DE1433829A1

DE1433829A1 - Behaelter fuer geschmolzenes Metall

Info

Publication number: DE1433829A1
Application number: DE19631433829
Authority: DE
Inventors: Jacobs Stanley Carlton; Noel Jarrett; Starner Bernard Mcclelland
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1962-04-13
Filing date: 1963-04-02
Publication date: 1968-10-17
Also published as: GB1019102A; CH418211A; US3211443A; NL291255A; NL130410C

Description

IiEUE UHTERLAG-EN

Aluminum Company of America, Pittsburgh/Pennsylvania,Y,St·Α·

Benälter für geschmolzenes Metall

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter zum Handhaben τοη geschmolzenem Metall und im besonderen auf einen verbesserten Behälter zur Aufnahme von geschmolzenem Aluminium und von Legierungen auf Aluminiumbasis, bei welchem Behälter die Wärmeverluste durch die Wandungen hindurch auf einem Mindestwert gehalten werden.

In der Technik des Schmelzens, TJmschmelzens und der Weiterbeförderung von Metallen, im besonderen von Leichtmetallen wie Alumimium und Aluminiumlegierungen ist es oftmals erforderlich oder erwünsoht, die Metallschmelze in Verbindung mit der Bearbeitung oder Behandlung eine Zeit lang bereitzuhalten und ein rasches Abkühlen durch die Wandungen des Aufbewahrungsgefäßes hindurch zu verhindern. Es ist ferner wichtig, daß die Wandungen des Gefäßes das Hetall nicht verunreinigen, und daß die Wandungen des Qefäßes sickerdicht sind. In einigen Fällen

Νβϋ· Unterlagen

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fällen iat es weiterhin erforderlich oder erwünscht, einen Deckel mit in diesem angeordneten Heizmitteln vorzusehen_f so daß ein festgewardenes Metall rasch geschmolzen werden kann. Die Erfindung sieht einen Behälter vor für die Aufnahme und Aufbewahrung von geschmolzenem Aluminium und Aiuminiumlegierungen unter Bedingungen_f hei denen die Wärmeverluste durch die Behälterwandungen hindurch auf einem Mindestwert gehalten werden müssen» und wobei ein Heraussickern und eine Verunreinigung der Schmelze, vermieden wird.

Ein erfindungsgemäßer Behälter zur Aufnahme von geschmolzenem Metall weist auf: einen außen gelegenen behälterbildenden Mantel mit einer mehrschichtigen Innenauskleidung, die eine verhältnismäßig dicke Außenschicht aus einem hoohtemperaturfesten Isoliermaterial, eine Zwischenschicht aus einem verdichteten körnigem feuerfesten Material, das bei der Berührung mit dem geschmolzenen Metall von diesem nicht benetzt wird, und eine Innenschicht aus einem feuerfesten und die Schmelze nicht verunreinigendem Material aufweist«

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Behälters nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den in der Fig.l dargestellten

Behälter mit aufgesetztem Deckel, Fig. 3 eine weitere Seitenansicht des. in der Fig.l darge-

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-.3

dargestellten Behälter, die den Zapfspund zeigt, Fig. 4 eine Draufsicht auf den Behälter mit abgenommenem

Deckel,
Fig. 5 ein senkrechter Schnitt durch den Behälter nach der Linie 5-5 in der Fig.2, wobei der Deckel vom

Behälter etwas abgehoben dargestellt ist, Fig. 6 e'in Ausschnitt aus einer Schnittzeichnung nach

d^r Linie 6-6 in der Fig.4» Fig. 7 ein Ausschnitt aus einer Schnittzeichnung nach

der Linie 7-7 in der Fig.4, und die Fig. 8 ein vergrößert gezeichneter Schnitt nach der Linie 8-8 in der Fig.4·

Die Figuren 1-4 zeigen die äußere Gestalt einer zurzeit bevorzugten Konstruktion eines erfindungsgemäßen Behälters zur Aufnahme von geschmolzenem Aluminium und Aluminiumlegierungen unter Bedingungen, bei denen die Wärmeverluste durch die Gefäßwandungen hindurch auf einem Mindestwert gehalten werden. Wie in den Figuren dargestellt, weist das Gefäß einen als Ganzes mit Io bezeichneten zylindrischen Unterteil auf, der eine Charge geschmolzenen Metalls, geeigneterweise Aluminium und dessen Legierungen aufnehmen soll und mit einem anzapfbaren Ausgusspund 12 versehen ist, durch den das flüssige Metall dem Gefäß entnommen werden kann, welches Gefäß mit einem leicht nach außen gewölbten und abnehmbaren Deckel 14 versehen ist, an dessen Scheitel eine Brenneranordnung

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Brenneranordnung 16 axial angebracht ist.

Wie in der Fig«5 dargestellt, v/eist der Unterteil Io der vorliegenden Konstruktion einen äußeren Metallmantel, vorzugsweise aus Stahl, auf sowie eine mehrschichte und mehrere Funktionen ausübende Innenauskleidung, mit der die obengenannten Ziele erreicht werden. Der Metallmantel setzt sich erwünschtermaßen aus einer flachen, waagerechten kreisrunden Bodenplatte 18, die von mehreren parallelen und als Sehnen verlaufenden I-Eisen 2o getragen wird, aus einem am Umfang der Bodenplatte 18 z.B. durch Anschweißen befestigten Winkeleisen 22 und aus einer senkrechten zylindrischen Seitenwandung 24 zusammen, die an dem senkrechten Schenkel des Winkeleisens z.B. durch Anschweißen befestigt ist. Am Umfang der oberen Kante der Seitenwandung 24 ist außen ein Winkeleisen 26 befestigt, dessen nach außen vorstehender Schenkel 28 als Tragflansch und Abdichtungsfläche für den Deckel dient. Am Umfang des oberen Teiles der Seitenwandung 24 sind in gleichen Abständen mehrere, geeigneterweise drei sich von der Unterseite des Flansches 28 aus nach außen erstreckende Ausrichtungsglieder 3o angebracht. Wie dargestellt, sind diese Ausrichtungsglieder 30 mit Löchern zur Aufnahme der am Deckel in den gleichen Abständen vorgesehen Ausrichtungszapfen 32 versehen, so daß der Deckel nach dem Aufsetzen auf den Körperteil Io die ordnungsgemäße Lage zum Verschließen des Gefäßes einnimmt.

Wie bereits erwähnt und aus den Figuren 4-7 zu

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zu ersehen ist, ist der die Metallschmelze aufnehmende Teil Io des Gefäßes mit einer mehrschichtigen und mehrere Funktionen ausübenden Innenauskleidung versehen, mit deren Hilfe Aluminium und dessen Legierungen unter Bedingungen gehalten werden können, "bei denen der Wärmeverlust durch die Gefäßwandungen hindurch auf einem Mindestwert gehalten wird, während andererseits nur ein geringfügiges Heraussickern und eine Verunreinigung der Schmelze erfolgt wenn nicht überhaupt vermieden wird. Die Innenauskleidung besteht aus einer an der Bodenplatte 18 und der Seitenwandung 24 anliegenden verhältnismäßig dicken Außenschicht ' aus einem hochtemperaturfesten Isoliermaterial, an dessen Innenseite sich eine durchgehend verdichtete Schicht aus einem körnigen feuerfesten Material anschließt, das bei der Berührung mit der Aluminiumschmelze von dieser nicht benetzt wird oder mit dieser reagiert. An die letztgenannte Schicht schließt sich nach innen zu eine Schicht aus einem feuerfesten Material an, das die Metallschmelze nicht verunreinigt. Oberhalb des oberen Randes der mehrschichtigen Innenauskleidung befindet sich ein Kanal, in dem Heizmittel angeordnet sind, mit deren Hilfe ein Erstarren der im Gefäß befindlichen Metallschmelze an der Oberfläche oder in dessen Nähe vermieden werden kann.

Be wird darauf hingewiesen, daß die hier beschriebene Konstruktion nicht für das Schmelzen von kalten Chargen, wie in den herkömmlichen Schmelzöfen, eingerichtet ist

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ist sondern dazu dienen soll, eine bereits geschmolzene Charge längere Zeit lang in flüssigem Zustand aufnehmen und· zu erhalten.

Es wird ferner darauf hingewiesen, daß die in den Figuren 5 - T als Schnitte dargestellten und noch zu beschreibenden Einzelheiten der Konstruktion mit Ausnahme des Bezirkes am Spund sich symmetrisch um das Gefäß herum erstrecken.

Im besonderen wird der verhältnismäßig dicke Außenteil der mehrschichtigen Innenauskleidung aus geeigneten hochtemperaturfesten Isolierblöcken hergestellt und umfasst am Boden eine mehrlagige Isolierauskleidung, die von der Bodenplatte 18 getragen wird und aus mindestens zwei Lagen 34» 36 eng aneinander anliegenden Isolierblöcken besteht. Am IMfang der Bodenisolierschicht ist auf diese an der Seitenwandung 24 anliegend eine senkrechte Schicht 38 aufgesetzt, die aus gekrümmten hochtemperaturfesten Isolierblöcken aus dem für die Bodenschichten 34» 36 verwendeten gleichen Material besteht, geeigneterweise aus einem Asbestmaterial der Type "Hi-Temp", das von der Firma Carey Mfg.Co. hergestellt wird, welche senkrechte Schicht in waagerechter oder radialer Richtung die gleiche oder eine größere Dicke aufweist wie die Bodensohichten- 34,36. Wie am besten aus den Figuren 5 - 7 zu ersehen ist, endet die Außensohicht 38 in einer vorherbestimmten Entfernung unterhalb des oberen !Teiles der Seitenwandung 24 d«a

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des Mantels.

An der Innenseite der oben beschriebenen Außenschicht liegt eine fortlaufende und abdichtende Zwischenschicht aus einem verdichteten körnigem Material an, das bei Berührung mit dem geschmolzenen Aluminium von diesem nicht benetzt wird oder mit diesem reagiert, welches Material z.B. aus Siliziumkarbid, Kalziumoxyd, Graphit oder Aluminiumnitrid usw. bestehen kann. Der senkrechte zylindrische Teil der körnigen Zwischenschicht 4o endet etwas unterhalb des oberen Randes der Außenschicht 38. Auf dem oberen Rand der Schicht 40 ist ein feuerfester Ring 42 aus einem Kalziumaluminat angebracht, der entweder aus einzelnen Blöcken zusammengesetzt oder an der Gebrauchsstelle gegossen wird, und dessen Dicke so bemessen ist, daß die Oberseite des Ringes mit der oberen Kante der Außenschicht 38 fluchtet.

Innerhalb der oben beschriebenen körnigen Zwischenschicht befindet sich an diese anstoßend ein Innenmantel, der sich aus den beiden Bodenschichten 44» 46 zusammensetzt, die von Blöcken aus einem geeigneten feuerfesten Material gebildet werden, das die Metallschmelze nicht verunreinigt, und das geeigneterweise aus einem mit Siliziumnitrid gegebundenen Siliziumkarbid besteht wie das Material "Refrax", das von der Firma Carborundum Co. hergestellt wird. Ferner ist am Umfang eine aus demselben Material bestehende Schicht 48 vorgesehen. Die Timfangs schicht 48 endet oben

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oben oberhalb des oberen Randes der Außenschicht 38 jedoch unterhalb des oberen Randes des Außenmantels 24 und geeigneterweise zwischen den genannten beiden Stellen. .W^e dargestellt, wird die Schicht 48 von der Bodenschicht 44 am Umfang getragen. Die obere Bodenschicht 46 endet am Umfang in einer vorherbestimmten Entfernung von der Innenseite der Schicht 48» wodurch eine Rinne 5o gebildet wird. Diese Rinne wird gefüllt und abgeschlossen durch eine an der Gebrauchsstelle gegossene Leiste 52 mit dreieckigem Querschnitt aus einem mit Kalziumaluminat gebundenen Aluminiumoxyd, das feuerfest ist, wobei die Neigung der Leiste so gewählt ist, da^ mit Sicherheit eine vollständige Entleerung des oben beschriebenen Gefäßes erreicht wird.

Um eine Erstarrung der Metallschmelze im Gefäß an der Oberfläche in möglichst engen Grenzen zu halten, sind am oberen Rand der mehrschichtigen Innenauskleidung herum Heizmittel vorgesehen. Die Figuren 6 und 7 zeigen eine bevorzugte Ausführung dieser Heizmittel. Wie bereits beschrieben, bilden die oberen Kanten der senkrechten Schichten 38 und 48 zusammen mit dem gegossenen Ring 42 und dem Außenmantel 24 eine ringförmige Vertiefung, die allgemein mit 60 bezeichnet ist. In dieser Vertiefung 60 ist am Aussenmantel 24 angrenzend ein Gasverteilerring 62 angeordnet, an den eine Anzahl von radial nach innen gerichtete Brennerrohre 64 angeschlossen sind. An den Enden dieser Rohre sind

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sind Brennerkopfe 66 aus nichtrostendem Stahl befestigt, die sich in eine ringförmige Kammer 68 öffnen, die zum Teil von dem Ring 42» der Außenseite der Schicht 48 und der Innenseite eines an der Gebrauchsstelle gegossenen Hinges 7o aus einem geeigneten Isoliermaterial gebildet wird, welches Material z.B. aus einem feuerfesten Silikastein geringer Dichte wie das Material Harbison-Walker Ho.26 oder aus einer leichten gießfähigen Kieselerde bestehen kann, das das Verteilerrohr 62 und die Brennerrohre 64 umgibt. Die ringförmige Kammer 68 steht mit.dem Inneren des Behälters über mehrere waagerecht und radial verlaufende Kanäle ^2 in Verbindung, die zwischen den Brennerköpfen liegen und an der Unterseite einer darüberliegenden Isolierkappe 74 vorgesehen sind. Die Isolierkappe 74 wird vorzugsweise aus einzelnen feuerfesten Blöcken aus ge gossenem mit Kalziumaluminat gebundenem Aluminiumoxyd zusammengesetzt, wobei die Größe und die Form so bemessen wird, daß die Oberseite mit dem oberen Rand des Mantels 24 fluchtet, während die nach innen gerichtete abgeschrägte Kante 76 mit der Innenseite der Innenschicht 48 fluchtet.

Bei der Herstellung der Außenschicht und der feuerfesten Innenschicht der Innenauskleidung werden die ver schiedenen Blöcke vorzugsweise an einander und an dem Stahl mantel mit Hilfe eines geeigneten faserigen Klebstoffes befestigt einerseits um den Zusammenbau zu erleichtern und andererseits um einen im wesentlichen monolithischen Aufbau

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- Io - .

Aufbau zu schaffen. Außerdem können zum Vorformen der Zwischenschicht 40 aus Aluminiumoxyd während des Zusammenbaues verschiedene Einlagen benutzt werden. Obwohl bei dem dargestellten zylindrischen Aufbau vorzugsweise als Bestandteile vorzugsweise gekrümmte Blöcke verwendet werden, können auch die herkömmlichen rechteckig geformten Bauelemente benutzt werden. Im letztgenannten Falle müssen jedoch die zwischen den Bauelementen und dem äußeren Metallmantel entstehenden Zwischenräume mit einem geeigneten zerstampften Material ausgefüllt werden.

Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, daß die beschriebene mehrschichtige Innenauskleidung einen im wesentlichen monolithischen Aufbau besitzt, im allgemeinen sickerdicht ist, die Wärmeverluste auf einen Mindestwert herabsetzt und im allgemeinen die Metallschmelze nicht verunreinigt. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion ist ferner eine Heizeinrichtung vorgesehen, die so· angeordnet ist, daß ein Erstarren der im Gefäß enthaltenen Metallschmelze an der Oberfläche vermieden oder geringfügig gehalten wird.

Wie am besten aus den Figuren 4» 5 und 8 zu ersehen, ist, weist das Gefäß einen Ausgusspund 12 auf, durch den dem Gefäß das geschmolzene Metall entnommen werden kann. Dieser Spund weist ein innen gelegenes Gusstüok 90 aus feuerfestem mit Kalziumaluminat gebundenes Aluminiumoxyd auf, das mit einer allgemein kegelförmigen, sich nach innen aufweitenden Öffnung 92 versehen, ist, die mit einem Zapfloch

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I T V VS V ,c w

Zapfloch 94 in Verbindung steht. Die Innenseite des Gussstückes 9° fluchtet im wesentlichen mit der Innenseite der inneren Auskleidungs8chicht 48» während die untere Fläche der Öffnung $2 mit der Oberseite der Basisschicht 46 an der Übergangsstelle in einer Ebene liegt und sich von dort aus nach, unten neigt, um das Herausströmen des geschmolzenen Metalls aus dem Behälter zu erleichtern. Das Zapfloch 92 steht mit einem ein Zapfloch bildenden Ring 96 in Verbindung» der aus einem feuerfesten Aluminiumoxyd geformt ist und sich innerhalb des Endes eines gusseisernen Spundgehäusegliedes 98 befindet, das allgemein die Form eines Kegelstumpfes aufweist sowie einen Abschlussflansch loo, der mit der Außenwandung 24 fluchtet. Der Ring 96 ist mit einer Zapfloohbohrung Io2 versehen, die koaxial mit dem Zapfloch 94 liegt, das seinerseits mit der sich nach aussen aufweitenden, kegelförmigen Bohrung I04 in Verbindung steht. Das außenliegende Ende der Bohrung I04 mündet in die Bohrung I06 ein, die von der feuerfesten Aluminiumoxydauskleidung I08 des entfernbaren und vorheizbaren gusseisernen Spundgliedes llo gebildet wird. Das Spundglied Ho wird von dem Spundgehäuseglied 98 getragen, wobei dessen Lage in bezug auf das Spundglied llo durch Einfüllen eines plastischen feuerfesten Materials, z.B. des durch Wärmeeinwirkung festwerdenden Zements "chromothermo-lith" festgelegt wird, welcher Zement von der Firma Harbison-Walker hergestellt wird. Wie dargestellt, ist die Größe des Gusstückes 90 so bemessen, daß es sich bis zur körnigen

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körnigen Zwischenschicht 4° hin erstreckt und in der Auswirkung an dieser Stelle die innenliegenden Schichten 44» 46 und 48 ersetzt.

Obwohl die Wärmeverlustmerkmale des oben beschriebenen Gefäßes dessen Verwendung ohne ein Deckelglied gestatten, so kann es doch je nach den angewedeten Verfahren erforderlich oder erwünscht sein, das Gefäß abzudecken. Die Figuren 1-3 und 5 zeigen eine bevorzugte Konstruktion eines abnehmbaren Deckelgliedes I4 für das beschriebene Gefäß. Es ist ein geeigneterweise aus Stahl bestehender Deckelmantel mit einem zylindrischen Körperteil 2oo vorgesehen, der ein gewölbtes Dach 2o2 trägt. Die Basis des Körperteiles 2oo ist mit einem nach außen vorstehenden Flansch 2o4 versehen, an dessen Unterseite ein geeignetes Packungsmaterial 2o6 befestigt ist, das sich an die Oberseite des Randflansches 28 am Körperteil 2o anlegt, wenn der Deckel aufgesetzt wird. Die Basis des Körperteiles 2oo des Deckelgliedes I4 ist ferner mit einer ringförmigen nach innen gerichteten Auskleidungsfesthalteschulter 2o8 versehen, die geeigneterweise aus einem an der Innenseite angebrachten kreisrund gebogenen Yfinkeleisen besteht, welche Schulter als gewichttragende Fläche dient, wenn der Deckel auf das Gefäß aufgesetzt ist.

Das Innere des Deckelgliedes I4 ist mit einer mehrschichtigen Auskleidung aus einem feuerfesten Material versehen, um die Wärmeverluste zu vermindern und um eine Ver-

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Verunreinigung der Metallschmelze zu vermeiden oder wenigstens gering zu halten. Wie in der Fig.5 dargestellt, umfasst eine bevorzugte mehrschichtige Auskleidung eine verhältnismäßig dünne, an der Gebrauchsstelle gegossene erste Schicht 21o aus hochfeuerfester Kieselerde wie Kaolite Nr. 2o, hergestellt von der Firma Babcock & Wilcox, und eine darüberliegende, dickere, an der Gebrauchsstelle gegossene und gewölbte zweite Schicht 212 aus einem feuerfesten, mit Kalztimaluminat gebundenen Aluminiumoxyd, welche Schicht am Umfang von nach innen vorstehenden Schulter 2o8 getragen wird. Erwünsohtermaßen wird das Deckelglied mit einer axial angeordneten Gasbrenneranordnung mit flacher Flamme, als Ganzes mit 16 bezeichnet, ausgestattet, die, wenngBwünscht, der freiliegenden Oberfläche des im Behälter befindlichen Metalls von der Schicht 212 aus durch Re flexion und Strahlung Wärme zuführt. Ferner sind durch das Deckelglied mehrere Entlüftungsrohre 214 hindurchgeführt, durch die die im Betrieb des Brenners erzeugten Verbrennungs- abgase entweichen können.

Die Handhabung des Deckelgliedes wird durch mehrere an diesem angebrachte Hubringe 216 erleichtert.

Patentansprüche

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Claims

PAIMIAISPHÜCHE

1. Warmhaiteofen für geschmolzenes Aluminium mit einem ■behälterbildenden Außenmantel und einer in diesem angeordneten mehrschichtigen Auskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmhalteofen seine Beschickung mit geschmolzenem Aluminium dadurch warmhalten kann, daß die mehrschichtige Auskleidung aus einer starken Außenschicht hohe Temperaturen abschirmenden Materials, einer durchlaufenden, verdichteten Zwischenschicht aus körnigem, feuerfestem Material von einer Beschaffenheit, daß sie durch das geschmolzene, mit ihr in Berührung kommende. Aluminium nicht benetzt werden kann, und einer Innenschicht aus einem nioht verunreinigenden, feuerfesten Material besteht.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Umfangsteil der genannten mehrschichtigen Auskleidung in einem innen gelegenen Kanal Heizmittel vorgesehen sind, die der Oberfläche des im Behälter befindlichen geschmolzenen Metalls gleichmäßig Wärme zuführen.

3« Warmhalteofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet«

Neue Unterlagen ι*

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gekennzeichnet, daß die genannten Heizmittel aus mehreren, in einem zu der genannten Innenschicht radial nach außen zu gelegenen Ring angeordneten Brennern "bestehen, wobei der Ring zum Teil durch eine die mehrschichtige Ofenauskleidung überdeckende isolierende Kappe gebildet und der Ring nach dem Innern des Warmhalteofens zu mit Öffnungen versehen ist.

4· Behälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Innenschicht aus einem waagerecht liegenden kreisrunden Basisteil und einem zylindrisch ausgebildeten Seitenwandungsteil besteht, der das genannte körnige Material bedeckt und dem geschmolzenen Metall im Behälter eine im wesentlichen fortlaufende und freiliegende und nicht verunreinigende Metallberührungsfläche darbietet, und daß an der Übergangsstelle zwischen dem Basisteil und den Seitenwandungsteilen der genannten Innenschicht an der Gebrauchsstelle eine aus einem hochtemperaturfesten Material gegossene Leiste vorgesehen ist, die den Ablauf des geschmolzenen Metalls aus dem Behälter sichert.

5· Behälter nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen im voraus erhitzbaren und entfernbaren Ausgusspund, durch den aus dem Behälter geschmolzenes Metall abgelassen werden kann.

6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch

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dadurch gekennzeichnet, daß die genannte äußere Schicht aus einem vorher gegossenen asbestartigen Material hergestellt ist

7· Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte körnige Material aus Aluminiumoxyd besteht.

8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekenfceichnet, daß die genannte innere Schicht aus einem hochtemperaturfesten Material mit Siliziumkarbidbasis hergestellt ist.

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