DE1019646B - Continuous process and device for the heat treatment of finely divided solids, in particular iron ores, in at least three fluidized beds - Google Patents
Continuous process and device for the heat treatment of finely divided solids, in particular iron ores, in at least three fluidized bedsInfo
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Description
Kontinuierliches Verfahren und Vorrichtung für die Wärmebehandlung feinverteilter fester Stoffe, insbesondere Eisenerzen, in mindestens drei Wirbelschichten Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Technik der Behandlung von festen Stoffen, insbesondere Eisenerzen, in Wirbelschichtkammern und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Temperaturregelung innerhalb derartiger Reaktionsgefäße in Verbindung mit der Ausnutzung der in diese eingeführten oder darin erzeugten Wärme.Continuous process and device for heat treatment finely divided solids, especially iron ores, in at least three fluidized beds The invention relates generally to the technique of treating solids, in particular iron ores, in fluidized bed chambers and in particular on a process and a device for regulating the temperature within such reaction vessels in connection with the exploitation of those introduced or generated therein Warmth.
Bei Verfahren zur Behandlung von Eisenerz, wobei insbesondere seine Ferrioxydbestandteile, reduziert oder in Magnetit umgewandelt werden, macht man häufig von einem Mehretagenwirbelschichtofen Gebrauch. Bei einer derartigen Arbeitsweise ist es notwendig, Wärme zuzuführen.In processes for the treatment of iron ore, in particular its Ferric oxide components, reduced or converted into magnetite, are made often use a multi-deck fluidized bed furnace. In such a way of working it is necessary to add heat.
Normalerweise wird die zusätzliche Hitze durch Gasverbrennung in der Verbrennungszone gewonnen. Wenn das Gas in dieser Zone nicht vollständig verbrannt wird, so wird sein restlicher Wärmeinhalt aus der Reaktionskammer entführt und ist verloren. Eine vollständige Verbrennung des Gases führt zu einer Erhitzung der Erzteilchen auf Temperaturen, die erheblich über denjenigen liegen, die zur Durchführung der gewünschten Reduktionsreaktion erforderlich sind; derartige überhöhte Temperaturen sind jedoch erforderlich, um eine vollständige Verbrennung des Gases sicherzustellen. Die Folge ist, daß entweder die reduzierten Erzteilchen, wie sie aus der Kammer ausgetragen werden, einen nutzlosen Überschuß an fühlbaren Wärmeeinheiten enthalten und gekühlt werden müssen, um die nachfolgende Handhabung zu erleichtern, oder die brennbaren Gase nicht aufgebraucht sind und somit nicht ausgenutzt werden.Usually the extra heat is from gas combustion in the Combustion zone won. If the gas in this zone is not completely burned is, its remaining heat content is removed from the reaction chamber and is lost. Complete combustion of the gas leads to heating of the ore particles to temperatures that are considerably higher than those required to carry out the desired reduction reaction are required; such excessive temperatures however, are required to ensure complete combustion of the gas. The consequence is that either the reduced ore particles as they come out of the chamber contain a useless excess of sensible units of heat and must be cooled to facilitate subsequent handling, or the combustible gases are not used up and are therefore not used.
Wenn bei einem derartigen Verfahren Wärme zugeführt wird, ist eine unabhängige Regelung der Temperaturen der verschiedenen Schichten erforderlich. Wenn z. B. das Erz in einer Verbrennungszone erhitzt wird, indem man darin Gas verbrennt, und die erhitzten Erzteilchen in eine Reduktionszone ausgeführt werden, ist die Schichttemperatur in der Reduktionszone unmittelbar von der Schichttemperatur in der Verbrennungszone abhängig.When heat is applied in such a method, one is independent control of the temperatures of the various layers is required. If z. B. the ore is heated in a combustion zone by burning gas in it, and the heated ore particles are carried out into a reduction zone, which is Layer temperature in the reduction zone directly from the layer temperature in depending on the combustion zone.
Die Erfindung sieht ein kontinuierliches Verfahren für die Wärmebehandlung von feinverteilten festen Stoffen in mindestens drei Wirbelschichten vor, deren Zwischenschicht als Aufheizzone dient, während eine erste Schicht als Vorwärmzone und eine weitere Schicht als Fertigbehandlungszone benutzt werden. Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Aufheizzone über die Wärmeerfordernisse der Fertigbehandlungszone hinaus erhitzt und in der Fertigbehandlungszone die übermäßig erhitzten Teilchen aus der Erhitzungszone mit festen Teilchen vermengt, die unmittelbar aus der Vorwärmzone stammen.The invention provides a continuous process for heat treatment of finely divided solids in at least three fluidized beds The intermediate layer serves as a heating zone, while a first layer serves as a preheating zone and another layer can be used as a finishing zone. The procedure according to the invention is characterized in that the heating zone on the Heat requirements of the finishing zone and heated in the finishing zone the excessively heated particles from the heating zone are mixed with solid particles, which come directly from the preheating zone.
Die Durchmengung der aus der Vorwärmzone zugespeisten Teilchen mit denen aus der Aufheizzone, die einen übermäßigen Wärmeinhalt haben, in der Fertigbehandlungsschicht hat einen erwünschten erniedrigenden Einfluß auf die Temperatur in der Fertigbehandlungsschicht, und infolge der dort herrschenden Wirbelschichtbedingungen tritt der Wärmeübergang praktisch augenblicklich ein. Ferner führt die Ausnutzung der Verbrennungswärme in der Erhitzungszone auch zu einer höheren Vorwärmtemperatur in der Vorwärmschicht, während außerdem die Temperatur der Fertigbehandlungsschicht durch Veränderung der Anteile an verhältnismäßig heißeren und kühleren festen Teilchen, die ihr zugespeist werden, geregelt werden kann.The mixing of the particles fed in from the preheating zone those from the heating zone, which have excessive heat content, in the final treatment layer has a desired lowering influence on the temperature in the finishing layer, and as a result of the fluidized bed conditions prevailing there, the heat transfer occurs practically instantly. Furthermore, the utilization of the heat of combustion leads in the heating zone also to a higher preheating temperature in the preheating layer, while also the temperature of the finishing layer by changing the Proportion of relatively hotter and cooler solid particles that are fed to it can be regulated.
Die Erfindung besteht ferner in einer Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend gekennzeichneten Verfahrens. Diese Vorrichtung besteht aus einer Mehrstufen-Reaktionskammer mit in Abstand übereinander angeordneten Wirbelschichtrosten und Zuführungen zur Einspeisung der feinverteilten Stoffe in das Reaktionsgefäß sowie zur Überführung der Teilchen oberhalb eines festgelegten Schichtspiegels von jeder oberen Schicht zu einer tiefer liegenden und zur Austragung der Teilchen aus dem Reaktionsgefäß oberhalb eines festgelegten Schichtspiegels in der Fertigbehandlungsschicht. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung vorgesehen ist, welche Teilchen oberhalb eines festgelegten Spiegels in der Vorwärmzone unmittelbar. in die Schicht der Fertigbehandlungszone überführt.The invention also resides in an apparatus for carrying it out of the method identified above. This device consists of one Multi-stage reaction chamber with fluidized bed grates arranged one above the other at a distance and feeds for feeding the finely divided substances into the reaction vessel as well as for the transfer of the particles above a specified layer level of each upper layer to a deeper one and for the discharge of the particles the reaction vessel above a specified layer level in the finishing layer. The device is characterized in that a line is provided which Particles above a specified level in the preheating zone immediately. in the layer of the finishing zone transferred.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Das Reaktionsgefäß R hat eine äußere Metallwand 12, die mit feuerfesten Ziegeln und Isoliermaterial, wie bei 13 angedeutet, ausgelegt ist. Die Kammer ist aus drei Zonen A, B und C aufgebaut, die eine Vorwärmzone, eine Erhitzungszone und eine Reduktions- oder sonstige Fertigbehandlungszone darstellen. Der Behälter hat einen Deckel 18 und einen kegelförmigen Boden 19 mit einem Ventilauslaß 20. Die Zone A ist mit einer Einschnürungsplatte 21 versehen, die eine Mehrzahl von Öffnungen 22 aufweist, auf der eine WirbAschicht des Erzes sich befindet, das durch Wärmeübertragung erwärmt wird. Hierüber befindet sich der Absetzraum 25. Die Zone A ist ferner mit einer Platte oder einer sonstigen Trennei_irichtung 26 ausgerüstet, die die Wirbelschicht sowie einen Teil das Raumes 25 in zwei Kammern 27 und 28 unterteilt, so daß jede Kammer ihre eigene Wirb,-lerzschicht enthält, die erhitzt wird. Diese Schichten sind mit 30 und 31 bezeichnet. Die Zone B weist eine ähnliche Einschnürungsplatte 35 mit Löchern 36 auf und trägt eine Wirbelschicht 40 des in Behandlung befindlichen Erzes, worübar sich ein Absetzraum 41 befindet. Die Zone C hat eine weitere Einschnürungsplatte 43 mit Löchern 44 und trägt eine Wirbelschicht 45 von in Reduktion befindlichem Erz, worüber sich ein Absetzraum 46 befindet. Zone A ist eine Vorwärmzone, Zone B eine Verbrennungszone und Zone C eine Reduktionszone.An example embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. The reaction vessel R has an outer metal wall 12 which is lined with refractory bricks and insulating material, as indicated at 13. The chamber is made up of three zones A, B and C, which represent a preheating zone, a heating zone and a reduction or other finishing zone. The container has a lid 18 and a conical bottom 19 with a valve outlet 20. Zone A is provided with a constriction plate 21 having a plurality of openings 22 on which there is a fluidized layer of the ore which is heated by heat transfer. Above this is the settling space 25. Zone A is also equipped with a plate or other separating device 26 which divides the fluidized bed and part of the space 25 into two chambers 27 and 28, so that each chamber contains its own fluidized bed or ore layer that is heated. These layers are labeled 30 and 31. Zone B has a similar constriction plate 35 with holes 36 and carries a fluidized bed 40 of the ore being treated, whereupon a settling space 41 is located. Zone C has a further constriction plate 43 with holes 44 and carries a fluidized bed 45 of ore in reduction, above which there is a settling space 46. Zone A is a preheating zone, Zone B is a combustion zone and Zone C is a reduction zone.
Die Wirbelschichten 30 und 31 in Zone A werden hinsichtlich ihres Spiegels durch die Einlässe 80 und 81 der Leitungen oder Uberlaufrohre 23 bzw. 24 gesteuert. Das aus der Schicht 30 überfließende Erz gelangt durch Leitung 23 in die Schicht 40 in der Barunterliegenden Zone B, während das aus der Schicht 31 üb--rfließende Erz durch Leitung 24 unmittelbar in die Schicht 45 in der Zone C gelangt. In ähnlicher Weise wird der Spiegel der Wirbelschicht 40 durch den Einlaß 84 einer Leitung oder eines Übvrlaufrohres 42 geregelt, durch welches die überfließenden Erzteilchen in die Schicht 45 in der Zone C hinabfallen. Auf gleiche Weise wird der Spiegel der Wirbelschicht 45 in Zone C durch den Einlaß 85 der Leitung bzw. des Üb-.rlaufrohres 47 geregelt, durch das reduziertes Erz zum Austrag gelangt.The fluidized beds 30 and 31 in zone A are in terms of their Mirror through the inlets 80 and 81 of the lines or overflow pipes 23 and 24, respectively controlled. The ore overflowing from layer 30 enters through line 23 layer 40 in zone B lying underneath the bar, while that overflowing from layer 31 Ore passes directly into layer 45 in zone C through line 24. In a similar way Way, the level of the fluidized bed 40 is through the inlet 84 of a conduit or an overflow pipe 42 regulated through which the overflowing ore particles in the layer 45 in the zone C fall down. In the same way, the mirror becomes the Fluidized bed 45 in zone C through the inlet 85 of the line or the overflow pipe 47 regulated, through which the reduced ore is discharged.
Ein brennbares, reduzierendes Erz wird der Reaktionskammer durch ein Einlaßrohr 50, das zweckmäßig mit einem Ventil 51 versehen ist, an seinem Boden zugeleitet. Die Geschwindigkeit des zugeführten Gases ist ausreichend, um die Erzteilchen in allen Schichten zu fluidisieren. Die Abgase streichen nach oben durch Leitung 55 und verlassen die Reaktionskammer. Das in der Kammer zu behandelnde Erz wird den Schichten30 und 31 durch ventilgesteuerte Leitungen 57 bzw. 58 zugeführt.A combustible, reducing ore is passed through a reaction chamber Inlet pipe 50, suitably provided with a valve 51, at its bottom forwarded. The velocity of the supplied gas is sufficient to move the ore particles to fluidize in all layers. The exhaust gases sweep up through the pipe 55 and leave the reaction chamber. The ore to be treated in the chamber becomes fed to layers 30 and 31 by valve controlled lines 57 and 58, respectively.
Um erforderlichenfalls der Zwischenzone B zur Unterhaltung der Verbrennung Luft zuzuleiten, ist ein Luftzuführungsrohr 60 vorgesehen, das in die Kammer bei 61 oder 62 einmündet, wo die eintretende Luft sich mit dem aufsteigenden Gasstrom vermischt.If necessary, around the intermediate zone B to maintain the combustion To supply air, an air supply tube 60 is provided which enters the chamber at 61 or 62 opens, where the entering air merges with the ascending gas flow mixed.
Ein zweckmäßig mit Ventil vers3lienes Rohr 65, das mit einem Brenner ausgerüstet ist, kann am Boden der Reaktionskammer münden, um Brennstoff zur Anheizung einzuführen. Das Überlaufrohr 24 ist als durch die Zone B durchgehend dargestellt. Beispielsweise kann jedoch die Leitung aus der Schicht 31 zu einer Stelle außerhalb der Kammer und von dort in die Schicht 45 geführt sein.A tube 65 suitably fitted with a valve and connected to a burner is equipped, can open out at the bottom of the reaction chamber to provide fuel for heating to introduce. The overflow pipe 24 is shown as being continuous through zone B. For example, however, the line from the layer 31 to a location outside the chamber and from there into the layer 45.
Im allgemeinen ist es zweckmäßig, die Trennwand 26 so zu verlegen, daß die Querschnittsflächen der Schichten 30 und 31 direkt der Menge des durch sie hindurchgehenden Erzes proportional sind, d. h., wenn Schicht 30 60 °/o der Ouerschnittsfläche der Zone A einnimmt, dann treten 60 °/o der gesamten Einspeisung durch Leitung 57 ein. Auch sind die Einlässe der Leitungen 23 und 24 in gleichem Abstand oberhalb der Einschnürungsplatte21 angeordnet, so daß die Tiefen der Schichten 30 und 31 praktisch gleich sind. Dies ist jedoch nicht entscheidend, solange dafür gesorgt wird, daß beide Schichten zuverlässig im Wirbelschichtzustand bleiben. Selbst wenn die Schicht 31 nur 40 °/o der Zone A einnimmt, kann es erwünscht sein, 60 °/o des gesamten eintretenden Erzes dieser Schicht zuzuführen, so daß eine erhöhte Menge durch Leitung 24 zur Schicht 45 überfließen kann, um die gewünschte Temperatur dort aufrechtzuerhalten. Es kann auch zweckmäßig sein, die Leitung 24 zu isolieren oder so zu verlegen, daß sie überhaupt nicht durch die Zone B hindurchgeht.In general, it is useful to lay the partition 26 so that that the cross-sectional areas of layers 30 and 31 are directly related to the amount of water passed through them ore passing through, d. i.e. if layer 30 is 60% of the cross-sectional area occupies zone A, then 60% of the total feed occurs through line 57 a. The inlets of the lines 23 and 24 are also at the same distance above of the constriction plate 21 so that the depths of the layers 30 and 31 are practically the same. However, this is not critical as long as it is taken care of is that both layers remain reliably in the fluidized bed state. Even if layer 31 occupies only 40% of zone A, it may be desirable to have 60% to supply all of the ore entering this layer, so that an increased amount can overflow through line 24 to layer 45 to the desired temperature there maintain. It may also be appropriate to isolate the line 24 or to be laid so that it does not go through zone B at all.
Bei Inbetriebsetzung des Reaktionsgefäßes R wird zu Beginn Wärme zugeführt, indem durch Leitung 65 zugeleiteter Brennstoff verbrannt wird, während man fortlaufend durch die Leitungen 57 und 58 Erz in die Schichten 30 und 31 einspeist, von wo das Erz in die Barunterliegenden Schichten 40 und 45 durch die Leitungen 23, 24 und 42 abwärts fließt. Fluidisier- und Reduziergase werden durch Rohr 50 eingeführt, und das Gas zur Unterhaltung der Verbrennung bzw. Luft wird durch Rohr 60 eingeführt.When the reaction vessel R is started up, heat is supplied at the beginning, by burning fuel supplied through line 65 while continuously feeds ore through lines 57 and 58 into layers 30 and 31, from where the Ore into the underlying layers 40 and 45 through lines 23, 24 and 45 42 flows downwards. Fluidizing and reducing gases are introduced through pipe 50, and the combustion maintenance gas or air is introduced through pipe 60.
Wenn die Reaktionskammer sich in vollem und kontinuierlichem Betriebe befindet, ist Zone B die heißeste Zone, und hier findet die Verbrennung statt. Die Temperatur muß hier hoch genug gehalten werden, daß darin eine praktisch vollständige Gasverbrennung stattfindet. In Zone C, wo reduzierende Bedingungen aufrechterhalten werden, muß das Erz der Schicht 45 auf einer ausreichenden Temperatur gehalten werden, um die gewünschte Reduktion durchzuführen. Diese Temperatur ist niedriger als die Temperatur der Verbrennungszone B. Das Erz in den Schichten 30 und 31 in Zone A wird durch die aus Zone B aufsteigende Wärme vorgewärmt, so daß das Erz in diesen Schichten sich durch die fühlbare Wärme erwärmt. Erz aus der Schicht 30 fließt durch Leitung 23 in die Schicht 40 über, wo es vorwiegend der latenten Verbrennungswärme ausgesetzt ist und seine Temperatur auf der für die Verbrennung der aufsteigenden Gase erforderlichen Höhe sowie oberhalb der in der Barunterliegenden Schicht 45 erforderlichen Temperatur gehalten wird. Die erhitzten Erzteilchen fließen durch Leitung 42 in die Barunterliegende Schicht 45. Erz aus der Schicht 31 fließt durch Leitung24 in die Schicht 45, wo es sich mit den heißeren Erzteilchen aus der Schicht 40 vermischt. Die Temperatur der Schicht 45 in der Reduktionszone C wird durch Regelung der in diese Schicht aus den Schichten 31 bzw. 40 eintretenden Menge an Erzteilchen gesteuert.When the reaction chamber is in full and continuous operation, zone B is the hottest zone and this is where the combustion takes place. The temperature must be kept high enough here that practically complete gas combustion takes place. In Zone C, where reducing conditions are maintained, the ore in layer 45 must be maintained at a temperature sufficient to effect the desired reduction. This temperature is lower than the temperature of the combustion zone B. The ore in the layers 30 and 31 in zone A is preheated by the heat rising from zone B, so that the ore in these layers is heated by the sensible heat. Ore from layer 30 flows through line 23 into layer 40, where it is primarily exposed to the latent heat of combustion and its temperature is maintained at the level required for combustion of the rising gases and above the temperature required in the underlying layer 45. The heated ore particles flow through line 42 into the underlying layer 45. Ore from layer 31 flows through line 24 into layer 45 where it mixes with the hotter ore particles from layer 40. The temperature of layer 45 in reduction zone C is controlled by regulating the amount of ore particles entering this layer from layers 31 and 40, respectively.
Beispiel Das Verfahren nach der Erfindung wurde zur Reduktion der Ferrioxydbestandteile eines geringwertigen roten Alabamahämatit-Eisenerzes zu Magnetit benutzt. Das als Brennstoff zugeführte Gas hatte eine Temperatur von 1100°C und eine Zusammensetzung von 12,3 °o Hz, 8,6°/o CO, 1,4010 CH, 4,5°:o C02, 13,9°`o H20 und 59,3 °;'o N'2. Dieses Gas diente auch als Fluidisiergas. Es wurde zuerst in die Reduktionszone eingeführt, um die Ferrioxydbestandteile des Erzes zu Magnetit zu reduzieren. Anschließend wurde das Gas einer Verbrennungszone zugeleitet, wo die restlichen brennbaren Bestandteile praktisch vollständig verbrannt wurden, um Wärme freizusetzen. Die entstehenden, erhitzten Gase ließ man dann in eine Vorwärmschicht strömen, wo sie Erzteilchen vorwärmten. Die gesamten eintretenden Erzteilchen wurden in der Vorwärmzone vorgeheizt, jedoch wurden nur 45,70,', dieser vorgewärmten Teilchen in die Verbrennungszone abgezogen, um dort weiter erhitzt zu werden. Diese erhitzten Teilchen wurden dann in die Reduktionszone abgezogen. Die restlichen 54,30/, der insgesamt eintretenden Teilchen wurden unmittelbar aus der Vorwärmzone zur Reduktionszone abgezogen, wo sie sich mit den Teilchen aus der Verbrennungszone vermischten. Die Teilchen in der Reduktionszone wurden auf einer Temperatur von 650°C gehalten, während die Teilchen in der Verbrennungszone auf 800°C gehalten werden, um eine vollständige Gasverbrennung in dieser Zone zu sichern. Infolgedessen war die Temperatur der Teilchen in der Vorwärmzone 220'C. Die Teilchentemperatur in der Reduktions- und der Verbrennungszone wurde gesteuert, indem man die Menge der diesen Schichten zugeführten Erzteilchen regelte. Im vorliegenden Falle wurden 45,7 °/ o der gesamten eintretenden Teilchen in der Verbrennungszone erhitzt, während die restlichen 511,3 ° o nicht durch diese Zone passierten.Example The process of the invention was used to reduce the ferric oxide constituents of a low grade red alabama hematite iron ore to magnetite. The gas supplied as fuel had a temperature of 1100 ° C and a composition of 12.3 ° o Hz, 8.6 ° / o CO, 1.4010 CH, 4.5 °: o CO2, 13.9 ° `o H20 and 59.3 °; 'o N'2. This gas also served as fluidizing gas. It was first introduced into the reduction zone to reduce the ferric oxide constituents of the ore to magnetite. The gas was then passed to a combustion zone, where the remaining combustible components were practically completely burned to release heat. The resulting heated gases were then allowed to flow into a preheating layer where they preheated ore particles. All of the incoming ore particles were preheated in the preheating zone, but only 45.70 '' of these preheated particles were withdrawn into the combustion zone for further heating. These heated particles were then withdrawn into the reduction zone. The remaining 54.30% of the total incoming particles were withdrawn immediately from the preheating zone to the reduction zone, where they mixed with the particles from the combustion zone. The particles in the reduction zone were kept at a temperature of 650 ° C while the particles in the combustion zone were kept at 800 ° C to ensure complete gas combustion in this zone. As a result, the temperature of the particles in the preheating zone was 220 ° C. The particle temperature in the reduction and combustion zones was controlled by regulating the amount of ore particles fed to these beds. In the present case 45.7% of the total incoming particles were heated in the combustion zone, while the remaining 511.3% did not pass through this zone.
Bei Benutzung dieses Verfahrens in der beschriebenen Weise war es möglich, die gewünschte Reduktion mit einem Wärmeaufwand von annähernd 300 000 kcal je 984 kg behandeltes Erz durchzuführen. Dieser Wert stellt eine wesentliche Herabsetzung des Wärmeaufwandes gegenüber bekannten Verfahren dar.Using this procedure in the manner described, it was possible, the desired reduction with a heat input of approximately 300,000 kcal to carry out every 984 kg of ore treated. This value represents a significant decrease the heat consumption compared to known methods.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1267237B (en) * | 1959-04-20 | 1968-05-02 | Fierro Esponja | Process for reducing iron ore |
| US4017592A (en) * | 1971-05-12 | 1977-04-12 | Comprimo N.V. | Process for production of aqueous hypochlorous acid solution |
| US4457896A (en) * | 1982-08-02 | 1984-07-03 | Institute Of Gas Technology | Apparatus and process for fluidized solids systems |
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1955
- 1955-10-25 DE DED21559A patent/DE1019646B/en active Pending
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