AT519417B1 - Verfahren zum Messen eines Zustandes eines metallurgischen Gefäßes in einem Stahlwerk und Stahlwerk hiefür - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines Zustandes eines metallurgischen Gefäßes (3) in einem Stahlwerk (1), umfassend: Bereitstellen des Gefäßes (3) in einer geöffneten Stellung im Stahlwerk (1); Fliegen eines unbemannten Fluggeräts (12) mit einem daran befestigten Laserscanner (14) von einem vom Gefäß (3) entfernten Landeplatz (13) in eine Messposition (Mi) innerhalb, oberhalb oder schräg oberhalb des Gefäßes (3); und Messen eines Zustandes des Gefäßes (3) mit Hilfe eines vom Laserscanner (14) ausgesandten und empfangenen, zumindest einen Teil des Inneren des Gefäßes (3) abtastenden Lasermessstrahls (15). Die Erfindung betrifft ferner ein Stahlwerk (1) zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines Zustandes eines metallurgischen Gefäßes in einem Stahlwerk. Die Erfindung betrifft ferner ein Stahlwerk zur Durchführung dieses Verfahrens.

[0002] Das Messen des Zustandes von metallurgischen Gefäßen wie Öfen, Konvertern oder Gießpfannen ist in Stahlwerken eine wichtige Aufgabe. Wenn der zu überprüfende Zustand beispielsweise die Qualität einer feuerfesten Auskleidung des Gefäßes ist, z.B. deren Dicke oder die Ebenheit bzw. Abnützung ihrer Oberfläche, ist dies ein sicherheitskritisches Element, das notwendige Instandhaltungsarbeiten wie das Aufbringen einer neuen oder zusätzlichen Auskleidungsschicht anzeigen kann. Der zu messende Zustand kann aber auch ein Schmelzestand im Gefäß sein, welcher für Prozesssteuerungszwecke wichtig ist.

[0003] Aufgrund der hohen Hitzeentwicklung eines im Betrieb befindlichen Metallschmelzegefäßes muss diese Zustandsüberprüfung derzeit entweder aus sicherer Entfernung visuell durchgeführt werden, was ungenaue Messergebnisse liefert, oder es muss das Abkühlen des Gefäßes abgewartet werden, was eine kostspielige Betriebsunterbrechung bedeutet.

[0004] Die Erfindung setzt sich zum Ziel, ein Verfahren zum Messen des Zustandes eines metallurgischen Gefäßes in einem Stahlwerk und ein hiefür geeignetes Stahlwerk zu schaffen, welche eine genaue, rasche und sichere Zustandsmessung des Gefäßes ohne Betriebsunterbrechung ermöglichen.

[0005] Dieses Ziel wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung mit einem Verfahren zum Messen eines Zustandes eines metallurgischen Gefäßes in einem Stahlwerk erreicht, das umfasst: [0006] Bereitstellen des Gefäßes in einer geöffneten Stellung im Stahlwerk; [0007] Fliegen eines unbemannten Fluggeräts mit einem daran befestigten Laserscanner von einem vom Gefäß entfernten Landeplatz in eine Messposition innerhalb, oberhalb oder schräg oberhalb des Gefäßes; und [0008] Messen eines Zustandes des Gefäßes mit Hilfe eines vom Laserscanner ausgesandten und empfangenen, zumindest einen Teil des Inneren des Gefäßes abtastenden Lasermessstrahls.

[0009] Die Erfindung beruht auf dem völlig neuartigen Ansatz, mit Hilfe eines im Stahlwerk beweglichen Fluggeräts einen Laserscanner temporär in die Nähe des Gefäßes zu bringen, um dessen Zustand zu messen. Das Fluggerät kann den Laserscanner gleichsam im „Vorbeifliegen“ zum Einsatz bringen bzw. braucht nur ganz kurz innerhalb, oberhalb oder schräg oberhalb des Gefäßes in der Luft zu verharren, so dass der Laserscanner nur so kurz der Hitzeentwicklung des Gefäßes ausgesetzt ist, dass er keinen Schaden nimmt. Der Einsatz eines Fluggeräts als Trägerplattform für den Laserscanner erfordert keinerlei kostspielige stationäre Montageeinrichtungen für den Laserscanner und ist beispielsweise bedeutend kostengünstiger als der Einsatz eines Roboterarms, mit welchem der Laserscanner zum Gefäß und wieder zurück gebracht werden kann.

[0010] Bevorzugt wird das Fluggerät in eine Vielzahl aufeinanderfolgender Messpositionen geflogen, in denen jeweils ein Zustand gemessen wird, welche Messpositionen entlang einer wendelförmigen Bahn liegen, die oberhalb des Gefäßes zumindest einmal rund um das Gefäß führt. Dadurch wird der Bereich höchster Wärmeabstrahlung über dem offenen Gefäß vermieden und der Laserscanner kann in kurzer Zeit aus unterschiedlichen Blickwinkeln und von unterschiedlichen Flughöhen mit seinem Lasermessstrahl in das Innere des Gefäßes „blicken“.

[0011] In vorteilhafter Weise wird die wendelförmigen Bahn von oben nach unten abgeflogen und der Durchmesser der wendelförmigen Bahn verringert sich von oben nach unten, wodurch ein etwa trichterförmiger Hitzeabstrahlungsbereich oberhalb des Gefäßes ausgespart, d.h. umflogen, wird.

[0012] Besonders günstig ist es, wenn während des Fliegens die Temperatur oder empfangene Wärmemenge gemessen und das Fliegen entlang der wendelförmigen Bahn abgebrochen und das Fluggerät zurück zum Landeplatz geflogen wird, wenn die gemessene Temperatur bzw. Wärmemenge einen Grenzwert überschreitet. Alternativ kann während des Fliegens die Temperatur bzw. Wärmemenge gemessen und der Durchmesser der wendelförmigen Bahn konstantgehalten oder wieder vergrößert werden, wenn die gemessene Temperatur bzw. Wärmemenge einen Grenzwert überschreitet. Damit kann eine Überhitzung des Fluggeräts mit dem Laserscanner vermieden werden.

[0013] Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung kann mit dem Fluggerät eine Opfersonde transportiert und während des Überflugs oder Vorbeiflugs des Gefäßes in das Gefäß abgeworfen werden. Eine Opfersonde ist ein Funksensor, der beispielsweise die Temperatur, Dichte oder chemische Zusammensetzung der Schmelze im Gefäß misst, wenn er darin eintaucht, und solange arbeitet und seine Messdaten nach außen funkt, bis er durch die Hitze zerstört ist.

[0014] Wie erörtert kann der gemessene Zustand des Gefäßes z.B. die Oberfläche einer feuerfesten Auskleidung des Gefäßes sein, um beispielsweise Schlackenanbackungen oder Verschleißbereiche der Auskleidung zu messen. Alternativ kann der Zustand aber auch einfach der Füllstand einer Schmelze im Gefäß sein.

[0015] Das Verfahren der Erfindung eignet sich für alle Arten von metallurgischen Gefäßen in Stahlwerken, worunter hierin nicht nur stahlproduzierende Werke sondern auch stahlverarbeitende Werke wie Gießereien verstanden werden. Das Gefäß ist demgemäß beispielsweise ein Hochofen oder Stahlkonverter in einem Stahlwerk oder eine Gießpfanne in einer Gießerei.

[0016] In einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung ein Stahlwerk mit einem metallurgischen Gefäß zur Aufnahme einer Schmelze, welches Stahlwerk sich durch einen Laserscanner auszeichnet, der mit nach unten oder schräg nach unten gerichtetem Lasermessstrahl an einem unbemannten Fluggerät montiert ist, wobei der Laserscanner und das Fluggerät mit einer Steuerung in Verbindung stehen, welche dafür ausgebildet ist, das Fluggerät in zumindest eine Messposition innerhalb, oberhalb oder schräg oberhalb des Gefäßes zu fliegen und von dort mittels des Lasermessstrahls einen Zustand des Gefäßes zu messen.

[0017] Hinsichtlich der Vorteil des erfindungsgemäßen Stahlwerkes wird auf die oben erörterten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.

[0018] Das unbemannte Fluggerät kann beispielsweise ein Drehflügler, z.B. Helikopter, sein, der fernsteuerbar ist. Bevorzugt ist das unbemannte Fluggerät jedoch ein Multikopter. Derartige Multikopter sind in der Regel mit einer Steuerung zur Einstellung und Stabilisierung ihrer Fluglage ausgestattet, welche meist auf der drehmomentausgleichenden Wirkung paarweise gegenläufiger Propeller und den Fluglagesteuerungsmöglichkeiten unterschiedlicher Propellerdrehzahlen der verschiedenen Propeller beruht. Dies ermöglicht z.B. einen stabilen, weitgehend autonomen Langsamflug des Fluggeräts im Stahlwerk. Durch die guten Fluglagesteuerungsmöglichkeiten eines Multikopters sind damit auch allfällige hitzebedingte Aufwinde im Stahlwerk gut bewältigbar.

[0019] Das Fluggerät kann beispielsweise von einer Bedienungsperson im Stahlwerk ferngesteuert werden. Bevorzugt wird jedoch vorgesehen, dass die Steuerung selbst dafür ausgebildet ist, das Fluggerät von einem Landeplatz im Stahlwerk bis zu der zumindest einem Messposition und wieder zurück zu fliegen, so dass das Bedienungspersonal von dieser Aufgabe entlastet wird.

[0020] Das Fluggerät kann sich zu diesem Zweck beispielsweise autonom im Stahlwerk hinsichtlich Position und Lage verorten, beispielsweise indem es sich an im Stahlwerk verteilten Infrarot- oder Funkbaken orientiert, und so selbst den Landeplatz und seine Messposition(en) ansteuert. Alternativ oder zusätzlich wird ein vom Fluggerät gesondertes Ortungsgerät zum Messen der Position des Fluggeräts im Stahlwerk vorgesehen, wobei die genannte Steuerung Positionsmessdaten vom Ortungsgerät empfängt. Dies vereinfacht den Aufbau des Fluggeräts.

Das Ortungsgerät kann insbesondere ein das Fluggerät mitverfolgender, im Stahlwerk ortsfest montierter weiterer Laserscanner sein, welcher das Fluggerät während seiner Bewegung fortlaufend anpeilt („tracking“) oder in einem von ihm erzeugten 3D Bild („Abtastpunktewolke“) des Innenraums des Stahlwerks das Fluggerät detektiert und mitverfolgt („track while scan“, TWS).

[0021] Wie erörtert ist das Fluggerät bevorzugt mit einem Temperatur- oder Wärmemengensensor ausgestattet und die Steuerung dafür ausgebildet, das Fluggerät vom Gefäß weiter weg zufliegen, wenn die gemessene Temperatur oder erfasste Wärmemenge einen Grenzwert überschreitet.

[0022] Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal kann das Fluggerät eine fernsteuerbare Abwurfeinrichtung für eine Opfersonde aufweisen. Beispielsweise umfasst die Abwurfeinrichtung eine vom Fluggerät auskragende Stange, deren Ende die Opfersonde ausklinkbar trägt.

[0023] Aufgrund der hohen Staubbelastung in einem Stahlwerk ist es besonders günstig, wenn gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung der Landeplatz mit einer sich automatisch öffnenden und schließenden Staubschutzabdeckung ausgestattet ist. Dadurch kann das Fluggerät mit dem empfindlichen Laserscanner in seinen Parkphasen am Landeplatz entsprechend geschützt werden. Aus denselben Gründen ist es besonders günstig, wenn der Landeplatz optional mit einer automatischen Reinigungsanlage für das Fluggerät ausgestattet ist.

[0024] Bevorzugt ist der Landeplatz auch mit einer automatischen Ladestation für einen Energiespeicher des Fluggeräts ausgestattet, beispielsweise einer Ladestation für eine Batterie eines batteriebetriebenen Multikopters oder einer automatischen Betankungsanlage für einen verbrennungskraftbetriebenen Multikopter.

[0025] Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt: [0026] Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Stahlwerks gemäß der Erfindung zur Durch führung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht des Stahlwerks; [0027] Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stahlwerks und Verfah rens in einer schematischen Seitenansicht des Stahlwerks; [0028] Fig. 3 die Flugbahn des Fluggeräts rund um das Gefäß nach verschiedenen Ausfüh rungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Perspektivansicht; [0029] Fig. 4 den Landeplatz des Stahlwerkes im Detail in einer schematischen Perspektivan sicht; und [0030] Fig. 5 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stahlwerks und Verfahrens während des Abwerfens einer Opfersonde in das Gefäß in einer schematischen Perspektivansicht des Stahlwerks.

[0031] Gemäß Fig. 1 umfasst ein Stahlwerk 1 einen Schmelzofen 2, von dem ein Gefäß 3, hier eine Gießpfanne, Schmelze 4 - sei es direkt oder über Zwischenbehälter oder -rinnen - aufnimmt und zu Formen 5 transportiert, in welche die Schmelze 4 über eine Gießschnauze 6 des Gefäßes 3 durch Verkippen desselben eingegossen wird.

[0032] Das Gefäß 3 ist über ein Gehänge 7 an einer Laufkatze 8 eines Deckenkrans 9 abgehängt. Der Deckenkran 9 hat einen Kranführerstand 10, von dem aus der Betrieb des Stahlwerks 1 überwacht und gesteuert werden kann, darunter auch die Transportbewegung des Gefäßes 3 zwischen dem Schmelzofen 2 und den Formen 5.

[0033] In der in Fig. 1 gezeigten Transportphase des Gefäßes 3 zwischen Schmelzofen 2 und Formen 5 ist des Gefäßes 3 mit der Schmelze 4 bis zu einem Füllstand 11 gefüllt, der gemessen werden soll. Zu diesem Zweck ist ein im Stahlwerk 1 flugfähiges, unbemanntes Fluggerät (unmanned areal vehicle, UAV) 12 vorgesehen, das im Stahlwerk 1 einen eigenen Landeplatz 13 hat (dort in der Landestellung mit strichlierten Linien gezeigt).

[0034] Das Fluggerät 12 ist beispielsweise ein unbemannter Drehflügler, z.B. Helikopter. Bevorzugt und wie dargestellt ist das Fluggerät 12 jedoch ein Multikopter mit zwei, drei, vier oder mehr Rotoren, beispielsweise vier Rotoren („Quadrokopter“) oder acht Rotoren („Octokopter“). Ein solches Multikopter-Fluggerät 12 ist mit einer Steuerung zur Einstellung und autonomen Stabilisierung seiner Fluglage ausgestattet und verwendet dazu in der Regel die drehmomentausgleichende Wirkung paarweise gegenläufiger Propeller und die Fluglagesteuerungsmöglichkeiten von unterschiedlichen Propellerdrehzahlen der verschiedenen Propeller.

[0035] An dem Fluggerät 12 ist ein Laserscanner 14 mit einem nach unten oder schräg nach unten gerichteten bzw. richtbaren Lasermessstrahl 15 montiert. Der Lasermessstrahl 15 kann unter einem konstanten, einstellbaren Winkel aus dem Laserscanner 14 austreten oder von diesem über einen Abtastwinkelbereich 16, welcher auch ein Raumwinkel sein kann, abtastend geführt werden. Mit Hilfe von Laufzeitmessungen an dem umgebungsreflektiertem Lasermessstrahl 15 kann der Laserscanner 14 seine Relativentfernung zum jeweiligen Auftreffpunkt P des Lasermessstrahls 15 in der Umgebung messen. Wenn der Laserscanner 14 bzw. das Fluggerät 12 - beispielsweise mittels Triangulation von im Stahlwerk 1 an bekannten Positionen verteilten Infrarot- oder Funkbaken, mittels Satellitennavigation (global navigation satellite system, GNSS) und/oder einer Trägheitsmesseinrichtung (inertial measurement unit, IMU) oder durch externe Verödung (siehe dazu später) - seine eigene Position und Lage kennt, kann daraus, aus der Aussenderichtung des Lasermessstrahls 15 sowie aus der gemessenen Relativentfernung die Position des Auftreffpunktes P z.B. in einem Koordinatensystem 17 des Stahlwerks 1 ermittelt werden.

[0036] Wenn der Laserscanner 14 den Lasermessstrahl 15 über einen Abtastwinkelbereich 16 abtastend führt („scannt“), kann aus einer Vielzahl vermessener Auftreffpunkte P ein 3D-Abbild der Umgebung im Abtastwinkelbereich 16 in Form einer „Punktewolke“ erstellt werden. In diesem Fall kann das Fluggerät 12 bzw. Laserscanner 14 sich auch anhand im 3D-Modell detek-tierter bekannter Umgebungsobjekte veröden und so beispielsweise auf eine gesondede Positionsvermessung mithilfe von Stützbaken, eines GNSS- und/oder IMU-Systems oder einer externen Verödung verzichten.

[0037] Sobald das Fluggerät 12 mit dem daran montierten Laserscanner 14 in eine Messposition M innerhalb, oberhalb oder schräg oberhalb des Gefäßes 3 geflogen wird, kann es mithilfe des Lasermessstrahls 15 z.B. den Schmelzestand 11 im Gefäß 3 vermessen, entweder unter Zuhilfenahme seiner eigenen Position und Lage, der bekannten Aussenderichtung des Lasermessstrahls 15 und einer bekannten Position und Lage des Gefäßes 3, oder durch Referenzie-rung des Messpunktes P des Schmelzestandes 11 auf andere Objekte im 3D-Abbild des Abtastwinkelbereichs 16, beispielsweise den oberen Rand 18 des Gefäßes 3, relativ zu welchem der Schmelzestand 11 in der Abtastpunktewolke des Laserscanners 14 ermittelt werden kann.

[0038] Auf dieselbe Weise kann damit auch die Dicke einer feuerfesten Auskleidung 19 des Gefäßes 3 gemessen werden, entweder bei leerem Gefäß oder bei vollem Gefäß 3 oberhalb des Schmelzestandes 11, beispielsweise relativ zu einer vorgegebenen Soll-Dicke der Wand 20 oder des Randes 18 des Gefäßes 3 in der Abtastpunktewolke des Laserscanners 14.

[0039] Das Fluggerät 12 mit daran montiertem Laserscanner 14 kann von einer Bedienungsperson, z.B. dem Kranführer in der Kranführerkabine 10, vom Landeplatz 13 zu der Messposition M innerhalb, oberhalb oder schräg oberhalb des Gefäßes 3 und wieder zurück geflogen werden, wobei die Verweilzeit in der Nähe des Gefäßes 3 möglichst kurz gehalten wird, um den Hitzeinfluss auf das Fluggerät 12 und den Laserscanner 14 zu minimieren. Der Laserscanner 14 und das Fluggerät 12 stehen dabei mit einer Steuerung 21 in Verbindung, welche beispielsweise als Fernsteuerung in der Kranführerkabine 10 angeordnet ist und über eine Funkverbindung 22 mit dem Fluggerät 12 und dem Laserscanner 14 kommuniziert. Die Messwerte des Laserscanner 14 können dabei auch an einer Anzeige 23 der Fernsteuerung 21, insbesondere im Kranführerstand 10, über die Funkverbindung 22 empfangen und dargestellt werden.

[0040] Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung 21 teilweise oder zur Gänze im Fluggerät 12 und/oder dem Laserscanner 14 angeordnet sein und das Fluggerät 12 z.B. auch autonom vom Landeplatz 13 zur Messposition M und wieder zurück zu fliegen. Die Steuerung 21 kann dazu auch einen Messwert der aktuellen Position des Gefäßes 3 von der Kransteuerung 24 erhalten, beispielsweise über eine Datenverbindung zwischen Steuerung 21 und Kransteuerung 24 oder die Funkverbindung 22. Die Messwerte des Laserscanners 14 können dabei im Fluggerät 12 oder dem Laserscanner 14 für eine später Offline-Auswertung gespeichert oder wieder über die Funkverbindung 22 „online“ zur Anzeige 23 gesandt werden.

[0041] Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Stahlwerks 1 und des Verfahrens zum Messen eines Zustandes des Gefäßes 3, wobei im weiteren nur auf die Unterschiede zu Fig. 1 eingegangen wird. Bei der Ausführungsform von Fig. 2 ist das Gefäß 3 ein Stahlkonverter, in dem Metall geschmolzen und zu Stahl veredelt wird, wie dem Fachmann bekannt. Das Gefäß 3 steht hier wieder in einer aufrechten, oberseitig geöffneten Stellung im Stahlwerk 1 und ist hier leer, um z.B. Schlackenanbackungen 25, Verschleißstellen („Löcher“) 26 od. dgl. an bzw. in der Auskleidung 19, allgemein einen Zustand der Oberfläche der Auskleidung 19, zu messen.

[0042] Der Zustand des Gefäßes 3 wird beispielsweise unmittelbar nach seiner Entleerung (siehe schematisch dargestellter Abstich 27) gemessen und das Gefäß 3 ist daher noch extrem heiß. Oberhalb des Gefäßes 3 ist mit strichlierten Linien eine innere, zylinderförmige Heißzone 28 eingezeichnet, in welcher hohe Wärmekonvektion und Wärmestrahlung aus dem Gefäß 3 auftritt. In einer äußeren, sich vom Gefäß 3 nach oben trichterförmig erweiternden Heißzone 29 ist die Wärmekonvektion aus dem Gefäß 3 reduziert, aber immer noch extrem starke Wärmestrahlung aus dem Gefäßinneren zu erwarten.

[0043] Um die Heißzonen 28 und 29 zu vermeiden, wird das Fluggerät 12 in einer wendelförmigen Bahn 30 rund um die zylinderförmige Heißzone 28 und bevorzugt auch rund um die trichterförmige Heißzone 29 herumgeflogen, wie in Fig. 3 im Detail gezeigt.

[0044] Gemäß Fig. 3 wird die wendelförmige Bahn 30, deren Durchmesser sich entsprechend der Heißzone 29 von oben nach unten verringert, bevorzugt - wenn auch nicht zwingend - von oben nach unten abgeflogen. Die wendelförmige Bahn 30 führt zumindest einmal rund um Gefäß 3 herum, im gezeigten Beispiel siebenmal, bis das Fluggerät 12 knapp oberhalb des Gefäßes 3 die Bahn 30 verlässt (Pfeil 32), um wieder zum Landeplatz 13 zurückzukehren. Entlang der Bahn 30 ergeben sich dadurch eine Vielzahl aneinanderfolgender Messpunkte M1; M2, ..., allgemein Mi, von welchen aus jeweils der Lasermessstrahl 15 Messpunkte P des Schmelzstandes 11 und/oder der Oberfläche der Auskleidung 19 des Gefäßes 3 vermessen kann.

[0045] Bevorzugt ist das Fluggerät 12 dabei mit einem an die Steuerung 21 angeschlossenen Temperatursensor 33 ausgestattet, welcher die aktuelle Luft- und/oder Strahlungstemperatur am jeweiligen Messpunkt M, misst und das Abfliegen der wendelförmigen Bahn 30 abbricht, sobald die gemessene Temperatur einen Grenzwert überschreitet (Pfeil 34). Alternativ kann der Durchmesser der wendelförmigen Bahn 30 konstantgehalten oder sogar wieder vergrößert werden, wenn beim Abfliegen von oben nach unten die gemessene Temperatur einen Grenzwert überschreitet, wie durch den strichlierten Zylinder 35 angedeutet. Mit anderen Worten geht das Fluggerät 12 bei Überschreiten des Temperaturgrenzwerts von einer sich trichterförmig nach unten (entsprechend der Heißzone 29) verjüngenden wendelförmigen Flugbahn 30 auf eine zylindrisch-wendelförmige Flugbahn um den Zylinder 35 oder eine sich erweiternde Flugbahn über.

[0046] Anstelle eines Temperatursensors 33 kann auch ein Wärmemengensensor eingesetzt werden, welcher die auf das Fluggerät 12 und/oder den Laserscanner 14 einwirkende Wärmemenge, d.h. fortlaufend über ein gewähltes Zeitfenster akkumulierte Strahlungs- und/oder Konvektionswärme, erfasst. Wenn die so erfasste Wärmemenge einen Grenzwert überschreitet, wird wie oben erörtert entweder die Bahn 30 abgebrochen (Pfeil 34) oder im Durchmesser konstantgehalten (35) oder vergrößert. Dadurch können kurzzeitige Temperaturüberschreitungen toleriert werden, solange die insgesamt in einem vorgegebenen Zeitfenster auf das Flügge rät 12 bzw. den Laserscanner 14 einwirkende Wärmemenge nicht den vorgegebenen Grenzwert übersteigt.

[0047] Zurückkehrend auf Fig. 2 kann zur Verödung des Fluggeräts 12 im Stahlwerk 1 optional ein weiterer Laserscanner 36 ortsfest im Stahlwerk 1 montiert werden. Der Laserscanner 26 scannt mit einem Lasermessstrahl 37 entweder das gesamte Innere des Stahlwerks 1 ab und detektiert in der 3D-Punktewolke seines Abtastbildes das Fluggerät 12 und damit dessen Ort und Lage im Koordinatensystem 17 („track while scan“, TWS), oder der Laserscanner 26 peilt mit Hilfe seines Lasermessstrahls 37 das Fluggerät 12 fortlaufend an („tracking“). Dadurch sind die Position des Fluggeräts 12 und seine Fluglage, z.B. wenn es mehrere detektierbare Reflexionsmarken trägt oder seine Umrissform mitdetektiert wird, fortlaufend messbar und können vom Laserscanner 36 über eine entsprechende Datenverbindung an die Steuerung 21 kommuniziert werden.

[0048] Fig. 2 zeigt ferner, dass der Landeplatz 13 für das Fluggerät 12 mit einer offen- und schließbaren Staubschutzabdeckung 38 und weiteren Schutz- und Wartungseinrichtungen für das Fluggerät 12 ausgestattet sein kann, wie in Fig. 4 im Detail gezeigt.

[0049] Gemäß Fig. 4 ist der Landeplatz 13 in Form eines die Staubschutzabdeckung 38 bildenden Gehäuses 39 mit einer z.B. aufklappbaren Wand 40 ausgebildet. Die Wand 40 kann beispielsweise mit Hilfe eines Antriebs 41 automatisch bei Annäherung des Fluggerätes 12 geöffnet, nach dessen Abstellung auf dem Landeplatz 13 geschlossen und für den Ausflug wieder geöffnet werden.

[0050] Das Gehäuse 39 ist mit einer schematisch dargestellten Kühlung 42, z.B. einem Ventilator oder Klimagerät, und einer externen Speisung 43 hierfür ausgestattet. Ferner kann im Gehäuse 39 eine automatische Ladestation 44 für einen Energiespeicher des Fluggeräts 12 angeordnet sein, beispielsweise ein Ladestecker 45 an einem Roboterarm 46, der dem Fluggerät 12 Ladestrom von der Speisung 43 zuführen kann. Wenn das Fluggerät 12 mit einem Verbrennungsmotor betrieben ist, kann die Ladestation 44 auch eine Robotertankstelle für Brennstoff sein.

[0051] Weiters ist das Gehäuse 39 mit einer automatischen Reinigungsanlage 47 für das Fluggerät 12 ausgestattet, beispielsweise einer Anzahl von Waschdüsen 48, welche Reinigungsflüssigkeit von einem Vorrat 49 auf das Fluggerät 12 und den daran montierten Laserscanner 40 aufbringen können. Die Kühlung 42 kann dann beispielsweise in umgekehrter Richtung als z.B. Heißluftrocknung nach dem Waschvorgang eingesetzt werden.

[0052] Fig. 5 zeigt eine Weiterbildung des Fluggeräts 12 zum Abwerfen einer Opfersonde 50 in das Gefäß 3 beim Vorbeiflug bzw. von einer Messposition M, aus. Zu diesem Zweck trägt das Fluggerät 12 eine auskragende Stange 51, an deren Ende eine fernsteuerbare Ausklinkeinrichtung 52 für das Halten und Abwerfen der Opfersonde 50 angeordnet ist. An einem zur Stange 51 diametralen Ende des Fluggeräts 12 ist ein Gegengewicht 53 am Fluggerät 12 montiert.

[0053] Die Opfersonde 50 ist, wie dem Fachmann bekannt, beispielsweise ein Funksensor, der die Temperatur, Dichte, chemische Zusammensetzung usw. der Schmelze 4 im Gefäß 3 messen kann, bis er durch die Hitzeeinwirkung der Schmelze 4 zerstört ist bzw. darin verglüht und einschmilzt. Ein im Stahlwerk 1 angeordneter Funkempfänger, beispielsweise in der Steuerung 21, kann die Messwerte des Funksensors der Opfersonde 50 empfangen, bis diese zerstört ist.

[0054] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten, Modifikationen und Kombinationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen.

Claims (20)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zum Messen eines Zustandes eines metallurgischen Gefäßes (3) in einem Stahlwerk (1), umfassend: Bereitstellen des Gefäßes (3) in einer geöffneten Stellung im Stahlwerk (1); gekennzeichnet durch: Fliegen eines unbemannten Fluggeräts (12) mit einem daran befestigten Laserscanner (14) von einem vom Gefäß (3) entfernten Landeplatz (13) in eine Messposition (M,) innerhalb, oberhalb oder schräg oberhalb des Gefäßes (3); und Messen eines Zustandes des Gefäßes (3) mit Hilfe eines vom Laserscanner (14) ausgesandten und empfangenen, zumindest einen Teil des Inneren des Gefäßes (3) abtastenden Lasermessstrahls (15).
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (12) in eine Vielzahl aufeinanderfolgender Messpositionen (M,) geflogen wird, in denen jeweils ein Zustand gemessen wird, welche Messpositionen (M,) entlang einer wendelförmigen Bahn (30) liegen, die oberhalb des Gefäßes (3) zumindest einmal rund um das Gefäß (3) führt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wendelförmigen Bahn (30) von oben nach unten abgeflogen wird und der Durchmesser der wendelförmigen Bahn (30) sich von oben nach unten verringert.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Fliegens die Temperatur oder empfangene Wärmemenge gemessen wird, und dass das Fliegen entlang der wendelförmigen Bahn (30) abgebrochen und das Fluggerät (12) zurück zum Landeplatz (13) geflogen wird, wenn die gemessene Temperatur bzw. Wärmemenge einen Grenzwert überschreitet.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Fliegens die Temperatur oder empfange Wärmemenge gemessen wird, und dass der Durchmesser der wendelförmigen Bahn (30) konstantgehalten oder wieder vergrößert wird, wenn die gemessene Temperatur bzw. Wärmemenge einen Grenzwert überschreitet.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Fluggerät (12) eine Opfersonde (50) transportiert und während des Überflugs oder Vorbeiflugs in das Gefäß (3) abgeworfen wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Zustand die Oberfläche einer feuerfesten Auskleidung (19) des Gefäßes (3) ist.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Zustand ein Schmelzestand (11) im Gefäß (3) ist.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß (3) ein Hochofen, ein Stahlkonverter oder eine Gießpfanne ist.
10. 10. Stahlwerk, mit einem metallurgischen Gefäß zur Aufnahme einer Schmelze, gekennzeichnet durch einen Laserscanner (14), der mit nach unten oder schräg nach unten gerichtetem Lasermessstrahl (15) an einem unbemannten Fluggerät (12) montiert ist, wobei der Laserscanner (14) und das Fluggerät (12) mit einer Steuerung (21) in Verbindung stehen, welche dafür ausgebildet ist, das Fluggerät (12) in zumindest eine Messposition (Μ,) innerhalb, oberhalb oder schräg oberhalb des Gefäßes (3) zu fliegen und von dort mittels des Lasermessstrahls (15) einen Zustand des Gefäßes (3) zu messen.
11. 11. Stahlwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (12) ein Multikopter ist.
12. 12. Stahlwerk nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (21) dafür ausgebildet ist, das Fluggerät (12) von einem Landeplatz (13) im Stahlwerk (1) bis zu der zumindest einen Messposition (M,) und wieder zurück zu fliegen.
13. 13. Stahlwerk nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ortungsgerät (26) zum Messen der Position des Fluggeräts (12) im Stahlwerk (1) vorgesehen ist, und dass die Steuerung (21) für das Steuern des Fluggeräts (12) Positionsmessdaten vom Ortungsgerät (26) empfängt.
14. 14. Stahlwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ortungsgerät (26) ein das Fluggerät (12) mitverfolgender, im Stahlwerk (1) ortsfest montierter weiterer Laserscanner ist.
15. 15. Stahlwerk nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (12) mit einem Temperatur- oder Wärmemengensensor (33) ausgestattet und die Steuerung (21) dafür ausgebildet ist, das Fluggerät (12) vom Gefäß (3) weiter weg zufliegen, wenn die gemessene Temperatur bzw. erfasste Wärmemenge einen Grenzwert überschreitet.
16. 16. Stahlwerk nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät (12) eine fernsteuerbare Abwurfeinrichtung (51, 52) für eine Opfersonde (50) aufweist.
17. 17. Stahlwerk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwurfeinrichtung (51, 52) eine vom Fluggerät (12) auskragende Stange (51) umfasst, deren Ende die Opfersonde (50) ausklinkbar trägt.
18. 18. Stahlwerk nach einem der Ansprüche 10 bis 17 jeweils in Verbindung mit Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Landeplatz (13) mit einer sich automatisch öffnenden und schließenden Staubschutzabdeckung (38) ausgestattet ist.
19. 19. Stahlwerk nach einem der Ansprüche 10 bis 18 jeweils in Verbindung mit Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Landeplatz (13) mit einer automatischen Reinigungsanlage (47) für das Fluggerät (12) ausgestattet ist.
20. 20. Stahlwerk nach einem der Ansprüche 10 bis 19 jeweils in Verbindung mit Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Landeplatz (13) mit einer automatischen Ladestation (44) für einen Energiespeicher des Fluggeräts (12) ausgestattet ist.