DE19625537C1 - Method and apparatus for producing steel from scrap - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Stahl aus festen Einsatzstoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Elektro-Lichtbogenofen zur Herstellung von Stahl aus festen Einsatzstoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.The invention relates to a method for producing steel from solid Feedstocks according to the preamble of claim 1 and an electric arc furnace for the production of steel from solid feedstocks according to the preamble of claim 6.
Die Entwicklungen der Stahlerzeugung im Elektro-Lichtbogenofen sind durch Maßnahmen zur Einsparung von Elektroenergie und zur Verkür zung der Einschmelzzeit gekennzeichnet.The developments in steelmaking in the electric arc furnace are through measures to save electrical energy and reduce costs marked the melting time.
Aus der DE 36 29 055 A1 ist es bei der Stahlerzeugung in einem Elektro-Lichtbogenofen bekannt, elektrische Energie durch den Einsatz kohlenstoffenthaltender Brennstoffe und sauerstoffhaltiger Gase einzu sparen. Der Sauerstoff oder die sauerstoffhaltigen Gase werden im oberen Ofenbereich durch stationär angeordnete Aufblasvorrichtungen in den Raum zwischen den Elektrodenteilkreis und der Ofenwand in den Ofen geleitet. Die dabei entstehende intensive Gasströmung soll die Reaktionsgase ansaugen und sie verbrennen. Dabei soll die Wärme energie mit einem Wirkungsgrad von mindestens 70% an den Schrott und/oder die Schmelze übertragen werden. Mit Hilfe von unterhalb der Badoberfläche angeordnete Düsen werden oxidierende Gase in die Schmelze geleitet. From DE 36 29 055 A1 it is in the steel production in an electric arc furnace known to use electrical energy carbon-containing fuels and oxygen-containing gases save up. The oxygen or the oxygen-containing gases are in the upper furnace area by stationary inflators in the space between the electrode pitch circle and the furnace wall in the Furnace directed. The resulting intense gas flow should Suck in reaction gases and burn them. The heat should energy with an efficiency of at least 70% on the scrap and / or the melt is transferred. With the help of below the Nozzles arranged in the bath surface are oxidizing gases in the Melt headed.
Aus der EP 0 564432 A2 ist es bekannt, durch die Ofentür eine Gaszu führungsleitung in den Ofeninnenraum einzubringen und zuerst Inertgas und erst nach Beginn des Schmelzvorganges Sauerstoff oder ein sauer stoffhaltiges Gas einzuleiten.From EP 0 564432 A2 it is known to gas through the furnace door guide line into the furnace interior and first inert gas and only after the beginning of the melting process oxygen or an acid introduce gas containing substance.
Darüber hinaus ist es aus Radex-Rundschau, 1987 Heft 2, Seiten 340 bis 355 bekannt, mittels wassergekühlter Überschallsauerstofflanzen die Leistungsfähigkeit eines Elektroofens zu erhöhen. Dabei wird empfoh len, die Sauerstofflanze lediglich für den Frischvorgang zu verwenden, da bei Verwendung als Einschmelzhilfe die Gefahr besteht, daß durch Überschlag des Lichtbogens die Lanze beschädigt wird.In addition, it is from Radex-Rundschau, 1987 Issue 2, pages 340 to 355 known, by means of water-cooled supersonic oxygen lances To increase the performance of an electric furnace. It is recommended len to use the oxygen lance only for the fresh process, since when used as a melting aid there is a risk that Arcing, the lance is damaged.
In Steel Times, Oktober 1994, Seiten 391 bis 393 wird eine Brenner-Lanzenanordnung für einen Elektro-Lichtbogenofen offenbart. Mittels der Brenner soll zusätzliche Schmelzleistung erzeugt werden, wobei die in den Schrott übertragene Wärmeenergie durch Aufblasen von zusätz lichem Sauerstoff aus den Lanzen eine Schrottoxidation bewirken sol len.In Steel Times, October 1994, pages 391 to 393, a burner lance arrangement is described for an electric arc furnace. Means the burner is intended to generate additional melting capacity, the heat energy transferred into the scrap by inflating additional oxygen from the lances should cause a scrap oxidation len.
Zur Beschleunigung des Schrotteinschmelzens wird in BHM, 138. Jg. (1993), H. 5, Seite 171 bis 174 Sauerstoff mittels Manipulator über ver zehrbare Lanzen dem Prozeß zugeführt. Zur Unterstützung des Schmelzprozesses befinden sich in den wassergekühlten Ofenwänden sowie in der Ofentür vier Zusatzbrenner, welche mit Brennstoff/Sauer stoff betrieben werden. Durch den Einsatz der Brenner wird das Ein schmelzen der Einsatzstoffe beschleunigt.To accelerate the melting of scrap, BHM, 138th year. (1993), H. 5, pages 171 to 174 oxygen using a manipulator via ver feedable lances fed to the process. In support of the Melting process are in the water-cooled furnace walls as well as four additional burners in the oven door, which are fuel / acid be operated. By using the burners, the on melting of the feed materials accelerated.
Weiterhin ist es bekannt, den Frischprozeß in Konvertern durch Aufbla sen oder Einblasen von Gasen oder einer Kombination aus beiden durchzuführen. Üblicherweise werden zum Frischen von Stählen oxidie rende Gase, insbesondere Sauerstoff, eingesetzt. Eine Reihe von Ver fahrensbezeichnungen leiten sich aus der Art des Sauerstoffeindringens ab, wie zum Beispiel das LD-, LDAC-Verfahren oder der OBM-Prozesse. Dabei wird der gasförmige Sauerstoff durch eine Lanze oder einem Bo denspülstein dem Roheisen zur Reaktion zugeführt.It is also known that the fresh process in converters by Aufbla or blowing in gases or a combination of both perform. Oxidizing is usually used to refresh steel gases, especially oxygen, are used. A number of ver Driving designations are derived from the type of oxygen penetration , such as the LD, LDAC or OBM processes. The gaseous oxygen is released through a lance or a Bo The sink is fed to the pig iron for reaction.
Beim Frischen von Stählen mit Sauerstoff ergibt sich eine Blaszeit von 15-18 Minuten, um die im Roheisenbad enthaltenen Elemente Koh lenstoff, Silizium, Phosphor und Mangan zu oxidieren und das Eisen zu reduzieren.When steel is refined with oxygen, the blowing time is 15-18 minutes to the elements contained in the pig iron bath Koh lenoxid, silicon, phosphorus and manganese to oxidize and the iron too to reduce.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie einen Elektro-Lichtbogenofen zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche einen gegenüber herkömmlichen Verfahren erniedrigten Stromverbrauch beim Einschmelzen von festen Einsatzstoffen und/oder eine Verringerung der gesamten Behandlungszeit der festen und verflüssigten Einsatzstoffe ermöglichen.The object of the invention is a method and an electric arc furnace to carry out the process, which a reduced electricity consumption compared to conventional processes Melting of solid feedstocks and / or a reduction in total treatment time of the solid and liquefied feedstocks enable.
Dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An spruchs 1 und des Anspruchs 11 gelöst.This object is achieved by the features of the An claim 1 and claim 11 solved.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are in the subclaims specified.
Die Erfindung ermöglicht es, nunmehr bereits während des Schrott schmelzens und zwar kurz nach dem Einleiten des Schmelzvorganges mit den Elektroden das vorhandene Schmelzbad mit mehreren Sauer stoffstrahlen von oberhalb des Schmelzbadniveaus an unterschiedli chen Stellen zu frischen. Durch die Sauerstoffstrahlen steigt die Tempe ratur des Schmelzbades an, womit eine bessere Oxidation der im Schmelzbad enthaltenen Elemente gewährleistet ist. Dabei wird die Oxidation hauptsächlich vom Kohlenstoffgehalt bestimmt. Der Eingangs-Kohlenstoffgehalt steht direkt mit der durch Oxidation erzeugten Bil dungsenergie im Zusammenhang. Ein durch die Erfindung möglicher Sauerstoffeintrag (Oxidationsmitteleintrag) ermöglicht dabei einen ho hen Kohlenstoffgehalt bei kurzen Zeiten für die Entkohlung und verrin gertem Stromverbrauch. Zusätzlich wird beim Frischen Kohlenstoff und/oder Zuschlagstoffe vorzugsweise als Staub durch eine separate Lanze oder vorzugsweise durch eine oder mehrere der Sauerstofflanzen zentrisch durch die Laval-Düse eingeblasen. Dadurch kann die Ver brennung C+½O₂ direkt in dem sich bildenden Gemisch in der Schmelze zu CO erfolgen und die Oxidation von Eisen vermieden wer den.The invention makes it possible now during the scrap melting and shortly after the melting process is initiated with the electrodes the existing weld pool with several acids material blasting different from above the melt pool level areas too fresh. The tempe rises due to the oxygen jets Maturation of the melt pool, with which a better oxidation of the Elements contained in the weld pool is guaranteed. The Oxidation mainly determined by the carbon content. The input carbon content stands directly with the Bil generated by oxidation energy related. A possible by the invention Oxygen input (oxidant input) enables a ho High carbon content in short decarburization and reduction times power consumption. In addition, when fresh, carbon and / or aggregates preferably as dust from a separate Lance, or preferably through one or more of the oxygen lances injected centrally through the Laval nozzle. This allows the Ver burning C + ½O₂ directly in the resulting mixture in the Melt to CO and avoid oxidation of iron the.
Über die Zugabe von Kohle in Form von Anthrazitkohle wird ein fixer Kohlenstoffgehalt für das künftige Schmelzbad eingestellt, um die Energiebilanz durch den Oxidationsprozeß der im Schmelzbad enthal tenen Elemente zu verbessern.The addition of coal in the form of anthracite coal becomes a fixed one Carbon content set for the future weld pool to the Energy balance through the oxidation process in the melt pool to improve the elements.
Durch Abgasmessung (CO - CO₂) kann insbesondere die Zugabe von Kohlenstaub und Sauerstoff direkt gesteuert werden und durch Analyse des Schmelzbades die Zuschlagstoffe wie Kalk, Legierungselemente, Filterstäube und dergleichen.Exhaust gas measurement (CO - CO₂) can in particular add Coal dust and oxygen can be controlled directly and through analysis of the melt pool the additives such as lime, alloying elements, Filter dust and the like.
Hierbei wird bei geringem Stromverbrauch eine hohe Leistungssteige rung erzielt oder mit der durch Oxidation erzeugten Bildungsenergie Strom ersetzt.This results in a high performance increase with low power consumption achieved or with the educational energy generated by oxidation Electricity replaced.
Bei der Oxidation des Kohlenstoffs wird an mehreren Stellen in der Schmelze Kohlenmonoxid (CO) gebildet, was eine große Schmelzbad bewegung bewirkt. Dies führt zu einer verbesserten Homogenisierung des Schmelzbades.The oxidation of carbon occurs at several points in the Melt carbon monoxide (CO) is formed, creating a large weld pool movement causes. This leads to an improved homogenization of the melt pool.
In Abhängigkeit von der Bildungsenergie der verschiedenen Oxide, ins besondere der Kohlenstoffoxide, wird der Schmelzvorgang erfindungs gemäß beschleunigt und der Einsatzstoff erwärmt. Freiwerdendes Koh lenmonoxid (CO) wird dabei unmittelbar über dem Schmelzbad nicht in Kohlendioxid (CO₂) aufoxidiert, da in diesem Bereich eine Temperatur von <1200°C herrscht (Boudouard).Depending on the formation energy of the different oxides, ins special of carbon oxides, the melting process is fiction accelerated accordingly and the feed heated. Released Koh Lenmonoxide (CO) is not immediately in the melt pool Carbon dioxide (CO₂) oxidized, as a temperature in this area of <1200 ° C (Boudouard).
Der Ablauf der Oxidationsreaktionen erfolgt in einer bestimmten Reihen folge, die durch die Affinität des Sauerstoffs zu den verschiedenen Ele menten bestimmt wird. Die bei dem Oxidationsprozeß freiwerdenden Enthalpien sind:The oxidation reactions take place in a certain series follow by the affinity of oxygen for the different ele ment is determined. Those released in the oxidation process Enthalpies are:
Dabei wirkt der feste Einsatzstoff auf dem Schmelzbad wie ein Wärmefil ter, der durch Wärmeaufnahme und Wärmeleitung die Temperatur auf ca. 700°C absinken läßt. Hier wird durch weitere breitstrahlige überstöchiometrische Brennstoff- (Gas- oder Öl-) Sauerstoff-Brenner Sauerstoff dosiert eingeblasen. Dabei wird der Überschuß an CO zu CO₂ aufoxidiert. Die frei werdende chemische Energie dient wiederum der Aufheizung des darüberliegenden Einsatzstoffes. The solid feed on the weld pool acts like a heat film ter, the temperature due to heat absorption and heat conduction 700 ° C. Here is through broad-beam superstoichiometric fuel (gas or oil) oxygen burners Blown in oxygen. The excess of CO becomes too CO₂ oxidized. The chemical energy released serves in turn the heating of the input material above.
Durch die gezielte Zugabe von Kohlenstoff zu den Einsatzstoffen beim Chargieren und durch das Hineinblasen von Sauerstoff und Zuschlag stoffen unmittelbar von oben in das Schmelzbad, wird die Energiebilanz des Elektro-Lichtbogenofens dahingehend verbessert, daß frei werden de chemische Energie die zum Schmelzen der festen Einsatzstoffe er forderliche Elektroenergie zum Teil ersetzt. Durch das Eindringen des Sauerstoffstrahles in das Schmelzbad ist die Verweilzeit des Sauer stoffes in der Schmelze bei gleichzeitiger Durchmischung der Schmelze größer. Dies führt zu einer Beschleunigung des Oxidationsprozesses bei verringertem Sauerstoffeintrag.Through the targeted addition of carbon to the feedstocks at the Charge and by blowing in oxygen and aggregate substances directly from above into the weld pool, the energy balance of the electric arc furnace so that it becomes free de chemical energy used to melt the solid materials required electrical energy partially replaced. By penetrating the Oxygen jet in the melt pool is the residence time of the acid substance in the melt with simultaneous mixing of the melt greater. This leads to an acceleration of the oxidation process with reduced oxygen input.
Durch den Einsatz von mehreren Sauerstofflanzen wird ein höherer Sauerstoffeintrag pro Zeiteinheit bei hohem Homogenisierungsgrad er zielt.By using several oxygen lances, a higher one Oxygen input per unit of time with a high degree of homogenization aims.
Nach dem Einschmelzen der gesamten festen Einsatzstoffe kann durch vertikale Verstellung, beispielsweise beim Zurückziehen der Sauerstoff lanzen, auch Sauerstoff nur in die Schlacke eingeblasen werden. Durch Zugabe von Zuschlagstoffen (Schlackebildnern) in den Sauerstoffstrahl sind beliebige metallurgische Reaktionen durchführbar.After melting the entire solid feed materials through vertical adjustment, for example when withdrawing oxygen lances, even oxygen can only be blown into the slag. By Adding additives (slag formers) into the oxygen jet any metallurgical reactions can be carried out.
Vorteilhaft können während des Abschlackens die Sauerstofflanzen be reits wieder vertikal tiefer über das Schmelzbad eingestellt werden, bis der mit Überschall aus der Sauerstofflanze austretende Sauerstoffstrahl in das Schmelzbad eintaucht und den Frischvorgang erneut in Gang setzt.The oxygen lances can be advantageous during the deslagging are already set vertically lower over the weld pool until the oxygen jet emerging from the oxygen lance with supersonic immersed in the weld pool and the fresh process started again puts.
Die Erfindung ermöglicht somit vorteilhaft über die vertikale Verstellung der Sauerstofflanzen beliebig oft, auch gleichzeitig, Schlackenarbeit und/oder Frischvorgang durchzuführen. The invention thus advantageously enables vertical adjustment of the oxygen lances as often as desired, also at the same time, slag work and / or to carry out a fresh operation.
Dadurch, daß vorteilhaft mehrere, beispielsweise vier Brennstoff-Sauerstoff-Brenner installiert sind und jedem dieser Brenner eine Sauer stofflanze zugeordnet ist, ist es möglich, in Abhängigkeit vom Sauer stoffbedarf und von der erforderlichen Schmelzbadbewegung beliebige Brenner-Sauerstofflanzen-Kombinationen zu- und abzuschalten. Dabei können alle Sauerstofflanzen bis in das Schlackenbad, das heißt, auf ein Minimum Abstand an das Schmelzbadniveau gefahren werden.Characterized in that advantageously several, for example four fuel-oxygen burners are installed and each of these burners is acidic substance lance is assigned, it is possible depending on the acid material requirements and any required melt pool movement Switch burner-oxygen lance combinations on and off. Here can all oxygen lances up in the slag bath, that is, on a minimum distance to the melt pool level.
Durch die Fluidkühlung der Sauerstofflanzen findet ein Verschleiß der Sauerstofflanzen beim Eintauchen in das Schlackbad nicht statt. Durch die Formung des Sauerstoffs in einer Laval-Düse zu einem Sau erstoffstrahl der mit hoher Geschwindigkeit, vorzugsweise mit Über schall, aus der Laval-Düse austritt, dringt der Sauerstoffstrahl tief in das Schmelzbad ein. Dies verbessert die Verweilzeit des Sauerstoffs in dem Schmelzbad bei gleichzeitiger Durchmischung der Schmelze. Durch den Einsatz von mehreren Sauerstofflanzen wird hierdurch eine homogenere Schmelze in kürzerer Zeit erzielt.Due to the fluid cooling of the oxygen lances, wear occurs Oxygen lances do not take place when immersed in the slag bath. By forming the oxygen in a Laval nozzle into a sow erstoffstrahl the at high speed, preferably with over sound, comes out of the Laval nozzle, the oxygen jet penetrates deep into it Melt pool. This improves the residence time of the oxygen in the Melt bath with simultaneous mixing of the melt. By the The use of several oxygen lances makes this a more homogeneous one Melt achieved in less time.
Vorteilhaft sind die Laval-Düsen austauschbar mit der Sauerstofflanze verbunden. Damit können in die Sauerstofflanzen in ihrer Durchsatz menge verschieden ausgelegte Laval-Düsen eingesetzt werden und somit die Sauerstoffmenge nur durch Austausch der Laval-Düsen ver ändert werden. Durch die Anpassung der Laval-Düse an die erforder liche Durchsatzmenge ist es möglich, jede Ofengröße mit der gleichen Sauerstofflanze zu bestücken. Mit Laval-Düsen mit unterschiedlichen Sauerstoff-Austrittswinkeln können vorteilhaft beliebige Stellen des Schmelzbades beaufschlagt werden. Die Sauerstoff-Austrittswinkel kön nen über die Anlagewinkel der Anlageflächen der Laval-Düsen oder über beliebige Neigungswinkel der Sauerstofflanzen in der Ofenwand oder des Laval-Kanals verändert werden. Dabei ist es selbstverständlich nicht ausgeschlossen, daß die Laval-Düse auch fest mit der Sauer stofflanze verbunden ist.The Laval nozzles are advantageously interchangeable with the oxygen lance connected. So that in the oxygen lances in their throughput quantity of different Laval nozzles are used and thus ver the amount of oxygen only by replacing the Laval nozzles be changed. By adapting the Laval nozzle to the required throughput, it is possible to use the same furnace size To equip oxygen lance. With Laval nozzles with different Oxygen exit angles can advantageously be anywhere in the Melting bath are applied. The oxygen exit angle can about the contact angle of the contact surfaces of the Laval nozzles or over any angle of inclination of the oxygen lances in the furnace wall or the Laval Canal. It goes without saying not excluded that the Laval nozzle also solid with the Sauer fabric lance is connected.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.
Es zeigenShow it
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Elektro-Lichtbogenofens mit Sauerstofflanzen, der an der Schnittlinie A um 30° versetzt gezeichnet ist. Fig. 1 is a schematic side view of an electric arc furnace with oxygen lances, which is drawn offset by 30 ° on section line A.
Fig. 2 eine schematische Draufsicht eines Elektro-Lichtbogenofens mit Brennstoff-Sauerstoff-Brennern, denen Sauerstofflanzen zugeordnet sind. Fig. 2 is a schematic plan view of an electric arc furnace with fuel-oxygen burners, to which oxygen lances are assigned.
Fig. 3 eine in der Ofenwand angeordnete Brenner-Sauerstofflanzen-Kombination mit oberhalb angeordnetem Brenner für die Nachverbrennung von CO. Fig. 3 is a arranged in the furnace wall burner oxygen lances combination with above disposed burner for post-combustion of CO.
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Laval-Düse einer Sauer stofflanze mit Zuführkanal für Zuschlagstoffe. Fig. 4 is a schematic representation of the Laval nozzle of an oxygen lance with a feed channel for additives.
In den Fig. 1 bis 3 ist ein Gleichstrom- oder Wechselstrom- Elektro-Lichtbogenofen dargestellt, der im wesentlichen aus einem Ofengefäß 11 mit einem Ofendeckel 12 und einem Ofenboden 13 besteht. Das Ofengefäß 11 zur Aufnahme der festen Einsatzstoffe 28 ist rund und nach dem sog. EBT-(Excentric-Bottom-Tapping)System mit Bodenab stich 14 ausgerüstet. An dem Ofengefäß 11 ist eine Ofentür 37 ange ordnet und ein vorstehender Erker 18 vorgesehen. Das Ofengefäß 11 weist eine ausgemauerte Ofenwand 15 mit oberhalb des Herdes fluid gekühltem Ofenmantel 16 auf. Die Kühlung besteht beispielsweise aus in oder an dem Ofenmantel 16 verlaufenden, kühlmitteldurchflossenen Rohren.In FIGS. 1 to 3, a DC or AC electric-arc furnace is shown, which essentially consists of a furnace body 11 having a furnace lid 12 and an oven bottom 13. The furnace vessel 11 for receiving the solid feedstocks 28 is round and equipped with Bodenab stich 14 according to the so-called EBT (Excentric Bottom Tapping) system. On the furnace vessel 11 , an oven door 37 is arranged and a protruding oriel 18 is provided. The furnace vessel 11 has a brick furnace wall 15 with a furnace jacket 16 that is fluid-cooled above the stove. The cooling consists, for example, of coolant-flowing tubes running in or on the furnace jacket 16 .
Wie Fig. 2 zeigt, ragen drei Elektroden 19 bis 21 in den Innenraum 22 des Ofengefäßes 11, die in Bezug auf die Längsmittelachse des auf recht stehenden Elektrolichtbogenofens 10 konzentrisch und mit glei chem Abstand (Teilkreis) zueinander angeordnet sind. Diese Elektroden 19 bis 21 werden durch nicht näher dargestellte Elektrodenöffnungen, die im Ofendeckel 12 angeordnet sind, in den Innenraum 22 einge bracht. Die Elektroden 19 bis 21 sind heb- und senkbar und können aus dem Elektro-Lichtbogenofen 10 nach oben herausgezogen werden. Die Elektroden 19 bis 21 können gemeinsam, einzeln oder abwechselnd betrieben werden. Nach einem nicht näher dargestellten Ausführungs beispiel ist nur eine zentrisch angeordnete Elektrode vorgesehen.As shown in FIG. 2, three electrodes 19 to 21 protrude into the interior 22 of the furnace vessel 11 , which are arranged concentrically with respect to the longitudinal central axis of the electric arc furnace 10 standing upright and with the same distance (pitch circle) from one another. These electrodes 19 to 21 are brought into the interior 22 through electrode openings, not shown, which are arranged in the furnace cover 12 . The electrodes 19 to 21 can be raised and lowered and can be pulled out of the electric arc furnace 10 upwards. The electrodes 19 to 21 can be operated together, individually or alternately. According to an embodiment, not shown, only a centrally arranged electrode is provided.
Oberhalb des Ofenbodens 13 sind in der Ofenwand 4 Brennstoff-Sauerstoff-Brenner 23 bis 26 angeordnet, die alle Schneiddüsen 27 aufwei sen, deren Austrittsöffnungen 17 in den zwischen den Elektroden 19 bis 21 vorhandenen Raum gerichtet sind. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kön nen in jeden zwischen zwei Elektroden 20/21, 19/20, 19/21 vorhande nen elektrodenfreien Zwischenraum ein Brenner 23 oder mehrere Bren ner 24, 26 gerichtet werden. Ein weiterer Brennstoff-Sauerstoff-Brenner 36 ist verfahrbar auf einer nicht näher dargestellten Einrichtung ange ordnet und wird durch die Ofentür 37 in den Innenraum 22 eingefahren. Die Brenner 23 bis 26 und 36 werden mit Erdgas oder Öl betrieben. Die Brenner 23 bis 26 sind stationär in der Ofenwand 15 angeordnet und unter einem geringen Neigungswinkel auf den Einsatzstoff 28 gerichtet.Above the furnace bottom 13 of fuel-oxygen burners are arranged 23 to 26 in the furnace wall 4, all cutting nozzles aufwei sen 27 whose outlet openings are directed in the 17 between the electrodes 19 to 21 available space. As can be seen from FIG. 2, a burner 23 or more burners 24 , 26 can be directed into each electrode-free space present between two electrodes 20/21 , 19/20 , 19/21 . Another fuel-oxygen burner 36 is movable on a device, not shown, is arranged and is inserted through the furnace door 37 into the interior 22 . The burners 23 to 26 and 36 are operated with natural gas or oil. The burners 23 to 26 are arranged in a stationary manner in the furnace wall 15 and are directed onto the feed material 28 at a slight angle of inclination.
Jedem Brenner 23 bis 26 und 36 ist mindestens eine Sauerstofflanze 29 bis 34 zugeordnet, die schräg in die Ofenwand 15 einschiebbar und ab senkbar ist. Bei der im Erker 18 vorgesehenen Sauerstofflanze 34 kann der Brenner 26 dann entfallen wenn sichergestellt ist, daß zwischen der Sauerstofflanze 34 und dem Schmelzbad 46 kein Einsatzstoff 28 gela gert wird. Die Sauerstofflanzen 29 bis 34 sind vorzugsweise in einer ge kühlten Führung 38 der Ofenwand 15 so in der Nähe der Brenner 23 bis 26 verstellbar angeordnet, daß jede in eine von den Brennern in die Einsatzstoffe 28 geschnittene Schneise 45 einschiebbar ist. Hierzu wer den die Sauerstofflanzen 29 bis 34 in der horizontalen Ebene im we sentlichen parallel zu den Brennern 23 bis 26 und 36 verschoben. In ihrer Neigung sind die Sauerstofflanzen 29 bis 34 in Pfeilrichtung 50 frei einstellbar und nicht an die Ausrichtung der Brenner 23 bis 26 und 36 gebunden. Die Sauerstofflanzen 29 bis 34 weisen eine vorzugsweise auswechselbare Düse 39 auf, die als Laval-Düse ausgebildet ist. Die Austrittsöffnungen 43 der Düsen 39 sind zum Schmelzbad 46 gerichtet, wobei über unterschiedliche Anlagewinkel 52 der Anlageflächen 51 oder der Neigungswinkel 50 der Sauerstofflanzen 29 bis 34 oder des Laval-Kanals 53 beliebige Stellen des Schmelzbades 46 beaufschlagt werden können. Über eine Kühlmitteleintritts- und Austrittsleitung 40, 41 ist jede Sauerstofflanze 29 bis 34 mit einer nicht näher dargestellten Kühlmittel versorgung und über die Eintrittsleitung 42 mit einer nicht näher darge stellten Sauerstoffversorgung verbunden. In der Eintrittsleitung 42 ist ein Zuführmittel 56, z. B. ein Rohr, angeordnet, das mit einer Versorgung 55 für Zuschlagstoffe, wie Kalk, Legierungselemente, Filter- und Kohlen stäube und dergleichen, verbunden ist. Das Rohr 56 verläuft zentrisch in dem Laval-Kanal 53 bis mindestens in die Gurgel 57 (engster Strö mungsquerschnitt). In den Fig. 1, 3 und 4 sind die Zuführmittel 56 aus Übersichtsgründen in der Sauerstofflanze 29 angeordnet. Bevorzugt ist jedoch die in den Erker eingeschobene Sauerstofflanze 34 über Zu führmittel 56 an die Versorgung 55 für Zuschlagstoffe angeschlossen, da in dieser eine Umlenkung des Sauerstoffs und der Zuschlagstoffe entfallen kann. Oberhalb der Brennstoff-Sauerstoff-Brenner 23 bis 26 mit den Sauerstofflanzen 29 bis 34 sind in der Ofenwand mehrere breitstrahlige überstöchiometrische Brennstoff-Sauerstoff-Brenner 44 für das Aufoxidieren des CO angeordnet.Each burner 23 to 26 and 36 is assigned at least one oxygen lance 29 to 34 , which can be inserted obliquely into the furnace wall 15 and lowered. When provided in the bay 18 of oxygen lance 34, the burners 26 can then be dispensed with if it is ensured that between the oxygen lance 34 and the molten bath 46 no feed is Gert gela 28th The oxygen lances 29 to 34 are preferably arranged in a ge cooled guide 38 of the furnace wall 15 in the vicinity of the burners 23 to 26 so that each can be inserted into a cutting 45 cut by the burners into the feedstocks 28 . For this purpose, who moved the oxygen lances 29 to 34 in the horizontal plane substantially parallel to the burners 23 to 26 and 36 . The inclination of the oxygen lances 29 to 34 is freely adjustable in the direction of arrow 50 and is not tied to the alignment of the burners 23 to 26 and 36 . The oxygen lances 29 to 34 have a preferably interchangeable nozzle 39 which is designed as a Laval nozzle. The outlet openings 43 of the nozzles 39 are directed towards the molten bath 46 , it being possible for any points of the molten bath 46 to be acted on via different contact angles 52 of the contact surfaces 51 or the inclination angle 50 of the oxygen lances 29 to 34 or the Laval channel 53 . Via a coolant inlet and outlet line 40 , 41 , each oxygen lance 29 to 34 is connected to a coolant supply, not shown, and connected via the inlet line 42 to an oxygen supply, not shown. In the inlet line 42 is a feed means 56 , for. B. a tube, arranged with a supply 55 for additives such as lime, alloy elements, filter and coal dust and the like, is connected. The tube 56 runs centrally in the Laval channel 53 up to at least the throat 57 (narrowest flow cross section). In Figs. 1, 3 and 4, the feed means 56 are arranged for reasons of clarity in the oxygen lance 29th However, the oxygen lance 34 inserted into the oriel is preferably connected to the supply 55 for additives via guide means 56 , since there is no need to redirect the oxygen and the additives. Above the fuel-oxygen burners 23 to 26 with the oxygen lances 29 to 34 , a plurality of wide-beam, superstoichiometric fuel-oxygen burners 44 for the oxidation of the CO are arranged in the furnace wall.
Der Elektro-Lichtbogenofen nach der Erfindung wird wie folgt betrieben:
In den 90t Elektro-Lichtbogenofen mit 40MW Nennleistung werden Ein
satzstoffe 28 wie Schrott und/oder Roheisen und dergleichen, sowie Zu
schlagsstoffe, wie Kohle, Kalk, Legierungselemente, Filterstäube und
dergleichen, mit nicht näher dargestellten Körben chargiert. Bereits
während des Chargierens der Einsatzstoffe 28 in den Innenraum 22 des
Ofengefäßes 11 werden die Brenner 23 bis 26 betrieben, so daß unmit
telbar beim Einbringen der Einsatzstoffe 28 ein Aufheizen der Einsatz
stoffe auf Zündtemperatur und Schneiden der Einsatzstoffe 28 in Rich
tung der Austrittsöffnung 17 der Brenner 23 bis 26 stattfindet. Mit Hilfe
der Elektroden 19 bis 21 wird Kurzschluß erzeugt und damit das
Schmelzen der Einsatzstoffe 28 eingeleitet. Die bereits während des
Chargierens der Einsatzstoffe 28 im Einsatz befindlichen Brenner 23 bis
26 und der nach dem Chargieren durch die Ofentür 37 eingeschobene
Brenner 36 schneiden Schneisen 45 in die Einsatzstoffe 28. Die Bren
ner 23 bis 26 und 36 werden nun auf niedrige Grundlast eingestellt,
damit sie vor dem Spritzen des Stahls geschützt sind. Die von jedem
Brenner 23 bis 26 und 36 in den Einsatzstoff 28 geschnittenen Schnei
sen 45 erstrecken sich über die gesamte Höhe der Einsatzstoffe 28 und
haben eine Abmessung, die es ermöglicht, die in der Nähe der Brenner
23 bis 26 und 36 angeordneten Sauerstofflanzen 29 bis 34 in diese
Schneisen 45 einzuschieben. Durch die nicht näher dargestellte Ofentür
wird nun mit Lanzen mittels Sauerstoff gefrischt. Gleichzeitig werden in
die freigebrannten Schneisen 45 die wassergekühlten Sauerstofflanzen
29 bis 34 eingefahren. Über die Eintrittsleitung 42 wird den Sauer
stofflanzen 29 bis 34 Sauerstoff zugeführt, der aus der Sauerstoffdüse
39 als Sauerstoffstrahl mit 1 Mach austritt. Dabei wird der Sauerstoff
in den Sauerstofflanzen 29 bis 34, vorzugsweise in der Sauerstoffdüse
39, in Richtung des Schmelzbades gelenkt. In der Sauerstofflanze 34
kann dabei auf eine Richtungsänderung des Sauerstoffs verzichtet wer
den, da die Sauerstofflanze, wie in Fig. 1 dargestellt, in vertikaler
Richtung auf das Schmelzbad 46 ausgerichtet ist. Wahlweise kann die
Sauerstofflanze 34 auch seitlich durch die Erkerwand eingeschoben
werden, so daß auch bei dieser Ausführungsform der Sauerstoff in der
Sauerstofflanze 24 in Richtung des Schmelzbades 46 umgelenkt wird.
The electric arc furnace according to the invention is operated as follows:
In the 90t electric arc furnace with a nominal power of 40MW, a feedstock 28 such as scrap and / or pig iron and the like, as well as additives such as coal, lime, alloying elements, filter dust and the like, are charged with baskets (not shown). In the interior 22 of the furnace vessel 11, the burners are operated 23 to 26 already during charging of the starting materials 28 so that UNMIT telbar during introduction of the feedstocks 28 heating the starting materials to ignition temperature and cutting the feedstock 28 in Rich 17 below the outlet opening of the Burner 23 to 26 takes place. With the help of the electrodes 19 to 21 , a short circuit is generated and the melting of the starting materials 28 is initiated. The burners 23 to 26 which are already in use during the charging of the feed materials 28 and the burners 36 which are pushed in through the furnace door 37 after charging cut cutting paths 45 into the feed materials 28 . The burners 23 to 26 and 36 are now set to a low base load so that they are protected from the spraying of the steel. The cut from each burner 23 to 26 and 36 in the feed 28 Schnei sen 45 extend over the entire height of the feed materials 28 and have a dimension that enables the oxygen lances 29 to arranged in the vicinity of the burners 23 to 26 and 36 34 insert into these aisles 45 . Through the oven door, not shown in more detail, lances are now used for oxygen freshening. At the same time, the water-cooled oxygen lances 29 to 34 are inserted into the free-burned aisles 45 . Via the inlet line 42 , the oxygen plants 29 to 34 are supplied with oxygen, which emerges from the oxygen nozzle 39 as an oxygen jet with 1 Mach. The oxygen in the oxygen lances 29 to 34 , preferably in the oxygen nozzle 39 , is directed in the direction of the melt pool. In the oxygen lance 34 , a change in direction of the oxygen can be dispensed with, since the oxygen lance, as shown in FIG. 1, is oriented in the vertical direction towards the molten pool 46 . Optionally, the oxygen lance 34 can also be inserted laterally through the bay wall, so that the oxygen in the oxygen lance 24 is also deflected in the direction of the molten bath 46 in this embodiment.
Der mit Überschallgeschwindigkeit aus der Laval-Düse 39 in das Schmelzbad 46 eintretende Sauerstoffstahl, dem bei Bedarf Zuschlag stoffe aus dem Zuführmittel zudosiert werden, frischt bereits während des mittels der Elektroden 19 bis 21 durchgeführten Schmelzvorganges. Durch die von oberhalb des Schmelzbadniveaus an unterschiedlichen Stellen in das Schmelzbad 46 eindringenden Sauerstoffstrahlen steigt die Temperatur des Schmelzbades 46 an, womit eine Oxidation der im Schmelzbad enthaltenen Elemente stattfindet. Dabei wird die Oxidation hauptsächlich vom Kohlenstoffgehalt des Zuschlagstoffes bestimmt. Der als Zuschlagstoff eingangs chargierte Kohlenstoffgehalt oder der über die Sauerstofflanzen 29 bis 34 zusätzlich in Abhängigkeit von einer Ab gasmessung über das CO/-CO₂-Verhältnis eingebrachte Kohlen stoffstaub steht dabei direkt mit der durch Oxidation erzeugten Bil dungsenergie im Zusammenhang. Über die zentrisch in der Gurgel 57 der Laval-Düse 39 dem Sauerstoffstrahl zudosierten Zuschlagstoffe werden metallurgische und/oder energetische Parameter des Schmelz prozesses eingestellt. Dabei kann aufgrund des über die Sauerstofflan zen 29 bis 34 hohen Sauerstoffeintrages pro Zeiteinheit in das Schmelzbad ein hoher Kohlenstoffgehalt dem Einsatzstoff 28 und dem Schmelzbad beigegeben und während des Einschmelzens der Einsatz stoffe 28 bzw. dem Frischen des Schmelbades 46 oxidiert werden. In Abhängigkeit von der Bildungsenergie der verschiedenen Oxyde wird der Schmelzvorgang beschleunigt und der Einsatzstoff erwärmt. Durch die mittels der Laval-Düsen 39 der Sauerstofflanzen 29 bis 34 in die Schmelze eindringenden Sauerstoffstrahlen wird die Verweilzeit des Sauerstoffs und der Zuschlagstoffe optimiert bei gleichzeitiger Durch mischung der Schmelze. Freiwerdendes CO kann dabei unmittelbar über der Schmelze nicht in CO₂ aufoxidiert werden, da in diesem Be reich eine Temperatur von <1.200°C herrscht.The oxygen steel entering the molten bath 46 from the Laval nozzle 39 at supersonic speed, to which additives are metered in from the feed agent if necessary, freshens during the melting process carried out by means of the electrodes 19 to 21 . The temperature of the melt pool 46 rises due to the oxygen jets penetrating into the melt pool 46 from above the melt pool level at different points, whereby the elements contained in the melt pool are oxidized. The oxidation is mainly determined by the carbon content of the aggregate. The carbon content initially charged as an additive or the carbon dust introduced via the oxygen lances 29 to 34 as a function of an exhaust gas measurement using the CO / CO₂ ratio is directly related to the formation energy generated by oxidation. Metallurgical and / or energetic parameters of the melting process are set via the aggregates metered centrally into the throat 57 of the Laval nozzle 39 . Here, due to the 29 to 34 high oxygen input per unit of time into the melt pool, a high carbon content can be added to the feedstock 28 and the melt pool, and the feedstock 28 or the refreshment of the melt pool 46 can be oxidized during the melting down of the feedstock. Depending on the energy of formation of the various oxides, the melting process is accelerated and the feed is heated. By means of the Laval nozzles 39 of the oxygen lances 29 to 34 penetrating into the melt, the residence time of the oxygen and the additives is optimized with simultaneous mixing of the melt. Released CO can not be oxidized in CO₂ directly above the melt, since a temperature of <1,200 ° C prevails in this area.
Oberhalb des Schmelzbades wirkt der Einsatzstoff 28 wie ein Wärmefil ter, der bewirkt, daß nach wenigen Zentimetern Höhe die Temperatur bereits auf ca. 700°C absinkt. Hier wird durch weitere breitstrahlige Brenner 44 die überstöchiometrisch entsprechend dem anfallenden CO gesteuert werden, das CO zu CO₂ aufoxidiert. Die frei werdende Bildungsenergie dient der Aufheizung der darüberliegenden Einsatz stoffe 28.Above the melting bath, the feed 28 acts as a Wärmefil ter, which causes the temperature to drop to about 700 ° C after a few centimeters. Here is further broad-beam burner 44 which is controlled over-stoichiometrically in accordance with the resulting CO, which oxidizes CO to CO₂. The educational energy that is released serves to heat up the overlying input materials 28 .
Diese Vorgänge werden beliebig oft je nach Größe des Chargenkorbes und des Fassungsvermögens des Elektro-Lichtbogenofens wiederholt.These processes are repeated any number of times depending on the size of the batch basket and the capacity of the electric arc furnace repeated.
Durch die Erfindung wird eine erhöhte Zugabe von Kohlenstoff und Sauerstoff ermöglicht. Dies führt zu einer positiven Energiebilanz des Elektro-Lichtbogenofens 10, da die frei werdende chemische Bildungs energie die erforderliche Elektroenergie zum Teil ersetzt. In der Praxis konnte ein konventionell betriebener Elektro-Lichtbogenofen 10 von einer Schmelzleistung um mehr als 20% gesteigert werden. Hierdurch ist es auch möglich, bei Elektro-Lichtbogenöfen 10 mit geringen elektri schen Anschlußwerten eine zufriedenstellende Schmelzleistung bei vertretbarem Investitionsaufwand zu erzielen.The invention enables an increased addition of carbon and oxygen. This leads to a positive energy balance of the electric arc furnace 10 , since the chemical energy released releases some of the required electrical energy. In practice, a conventionally operated electric arc furnace 10 could be increased in melting capacity by more than 20%. As a result, it is also possible to achieve a satisfactory melting performance with a reasonable investment in electric arc furnaces 10 with low electrical connection values.
Nach dem Einschmelzen der gesamten Einsatzstoffe 28 wird durch Zu rückziehen der Sauerstofflanzen 29 bis 34 auch Sauerstoff in die Schlacke eingeblasen. Hierdurch kann die Schlackenreaktion optimal ablaufen. Die Sauerstofflanzen können während des Abschlackens er neut über das Schmelzbad gefahren werden, bis der Sauerstoffstahl in die Schmelze eintaucht und den Frischvorgang erneut in Gang setzt. Durch diese einzelnen Verfahrensschritte ist es möglich, mit relativ niedriger Elektroenergie eine hohe Schmelzleistung und eine hohe Homogenität der Schmelze zu erreichen. Durch das Anbringen von mehreren Sauerstoff-Lanzen 29 bis 34 ist eine bessere Vergleichmäßi gung zu erreichen. Dadurch ist es möglich, eine homogene Schmelze in kürzester Zeit zu fahren. Dabei können alle Sauerstofflanzen bis auf einen geringen Abstand auf das Schmelzbad gefahren werden. Durch die Wasserkühlung der Sauerstofflanzen ist ein Eintauchen in Schlac kebad ohne Verschleiß möglich.After the melting of all of the starting materials 28 , oxygen is also blown into the slag by withdrawing the oxygen lances 29 to 34 . This allows the slag reaction to proceed optimally. The oxygen lances can be moved over the melt bath again until the oxygen steel is immersed in the melt and the fresh process is started again. These individual process steps make it possible to achieve a high melting capacity and a high homogeneity of the melt with relatively low electrical energy. By attaching several oxygen lances 29 to 34 , better homogenization can be achieved. This makes it possible to run a homogeneous melt in the shortest possible time. All oxygen lances can be moved up to the melt pool from a short distance. Due to the water cooling of the oxygen lances, immersion in slag kebad is possible without wear.
Claims (29)
daß nach dem Chargieren der Einsatz- und Zuschlagstoffe (28) mittels der Elektrode(n) (19 bis 21) das Schmelzen eingeleitet wird, daß der mindestens eine Brennstoff-Sauerstoff-Brenner (23 bis 26 und 36) zwischen den Elektroden (19 bis 21) oder neben der einen Elektrode eine Schneise (45) in die Einsatz- und Zuschlagstoffe (28) schneidet und
daß in jede Schneise (45) eine Sauerstofflanze (29 bis 34) einge fahren wird, deren aus einer Sauerstoffdüse (39) austretender Sauerstoff auf das Schmelzbad (46) gerichtet wird.1. A process for producing steel from solid feedstocks and additives, characterized by melting in an electric arc furnace, with at least one electrode and at least one fuel-oxygen burner, with the supply of oxygen, characterized in that
that after charging the feed and additives ( 28 ) by means of the electrode (s) ( 19 to 21 ) the melting is initiated, that the at least one fuel-oxygen burner ( 23 to 26 and 36 ) between the electrodes ( 19 to 21 ) or next to the one electrode cuts ( 45 ) into the additives and additives ( 28 ) and
that in each aisle ( 45 ) an oxygen lance ( 29 to 34 ) is driven, the oxygen emerging from an oxygen nozzle ( 39 ) is directed onto the weld pool ( 46 ).
- - einem Ofengefäß (11) mit einem Ofendeckel (12) und einem Ofenboden (13)
- - mindestens einer Elektrode (19 bis 21), die im Innenraum (22) des Ofengefäßes (11) angeordnet ist
- - mindestens einen Brennstoff-Sauerstoff-Brenner (23 bis 26, 36), mit zwischen die Elektroden (19 bis 21) oder neben die eine Elektrode gerichteter Austrittsöffnung (17) der Schneiddüse (27) und
- - mindestens einer Sauerstofflanze (29 bis 34),
- - An oven vessel ( 11 ) with an oven lid ( 12 ) and an oven bottom ( 13 )
- - At least one electrode ( 19 to 21 ) which is arranged in the interior ( 22 ) of the furnace vessel ( 11 )
- - At least one fuel-oxygen burner ( 23 to 26 , 36 ), with between the electrodes ( 19 to 21 ) or next to the one electrode directed outlet opening ( 17 ) of the cutting nozzle ( 27 ) and
- - at least one oxygen lance ( 29 to 34 ),
daß die Sauerstofflanze (29 bis 34) so in der Nähe des Brenn stoff-Sauerstoff-Brenners (23 bis 26, 36) in der Ofenwand (15, 16) angeordnet ist, daß sie in eine von dem Brennstoff-Sauerstoff-Brenner (23 bis 26, 36) in die Einsatzstoffe (28) geschnittene Schneise (45) in den Innenraum (22) des Ofengefäßes (11) einschiebbar ist.characterized,
that the oxygen lance ( 29 to 34 ) in the vicinity of the fuel-oxygen burner ( 23 to 26 , 36 ) in the furnace wall ( 15 , 16 ) is arranged so that it in one of the fuel-oxygen burner ( 23rd to 26 , 36 ) into the insert ( 28 ) cut aisle ( 45 ) into the interior ( 22 ) of the furnace vessel ( 11 ) can be inserted.
drei konzentrisch zur Mittelachse des Ofengefäßes (11) mit gleichem Abstand zueinander angeordneten Elektroden (19 bis 21), vier schräg in der Ofenwand (15, 16) zum Schmelzbad (46) geneigten Brennstoff-Sauerstoff-Brennern (23 bis 26), mit zwischen die Elektroden (19 bis 21) gerichteten Austrittsöffnungen (17) der Schneiddüsen (27)
vier im wesentlichen parallel zu den Brennstoff-Sauerstoff-Brennern (23 bis 26) angeordneten Sauerstofflanzen (29 bis 33), die in das Innere des Ofengefäßes (11) einschiebbar und absenkbar sind.25. Electric arc furnace according to one of claims 14 to 24, characterized by
three concentric to the central axis of the furnace vessel ( 11 ) with the same distance from each other electrodes ( 19 to 21 ), four inclined in the furnace wall ( 15 , 16 ) to the melt pool ( 46 ) inclined fuel-oxygen burners ( 23 to 26 ), with between the electrodes ( 19 to 21 ) directed outlet openings ( 17 ) of the cutting nozzles ( 27 )
four oxygen lances ( 29 to 33 ) arranged essentially parallel to the fuel-oxygen burners ( 23 to 26 ), which can be inserted and lowered into the interior of the furnace vessel ( 11 ).
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1996125537 DE19625537C1 (en) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | Method and apparatus for producing steel from scrap |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=7798050
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DE1996125537 Revoked DE19625537C1 (en) | 1996-06-26 | 1996-06-26 | Method and apparatus for producing steel from scrap |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |