or evaluations of sensor signals, especially in Fourier-transformed sensor signals, always only discrete, i. individual frequencies can be determined and considered.

Durch die frequenzabhängige Gewichtung der Übertragungsfunktion werden vorteilhafterweise bestimmte Frequenzbereich bzw. Frequenzanteile der Übertragungsfunktion stärker oder schwächer gewichtet. Due to the frequency-dependent weighting of the transfer function, certain frequency range or frequency components of the transfer function are advantageously weighted more or less.

Besonders bevorzugt ist eine frequenzabhängige Gewichtung, die höher liegende Frequenzen stärker gewichtet als niedrigere. Das ist deshalb von Vorteil, da höhere Frequenzen stärker durch die Schlacke gedämpft werden als niedrigere. Die Dämpfung (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 wesentlich größer. Die höheren Frequenzen sind folglich deutlich besser geeignet die Variation der Schlackenhöhe zuverlässig und möglichst genau zu bestimmen. Durch die erfindungsgemäße Gewichtung der höheren Frequenzen wird somit eine genaue und vorteilhafte Bestimmung der Variation der Schlackenhöhe ermöglicht. Particularly preferred is a frequency-dependent weighting, the higher frequencies higher weighted than lower. This is advantageous because higher frequencies are more attenuated by the slag than lower ones. However, the damping (damping constant) of the frequencies is related to the slag height as well as their composition. Due to the increased attenuation of the higher frequencies, their transfer function value - value of the transfer function at the given frequency - is less than the transfer function value of lower frequencies. However, the information content of the higher frequencies is much greater over the slag height. The higher frequencies are therefore much better suited to determine the variation of the slag height reliably and as accurately as possible. The inventive weighting of the higher frequencies thus enables an accurate and advantageous determination of the variation of the slag height.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Gewichtung mittels einer Multiplikation der Übertragungsfunktion mit einer frequenzabhängigen Gewichtungsfunktion ausgeführt. According to an advantageous embodiment of the invention, the weighting is performed by means of a multiplication of the transfer function with a frequency-dependent weighting function.

Vorteilhafterweise ermöglicht es die Multiplikation der Übertragungsfunktion mit einer frequenzabhängigen Gewichtungsfunktion höhere Frequenzen der breitbandigen frequenzabhängigen 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 Gewichtungsfunktion 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) ∝ f gegeben. Advantageously, the multiplication of the transfer function with a frequency-dependent weighting function makes it possible to weight higher frequencies of the broadband frequency-dependent transfer function more strongly and thus to better determine the variation of the slag height. Preferred may be a frequency-dependent weighting function which increases linearly with the frequency. If the frequency-dependent weighting function is designated g (f), the variation of the slag height is determined from the weighted transfer function g (f) H (f). A weighting function that increases linearly with frequency is given by g (f) α f.

Besonders bevorzugt ist eine Gewichtungsfunktion, die wenigstens von einer Frequenz abhängt und mittels des Quadrierens der Frequenz gebildet wird. Particularly preferred is a weighting function that depends on at least one frequency and is formed by squaring the frequency.

Mit anderen Worten gilt g(f) ∝ f², 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 Schallwelle, welche Schallwelle sich vom Lichtbogen zur Außenwand des Gleichstromlichtbogenofens ausbreitet und hierbei insbesondere 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 Frequenz vor, so kann eine entsprechend angepasste und von der Frequenz abhängige Gewichtungsfunktion vorgesehen sein. Insbesondere sind polynomiale Gewichtungsfunktion g(f) ∝ fⁿ, mit n eine rationale und/oder reelle Zahl vorgesehen. In other words, g (f) α f ² , ie the weighting increases with the square of the frequency. Higher frequencies are thus weighted more quadratically than lower frequencies. This is advantageous because the attenuation of a sound wave, which sound wave propagates from the arc to the outer wall of the DC arc furnace and this particular traverses the slag, increases approximately square with the frequency of the sound wave. The weighting function thus approximately compensates for the dependence of the attenuation of the sound waves on their frequency. If there is an experimentally dependent dependence of the damping on the frequency, a correspondingly adapted and frequency-dependent weighting function can be provided. In particular, polynomial weighting function g (f) α f ⁿ , with n a rational and / or real number are provided.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Variation der Schlackenhöhe aus einem Integral der gewichteten Übertragungsfunktion ermittelt. In a particularly preferred embodiment of the invention, the variation of the slag height is determined from an integral of the weighted transfer function.

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 einen Wechselstromelektrolichtbogenofen, das breitbandige Frequenzspektrum der gewichteten Übertragungsfunktion ausgenutzt. Mit anderen Worten wird die Variation der Schlackenhöhe aus der Größe ∫ b / ag(f)H(f)df ermittelt, wobei die Grenzfrequenzen (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. Advantageously, the largest possible spectral range of the broadband weighted transfer function is used for the determination of the variation of the slag height due to the integral. In order to evaluate the variation of the slag height, in contrast to the method for an AC electric arc furnace, the broadband frequency spectrum of the weighted transfer function is thus utilized. In other words, the variation of slag height becomes size ∫ b / ag (f) H (f) df determined, the cut-off frequencies (integration limits) a and b are to be selected advantageous. For example, a value for a of 50 Hz and a value for b of 600 Hz is preferred.

Im realen Fall liegt kein Kontinuum von Frequenzen vor, so dass das Integral durch eine dem Integral entsprechende Summe ∑ b / ag(f)H(f) zu ersetzen ist. In the real case, there is no continuum of frequencies, so that the integral is a sum corresponding to the integral Σ b / ag (f) H (f) to replace.

Besonders vorteilhaft ist es, die Variation der Schlackenhöhe aus dem Logarithmus des vorher gebildeten Integrals zu ermitteln. Hierbei ist der Logarithmus zur Basis e bevorzugt, wobei eine andere Basis des Logarithmus vorgesehen sein kann. Die Variation der Schlackenhöhe ist somit insgesamt proportional zum negativen Logarithmus des Integrals oder der Summe der über die Frequenzen gewichteten frequenzabhängigen Übertragungsfunktion. Für die Variation der Schlackenhöhe ∆h gilt somit ∆h ~ –ln[∑ b / ag(f)H(f)], für diskrete Frequenzen f. It is particularly advantageous to determine the variation of the slag height from the logarithm of the previously formed integral. Here, the logarithm to the base e is preferred, wherein another base of the logarithm can be provided. The variation of the slag height is thus in total proportional to the negative logarithm of the integral or the sum of the frequency-dependent frequency-dependent transfer function weighted by the frequencies. For the variation of the slag height Δh thus applies Δh ~ -ln [Σb / ag (f) H (f)], for discrete frequencies f.

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. According to an advantageous embodiment of the invention, a frequency filter is used, so that only a certain frequency range or frequency component is used to determine the variation of the slag height.

Dadurch können vorteilhafterweise unerwünschte und störende Frequenzen, beispielsweise von Kranbewegungen, Ventilen und/oder sonstigen umliegenden Bauteilen oder Geräten, ausgefiltert werden. Vorteilhafterweise wird dadurch die Bestimmung der Variation der Schlackenhöhe verbessert. Beispielsweise 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. As a result, undesired and disturbing frequencies, for example of crane movements, valves and / or other surrounding components or devices, can advantageously be filtered out. Advantageously, this improves the determination of the variation in the slag height. For example, to detect the frequency range from 50 Hz to 500 Hz or up to 600 Hz, a frequency filter can be used which hides frequencies below 50 Hz and above 600 Hz, preferably above 500 Hz.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt zur Bestimmung des zweiten Sensorsignals eine Strommessung. According to a particularly preferred embodiment of the invention, a current measurement is carried out to determine the second sensor signal.

Hierbei erfolgt die Strommessung vorteilhafterweise derart, dass der gemessene Strom mit dem Strom der Elektrode des Gleichstromelektrolichtbogenofens korreliert ist. In this case, the current measurement is advantageously carried out such that the measured current is correlated with the current of the electrode of the DC electric arc furnace.

In einem bevorzugten Modell zur Bestimmung der Variation der Schlackenhöhe ist die Leistungszufuhr proportional zum Quadrat 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 Gleichstromelektrolichtbogenofen zugeführte Leistung, beispielsweise zur Verbesserung der Leistungseinbringung und zur Verringerung von Strahlungsverlusten, als proportional zum Quadrat des gemessenen Stromes annehmen. In a preferred model for determining the variation of the slag height, the power supply is proportional to the square of the current which was determined during the current measurement, for example at the electrode. This is because, with the resistance of the electric arc nearly constant, the electrode power increases with the square of the measured current. In other words, the power supplied to the DC electric arc furnace, for example, for improving the power input and the Reduction of radiation losses, as proportional to the square of the measured current.

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 Leistungszufuhr über die von der Elektrodenregelung aufgenommene Leistung ermitteln. Die aufgenommene Leistung der Elektrodenregelung wird beispielsweise über eine Spannungs- und/oder Strommessung bestimmt. If an electrode control of the electrode has a sampling rate of at least 10 kHz, preferably a sampling rate in the range from 12 kHz to 13 kHz, the power supply can be determined via the power consumed by the electrode control. The recorded power of the electrode control is determined for example via a voltage and / or current measurement.

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. According to an advantageous embodiment of the invention, a plurality of structure-borne sound sensors is used, wherein the structure-borne sound sensors are arranged at constant angular intervals on the outer wall of the DC electric arc furnace.

Vorteilhafterweise werden dadurch Schwingungen der Außenwand, die durch aus verschiedenen Richtungen eintreffende gedämpfte Schallwellen angeregt werden, mittels der an der Außenwand des Gleichstromelektrolichtbogenofens angeordneten Körperschallsensoren 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 Gleichstromelektrolichtbogenofens anordnen, so dass die Variation der Schlackenhöhe in wenigstens drei Teilbereichen, die im Wesentlichen eine entsprechende Winkelgröße von 120° aufweisen, ermittelt werden kann. Vorgesehen ist auch, eine Mehrzahl n von Körperschallsensoren an der Außenwand des Gleichstromelektrolichtbogenofens anzuordnen, die einen Winkelabstand von 360°/n besitzen. Dadurch wird die Variation der Schlackenhöhe insgesamt in n Teilbereichen, die annähernd eine Winkelgröße von 360°/n aufweisen, bestimmt. Advantageously, vibrations of the outer wall, which are excited by damped sound waves arriving from different directions, are thereby recorded by means of the structure-borne sound sensors arranged on the outer wall of the direct current electric arc furnace. As a result, the variation of the slag height is determined individually in a plurality of subregions of the DC electric arc furnace. For example, at least three structure-borne sound sensors can be arranged at an angular distance of 120 ° (2π / 3) on the outer wall of the DC electric arc furnace, so that the variation of the slag height can be determined in at least three subregions which essentially have a corresponding angular size of 120 °. It is also intended to arrange a plurality n of structure-borne sound sensors on the outer wall of the DC electric arc furnace, which have an angular distance of 360 ° / n. As a result, the variation of the slag height is determined in total in n partial areas which have approximately an angular size of 360 ° / n.

Vorteilhafterweise wird mittels der Mehrzahl von Körperschallsensoren 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 zugeordneten Körperschallsensors durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt. Durch Zusammenfassung der jeweiligen Variationen der Schlackenhöhen ergibt sich die räumliche Verteilung der Variation der Schlackenhöhe im Gleichstromelektrolichtbogenofen. Advantageously, a determination of a spatial distribution of the variation of the slag height is made possible by means of the plurality of structure-borne sound sensors. In this case, the variation of the slag height in each subarea of the direct current electric arc furnace is determined by means of the structure-borne sound sensor assigned to the subregion by the method according to the invention. By summarizing the respective variations of the slag heights, the spatial distribution of the variation of the slag height in the DC electric arc furnace results.

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 Gleichstromelektrolichtbogenofen eingeblasen wird, falls ein Schlackenhöhenschwellwert unterschritten wird. Particularly advantageous is a method for operating a DC electric arc furnace, wherein the determination of the variation of the slag height according to one of the preceding claims takes place and is injected in the carbon in the DC electric arc furnace, if a Schlackenhöhenschwellwert is exceeded.

Vorteilhafterweise wird durch ein Einblasen von Kohlenstoff, insbesondere von zerriebener Kohle, die Schlacke zum Aufschäumen 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 annähernd 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. Advantageously, by blowing in carbon, in particular grated coal, the slag is made to foam, so that the introduction of energy by means of the arc is improved. It is therefore advantageous to achieve the highest possible and evenly distributed slag height in the DC electric arc furnace. If a slag height threshold is undershot, the original slag height can be approximately restored by blowing in carbon. In other words, a variation of the slag height is determined from the variation of the slag height, so that a slag height uniformly distributed over the DC electric arc furnace is established.

Insbesondere wird durch eine Mehrzahl von Körperschallsensoren 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 aufgelöste 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 Gleichstromelektrolichtbogenofens. Dadurch wird vorteilhafterweise der Verbrauch an Kohlenstoff möglichst gering gehalten und auf den nötigen Bedarf reduziert. Zudem wird eine gleichmäßige Bedeckung des Stahlbades mit der Schlacke ermöglicht und eine Reduzierung des Abbrandes und der Leistungszufuhr ermöglicht. Vorteilhafterweise wird dadurch die Produktivität deutlich gesteigert. In particular, the variation of the slag height in a plurality of partial areas of the DC electric arc furnace is determined by a plurality of structure-borne sound sensors, so that by spatially varying injection of coal, preferably in the respective subregions, a spatially resolved control of the slag height or the variation of the slag height is made possible , Preferably, the control of the slag height is carried out by injecting different amounts of carbon in the subregions of the DC electric arc furnace. As a result, the consumption of carbon is advantageously kept as low as possible and reduced to the necessary requirements. In addition, a uniform coverage of the steel bath with the slag is possible and allows a reduction of the burn-up and the power supply. Advantageously, the productivity is significantly increased thereby.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings. Showing:

1 eine Vorrichtung mit einem Gleichstromelektrolichtbogenofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 a device with a DC electric arc furnace for carrying out the method according to the invention;

2 eine Schnittdarstellung des Gleichstromelektrolichtbogenofens; 2 a sectional view of the DC electric arc furnace;

3 eine Draufsicht auf den Gleichstromelektrolichtbogenofen; und 3 a plan view of the DC electric arc furnace; and

4 eine Veranschaulichung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 an illustration of the steps of the method according to the invention.

Gleichartige Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Similar elements may be provided in the figures with the same reference numerals.

1 zeigt eine Vorrichtung, die einen Gleichstromelektrolichtbogenofen 2 und einen Kontrollraum 46 umfasst. Hierbei weist der Gleichstromelektrolichtbogenofen 2 eine Elektrode 10, ein zylinderförmiges Ofengefäß 4, eine Mehrzahl von Körperschallsensoren 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 1 gezeigten drei Körperschallsensoren 6 weisen zueinander einen Winkelabstand 28 von 120° auf. Innerhalb des Gleichstromelektrolichtbogenofens 2 bzw. im Ofengefäß 4 befinden sich ein in 1 nicht dargestelltes Stahlbad 22 und eine Schlacke 24. 1 shows a device comprising a DC electric arc furnace 2 and a control room 46 includes. Here, the direct current electric arc furnace has 2 an electrode 10 , a cylindrical furnace vessel 4 , a plurality of structure-borne sound sensors 6 and a plurality of lances 8th on. The structure-borne sound sensors 6 are on an exterior wall 12 of the DC electric arc furnace 2 or on an outer wall 12 of the cylindrical furnace vessel 4 arranged. In the 1 shown three structure-borne sound sensors 6 have an angular distance to each other 28 from 120 ° up. Inside the DC electric arc furnace 2 or in the furnace vessel 4 are located in 1 not shown steel bath 22 and a slag 24 ,

Eine Leistungs- oder Energiezufuhr in den Gleichstromelektrolichtbogenofen 2 bzw. in das Ofengefäß 4 erfolgt mittels der Elektrode 10. A power or energy input into the DC electric arc furnace 2 or in the furnace vessel 4 takes place by means of the electrode 10 ,

Die Körperschallsensoren 6 nehmen Schwingungen der Außenwand 12 auf, die jeweils einem ersten Sensorsignal 101 entsprechen. 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. The structure-borne sound sensors 6 take vibrations of the outer wall 12 on, each of a first sensor signal 101 correspond. This results in the vibrations of the outer wall 12 from sound waves caused by uneven burning of an arc, not shown 11 on scrap portions on the steel bath 22 emerge. To conduct the first sensor signals 101 to the control room 46 is a high temperature cable 18 intended. In addition, the first sensor signals 101 by means of an amplifier 14 strengthened.

Ein zweites Sensorsignal 102, welches zweite Sensorsignal 102 mittels einer Rogowskispule 16 erfasst wird, wird zur Bestimmung eines Kreuzleistungsspektrums, wie bereits die ersten Sensorsignale 101, zum Kontrollraum 46 geleitet. Hierbei korreliert das zweite Sensorsignal 102 näherungsweise mit dem in der Elektrode 10 des Gleichstromelektrolichtbogenofens 2 vorliegenden 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. A second sensor signal 102 , which second sensor signal 102 by means of a Rogowski coil 16 is detected, to determine a cross power spectrum, as already the first sensor signals 101 , to the control room 46 directed. In this case, the second sensor signal correlates 102 approximately with that in the electrode 10 of the DC electric arc furnace 2 present electricity. In other words, using the Rogowski coil 16 the current in the electrode 10 recorded or measured. The detected current corresponds to the second sensor signal 102 , Here, it is assumed that the square of the current is approximately proportional to the power input to the DC electric arc furnace 2 is.

Der Kontrollraum 46 umfasst wenigstens eine erste Einheit 40 zur Bestimmung der Variation einer Schlackenhöhe 26 (Schlackenhöhe 26 nicht in 1 dargestellt), eine zweite Einheit 42 zur Bestimmung einer räumlichen Verteilung der Variation der Schlackenhöhe 26 und eine dritte Einheit 44 zur Steuerung einer Einblasung von Kohlenstoff (Kohlenstoffeinblasung) mittels der Lanzen 8. The control room 46 includes at least a first unit 40 for determining the variation of a slag height 26 (Slag height 26 not in 1 shown), a second unit 42 for determining a spatial distribution of the variation of the slag height 26 and a third unit 44 for controlling an injection of carbon (carbon injection) by means of the lances 8th ,

Jeweils aus einem der ersten Sensorsignale 101 und dem zweiten Sensorsignal 102 wird mittels der ersten Einheit 40 die Variation der Schlackenhöhe 26 gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem in 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. Daran anschließend ermittelt die dritte Einheit 44, auf Basis der räumlichen Verteilung der Schlackenhöhe 26, eine entsprechende 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 bestenfalls zu jedem Zeitpunkt, insbesondere am Anfang einer Flachbadphase, eine annähernd gleichmäßige Schlackenhöhe 26 im Gleichstromelektrolichtbogenofen 2 vorliegt. Each from one of the first sensor signals 101 and the second sensor signal 102 is by means of the first unit 40 the variation of the slag height 26 according to the inventive method in an in 1 not shown subsection 20 of the DC electric arc furnace 2 determined. This is the variation of the slag height 26 for each of the three structure-borne sound sensors determined individually, so that a total of three variations of slag heights 26 for the three sections 20 available. From the three variations of slag heights 26 is by means of the second unit 42 the spatial distribution of the variation of the slag height 26 determined. Subsequently, the third unit determines 44 , based on the spatial distribution of slag height 26 , a corresponding and adapted carbon injection, by means of the spatially distributed lances 8th he follows. Here blow the three lances 8th different amounts of carbon in the steel bath 22 of the DC electric arc furnace 2 a, so at best at any time, especially at the beginning of a Flachbadphase, an approximately uniform slag height 26 in the DC electric arc furnace 2 is present.

In 2 ist eine Schnittdarstellung des Gleichstromelektrolichtbogenofens 2 dargestellt. Hierbei ist aufgrund der Zylindersymmetrie des Gleichstromelektrolichtbogenofens 2 nur ein Teilbereich des Schnittes gezeigt. In 2 is a sectional view of the DC electric arc furnace 2 shown. This is due to the cylinder symmetry of the DC electric arc furnace 2 only a part of the section shown.

In 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 entstehen, 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 propagieren. 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 2 angedeutet. In 2 becomes the propagation (propagation) of sound waves 50 caused by an uneven burning of the arc 11 on the steel bath 22 and / or on the slag 24 arise, clarified. Due to the uneven burning of the arc 11 , which by means of the electrode 10 is generated, the sound waves arise 50 starting from the electrode 10 to the outer wall 12 of the furnace vessel 4 propagate radially. Here the propagation of the sound waves proceeds 50 through the steel bath 22 through the slag 24 and / or through the surrounding air. Exemplary are a first and second sound path 71 . 72 in 2 indicated.

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, korreliert das Frequenzspektrum des ersten Sensorsignales 101 mit der Schlackenhöhe 26 oder mit der Variation der Schlackenhöhe 26. Hierbei wird die Variation der Schlackenhöhe 26 erfindungsgemäß durch Bildung des Kreuzleistungsspektrums aus einer gewichteten Übertragungsfunktion ermittelt. Die frequenzabhängige Gewichtung erfolgt derart, dass die frequenzabhängige Dämpfung der Schallwellen 50 in der Schlacke 24 und/oder im Stahlbad 22 annähernd kompensiert wird. One on the outside wall 12 of the DC electric arc furnace 2 arranged structure-borne sound sensor 6 detects the amplitudes and / or intensities of the vibrations of the outer wall 12 , where the vibrations are due to the incoming sound waves 50 be stimulated. Because the attenuation of a sound waves 50 in the slag 24 from the frequency of the sound wave 50 depends, the frequency spectrum of the first sensor signal correlates 101 with the slag height 26 or with the variation of slag height 26 , This is the variation of the slag height 26 determined according to the invention by forming the cross power spectrum from a weighted transfer function. The frequency-dependent weighting is such that the frequency-dependent attenuation of the sound waves 50 in the slag 24 and / or in a steel bath 22 is approximately compensated.

Zusätzlich zu 1 zeigt 2 einen wassergekühlten Teilbereich 5 des Ofengefäßes 4. Dadurch wird der im wassergekühlten Teilbereich 5 angeordnete Körperschallsensor 6 vor Wärme geschützt. In addition to 1 shows 2 a water cooled section 5 of the furnace vessel 4 , As a result, the water-cooled portion 5 arranged structure-borne sound sensor 6 protected from heat.

In 3 ist eine Draufsicht des Gleichstromelektrolichtbogenofens 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 Körperschallsensoren 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 Teilbereiche 20 mittels des zugehörigen Körperschallsensors 6 bestimmt. Dadurch wird vorteilhafterweise eine räumliche Auflösung der Variation der Schlackenhöhe 26 im Gleichstromelektrolichtbogenofen 2 ermöglicht. Die Richtungspfeile 30 verdeutlichen die radiale Propagation bzw. Ausbreitung der Schallwellen 50 von der Elektrode 10 zur Außenwand 12. In 3 Fig. 10 is a plan view of the DC electric arc furnace 2 shown. On the outside wall 12 of the cylindrical furnace vessel 4 are the three structure-borne sound sensors 6 at an angular distance 28 arranged by 120 °. This will cover the structure-borne sound sensors 6 at least three subareas 20 of the DC electric arc furnace 2 from. Here are the three sections 20 approximately an angular size of 120 °. The variation of the slag height 26 is in each of the subareas 20 by means of the associated structure-borne sound sensor 6 certainly. This advantageously results in a spatial resolution of the variation of the slag height 26 in the DC electric arc furnace 2 allows. The directional arrows 30 illustrate the radial propagation or propagation of the sound waves 50 from the electrode 10 to the outer wall 12 ,

4 veranschaulicht die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 illustrates the individual steps of the method according to the invention.

In einem ersten Schritt S1 wird ein erstes Sensorsignal 101 mittels eines Körperschallsensors 6 erfasst. In a first step S1, a first sensor signal 101 by means of a structure-borne sound sensor 6 detected.

In einem zweiten Schritt S2, der bestenfalls zeitgleich zum ersten Schritt S1 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, erfasst. In a second step S2, which takes place at the same time as the first step S1 at best, a second sensor signal is generated 102 , which second sensor signal 102 with the power supply in the DC electric arc furnace 2 is correlated, for example, by a current measurement at the electrode 10 , detected.

In einem nächsten Schritt S3 wird aus dem ersten Sensorsignal 101 und aus dem zweiten Sensorsignal 102 das Kreuzleistungsspektrum bestimmt. Für die Bestimmung des Kreuzleistungsspektrums werden die genannten Sensorsignale 101, 102 mittels einer Fouriertransformation spektral dargestellt, so dass zwei frequenzabhängige Sensorsignale 101, 102 vorliegen. In a next step S3 becomes from the first sensor signal 101 and from the second sensor signal 102 determines the cross power spectrum. For the determination of the cross power spectrum, the mentioned sensor signals 101 . 102 spectrally represented by a Fourier transform, so that two frequency-dependent sensor signals 101 . 102 available.

In einem vierten Schritt S4 wird mittels des Kreuzleistungsspektrums eine frequenzabhängige Übertragungsfunktion bestimmt. Hierbei wird die frequenzabhängige Übertragungsfunktion mittels des Betrages des Kreuzleistungsspektrums gebildet, wobei der Betrag des Kreuzleistungsspektrums durch das Leistungsspektrum des fouriertransformierten zweiten Sensorsignals 102 dividiert wird. In a fourth step S4, a frequency-dependent transfer function is determined by means of the cross power spectrum. In this case, the frequency-dependent transfer function is formed by means of the amount of the cross power spectrum, wherein the amount of the cross power spectrum by the power spectrum of the second Fourier transform signal 102 divided.

In einem fünften Schritt S5 wird die im Schritt S4 ermittelte frequenzabhängige Übertragungsfunktion mittels einer Multiplikation mit einer Gewichtungsfunktion frequenzabhängig gewichtet, wobei es bevorzugt ist, höhere Frequenzen stärker zu gewichten. In a fifth step S5, the frequency-dependent transfer function determined in step S4 is frequency-dependent weighted by means of a multiplication with a weighting function, wherein it is preferable to weight higher frequencies more strongly.

Schließlich wird in einem sechsten Schritt S6 aus der gewichteten Übertragungsfunktion die Variation der Schlackenhöhe 26 der Schlacke 24, wenigstens in einem Teilbereich des Gleichstromelektrolichtbogenofens 2, bestimmt. Finally, in a sixth step S6, the weighted transfer function becomes the slag height variation 26 the slag 24 , at least in a portion of the DC electric arc furnace 2 , certainly.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, or other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005034409 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Sound-based foam slag detection for power control of an electric arc furnace; Steel and Iron (2010), Issue 9, pages 53-62 [0005]

Claims

Method for determining the variation of a slag height ( 26 ) of a slag ( 24 ) of a DC electric arc furnace ( 2 ) with at least one on an outer wall ( 12 ) of the DC electric arc furnace ( 2 ) arranged structure-borne sound sensor ( 6 ), in which a first sensor signal ( 101 ), which by means of the structure-borne sound sensor ( 6 ), and a second sensor signal ( 102 ) connected to the power supply in the DC electric arc furnace ( 2 ) is used to derive a frequency-dependent cross-power spectrum in which a frequency-dependent transfer function is determined by means of the cross-conduction spectrum, wherein the variation of the slag height ( 26 ) is determined from a frequency-dependent weighting of the transfer function.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the weighting is such that higher frequencies are weighted more heavily than lower ones.

Method according to one of the preceding claims, in which the weighting takes place by means of a multiplication of the transfer function with a frequency-dependent weighting function.

A method according to claim 3, wherein the at least one frequency dependent weighting function is formed by squaring the frequency.

Method according to one of the preceding claims, in which the variation of the slag height ( 26 ) is determined from an integral of the weighted transfer function.

A method according to claim 5, wherein the integral is formed over the frequency range of 50 Hz to 600 Hz.

Method according to one of the preceding claims, in which a frequency filter is provided.

Method according to one of the preceding claims, in which a current measurement is carried out to determine the second sensor signal.

The method of claim 8, wherein the second sensor signal is formed by squaring the current detected by the current measurement.

Method according to one of the preceding claims, in which a plurality of structure-borne sound sensors ( 6 ) is used, wherein the structure-borne sound sensors ( 6 ) at constant angular intervals on the outer wall ( 12 ) of the DC electric arc furnace ( 2 ) are arranged.

The method of claim 10, wherein among the plurality of structure-borne sound sensors ( 6 ) a spatial distribution of slag height ( 26 ) is determined.

Method for operating a DC electric arc furnace ( 2 ), in which a determination of the variation of a slag height ( 26 ) according to one of the preceding claims and in the carbon in the DC electric arc furnace ( 2 ) is blown in, if a Schlackenhöhenschwellwert falls below.