EP0981034B1 - Verfahren zum Bestimmen der Höhe des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen der Höhe des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens Download PDF

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EP0981034B1
EP0981034B1 EP99115929A EP99115929A EP0981034B1 EP 0981034 B1 EP0981034 B1 EP 0981034B1 EP 99115929 A EP99115929 A EP 99115929A EP 99115929 A EP99115929 A EP 99115929A EP 0981034 B1 EP0981034 B1 EP 0981034B1
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arc
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arm
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Wei-Ping Dr. Wu
Fritz-Peter Prof. Dr.-Ing. Pleschiutschnigg
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    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/28Arrangement of controlling, monitoring, alarm or the like devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27B3/08Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces heated electrically, with or without any other source of heat
    • F27B3/085Arc furnaces
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    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F27D21/0028Devices for monitoring the level of the melt

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the height the bath level of an electric arc furnace, the one Oven vessel with a slag door and a height-adjustable one Electrode support arm for at least one graphite electrode having.
  • the melt In the electric arc furnace, the melt is oxidic Slag covered.
  • the slag contains oxygen, aluminum additives to remove it are needed.
  • the aluminum is oxidized to alumina, which the casting properties deteriorate and the clogging of the Diving spout, which promotes so-called "clogging".
  • the oxygen from the iron oxide in the slag complicates the Desulphurization and degassing of the steel at the secondary metallurgical treatment.
  • Running slag is visually difficult to identify. Some Operators therefore use an electromagnetic process for slag detection. However, its warning signal is only given then, when the slag already through the tap hole in the Ladle is running. Only because of the negative casting properties you can see that the tapping was not low in slag.
  • the permissible Tapping weight required to reach the minimum bath level depends on the height of the bath level before tapping. There is between this height and the permissible tapping weight a connection for which there are empirical values, so that at known bath level the permissible tapping weight is also known.
  • the tapping weight is determined using load cells under the Pouring ladle measured in the steel extraction trolley, the racking until the permissible tapping weight is reached is.
  • the key point is knowledge of the Initial height of the bathroom mirror.
  • the bath weight is not a reliable indicator for the height of the bathroom mirror.
  • the height of the bath level is measured in order to a targeted lowering of the oxygen lance into the converter or into the furnace vessel to reach.
  • a water-cooled measuring probe with two contact pins used on the measuring head. After passing through the slag layer changes electrical resistance when the probe is immersed in the steel bath between the contact pins and thus signals the position of the bathroom mirror.
  • the invention has for its object to provide a method that is accurate and inexpensive determination of the height of the bath level of an electric arc furnace leads shortly before its racking.
  • the task is solved in that the height of the bath level by difference preferably outside the high temperature range of the electric arc furnace directly measured lengths of the position value of the one in the working position Electrode support arm and the graphite electrode and the indirectly determined arc length corrected with a correction element is determined.
  • the exact Measuring lengths outside the high temperature range in normal temperature The environment of the electric arc furnace is comparatively simple and inexpensive. This allows the measurement process to be accurate and inexpensive.
  • the length of the arc is advantageously determined using electrical parameters such as voltage, power factor (cosine ⁇ ), resistance, reactance and others Measured variables determined during operation. These electrical readings drop without this in operation and require no additional equipment, time and Operating expenses.
  • the length of the graphite electrode is determined as the difference the position value of the raised electrode support arm and the position value an optical position measuring device, with the help of which the tip of the raised graphite electrode is located through the open slag door.
  • the Position values of the electrode arm and optical measuring device become easier Measured way and outside the high temperature zone.
  • the contact to The tip of the graphite electrode is a purely optical one.
  • a furnace vessel (2) is tiltable as a fire-resistant liner Steel vessel, which has a pivotable furnace lid (3) having. In this way, the scrap in baskets from above be placed in the oven.
  • Electrode support arm (5) attached by means of a not shown lifting device through an opening in the furnace cover (3) can be lowered into the furnace space, being its Position by a position sensor, not shown is shown.
  • An arc (6) transfers the energy the input materials.
  • the SchmeLze (7) has a bath level (8) in the right half of Fig. 1 the level before and in the left Half during racking.
  • the molten steel pours into a ladle (10) on a steel extraction trolley (11) with which the ladle (10) to the Pouring equipment or other processing facilities is transported.
  • Figure 2 shows a section of Fig. 1 with a raised slag door (13), which is the view of the top the graphite electrode (4) also pulled up for a optical position measuring device (14) releases.
  • the method according to the invention works as follows: after melting, the liquid steel (7) of the electric arc furnace (1) is overheated in order to achieve an optimal tapping temperature. Towards the end of overheating. the electrode support arm (5) takes the position H arm, 1 . At this point, the bath level (8) is smooth and the arc (6) burns quietly under the slag (9).
  • the arc length L arc can be determined from the electrical measurement values of the electric arc furnace (1).
  • L gr H poor, 2 - H gr
  • the measured value L gr is compared with that calculated on the electrode consumption ⁇ L gr .
  • the electrode consumption ⁇ L gr can be determined empirically via the electrical and chemical energy consumed during the melting process and via electrical parameters.
  • the method according to the invention is more precise, because the bath height is more crucial than for slag-free tapping the bath weight, which depends on the same bath height The state of wear of the furnace vessel (2) varies.
  • the method according to the invention offers the possibility of a rapid measurement of the bath level (8) even before tapping and gives information about the permitted tapping amount for a slag-free racking, which is necessary for the adjustment of the desired degree of purity is crucial. Also offers there decision support for scrap loading and re-charging for the timely correction of the bath quantity.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Höhe des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens, der ein Ofengefäß mit einer Schlackentür und einen höhenversteLLbaren Elektrodentragarm für mindestens eine Graphitelektrode aufweist.
Im Elektrolichtbogenofen ist die Schmelze mit einer oxidischen Schlacke bedeckt. Für den Reinheitsgrad des Stahls und für die Gussqualität ist es wichtig, dass beim Abstich in die Gießpfanne möglichst wenig Schlacke mitläuft. Die Schlacke enthält Sauerstoff, zu dessen Beseitigung Aluminiumzusätze benötigt werden. Das Aluminium wird zu Tonerde oxidiert, die die Gießeigenschaften verschlechtert und das Verstopfen des Tauchausgusses, das sogenannte "clogging" fördert. Außerdem erschwert der Sauerstoff aus dem Eisenoxid in der Schlacke die Entschwefelung und Entgasung des Stahls bei der sekundärmetallurgischen Behandlung.
Mitgelaufene Schlacke ist visueLL schlecht auszumachen. Manche Betreiber benutzen deshalb ein elektromagnetisches Verfahren zur Schlackenerkennung. Dessen Warnsignal erfolgt jedoch erst dann, wenn die Schlacke schon durch das Abstichloch in die Gießpfanne Läuft. Erst an den negativen Gießeigenschaften erkennt man, dass der Abstich nicht schlackenarm genug war.
Es ist bekannt, dass durch den "Badewanneneffekt" - einer Wirbelbildung über dem AbstichLoch - der Schlackenmitlauf schon beginnt, bevor die Schlackenschicht das Abstichloch erreicht. Es ist deshalb wichtig, dass der Badspiegel über dem Abstichloch am Ende des Abstichs eine gewisse Mindesthöhe aufweist.
Diese Mindesthöhe des Badspiegels kann nicht gemessen werden, da das Ofengefäß beim Abstich gekippt wird. Das zulässige Abstichgewicht, das zum Erreichen des Mindestbadspiegels führt, hängt von der Höhe des Badspiegels vor dem Abstich ab. Zwischen dieser Höhe und dem zulässigen Abstichgewicht besteht ein Zusammenhang, für den es Erfahrungswerte gibt, so dass bei bekannter Badspiegelhöhe das zulässige Abstichgewicht ebenfalls bekannt ist.
Das Abstichgewicht wird mittels Wiegezellen unter der Gießpfanne im Stahlentnahmewagen gemessen, wobei der Abstich so Lange erfolgt, bis das zulässige Abstichgewicht erreicht ist. Dabei ist der entscheidende Punkt die Kenntnis der Ausgangshöhe des Badspiegels.
Bei einem bekannten Verfahren zur Bestimmung der Ausgangshöhe des Badspiegels wird diese aus dem Badgewicht abgeleitet, das durch Messdosen unter dem Ofengefäß gemessen wird. Das Badgewicht setzt sich zusammen aus dem Abstichgewicht und dem nach dem Abstich im Ofengefäß verbleibenden Reststahlgewicht. Letzteres vergrößert sich jedoch im Laufe der Zeit, da die feuerfeste Auskleidung des Ofengefäßes vor aLLem im Bereich des Bodenprofils und an der Wandung im BadspiegeLbereich verschleißt als Folge der hohen Temperaturen, Temperaturwechsel- und Druckwechselbeanspruchungen. Daher ist das Badgewicht kein zuverlässiger Indikator für die Höhe des Badspiegels.
Beim heutigen Stand der Technik wird die Höhe des Badspiegels gemessen, um ein gezieltes Absenken der Sauerstofflanze in den Konverter bzw. in das Ofengefäß zu erreichen. Dazu wird eine wassergekühlte Messsonde mit zwei Kontaktstiften am Messkopf verwendet. Nach Durchtritt durch die Schlackenschicht ändert sich beim Eintauchen der Messsonde in das Stahlbad der elektrische Widerstand zwischen den Kontaktstiften und signalisiert so die Lage des Badspiegels. Dieses Verfahren ist jedoch aufwendig, zumal wenn man die zusätzliche Messung vor dem Abstich in Betracht zieht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das zum exakten und kostengünstigen Bestimmen der Höhe des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens kurz vor dessen Abstich führt.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Höhe des Badspiegels durch Differenzbildung der vorzugsweise außerhalb des Hochtemperaturbereiches des Elektrolichtbogenofens direkt gemessenen Längen des Positionswertes des in Arbeitsstellung befindlichen Elektrodentragarms und der Graphitelektrode und der indirekt ermittelten, mit einem Korrekturglied korrigierten, Lichtbogenlänge bestimmt wird. Das genaue Messen von Längen außerhalb des Hochtemperaturbereiches in normal temperierter Umgebung des Elektrolichtbogenofens ist vergleichsweise einfach und unaufwändig. Dadurch kann das Messverfahren genau und kostengünstig sein.
Die Länge des Lichtbogens wird vorteilhafterweise mit Hilfe elektrischer Parameter wie Spannung, Leistungsfaktor (Cosinus Φ), Widerstand, Reaktanz und anderer Messgrößen während des Betriebs bestimmt. Diese elektrischen Messwerte fallen ohne dies im Betrieb an und erfordern keinen zusätzlichen Apparate-, Zeit- und Bedienungsaufwand.
Es ist von Vorteil, dass bei der Bestimmung der Lichtbogenlänge ein empirisch ermitteltes Korrekturglied für die Unebenheit des Badspiegels berücksichtigt wird. Dadurch steigt die Genauigkeit der Bestimmung des Badspiegels.
Vorteilhaft ist auch, dass die Länge der Graphitelektrode bestimmt wird als Differenz des Positionswertes des angehobenen Elektrodentragarms und des Positionswertes eines optischen Positionsmessgerätes, mit dessen Hilfe die Spitze der angehobenen Graphitelektrode durch die geöffnete Schlackentür geortet wird. Die Positionswerte von Elektrodentragarm und optischem Messgerät werden in einfacher Weise und außerhalb der Hochtemperaturzone gemessen. Der Kontakt zur Spitze der Graphitelektrode ist ein rein optischer.
Da die optische Positionsmessung der Spitze der Graphitelektrode nach deren Anhebung im Anschluss an die Überhitzungsphase erfolgt, wird die Längenmessung kurz vor dem Abstich vorgenommen. Dadurch wird die genaue Länge der Graphitelektrode unter Berücksichtigung von deren aktuellem Verschleißzustand für die Bestimmung der Badspiegelhöhe herangezogen.
Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, dass der Elektrodenverbrauch aus dem beim Schmelzprozess gemessenen Verbrauch von elektrischer und chemischer Energie bestimmt wird. Dieses empirische Verfahren bietet eine indirekte Angabe der aktuellen Elektrodenlänge vor dem Abstich.
Es ist deshalb von Vorteil, dass der Badspiegel mit einer rechnerischen Verknüpfung der Längenabmessungen bestimmt und mit dem aus der beim SchmeLzen eingesetzten elektrischen und chemischen Energie errechneten Elektrodenverbrauch kontrolliert wird. Auf diese Weise wird die Sicherheit der Badspiegelmessung weiter erhöht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.
Es zeigen:
Fig. 1
einen Schnitt durch einen Elektrolichtbogenofen mit Stahlentnahmewagen,
Fig. 2
einen Teil des geschnittenen ELektroLichtbogenofens mit offener Schlackentür und optischem Messgerät.
Im Elektrolichtbogenofen (1) der Figur 1 wird Elektrostahl aus Schrott und ggf. aus Eisenschwamm und Roheisen erschmolzen. Ein Ofengefäß (2) ist als feuerfest ausgekleidetes kippbares Stahlgefäß ausgebildet, das einen schwenkbaren Ofendeckel (3) aufweist. Auf diese Weise kann der Schrott in Körben von oben in den Ofen eingebracht werden.
Die Zufuhr der elektrischen Energie für die Beheizung des Elektrolichtbogenofens (1) erfolgt bei Gleichstrombetrieb über eine Graphitelektrode (4). Diese ist an einem Elektrodentragarm (5) befestigt, der mittels einer nicht dargestellten Hubeinrichtung durch eine öffnung im Ofendeckel (3) in den Ofenraum abgesenkt werden kann, wobei seine Position durch einen nicht dargestellten Positionsgeber angezeigt wird. Ein Lichtbogen (6) überträgt die Energie auf die Einsatzstoffe.
Die SchmeLze (7) weist einen Badspiegel (8) auf, der in der rechten Hälfte von Fig. 1 das Niveau vor und in der Linken Hälfte während des Abstichs hat. Auf den Badspiegel (8) schwimmt eine Schlackenschicht (9). Der flüssige Stahl ergießt sich in eine Gießpfanne (10), die auf einem Stahlentnahmewagen (11) steht, mit dem die Gießpfanne (10) zu den Gießeinrichtungen oder anderen Weiterbehandlungsanlagen transportiert wird. Unter der Gießpfanne (10) sind Wiegezellen (12) angeordnet, um das abgestochene Stahlgewicht messen zu können.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt von Fig. 1 mit einer hochgezogenen Schlackentür (13), die die Sicht auf die Spitze der ebenfalls hochgezogenen Graphitelektrode (4) für ein optisches Positionsmessgerät (14) freigibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert folgendermaßen: Nach dem Einschmelzen wird der flüssige Stahl (7) des Elektrolichtbogenofens (1) überhitzt, um eine optimale Abstichtemperatur zu erzielen. Gegen Ende der überhitzung. nimmt der Elektrodentragarm (5) die Position Harm,1 ein. Zu diesem Zeitpunkt ist der Badspiegel (8) glatt und der Lichtbogen (6) brennt ruhig unter der Schlacke (9). Die Lichtbogenlänge Larc kann über die vorliegenden elektrischen Messwerte des Elektrolichtbogenofens (1) bestimmt werden.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, kann die Höhe des Badspiegels (8) wie folgt ermittelt werden: Hbad = Harm,1 - Lgr - (Larc - c)
Dabei sind:
  • Harm,1= Position des Elektrodentragarms (5) gegen Ende der überhitzung,
  • Lgr = die Länge der Graphitelektrode (4) unter dem Elektrodentragarm (5),
  • Larc = die Länge des Lichtbogens (6),
  • c = ein Korrekturglied zur Berücksichtigung der Unebenheit der BadoberfLäche.
  • In Figur 2 ist die Ermittlung der Elektrodenlänge Lgr schematisch dargestellt. Lgr = Harm,2 - Hgr
    Dabei sind:
  • Harm,2 = die Position des Elektrodentragarms (5) nach Anheben der Graphitelektrode (4),
  • Hgr = Position der ELektrodenspitze (mittels optischem Positionsmessgerät (14) durch die offene SchLackentür (13) geortet).
  • Der Messwert Lgr wird mit dem auf dem Elektrodenverbrauch ▴Lgr berechneten verglichen. Der Elektrodenverbrauch ▴Lgr kann über die beim Schmelzvorgang verbrauchte elektrische und chemische Energie sowie über elektrische Parameter empirisch ermittelt werden.
    Bei der Auswertung der oben angeführten Daten fällt die Differenz ▴Hbad zwischen der Höhe des Ist-Badspiegels Hbad,ist und des Soll-Badspiegels Hbad,soll an. ▴Hbad = Hbad,ist- Hbad,soll. Daraus lässt sich die Gewichtsdifferenz ▴Gbad = ▴Hbad . A ableiten, wobei A die Badoberfläche ist
    Im Falle eines Gewichtsdefizits können - falls verfügbar - zusätzlich Eisenträger wie direkt reduziertes Eisen bzw. Eisenschwamm (DRI) und/oder heiß brikettiertes Eisen bzw. Eisenschwammbriketts (HBI) kontinuierlich über ein Bunkersystem in den Elektrolichtbogenofen (1) chargiert werden oder die Charge wird mit weniger Gewicht abgestochen, um ein zu starkes Absenken des Badspiegels (8) und somit den Schlackenmitlauf zu verhindern. Für die nächste oder übernächste Charge wird entsprechend mehr Schrott in den Schrottkorb geladen und chargiert. Im Fall eines Gewichtsüberschusses wird für die nächste oder übernächste Charge entsprechend weniger Schrott in den Schrottkorb geladen und chargiert.
    Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
    - Hohe Messgenauigkeit
    Im Vergleich zur Messung mit Druck-Messdosen unter dem Ofengefäß (2) ist das erfindungsgemäße Verfahren genauer, denn die Badhöhe ist für schLackenfreien Abstich entscheidender als das Badgewicht, das bei gleicher Badhöhe je nach Verschleißzustand des Ofengefäßes (2) variiert.
    - Geringerer Kostenaufwand
    Das bekannte Verfahren der Badspiegelmessung im Ofengefäß (2) über Sauerstoff Lanze und Sonde ist kostenaufwendiger als das erfindungsgemäße Messverfahren. Dieses benutzt die bereits vorhandenen Daten und benötigt nur ein zusätztiches, konventionelles optisches Messgerät (14).
    - Frühes Erkennen einer zu geringen Badmenge
    Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit einer schnellen Messung des Badspiegels (8) bereits vor dem Abstich und gibt Informationen über die zulässige Abstichmenge für einen schlackenfreien Abstich, der für die Einstellung des gewünschten Reinheitsgrades entscheidend ist. Außerdem bietet es Entscheidungshilfe für das Schrottladen und Nachchargieren zur rechtzeitigen Korrektur der Badmenge.
    - Keine zusätzlichen Nebenzeiten
    Da die Messungen während der üblichen Betriebsprozessschritte durchgeführt werden, sind keine zusätzlichen Nebenzeiten erforderlich, die zu Produktionsverlust führen.

    Claims (7)

    1. Verfahren zum Bestimmen der Höhe (Hbad) des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens (1), der ein Ofengefäß (2) mit einer Schlackentür (13) und einen höhenverstellbaren Elektrodentragarm (5) für mindestens eine Graphitelektrode (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (Hbad) des Badspiegels (8) durch Differenzbildung der vorzugsweise außerhalb des Hochtemperaturbereiches des Elektrolichtbogenofens (1) direkt gemessenen Längen des Positionswertes (Harm,1) des in Arbeitsstellung befindlichen Elektrodentragarms (5) und der Länge (Lgr) der Graphitelektrode (4) und der indirekt ermittelten, mit einem Korrekturglied (c) korrigierten, Lichtbogenlänge (Larc - c) bestimmt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (Larc) des Lichtbogens (6) mit Hilfe elektrischer Parameter wie Spannung, Leistungsfaktor (cos Φ), Widerstand, Reaktanz und anderer Messgrößen während des Betriebs bestimmt wird.
    3. Verfahren nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Lichtbogenlänge (Larc) ein empirisch ermitteltes Korrekturglied (c) für die Unebenheit des Badspiegels (8) und der Elektrodenspitze berücksichtigt wird.
    4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (Lgr) der Graphitelektrode (4) bestimmt wird als Differenz der Positionswerte (Harm,2) des angehobenen Elektrodentragarms (5) und des Positionswertes (Hgr) eines optischen Positionsmessgerätes (14), mit dessen Hilfe die Spitze der angehobenen Graphitelektrode (4) durch die geöffnete Schlackentür (13) geortet wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Positionsmessung (14) der Spitze der Graphitelektrode (4) nach deren Anhebung im Anschluss an die Überhitzungsphase erfolgt.
    6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenverbrauch (ΔLgr) aus dem beim Schmelzprozess gemessenen Verbrauch von elektrischer und chemischer Energie bestimmt wird.
    7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Badspiegel (8) aus einer rechnerischen Verknüpfung der Längenabmessungen (Harm,1,Harm,2, Hgr, Larc- c) bestimmt und mit dem aus der beim Schmelzen eingesetzten elektrischen und chemischen Energie errechneten Elektrodenverbrauch kontrolliert wird.
    EP99115929A 1998-08-14 1999-08-13 Verfahren zum Bestimmen der Höhe des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens Expired - Lifetime EP0981034B1 (de)

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    DE19836844A DE19836844C2 (de) 1998-08-14 1998-08-14 Verfahren zum Bestimmen der Höhe des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens
    DE19836844 1998-08-14

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    Publication Number Publication Date
    EP0981034A1 EP0981034A1 (de) 2000-02-23
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    ID=7877509

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    EP99115929A Expired - Lifetime EP0981034B1 (de) 1998-08-14 1999-08-13 Verfahren zum Bestimmen der Höhe des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens

    Country Status (3)

    Country Link
    EP (1) EP0981034B1 (de)
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    Also Published As

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    ATE258300T1 (de) 2004-02-15
    DE19836844A1 (de) 2000-02-24
    EP0981034A1 (de) 2000-02-23
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