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EP0721990B1 - Verfahren zum Herstellen von legierten Stählen und Elektroofenanlage mit verstellbaren Frischlanzen dafür - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von legierten Stählen und Elektroofenanlage mit verstellbaren Frischlanzen dafür Download PDF

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Publication number
EP0721990B1
EP0721990B1 EP96890007A EP96890007A EP0721990B1 EP 0721990 B1 EP0721990 B1 EP 0721990B1 EP 96890007 A EP96890007 A EP 96890007A EP 96890007 A EP96890007 A EP 96890007A EP 0721990 B1 EP0721990 B1 EP 0721990B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
manufacturing step
electric furnace
oxygen
several
during
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96890007A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0721990A1 (de
Inventor
Ernst Dipl.-Ing. Fritz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VAI Technometal GmbH
Original Assignee
VAI Technometal GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VAI Technometal GmbH filed Critical VAI Technometal GmbH
Publication of EP0721990A1 publication Critical patent/EP0721990A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0721990B1 publication Critical patent/EP0721990B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/5264—Manufacture of alloyed steels including ferro-alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/5252—Manufacture of steel in electric furnaces in an electrically heated multi-chamber furnace, a combination of electric furnaces or an electric furnace arranged for associated working with a non electric furnace
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0087—Treatment of slags covering the steel bath, e.g. for separating slag from the molten metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
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    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/068—Decarburising
    • C21C7/0685—Decarburising of stainless steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
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    • C21C7/10—Handling in a vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C2007/0093—Duplex process; Two stage processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S75/00—Specialized metallurgical processes, compositions for use therein, consolidated metal powder compositions, and loose metal particulate mixtures
    • Y10S75/961—Treating flue dust to obtain metal other than by consolidation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S75/00—Specialized metallurgical processes, compositions for use therein, consolidated metal powder compositions, and loose metal particulate mixtures
    • Y10S75/962—Treating or using mill scale

Definitions

  • the invention relates to a method for producing alloy steels, in particular stainless steel or steel stock for stainless steel, being in a first Manufacturing step iron carrier largely decarburized and with the help of oxygen dephosphorated and the melt after removing the slag formed in one Another manufacturing step after the addition of alloy carriers to the desired one Alloy and carbon content is adjusted using oxygen and inert gas, and an installation for carrying out the method.
  • a method of this type is known from EP-A2 - 0 229 586. Both manufacturing steps are carried out in one and the same oxygen blowing converter. With this method, one is severely limited with regard to charging solids to be melted. Solid pig iron, alloying agents and scrap can be brought into the oxygen blowing converter in a maximum amount of 20% by weight of a batch. If you want to charge large quantities of solids, you are forced to add expensive exothermic chemical heating agents, but this entails the disadvantage of large quantities of slag (SiO 2 , Al 2 O 3 etc.). These large amounts of slag require high amounts of lime, and as a result there is a large loss of output of iron, chromium, manganese, etc.
  • the oxygen blowing converter has a floor flushing device to create a melt pool motion. This leads to the oxygen blowing converter high chrome slagging, so that the economy of the known method is not more is given.
  • the economically viable lower limit (with an even more viable one Chrome slag) for the carbon content is 0.2% C. In addition, do not set the lowest carbon content (e.g. less than 0.1% carbon).
  • the invention aims at avoiding these disadvantages and difficulties and presents itself the task, a method of the type described above and a system for Implementation of the process, which allow alloyed steels, especially stainless steels, in an economical way with high productivity to manufacture.
  • a gas inlet in the melt preferably with a minimum amount of 30 liters / min per point of introduction Introduction of inert gas and 300 liters / min when introducing oxygen or mixed gases containing oxygen.
  • the oxygen or oxygen-containing is expediently blown during the bath Mixed gas is an amount of inert gas that increases with the duration of the under bath blowing added.
  • a preferred embodiment is characterized in that the first Manufacturing step in a first electric furnace and the further manufacturing step in one different electric oven is carried out from the first electric oven.
  • the Placing the batch in a second electric furnace to carry out the further The manufacturing step enables the melt to be kept free of phosphorus Slag that still adheres to the brickwork despite being slagged in the first electric furnace. This results in an almost complete dephosphorization of the melt, so that the further manufacturing step, namely the alloy adjustment and further decarburization, in Absence of phosphorus can be done.
  • This can be, for example, at just above the normal melt level in the wall of the electric furnace arranged blow nozzles, which when tilting below the Melt surface come to rest, are carried out. As a result, these lie Blow nozzles when not in use above the melt (and slag) so that their Life is extended.
  • the metal yield is preferably increased and the consumption of reducing agent lowered if the further manufacturing step with the greatest possible exclusion of air is carried out.
  • the method according to the invention is particularly advantageous if of the iron carriers more than 20% by weight, preferably more than 40% by weight, of the batch of scrap become.
  • the further manufacturing step is expedient, leaving a subset of the Slag from the other one that took place before the further production step Manufacturing step carried out.
  • the slag containing Cr 2 O 3 which comes from the previous batch in the second electric furnace and which is formed by the partial oxidation of the silicon from the ferrochrome and the added lime etc., is primarily reduced by silicon and carbon from the ferrochrome and can be slagged off with high chrome output and minimal consumption of reducing agent, such as FeSi, before the fine decarburization in the electric furnace.
  • the slag during the further manufacturing step during a Flushing process with inert gas reduced by adding reducing agent, lime and flux and the melt is deoxidized and desulfurized, so that in the further production step final carbon content already required for the respective steel quality, the rest chemical analysis and the desired temperature of the melt can be achieved.
  • fine-grained ore e.g. Chrome ore as Cr and oxygen carrier (for Si oxidation) with or without mixing with reducing agent (e.g. FeSi, coal) and / or Carbon or nickel oxide are blown onto the arcs and onto the melt.
  • a system for carrying out the process with an electric furnace, in the bottom area of which jacket nozzles are provided, through the jacket of which hydrocarbon and / or inert gas can be fed in, is characterized by swiveling and longitudinally movable fresh lances arranged above the normal melt level and penetrating the side wall of the oven, and also in the bottom area provided jacket nozzles, through the jacket hydrocarbon and / or mixtures of hydrocarbon and inert gas and / or CO 2 and / or water vapor can be supplied.
  • FIGS. 1 and 2 each have an electric furnace in Illustrate cross section in a schematic representation.
  • An electric furnace 1 provided for the first manufacturing step has three sub-bath nozzles 4 in the refractory lining 2 of the lower part 3 of the stove, as shown in FIG.
  • the Unterbaddüsen 4 are nozzles, which are formed from two or three concentric tubes - in the manner of jacket nozzles - with the process gas flowing in the inner round central tube and protective gas for the nozzles flowing between the tubes in the annular or circular section cross sections.
  • the protective gas is preferably hydrocarbon, such as propane, butane or a mixture of hydrocarbon and inert gas. However, water vapor, CO 2 , light heating oil, CO, inert gas or mixtures thereof have also been successfully used as a protective medium.
  • Annular gap nozzles which were filled with refractory material in the central tube and in which the process gas was introduced through an interrupted annular gap, could also be successfully used as an under bath nozzle 4.
  • washing elements 6 are arranged, which are made of there are two pipes each.
  • the inner tube is made of fireproof material locked.
  • the annular gaps can also be formed from circular sections.
  • the Flushing elements 6 can also be made of porous, sheet metal-coated or with thin tubes provided refractory material.
  • fresh lances 9 are made of two or three concentric tubes or formed by a water-cooled tube.
  • the arrow direction 10 indicates that the fresh lances are inclined downwards as a tangent to an imaginary one Blow cylinder and at a relatively short distance from the bath surface 11.
  • the fresh lances 9 are inserted into water-cooled copper cooling boxes 12. It is also one of the three Electrodes 13 shown as a hollow electrode.
  • Three post-combustion / burner lances 14 are arranged in the upper part of the furnace side wall 8.
  • An opening 15 is used to add Slag formers and alloying agents.
  • FIG. 2 shows a second schematically illustrated electric furnace 16 according to the invention illustrated. This has a special feature - in contrast to that shown in Fig. 1 Electric furnace 1 - an exchangeable base part 17 in which the three rinsing elements 6 are provided.
  • An electrode 13 is designed as a hollow electrode, which is lined with a ceramic tube is. Alloying agents are passed through the opening 15 with a scrap basket (not shown) of the furnace cover 18 in the furnace (second electric furnace). Seals 19 are on the Separation point furnace side wall 8 to furnace cover 18, slag door 20 to furnace side wall 8 and at the opening 15 in the furnace cover 18 made of ceramic fiber. The furnace cover 18 will at least temporarily pressed against the furnace side wall 8 with a tensioning device.
  • the gas consumption per ton of liquid steel is determined as follows:
  • Fresh lances 9 are charged with 15 Nm 3 O 2 / t and the under bath nozzles 4 with 8 Nm 3 O 2 / t and 1.1 Nm 3 CH 4 / t.
  • the flushing elements 6 blow 1.2 Nm 3 N 2 plus 0.3 Nm 3 CH 4 / t to improve the bath movement and the application.
  • the electricity consumption on the electric furnace is 1 130 kWh / t of the liquid steel end product (from the second electric furnace). 50 kg of slag are slagged. 680 kg of premelt with 0.20% C, 0.020% P and 1590 ° C are passed on to the second electric furnace 16.
  • the tapping sequence time is 57 min.
  • the second electric furnace 16 100 t electric furnace with 70 MVA are per t liquid steel (AISI 304) approx. 60 kg slag recirculated from the pre-batch, 680 kg pre-melt, 350 kg Charged HCFeCr, FeMn, FeSi and 45 kg lime as well as 10 kg dolomite.
  • AISI 304 per t liquid steel
  • the fresh lances 9 apply 20 Nm 3 O 2 to the melt, 5 Nm 3 O 2 through self-consuming pipes and 4 8 Nm 3 O 2 + 2 Nm 3 Ar + 1 Nm 3 CH 4 through the under bath nozzles blown into the melt.
  • the entry of false air into the second electric furnace 16 is largely prevented (the furnace cover 18 is clamped against the furnace side wall 8).
  • 125 kg of slag are largely reduced and removed with the silicon from the HCFeCr and the carbon.
  • the melt in the second electric furnace 16 is blown to 0.04% C by blowing the O 2 + Ar / CH 4 + Ar with the aid of the under bath nozzles 4, and the slag is reduced during the inert gas blowing and the addition of FeSi and lime , the melt desulphurized, emptied, finely alloyed, rinsed and poured after an intermediate deslagging and another lime batching.
  • the treatment time in the second electric furnace 16 is approximately 70 minutes.
  • the dephosphorization of pig iron and scrap iron, recycled materials, FeNi etc. is carried out in first electric furnace 1 made.
  • the P 2 O 5 -containing slag is removed from the plant, ie the electric furnace 1, before this largely decarburized premelt is charged, alloyed, desilicated and decarburized in the second electric furnace 16.
  • Brief decarburization, deoxidation, desulphurization and rinsing can be carried out in a vacuum system (e.g. VOD system).
  • Decarburization with the lowest chrome slagging to medium or lowest Carbon content is with oxygen - or to reduce the CO partial pressure with oxygen containing mixed gases blowing stationary Unterbaddüsen 4 and / or 6 and partially with stationary and / or movable inflation nozzles 9 or lances.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von legierten Stählen, insbesondere von nichtrostenden Stählen oder Stahlvormaterial für nichtrostende Stähle, wobei in einem ersten Herstellungsschritt Eisenträger mit Hilfe von Sauerstoff weitgehend entkohlt und entphosphort und die Schmelze nach Entfernen der dabei gebildeten Schlacke in einem weiteren Herstellungsschritt nach Zufuhr von Legierungsträgern auf den gewünschten Legierungs- und Kohlenstoffgehalt mit Hilfe von Sauerstoff und Inertgas eingestellt wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Ein Verfahren dieser Art ist aus der EP-A2 - 0 229 586 bekannt. Beide Herstellungsschritte werden hierbei in ein- und demselben Sauerstoffblaskonverter durchgeführt. Bei diesem Verfahren ist man hinsichtlich des Chargierens aufzuschmelzender Feststoffe stark begrenzt. Festes Roheisen, Legierungsmittel und Schrott lassen sich beim Sauerstoffblaskonverter maximal in Mengen von 20 Gew.% einer Charge einbringen. Will man größere Mengen an Feststoffen chargieren, ist man gezwungen, teure exotherme chemische Heizmittel zuzugeben, was jedoch den Nachteil großer Schlackenmengen (SiO2, Al2O3 etc.) mit sich bringt. Diese großen Schlackenmengen erfordern hohe Kalkzusätze, und es kommt in der Folge davon zu großen Ausbringungsverlusten an Eisen, Chrom, Mangan etc..
Gemäß der EP-A2 - 0 229 586 weist der Sauerstoffblaskonverter eine Bodenspüleinrichtung auf, um eine Schmelzbadbewegung zu erzeugen. Dies führt beim Sauerstoffblaskonverter zu hohen Chromverschlackungen, so daß die Wirtschaftlichkeit des bekannten Verfahrens nicht mehr gegeben ist. Die wirtschaftlich tragbare Untergrenze (bei noch tragbarer Chromverschlackung) für den Kohlenstoffgehalt liegt bei 0,2 % C. Zudem lassen sich niedrigste Kohlenstoffgehalte (z.B. kleiner als 0,1 % Kohlenstoff) nicht einstellen.
Bei der Herstellung von höherlegierten Stählen im Elektroofen, insbesondere chromlegierten nichtrostenden Stählen, ist man bisher auf Schwierigkeiten gestoßen, da es bei der Entkohlung im Elektroofen zu extrem hohen Chromverschlackungen kommt. Zur Vermeidung solcher Chromverschlackungen hat man vorgeschlagen, Temperaturen weit über 1700°C während der Entkohlung der Schmelze einzustellen. Das Ergebnis dieser Bemühungen war, daß weltweit ca. 80 % rostfreier Stähle mit Hilfe von Konverterverfahren hergestellt werden.
Die Möglichkeiten der Verfahrensroute im Elektroofen - eventuell in Kombination mit einer nachgeschalteten Vakuumbehandlung - sind im Hinblick auf die wirtschaftlich anwendbaren Einsatzmaterialien stark begrenzt. So mußte das Phosphoreinbringen auf kleiner 0,030 % und das Kohlenstoffeinbringen auf unter z.B. 1 % begrenzt werden, da bei Anwesenheit von Chrom und wegen der Reduktion der Chromoxide fast keine Entphosphorung möglich ist und eine umfangreiche Entkohlung im Elektroofen wegen der langen Zeiten und der hohen Chromverschlackung bisher nicht erfolgreich war. Trotz des niedrigen Kohlenstoffeinbringens beim Einschmelzen von P-armem rostfreiem legiertem Schrott anstelle des Einschmelzens größerer hochkohlenstoffhaltiger Ferrochrommengen müssen die Vorschmelzen an den Elektroöfen üblicherweise mit C-Gehalten von 0,50 bis 1,2 % abgestochen werden und müssen daher einer langen Vakuumbehandlung unterzogen werden, um die notwendig niedrigen C-Gehalte etc. einzustellen. Die Kosten für diese lange Vakuumbehandlung sind hoch und ein Sequenzguß ist nicht möglich.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche es ermöglichen, legierte Stähle, insbesondere nichtrostende Stähle, in wirtschaftlicher Weise bei hoher Produktivität herzustellen. Insbesondere soll es möglich sein, preiswertes energiereiches, jedoch phosphorhältiges flüssiges und/oder festes Roheisen mit über 0,03 % Phosphor einzusetzen. Weiters soll es erfindungsgemäß möglich sein, große Mengen an Feststoffen zu chargieren, insbesondere bis hinauf zu 100 %.
Diese Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
  • daß der erste Herstellungsschritt unter Zufuhr von elektrischer Energie in einem Elektroofen (1) erfolgt und während des ersten Herstellungsschrittes eine Entkohlung durch Auf- und/oder Unterbadblasen durchgeführt wird und
  • daß der weitere Herstellungsschritt ebenfalls unter Zufuhr von elektrischer Energie in einem von phosphorhältiger Schlacke weitgehend freien Elektroofen (16) erfolgt, wobei während des weiteren Herstellungsschrittes eine Entkohlung durch Aufblasen von Sauerstoff oder einem sauerstoffhältigen Mischgas auf die Schmelze sowie eine Entkohlung durch Unterbadblasen mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhältigen Mischgas durchgeführt wird.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, mittlere und niedrigste Kohlenstoffgehalte unter Verzicht auf eine nachfolgende Vakuumbehandlung einzustellen. Falls bei niedrigsten Kohlenstoffgehalten doch eine Vakuumbehandlung durchgeführt werden soll, kann diese auf eine sehr kurze Behandlungszeit beschränkt sein.
Vorzugsweise wird zur Erreichung hoher Reaktionsgeschwindigkeiten für das Entsilizieren, Entkohlen, das Auflösen von hochkohlenstoffhältigem Ferrochrom, etc., während des weiteren Herstellungsschrittes eine Badbewegung initiiert, u.zw. durch eine Gaseinleitung in die Schmelze, vorzugsweise mit einer Mindestmenge von 30 Liter/min je Einleitungsstelle bei Einleitung von Inertgas und 300 Liter/min bei Einleitung von Sauerstoff oder sauerstoffhältiger Mischgase.
Zweckmäßig wird während des Unterbadblasens dem Sauerstoff bzw. dem sauerstoffhältigen Mischgas ein sich mit zunehmender Zeitdauer des Unterbadblasens erhöhender Inertgasanteil zugemischt.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste Herstellungsschritt in einem ersten Elektroofen und der weitere Herstellungsschritt in einem vom ersten Elektroofen unterschiedlichen weiteren Elektroofen durchgeführt wird. Die Einbringung der Charge in einen zweiten Elektroofen zur Durchführung des weiteren Herstellungsschrittes ermöglicht die einfache Freihaltung der Schmelze von phosphorhältiger Schlacke, die trotz Abschlackung im ersten Elektroofen noch an der Ausmauerung haftet. Hierdurch ergibt sich eine nahezu vollständige Entphosphorung der Schmelze, so daß der weitere Herstellungsschritt, nämlich die Legierungseinstellung und weitere Entkohlung, in Abwesenheit von Phosphor durchgeführt werden kann.
Zur Einstellung der chemischen Analyse und Desoxidation sowie Entschwefelung und zur Durchführung einer Spülbehandlung kann es zweckmäßig sein, an den weiteren Herstellungsschritt einen zusätzlichen Herstellungsschritt mit einer Vakuumbehandlung der Schmelze anzuschließen.
Vorteilhaft wird während zumindest eines Teilschrittes des weiteren Herstellungsschrittes eine Spülung der Schmelze mit Inertgas oder einem Gemisch aus Inertgas und Kohlenwasserstoff durchgeführt. Dies kann beispielsweise mit knapp oberhalb des Normal-Schmelzenniveaus in der Wand des Elektroofens angeordneten Blasdüsen, die bei einem Kippvorgang unterhalb der Schmelzenoberfläche zu liegen kommen, durchgeführt werden. Hierdurch liegen diese Blasdüsen während der Nichtverwendung oberhalb der Schmelze (und Schlacke), so daß ihre Lebensdauer verlängert ist.
Vorzugsweise wird das Metallausbringen erhöht und der Verbrauch an Reduktionsmittel erniedrigt, wenn der weitere Herstellungsschritt unter weitestgehendem Luftabschluß durchgeführt wird. Die wirtschaftliche Vermeidung des Eindringens von Falschluft, insbesondere während der Reduktion der Schlacke und/oder Desoxidation der Schmelze, wird erzielt, indem die Schlackentüre und die Trennstelle zwischen Ofenwand und Ofendeckel z.B. mit Hilfe von Keramikfasern abgedichtet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders dann von Vorteil, wenn von den Eisenträgern mehr als 20 Gew.%, vorzugsweise mehr als 40 Gew.%, der Charge von Schrott gebildet werden.
Zweckmäßig wird der weitere Herstellungsschritt unter Belassung einer Teilmenge der Schlacke des vor dem weiteren Herstellungsschritt stattgefundenen weiteren Herstellungsschrittes durchgeführt.
Die Cr2O3 enthaltende Schlacke, die im zweiten Elektroofen von der vorhergegangenen Charge stammt und die durch die teilweise Oxidation des Siliziums aus dem Ferrochrom und dem zugesetzten Kalk etc. gebildet wird, wird in erster Linie durch Silizium und Kohlenstoff aus dem Ferrochrom reduziert und kann bereits bei hohem Chromausbringen und minimalem Verbrauch an Reduktionsmittel, wie FeSi, vor der Feinentkohlung im Elektroofen abgeschlackt werden.
Vorzugsweise wird die Schlacke während des weiteren Herstellungsschrittes während eines Spülvorganges mit Inertgas unter Zugabe von Reduktionsmittel, Kalk und Flußmittel reduziert und die Schmelze desoxidiert und entschwefelt, so daß im weiteren Herstellungsschritt der bereits für die jeweilige Stahlqualität erforderliche Endkohlenstoffgehalt, die restliche chemische Analyse und die gewünschte Temperatur der Schmelze erzielbar sind.
Andere bevorzugte Verfahrensvarianten ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Es liegt auch im Sinne der Erfindung, daß während des ersten Herstellungsschrittes durch Hohlelektroden des Elektroofens Feststoffe, wie z.B. Elektroofen- oder Konverterstaub, Kohle zum Schlackenschäumen, Schlackenbildner, Erze, feinkörnige Legierungsmittel, Materialien, die entsorgt werden müssen, wie Klärschlamm, gekörnte Shredderleichtfraktion, Schleifstaub, Zunder etc., und während des weiteren Herstellungsschrittes durch Hohlelekroden des Elektroofens bevorzugt feinkörniges Erz, wie z.B. Chromerz als Cr- und Sauerstoffträger (für Si-Oxidation) ohne oder mit Vermischung mit Reduktionsmittel (z.B. FeSi, Kohle) und/oder Kohle bzw. Nickeloxid an die Lichtbögen und auf die Schmelze aufgeblasen werden.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Elektroofen, in dessen Bodenbereich Manteldüsen vorgesehen sind, durch deren Mantel Kohlenwasserstoff und/oder Inertgas zuleitbar ist, ist gekennzeichnet durch oberhalb des Normal-Schmelzenspiegels angeordneten und die Ofenseitenwand durchsetzenden schwenkbaren und längsbeweglichen Frischlanzen, sowie mit im Bodenbereich vorgesehenen Manteldüsen, durch deren Mantel Kohlenwasserstoff und/oder Gemische aus Kohlenwasserstoff und Inertgas und/oder CO2 und/oder Wasserdampf zuleitbar ist.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn für den weiteren Herstellungsschritt ein weiterer Elektroofen vorgesehen ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 jeweils einen Elektroofen im Querschnitt in schematischer Darstellung veranschaulichen.
Ein für den ersten Herstellungsschritt vorgesehener Elektroofen 1 weist gemäß Fig. 1 in der feuerfesten Zustellung 2 des Herd-Unterteiles 3 drei Unterbaddüsen 4 auf. Die Unterbaddüsen 4 sind Düsen, die aus zwei oder drei konzentrischen Rohren - in der Art von Manteldüsen - gebildet werden, wobei im inneren runden Zentralrohr das Prozeßgas und in den kreisringförmigen oder kreisabschnittförmigen Blasquerschnitten zwischen den Rohren Schutzgas für die Düsen strömt. Das Schutzgas ist bevorzugt Kohlenwasserstoff, wie Propan, Butan oder eine Mischung aus Kohlenwasserstoff und Inertgas. Versuchsweise wurden jedoch auch Wasserdampf, CO2, leichtes Heizöl, CO, Inertgas bzw. Mischungen davon als Schutzmedium mit Erfolg angewandt. Auch Ringspaltdüsen, die im Zentralrohr mit feuerfestem Material gestopft waren und bei denen das Prozeßgas durch einen unterbrochenen Ringspalt eingeleitet wurde, konnten erfolgreich als Unterbaddüse 4 zum Einsatz gebracht werden.
Im Bodenbereich 5 des Herd-Unterteiles 3 sind drei Spülelemente 6 angeordnet, welche aus jeweils zwei Rohren bestehen. Das jeweils innere Rohr ist mit feuerfestem Material verschlossen. Die Ringspalte können auch aus Kreisabschnitten gebildet werden. Die Spülelemente 6 können auch aus porösem, blechummanteltem oder mit dünnen Röhrchen versehenem feuerfestem Material gebildet sein.
Oberhalb der Normal-Schmelzenbadhöhe 7 bzw. der Schlacke sind in der Ofenseitenwand 8 stationäre Frischlanzen 9 angebracht. Diese Frischlanzen 9 sind aus zwei oder drei konzentrischen Rohren oder von einem wassergekühlten Rohr gebildet. Die Pfeilrichtung 10 weist darauf hin, daß die Frischlanzen schräg nach unten als Tangente zu einem gedachten Zylinder und in einem relativ geringen Abstand zur Badoberfläche 11 blasen. Die Frischlanzen 9 sind in wassergekühlte Kühlkästen 12 aus Kupfer eingesetzt. Weiterhin ist eine der drei Elektroden 13 als Hohlelektrode dargestellt. Drei Nachverbrennungs-/Brennerlanzen 14 sind im oberen Teil der Ofenseitenwand 8 angeordnet. Eine Öffnung 15 dient der Zugabe von Schlackenbildnern und Legierungsmitteln.
In Fig. 2 ist ein zweiter schematisch dargestellter erfindungsgemäßer Elektroofen 16 veranschaulicht. Dieser weist als Besonderheit - im Unterschied zum in Fig. 1 dargestellten Elektroofen 1 - einen auswechselbaren Bodenteil 17 auf, in dem die drei Spülelemente 6 vorgesehen sind.
Eine Elektrode 13 ist als Hohlelektrode ausgeführt, die mit einem Keramikrohr ausgekleidet ist. Legierungsmittel werden mit einem nicht dargestellten Schrottkorb durch die Öffnung 15 des Ofendeckels 18 in den Ofen (zweiter Elektroofen) eingebracht. Dichtungen 19 sind an der Trennstelle Ofenseitenwand 8 zu Ofendeckel 18, Schlackentür 20 zu Ofenseitenwand 8 und bei der Öffnung 15 im Ofendeckel 18 aus Keramikfaser gebildet. Der Ofendeckel 18 wird zumindest zeitweise mit einer Spannvorrichtung gegen die Ofenseitenwand 8 gepreßt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachfolgend näher erläutert:
In einem 100 t Elektroofen 1 (erster Elektroofen) mit 70 MW Nennleistung werden an festen und flüssigen Materialien pro Tonne Flüssigstahl (AISI 304) chargiert:
400 kg flüssiges Roheisen mit 4,3 % C, 0,8 % Si und 0,10 % P, 30 kg festes Roheisen, 110 kg unlegierter Schrott, 20 kg Kalk, 15 kg Filterstaub (Einblasen durch Hohlelektrode) und 180 kg FeNi.
Die Gasverbräuche pro Tonne Flüssigstahl werden wie folgt ermittelt:
Frischlanzen 9 werden mit 15 Nm3 O2/t und die Unterbaddüsen 4 mit 8 Nm3 O2/t und 1,1 Nm3 CH4/t beaufschlagt. Durch die Spülelemente 6 werden 1,2 Nm3 N2 plus 0,3 Nm3 CH4/t zur Verbesserung der Badbewegung und des Ausbringens geblasen. Der Stromverbrauch beträgt am Elektroofen 1 130 kWh/t des Flüssigstahl-Endproduktes (aus dem zweiten Elektroofen). 50 kg Schlacke werden abgeschlackt. An den zweiten Elektroofen 16 werden 680 kg Vorschmelze mit 0,20 % C, 0,020 % P und 1590°C weitergegeben. Die Abstichfolgezeit beträgt 57 min.
In den zweiten Elektroofen 16 (100 t Elektroofen mit 70 MVA) werden pro t Flüssigstahl (AISI 304) ca. 60 kg Schlacke von der Vorcharge rezirkuliert, 680 kg Vorschmelze, 350 kg HCFeCr, FeMn, FeSi und 45 kg Kalk sowie 10 kg Dolomit chargiert. Durch die Hohlelektrode 13 werden 30 kg Chromerz zur Einsparung von FeCr und zur Siliziumoxidation eingeblasen.
Pro t Flüssigstahl (AISI 304) werden durch die Frischlanzen 9 auf die Schmelze 20 Nm3O2, durch selbstverzehrende Rohre 5 Nm3 O2 und durch die Unterbaddüsen 4 8 Nm3 O2 + 2 Nm3 Ar + 1 Nm3 CH4 in die Schmelze geblasen. Der Eintritt von Falschluft in den zweiten Elektroofen 16 wird weitgehend verhindert (Anspannen des Ofendeckels 18 gegen die Ofenseitenwand 8). 125 kg Schlacke werden mit dem Silizium aus dem HCFeCr und dem Kohlenstoff weitgehend reduziert und abgeschlackt. 100 t Flüssigstahl mit 0,3 % C, 18,1 % Cr und 0,022 % P und 8,5 % Ni werden nach 55 min Behandlungszeit aus dem zweiten Elektroofen 16 abgestochen und in der Vakuumbehandlungs-Anlage unter Einsatz von 7 Nm3 O2 und 0,3 Nm3 Ar/t 48 min abschließend gefrischt, desoxidiert, feinlegiert, entschwefelt und gespült. Diese Chargen werden in Sequenzgüssen vergossen.
Bei anderen Chargen wird bei ähnlichen Verbrauchszahlen die Schmelze im zweiten Elektroofen 16 mit Hilfe der Unterbaddüsen 4 durch Blasen von O2 + Ar/CH4 + Ar auf 0,04 % C gefrischt, die Schlacke während des Inertgasblasens und Zugabe von FeSi und Kalk reduziert, die Schmelze nach einem Zwischenabschlacken und erneutem Kalkchargieren entschwefelt, ausgeleert, feinlegiert, gespült und vergossen. Die Behandlungzeit im zweiten Elektroofen 16 beträgt ca. 70 min.
Die Entphosphorung der Eisenträger Roheisen und Schrott, Kreislaufstoffe, FeNi etc. wird im ersten Elektroofen 1 vorgenommen.
Die P2O5-haltige Schlacke wird aus der Anlage, d.h. dem Elektroofen 1, entfernt, bevor diese weitgehend entkohlte Vorschmelze in den zweiten Elektroofen 16 chargiert, legiert, entsiliziert und entkohlt wird. Eine kurze Feinstentkohlung, Desoxidation, Entschwefelung und das Nachspülen kann in einer Vakuumanlage (z.B. VOD-Anlage) vorgenommen werden.
Die Entkohlung bei niedrigster Chromverschlackung auf mittlere oder niedrigste Kohlenstoffgehalte wird mit Sauerstoff - bzw. zur CO-Partialdruckerniedrigung mit Sauerstoff enthaltenden Mischgasen blasenden stationären Unterbaddüsen 4 und/oder 6 sowie teilweise mit stationären und/oder beweglichen Aufblasdüsen 9 bzw. -lanzen ermöglicht.
Die Verfahrensschritte sind so aufgebaut, daß:
  • eine größtmögliche Flexibilität in der Verwendung großer Mengen an preiswerten Einsatzstoffen (P-haltiges Roheisen, HCFeCr etc.) gegeben ist,
  • ein Elektroofen 1 für das Einschmelzen, Überhitzen von P-haltigen Stoffen, wie Roheisen, sowie Entsilizieren, Entkohlen und Entphosphoren der Vorschmelze verwendet wird und der
  • zweite Elektroofen 16 für das schnelle Schmelzen von HCFeCr, Entsilizieren, Reduzieren der Schlacke, Entkohlen usw. verwendet wird,
  • die hohen Reaktionsgeschwindigkeiten für das Entsilizieren, Entkohlen, Entphosphoren, das Auflösen von HCFeCr usw. durch Anwendung eines intensiven Bodenspülens in Kombination mit stationären Frischlanzen 9 erreicht wird (die niedrige Cr-Oxidation wird durch das Unterbadblasen von oxidierenden Gasen erreicht),
  • kurze Betriebszeiten pro Verfahrensschritt zum Gießen von Sequenzen und
  • ein minimaler Verbrauch von Betriebsmittel gegeben ist. Die Cr2O3-haltige Schlacke wird z.B. in einer Verfahrensvariante im zweiten Elektroofen 16 nach dem Abstich der Schmelze belassen und mit dem Si bzw. C aus dem HCFeCr reduziert und danach abgeschlackt. Durch die kurze Feinentkohlung in der Vakuumanlage wird u.a. auch der Argonverbrauch vermindert.
Es liegt im Sinne der Erfindung, die beschriebenen Merkmale beliebig zu kombinieren und den permanenten bzw. temporären Betriebsbedingungen (z.B. Zustellung eines der beiden Elektroöfen bzw. Reparatur an VOD-Anlage etc.) und Anlagen in den verschiedenen Stahlwerken anzupassen.

Claims (26)

  1. Verfahren zum Herstellen von legierten Stählen, insbesondere von nichtrostenden Stählen oder Stahlvormaterial für nichtrostende Stähle, wobei in einem ersten Herstellungsschritt Eisenträger mit Hilfe von Sauerstoff weitgehend entkohlt und entphosphort und die Schmelze nach Entfernen der dabei gebildeten Schlacke in einem weiteren Herstellungsschritt nach Zufuhr von Legierungsträgern auf den gewünschten Legierungs- und Kohlenstoffgehalt mit Hilfe von Sauerstoff und Inertgas eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet,
    daß der erste Herstellungsschritt unter Zufuhr von elektrischer Energie in einem Elektroofen (1) erfolgt und während des ersten Herstellungsschrittes eine Entkohlung durch Auf- und/oder Unterbadblasen durchgeführt wird und
    daß der weitere Herstellungsschritt ebenfalls unter Zufuhr von elektrischer Energie in einem von phosphorhältiger Schlacke weitgehend freien Elektroofen (16) erfolgt, wobei während des weiteren Herstellungsschrittes eine Entkohlung durch Aufblasen von Sauerstoff oder einem sauerstoffhältigen Mischgas auf die Schmelze sowie eine Entkohlung durch Unterbadblasen mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhältigen Mischgas durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des weiteren Herstellungsschrittes eine Badbewegung initiiert wird, u.zw. durch eine Gaseinleitung in die Schmelze, vorzugsweise mit einer Mindestmenge von 30 Liter/min je Einleitungsstelle bei Einleitung von Inertgas und 300 Liter/min bei Einleitung von Sauerstoff oder sauerstoffhältiger Mischgase.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Unterbadblasens dem Sauerstoff bzw. dem sauerstoffhältigen Mischgas ein sich mit zunehmender Zeitdauer des Unterbadblasens erhöhender Inertgasanteil zugemischt wird.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Herstellungsschritt in einem ersten Elektroofen (1) und der weitere Herstellungsschritt in einem vom ersten Elektroofen (1) unterschiedlichen weiteren Elektroofen (16) durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während eines dem weiteren Herstellungsschritt folgenden zusätzlichen Herstellungsschrittes eine Vakuumbehandlung der Schmelze durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während zumindest eines Teilschrittes des weiteren Herstellungsschrittes eine Spülung der Schmelze mit Inertgas oder einem Gemisch aus Inertgas und Kohlenwasserstoff durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Herstellungsschritt unter weitestgehendem Luftabschluß durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß von den Eisenträgern mehr als 20 Gew.%, vorzugsweise mehr als 40 Gew.%, der Charge von Schrott gebildet werden.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Herstellungsschritt unter Belassung einer Teilmenge der Schlacke des vor dem weiteren Herstellungsschritt stattgefundenen Herstellungsschrittes durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke während des weiteren Herstellungsschrittes während eines Spülvorganges mit Inertgas unter Zugabe von Reduktionsmittel, Kalk- und Flußmittel reduziert und die Schmelze desoxidiert und entschwefelt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenatmosphäre während der Schlackenreduktion durch Einleiten von nicht oder im Vergleich zur Luft leicht oxidierenden Gasen unter weitestgehendem Vermeiden des Einsaugens von Falschluft eingestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Analyse der Ofenatmosphäre laufend kontrolliert und nachgeregelt wird.
  13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß während des weiteren Herstellungsschrittes zumindest während der Reduktionsperioden im Elektroofen (16) ein Unterdruck eingestellt wird, insbesondere bei niedrigen Kohlenstoffgehalten der Schmelze.
  14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß während des weiteren Herstellungsschrittes Feststoffe durch Hohlelektroden (13) des Elektroofens (16) direkt in den Lichtbogen eingeleitet werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffe feines Chromerz oder teilweise vorreduziertes Chromerz als Chrom- und Sauerstoffträger eingeleitet werden.
  16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten und/oder weiteren Herstellungsschrittes eine Badbewegung durch Einleitung von Inertgas in die Schmelze initiiert wird und eine Oxidation von Silizium und Kohlenstoff durch Aufblasen von Sauerstoff oder sauerstoffhältigem Mischgas durchgeführt wird.
  17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 sowie 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Herstellungsschritt in dem Elektroofen, in dem der erste Herstellungsschritt durchgeführt wurde, durchgeführt wird, wobei jedoch nach dem ersten Herstellungsschritt die Schmelze abgestochen, die phosphorhältige schlacke aus dem Elektroofen vollständig entfernt und anschließend die Schmelze in den Elektroofen rückchargiert wird.
  18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten Herstellungsschrittes und/oder während des weiteren Herstellungsschrittes feststoffe, wie Filterstaub von Stahlerzeugungsanlagen, Erz, vorreduziertes Erz, Eisencarbid, Legierungsmittel, Reststoffe, Staub, Zunder, Späne, Schlacken, körniges Plastikmaterial und/oder Flüssigkeiten, sowie zu entsorgende Problemstoffe, einzeln oder in Mischungen, in die überhitzte Schmelze eingebracht werden, vorzugsweise durch direktes Einblasen und/oder durch Aufblasen und/oder über Hohlelektroden (13).
  19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine während des weiteren Herstellungsschrittes gebildete Cr203-hältige Schlacke abgeschlackt und in einem weiteren Reaktionsgefäß zur Chromrückgewinnung durch Zugabe von Siliziumträgern oder anderen Reduktionsmitteln reduziert und das rückgewonnene Chrom zum Legieren während des weiteren Herstellungsschrittes verwendet wird.
  20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromverbrauch erniedrigt und das Schlackenschäumen stabilisiert wird, u. zw. durch Einblasen von Kohle oder Koks zusammen mit oxidierenden Gasen, wie Luft, Sauerstoff angereicherter Luft oder einem sauerstoffhältigen Mischgas als Trägergas, durch direktes Einblasen.
  21. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, mit einem Elektroofen (1, 16), in dessen Bodenbereich (3) Manteldüsen (4, 6) vorgesehen sind, durch deren Mantel Kohlenwasserstoff und/oder Inertgas zuleitbar ist, gekennzeichnet durch oberhalb des Normschmelzenspiegels (7) angeordneten und die Ofenseitenwand (8) durchsetzenden schwenkbaren und längsbeweglichen Frischlanzen (9), sowie mit im Bodenbereich (3) vorgesehenen Manteldüsen (4, 6), durch deren Mantel Kohlenwasserstoff und/oder Gemische aus Kohlenwasserstoff und Inertgas und/oder CO2 und/oder Wasserdampf zuleitbar ist.
  22. Anlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein für den weiteren Herstellungsschritt dienender weiterer Elektroofen (16) vorgesehen ist.
  23. Anlage nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb des Normal-Schmelzenbadspiegels (7) angeordneten Frischlanzen (9) von selbstverzehrenden Rohren gebildet sind.
  24. Anlage nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Elektroofen (16) mit oberhalb des Normal-Schmelzenbadspiegels (7) angeordneten Frischlanzen (9) sowie mit im Herdunterteil (3) des Elektroofens (16) vorgesehenen Unterbaddüsen (6) versehen ist.
  25. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Elektroofen (16) weitestgehend luftdicht ausgebildet ist.
  26. Anlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofendeckel (18) gegen die Ofenseitenwand (8) unter Zwischenlage einer Dichtung spannbar ist.
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