DE2014339A1 - Zweistufiges Verfahren und Ofenanlage zur Stahlerzeugung durch direkte Reduktion und Schmelzung - Google Patents
Zweistufiges Verfahren und Ofenanlage zur Stahlerzeugung durch direkte Reduktion und SchmelzungInfo
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Description
Der Γατζνταν walt Dipl.-IN(J. W. Beyer 2 O 1 A 3 3
6000Frankfurt/main Dipl.-Wirtsch.-Ing.B. Jochem freiherr-vom-stein-strasseib
Aktiebolaget
Svenska Kullagerfabriken
Göteborg/ Schweden
Patentanmeldung
Priorität der schwed. Patentanmeldung Nr. 4267/69
vom 26. März 1969
Zweistufiges Verfahren und Ofenanlage zur Stahlerzeugung
durch direkte Reduktion und Schmelzung
Die Erfindung betrifft ein zweistufiges Verfahren zur Stahlerzeugung
durch direkte Reduktion und Schmelzung von Eisenerz in der Form von fein aufbereitetem Erz oder daraus her.—
gestellten Kugeln oder Pellets sowie eine Ofenanlage zur
Durchführung des Verfahrens. "' . - .
Zur Reduktion von Eisenerz sind mehrere Verfahren bekannt, wie beispielsweise das sogenannte Höganäs-Verfahren, bei
welchem Eisenerzkonzentrat mit Koksgruß in Muffeln erhitzt wird, oder das sogenannte Wiberg-Söderfors-Verfahren, bei
welchem die Reduktion des Erzes mit Gas, im wesentlichen
Kohlenmonoxid, durchgeführt wird, wobei das Reduktionsgas
umgewälzt und in einem Carburator wieder zu Kohlenoxyd bzw. Wasserstoff umgewandelt wird. Die Reduktion von Eisenerz
mit einem Gasgemisch aus CO und Hp ist in vieler Hinsicht
vorteilhaft.
. . 00 98U/1 174 SKF 7980/ 24.5.70
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Bei der Reduktion von Eisenerz muss in Betracht gezogen werden, daß in Schachtofen und auch anderen öfen wie
Rotationsöfen die Gefahr des Zusammenbackens, d.h., eines
Zusammenbrennens des Materials besteht. Die Temperatur darf deshalb während der Reduktion einen bestimmten Maximalwert
nicht überschreiten. Die höchste Temperatur, die während der Reduktion angewandt werden kann, ist von der Art
des Erzes und weiteren Bedingungen abhängig, übersteigt aber selten 100 0C. Die Gefahr des Zusammenbackens hat
natürlich Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit und somit die Produktivität und stellt einen schwerwiegenden
Nachteil bei jeder Reduktion von Eisenerz (mit Ausnahme der Muffelverfahren) dar.. Ferner muss das reduzierte Eisenerz,
das ohne Muffeln erzeugt wird, unter eine bestimmte Temperatur abgekühlt werden, da das bei der Reduktion erzeugte
Schwammeisen feuergefährlich ist. Diese Eigenart des Schwammeisens ist ein weiterer Fachteil, und die Gefahr
einer Re-Oxydation verlangt, dass das reduzierte Eisen in gasdichten Behältern oder auf andere Weise so gelagert
wird, dass keine Selbstentzündung auftritt. Auch dieser Umstand kompliziert die Erzeugung von reduziertem Eisenerz
nach dem bisher bekannten Verfahren und verteuert sie.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden. Dies geschieht erfindungsgemäss dadurch, dass
die erste Stufe eine Vorreduktionsstufe ist, in welcher das Eisenerz dadurch reduziert wird, daß ein Reduktionsgas
durch eine Schicht solcher Kugeln oder Pellets geleitet wird, oder dadurch, daß dieses Gas mit einem Strom fortlaufend eingesetzten
fein aufbereiteten Erzes in Berührung gebracht wird, und dann das Gas, zumindest teilweise, durch eine
gasdurchlässige schmelzbare Charge von beispielsweise Brucheisen oder teilweise gesinterten Pellets geleitet wird,
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wonach das Gas beispielsweise zu einem Abgaskessel abgeführt wird, und daß die zweite Stufe eine Schmelz- und
Endreduktionsstufe ist, in welcher die vorreduzierte Charge ohne vorausgehendeAbkühlung unter die Re-Oxydationstemperatur
in an sich bekannter Weise zur weiteren Stahlerzeugung geschmolzen und endgültig reduziert wird.
Mit der Erfindung wird ein sehr wirtschaftliches und vorteilhaftes
Verfahren erhalten. Das erfindungsgemässe Verfahren
eignet sich besonders zur Durchführung in einer Gfenanlage
mit zwei Ofenwannen oder einem sogenannten Zwillingsofen, wie er beispielsitfeise aus der britischen Patentschrift 1 010 64-5 und der US Patentschrift 3 379 815 bekannt
ist. In der vorbekannten Ofenanlage wird in der einen Ofenwanne
die. Charge vorerhitzt, während in der anderen Ofenwanne
ein Schmelzen der Charge mit Sauerstoffgas und öl und
ein Schmelzen mit Elektroden oder eine Wärmezufuhr mit Elektroden
erfolgt. Gemäss der vorliegenden Erfindung ist jedoch der Zwillingsofen vorzugsweise in besonderer Form ausgebildet.
Wenn ein Zwillingsofen mit einem die beiden Ofenwannen verbindenden
Gaskanal verwendet wird, ist es nämlich möglich, eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemässen
Verfahrens durchzuführen, die sich im wesentlichen dadurch auszeichnet, daß die Vor-Reduktionsstufe in der einen
Ofenwanne ausgeführt wird, während die Schmelz- und Endreduktion
und die weitere Stahlerzeugung in der anderen Ofenwanne
durchgeführt werden, wonach, wenn das Verfahren abgeschlossen
ist, die Ofenwannen ihre Aufgabe miteinander tauschen,
so daß der für die Schmelzung und Endreduktionsstufe
verwendete Ofen nach Abstechen und erforderlichen^-falls Ausfüttern
für die Vor-Reduktionsstufe benutzt wird, während die in dem anderen Ofen vorreduzierte Charge der Schmelzung
und Endreduktion unterworfen wird. .
3K.798O .009.8UAU74.. BADOeiGlNAL
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Die Erfindung wird nachstehend, anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Zwillingsofen und
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Zwillingsofen in der Ebene II - II in Fig. 1.
Der bei der Erfindung benutzte Zwillingsofen ist eine Ofenanlage
mit zwei nichtkippbaren Ofenwannen 1 bzw. 2. Den beiden Ofenwannen 1 und 2 ist eine Elektrodenfassung 3 zugeordnet,
die wechselweise an einer der beiden Ofenwannen angebracht werden kann. Ferner ist ein elektrodenfreies Gewölbe 4-vorhanden,
das wechselweise auf den Ofenwannen 2 oder 1 unabhängig von der Elektrodenfassung 3 aufgesetzt werden kann.
Die Ofenwannen 1 und 2 haben in ihren Wandungen kleine Öffnungen zur Beobachtung, Entnahme von Proben und Lufteinblasung
mit einer Lanze. Unmittelbar oberhalb des Schlackenspiegels befinden sich Gasaustrittsöffnungen 6, die zu Ringkanälen
1' und 2' führen. An Jeden dieser beiden Ringkanäle
ist eine Abgasleitung 7 bzw. 8 angeschlossen, die ihrerseits mit einer Zweigleitung 131^ versehen ist, welche unmittelbar
zu einem Abgasheizkessel (nicht dargestellt) führt. In Jeder der vier Gasleitungen befindet sich ein Absperrschieber
71 ,8',13',14·', und die Abgasleitungen 7 und 8 sind
über ein Gebläse 9 miteinander verbunden. Von dem Heizkessel führt eine nicht dargestellte Abgasleitung zu Filtereinrichtungen
und einem Absauggebläse. Die oberen Teile der Zwillingsöfen sind ferner miteinander über eine mit einem
Abnpprrschieber 5' versehene Gasleitung 5 verbunden. An der
Elektrodenfass\mg 3 befinden sich Einrichtungen zur Beschickung mi ^t Zuschlägen, von denen das Reduktionsgas erzeugt wird, so
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daß. die Beschickung entlang den Elektroden 11 erfolgt.
Somit kann die eine Ofenwanne 2 für die Endreduktions- und
Schmelzstufe "bei gleichzeitiger Erzeugung von Reduktionsgas verwendet werden, während die andere Ofenwanne 1 einen Vor-Reduktionsofen
und Vor-Erhitzungsofen für die Schrottcharge
darstellt. Hiernach kann die Funktion der heiden öfen vertauscht
werden. Gas aus dem Schmelzofen 2 wird durch die Leitung
5 über'die Charge in den Reduktionsofen 1 geleitet,
dringt nach unten durch diese Charge und wird durch die Abgasöffnungen
6 oberhalb des Schlackenspiegels in den Ringkanal 1' abgezogen. Ein Teil der austretenden Gase werden
dann durch die Gasleitung 8 , das Gebläse 9 und cLie Gasleitung 7 zum Schmelzofen zwecks Erzeugung weiteren Reduktionsgases
zurückgeleitet. Der Rest der austretenden Gase " wird durch die Gasleitungen 8 und 14 unmittelbar zum Heizkessel
geführt, wo sie verbrannt werden. Das Eisenerz kann entweder unmittelbar in den Gasstrom zwischen den öfen in
Form fein aufbereiteten Erzes durch einen Trichter 12 im Gewölbe 4 eingefüllt werden oder auf den Kopf der Charge
als Kopfschicht in Form von Pellets eingegeben werden, wobei das Reduktionsgas durch die Pellets hindurchdringt.
Da es ausserordentlich vorteilhaft ist, das fein aufbereitete Erz mit dem vom Schmelzofen kommenden.Reduktionsgas
zusammentreffen zu lassen, soll dieses Verfahren nachstehend mehr in seinen Einzelheiten erläutert werden.
Wie oben erwähnt, kann das Reduktionsgas in dem Schmelzofen durch Einspritzen eines Gemische aus Erdgas oder
niederen Ketten-Kohlenwasserstoffen vor allem verflüssigtem Propangas', und Dampf während des Schmelzens in diesem
Ofen und dann vorzugsweise zwischen die Elektroden und die Ofenwandung erzeugt werden. Bei der im Gewölbe herrschenden
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hohen Temperatur läuft folgende Reaktion a"b C5H3 + 5H3O =
Auf diese Weise wird ein Reduktionsgas erhalten, das im wesentlichen aus 30 & CO und 70 % H2 "besteht. Wegen der
hohen Temperatur im Schmelzofen wird dieses Gas den Ofen auch mit hoher Temperatur verlassen, d.h. am Ende der Schmelzstufe
mit Temperaturen bis zu 1200 bis 15000C. Wenn nun fein aufbereitetes Erz, das falls erwünscht bis zu 85O0C
vorerwärmt ist (oberhalb dieser Temperatur wächst das feinaufbereitete
Erz zusammen), in den Gasstrom gelangt, läuft die Reduk tion sehr schnell ab, und es entsteht eine Art
Eisenpuder oder besser eine Art Eisennebel, der sowohl an der Ofenwandung wie auch an der Charge in dem Reduktionsofen
anhaftet.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist es vorteilhaft,
nur einen bestimmten Prozentsatz der Charge in der Form von Eisen aus aufbereitetem Erz wie etwa 30 % zu erzeugen.
Diese Charge dient dann als ein Filter, und der feine Eisennebel wird an der Charge anhaften, die zur Durchführung des
Verfahrens erforderlich ist. Anderenfalls würde der Eisennebel durch die Gasauslässe mitgerissen werden und diese
verstopfen.
Nachdem das Gas zur Reduktion des fein aufbereiteten Erzes verwandt worden ist, wird es, wie bereits erwähnt, durch die
Charge geleitet und erwärmt diese, während es gleichzeitig gekühlt wird. Hierdurch wird ein grosser Teil der physikalischen
Wärme des Reduktionsgases zur Erwärmung der Charge herangezogen, so dass dann das Schmelzen schneller mit
kleinerem Energieverbraiich ausgeführt werden kann, wenn der
Reduktionsofen als Schmelzofen verwendet wird.
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BAD ORIGINAL
In einer Zwillingsofenanlage für 60 t Chargengewicht hat
jeder Ofen ein Volumen von 70 m , und der Querschnitt am
2 oberen Ende einer jeden Ofenwanne beträgt 17,5 ro ·
Schmelzofenleistung ist 25 MVA. In solch einem Ofen wurde die Reductionsdauer für 19 t Bisen zu einer Stunde berechnet.
Der Verbrauch an verflüssigtem Propangas wurde zu 150 kgms/t
reduzierten Eisens mit einem Reduktionsgrad von 90 % errechnet. Der Leistungsverbrauch wurde zu 70kVh/ton reduzierten
Eisens mit 90 % Reduktionsgas ermittelt, und die Chargenzeit für beide miteinander verbundenen Öfen ergab
sich als 2 Stunden und 10 Minuten.
Die Erzeugung eines Schmelzbades und die Reduktion von
Eisen aus Eisenerzkonzentrat geschieht auf folgende Weise. Sowie der Schmelzofen abgestochen ist, was in der gleichen
Weise wie bei einem Herdofen durch Anstechen erfolgt, wird das Gewölbe mit der Elektrodenfassung über diejenige Ofenwanne
geschwenkt, in welcher die Reduktion und Vorerwärmung abläuft. Hiernach wird die leere Ofenwanne mit Hilfe einer
drehenden Ausfütterungsmaschine ausgefüttert, und es beginnt die Beschickung mit schwerem Schrott am Boden und
leichterem Schrott darüber, bis 4-5 t Schrotteisen in den
Ofen eingesetzt sind. Während dieses Vorgangs ist der Absperrschieber
in der Verbindungsleitung zwischen den "beidenöfen
geschlossen und die Absaugung aus dem Schmelzofen erfolgt unmittelbar über die Auslässe dieses Ofens zum Ringkanal
und dem Heizkessel. Wenn die Ausfütterung und Beschickung beendet ist, wird die Elektrodenfassung mit den
Einrichtungen zur Zuführung fein aufbereiteten Erzes in Stellung über den Reduktionsofen versehwenkt. Der Schieber 5'
in der Verbindungsleitung 5 zwischen den beiden öfen wird
geöffnet, und die übrigen Absperrschieber werden so eingestellt,
daß das Gas aus dem Schmelzofen in den Reduktionsofen und über die Auslässe in den Kessel oder zurück zum
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BAD ORJGINAL
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Schmelzofen geleitet wird. Das fein ai:fbereitete Erz,
daR bis zu 85O0C vorgewärmt sein kann, wird in solcher Weise
in den Reduktionsofen eingesetzt, daß es auf den vom Schmelzofen
kommenden Gasstrom trifft. Zuvor ist die Zufuhr von verflüssigtem Propangas und Dampf in den Schmelzofen eingeleitet
worden. 27 "bis 28 t fein aufbereiteten Erzes werden nun in einer Stunde eingesetzt und fortlaufend in dem heissen Gasstrom
reduziert, und diese Reduktion wird fortgesetzt, da unvollständig reduziertes Erz an der darunter befindlichen
Charge anbäckt. Die Reduktion erfolgt so lange, wie der Schmelzprozess im Schmelzofen andauert. Wenn die Charge
im Schmelzofen beendet werden soll, d.h., wenn Kohlenstoff, wie an sich bekannt, in einem Frischungsverfahren entfernt
werden soll, wenn ferner Sauerstoff in die Badzusammensetzung eingeleitet worden soll und die Temperatur eingestellt
werden soll, wird die Zufuhr von verflüssigtem Propangas und Dampf unterbrochen. Das während der Endphase gebildete
Gas enthält im wesentlichen CO, und diese Gase können in den Reduktionsofen geleitet werden, um die Reduktion
zu vervollständigen und die Charge erwärmt zu halten.
Nach erfolgtem Abstechen des Schmelzofens wird der Vorgang
k in umgekehrter Wniso wiederholt.
Patentansprüche /
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0098AA/ 117A
BAD OHitaiiMAL
Claims (15)
1. Zweistufiges Verfahren zur Stahlerzeugung durch direkte Reduktion und Schmelzung von Eisenerz in der Form von
f"ein" ■ aufbereitetem Erz oder daraus hergestellten Kugeln
oder Pellets, d a dur c h g e k e η η ζ e i eh η e t,
daß die erste Stufe eine Vorreduktionsstufe ist, in welcher
das Eisenerz dadurch reduziert wird, daß ein Reduktionsgas durch eine Schicht solcher Kugeln oder Pellets geleitet
wird, oder dadurch, dass dieses Gas mit einem Strom
fortlaufend eingesetzten fein'/aufbereiteten Erzes in
Berührung gebracht wird, und dann das Gas, zumindest teil^-
weise, durch eine gasdurchlässige schmelzbare Charge von
beispielsweise Brucheisen oder teilweise gesinterten Pellets geleitet wird, wonach das Gas beispielsweise zu einem Abgaskessel
abgeführt wird., und daß die zweite Stufe eine Schmelz-
und Endreduktions.stufe ist, in welcher die vorreduzierte Charge ohne vorausgehende Abkühlung unter die Re-Oxydationstemperatur
in an sich bekannter Weise zur weiteren Stahlerzeugung geschmolzen und endgültig reduziert wird.„
2. Verfahren nach Anspruch 1 unter Benutzung einer Ofenahlage
mit zwei abwechselnd für die Vorreduktionsstufe einerseits und die Schmelz- und Endreduktionsstufe andererseits
verwendeten öfen, dadurch g e k e η η ζ ei chn
e t, daß die Vorreduktion in dem einen Ofen ausgeführt wird, während die Schmelzung und Endreduktion und die
weitere Stahlerzeugung in dem anderen Ofen vorgenommen
werden, woraufhin nach Beendigung des,Prozesses die öfen
ihre Aufgabe vertauschen derart, daß, der für die Schmel-
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- ίο -
zungs- und Endreduktionssisufe verwendete Ofen nach Abstechen
und erforderlichenfalls Ausfüttern für die Vorreduktionsstufe "benutzt wird, während die in den anderen
Ofen vorreduzierte Charge der Schmelzung und Endreduktion unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 unter Benutzung einer Ofenanlage
mit zwei öfen, zwischen denen sich ein Verbindungskanal zur Überleitung von Gas befindet, dadurch
gekennzeichnet, dass das Reduktionsgas in
dem für die Schmelzungs- und Endreduktionsstufe verwendeben
Ofen erzeugt und durch den Verbindungskanal in den anderen, für die Vorreduktionsstufe verwendeten Ofen hiriübergeleitet
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3j d a d u r ch
gekennzeichnet, daß der beim Hindurchtreben des Reduktionsgases durch die Charge entstehende Druckabfall
derart ausgeglichen wird, daß ein Entweichen des Gases aus der Ofenanlage oberhalb der Charge ausgeschlossen
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r cn
^ gekennzeichnet, daß in der Vorreduktionss taufe
oder wenigstens deren letzterem Abschnitt die Temperatur des Reduktionsgases 30 hoch gehalten wird, daß sie die
Werte übersteigt, bei denen das reduzierte aufbereitete Erz verbäckt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch
gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas durch Aufspalten von Erdgaa oder unteren Alkanen mit
Dampf erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Reduktionsgas aus einem Gemisch
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von verflüssigtem Erdölgas und Dampf erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7» d a d u r c h g eken
η zeichnet, daß ein Teil des bei der Reduktion erhaltenen und davon abgeführten Gases in die Endreduktions-
und Schmelzstufe zur Erzeugung weiteren Reduktionsgases zurückgeleitet wird, wobei der Verbrauch an
Erdgas oder verflüssigtem Erdölgas gesteigert und der Dampfverbrauch vermindert werden.
9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Drittel des abgeführten Gases zur Endreduktions- und Schmelzstufe zurückgeleitet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r ch
gekennz e ich net, daß das fortlaufend zugeführte fertig aufbereitete Erz oder die entsprechende
Charge von Pellets vor der Reduktionsstufe vorerwärmt
werden, jedoch nicht über 85O0C. .
11. Ofenanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch g e k e η η ζ e i chn
e t, daß die Ofenwanne oder - in einer ~ Mehrfach-Ofenanlage
- die Ofenwannen (1,2) mehrere öffnungen (6) zum Entweichen der Gasströme besitzen, die am Umfang der Ofenwanne
bzw. Ofenwannen mit im wesentlichen gleichem Abstand verteilt sind.
12. Ofenanlage nach' Anspruch 11, dadurch g e k e η nz
e i ch η e t, daß die öffnungen (6)nahezu unmittelbar
über der Oberfläche des in der Schmelz- und Endreduktionsstufe
gebildeten Schmelzbades angeordnet sind.
13· Ofenanlage nach Anspruch 11 oder 12 -mit jzwei Ofenwannen,
dadurchgekennze lehnet, daß entweder
ein für beide Ofenwannen dienendes;.Gewölbe oder (jede
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° ° 9 8 A Λ /1 17 4 bad original
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Ofenwanne (1,2) für sich oder ein Verbindungskanal zwischen den öfen zur Überleitung von.Gas mit Einrichtungen
(12) zum Einsetzen von fertig aufbereitetem Erz in die Vorreduktionsstufe versehen ist.
14. Ofenanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13 mit zwei Ofenwannen, zwischen denen sich ein Verbindungskanal zur
Überleitung von Gas befindet, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anlage mit Einrichtungen (11,10) zum Lichtbogenschmelzen und zum Einsetzen von der Erzeugung
des Reduktionsgases dienenden Zuschlagen in der Schmelz- und Endreduktionsstufe versehen ist.
15. Ofenanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen (1O) zum Einsetzen von der Erzeugung des Reduktionsgases dienenden
Zuschlagen so angeordnet und gerichtet sind, daß die Elektroden (11) für das Lichtbogenschmelzen gekühlt werden.
SKF 7980 / 24.3.70
009844/ 1 17
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| WO2008064798A1 (de) * | 2006-11-30 | 2008-06-05 | Sms Siemag Ag | Verfahren und vorrichtung zur rostfreistahlerzeugung ohne elektrische energiezufuhr auf der basis von in einer ddd-anlage vorbehandeltem roheisen |
| WO2008064797A1 (de) * | 2006-11-30 | 2008-06-05 | Sms Siemag Ag | Verfahren und vorrichtung zur rostfreistahlerzeugung ohne elektrische energiezufuhr auf der basis von roheisen |
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