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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein gekühlter Behälter zum Positionieren von Düsen, wie Brennern, Injektoren und/oder Lanzen, innerhalb eines Elektrolichtbogenofens bzw. Lichtbogenofens zum Schmelzen von Stahl.
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Auf dem Gebiet der Lichtbogenöfen zum Stahlerzeugung ist es bekannt, Öffnungen in den Seitenwänden der Ofenkammer bzw. -raum (oder -schaft) vorzusehen. Durch solche Öffnungen ist es möglich, Einrichtungen (oder Düsen), wie Hilfsbrenner, Injektoren und/oder Lanzen, einzubringen.
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Hilfsbrenner ermöglichen das Hinzufügen weiterer Wärmemengen zu der durch den elektrischen Lichtbogen bzw. Lichtbogen bereitgestellten Wärme, um das Schmelzen der Metallmasse zu erleichtern und zu beschleunigen. Ein „Injektor” bezeichnet allgemein eine Einrichtung bzw. Teil, das geeignet ist, begleitend Gas und Pulver in den Schaft einzuspritzen. Eine „Lanze” bezeichnet allgemein einen Injektor des Überschalltyps. Abgesehen davon, dass Injektoren und Lanzen als Gasinjektoren oder -brenner wirken, ermöglichen sie das Einbringen von für den metallurgischen Prozess nützlichen Zusätzen bzw. Hilfsstoffen in das Metallschmelzbad bzw. Metallbad, wie Kohle, Kalk oder Pulver.
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Dabei werden im Folgenden Hilfsbrenner, Injektoren und Lanzen im Allgemeinen als „Düsen” bezeichnet.
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Um diese Düsen vor den Temperaturen zu schützen, die im Inneren des Ofens herrschen (1500°C–1700°C), ist es bekannt, Behälter vorzusehen, die mittels eines inneren Umlaufs von Fluid, insbesondere Wasser, gekühlt werden.
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Ein Behälter des bekannten Typs ist beispielsweise in 1–3 dargestellt.
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Solche Behälter werden allgemein durch Gießen eines monolithischen Kupferstücks hergestellt. In der Mitte eines Behälters befindet sich ein Kanal, der abgeschrägt ist und geeignet ist, die Düsen aufzunehmen bzw. zu häusen. Die Neigung des Kanals ermöglicht, die Düsen so stark wie möglich zu der Mitte des Ofens hin zu richten.
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Zwar ermöglichen die Behälter des bekannten Typs das Einbringen von Düsen in den Ofen, aber sie sind auch nicht ohne Nachteile.
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Da der Behälter als ein Monolith gebildet ist, entstehen genau genommen große innere Spannungen bzw. Beanspruchungen, die aus der Wärmedehnung resultieren, die durch die hohen Temperaturen bewirkt wird, die im Inneren des Ofens erreicht werden. Dadurch sind die Behälter eines bekannten Typs durch eine sehr kurze Lebensdauer gekennzeichnet (nach einigen Wochen erfordern sie einen außergewöhnlichen Wartungsaufwand), an deren Ende das Phänomen von Rissen, Fehlstellen und Abnutzung auftritt, das derart ist, dass es einen Austausch des Behälters erforderlich macht.
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Ferner ist das Gießen des monolithischen Kupferblocks eine sehr komplizierte Arbeit, die eine hohe Spezialisierung des Herstellers erfordert und daher mit hohen Kosten verbunden ist.
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In Anbetracht der monolithischen Blockstruktur der Behälter eines bekannten Typs und in Anbetracht der Position und Größe des Kanals ist die Platzierung des Brenners derart, dass die Flamme nahe dem Bad ist und auf dieses gerichtet ist, am Ende nicht möglich. Die Gestalt bzw. Anordnung des Kanals bestimmt häufig eine Brennerpositionierung derart, dass die Flamme zumindest teilweise auf die feuerfeste Materialauskleidung innerhalb des Schafts gerichtet ist. Dies verursacht eine frühe Abnutzung des feuerfesten Materials und erfordert häufige Wartungsaktivitäten an dem Ofen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gekühlten Behälter bereitzustellen, der solche Struktur- und Funktionsmerkmale aufweist, dass er die mit Bezug auf den Stand der Technik genannten Nachteile zumindest teilweise überwindet.
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Insbesondere ist es die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, einen gekühlten Behälter bereitzustellen, der so geformt ist, dass er eine längere Lebensdauer besitzt als die Behälter eines bekannten Typs.
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Insbesondere ist es die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, einen gekühlten Behälter bereitzustellen, der durch einen einfacheren und weniger spezialisierten Prozess hergestellt werden kann als die Behälter eines bekannten Typs.
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Insbesondere ist es die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, einen gekühlten Behälter bereitzustellen, der ein Platzieren des Brenners derart ermöglicht, dass die Flamme nahe an dem Bad ist und auf dieses gerichtet ist.
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Diese Aufgabe und diese Aufgabenstellungen werden durch einen gekühlten Behälter des Typs gelöst, der in Anspruch 1 beschrieben ist.
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Weitere Ausführungsform werden in den abhängen Ansprüchen beschrieben.
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Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen gekühlten Behälters werden aus der Folgenden Beschreibung bevorzugter exemplarischer Ausführungsformen desselben deutlich, die lediglich mittels nicht einschränkender Beispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren abgegeben wird, in denen:
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1 zeigt den Schnitt eines Elektrolichtbogenofens bzw. Lichtbogenofens eines bekannten Typs;
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2 zeigt einen gekühlten Behälter eines bekannten Typs, der wirkungsmäßig innerhalb eines Ofens platziert ist;
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3 zeigt einen gekühlten Behälter ähnlich demjenigen von 2, und zwar von dem Ofen demontiert;
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4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines gekühlten Behälters gemäß der Erfindung;
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5 zeigt das Detail eines Ofens ähnlich demjenigen, das in 1 mit V bezeichnet ist, umfassend einen gekühlten Behälter gemäß der Erfindung;
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6 zeigt eine Vorderansicht des gekühlten Behälters gemäß der Erfindung;
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7 zeigt eine Seitenansicht des gekühlten Behälters gemäß der Erfindung;
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8 zeigt eine Ansicht des Schnitts entlang der Linie VIII-VIII in 6;
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9 zeigt eine Ansicht des gekühlten Behälters gemäß der Erfindung ähnlich derjenigen in 8, ferner umfassend eine Düse;
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10 zeigt eine Draufsicht eines ersten Verarbeitungsschritts eines Barrens bzw.
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Blocks, der geeignet ist, den gekühlten Behälter gemäß der Erfindung herzustellen;
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11 zeigt eine Ansicht des Schnitts entlang der Linie XI-XI in 10;
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12 zeigt eine Ansicht des Schnitts entlang der Linie XII-XII in 10;
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13 zeigt drei unterschiedliche Ansichten einer Kappe, die auf den Block in 9 anzuwenden ist;
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14 zeigt eine Draufsicht eines zweiten Verarbeitungsschritts eines Barrens bzw.
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Blocks, der geeignet ist, den gekühlten Behälter gemäß der Erfindung herzustellen;
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15 zeigt eine Ansicht des Schnitts entlang der Linie XV-XV von 14;
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16 zeigt eine Ansicht des Schnitts entlang der Linie XVI-XVI von 14;
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17 zeigt eine Seitenansicht eines dritten Verarbeitungsschritts eines Barrens bzw. Blocks, der geeignet ist, den gekühlten Behälter gemäß der Erfindung herzustellen;
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18 zeigt eine Vorderansicht des Blocks in 14;
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19 zeigt eine perspektivische Ansicht eines fertigen Barrens bzw. Blocks, der geeignet ist, den gekühlten Behälter gemäß der Erfindung herzustellen;
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20 zeigt eine perspektivische Ansicht eines fertigen Barrens bzw. Blocks ähnlich demjenigen in 19;
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21 zeigt eine perspektivische Ansicht eines fertigen Barrens bzw. Blocks ähnlich demjenigen in 18;
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22 zeigt eine Vorderansicht der zusammengesetzten bzw. montierten Blöcke während eines ersten Herstellungsschritts des gekühlten Behälters gemäß der Erfindung;
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23 zeigt eine Vorderansicht der zusammengesetzten bzw. montierten Blöcke während eines zweiten Herstellungsschritts des gekühlten Behälters gemäß der Erfindung;
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24 zeigt einen unterschiedlichen Barren- bzw. Blocktyp in einer Ansicht ähnlich derjenigen in 11;
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25 zeigt einen unterschiedlichen Barren- bzw. Blocktyp in einer Ansicht ähnlich derjenigen in 11;
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26 zeigt einen unterschiedlichen Barren- bzw. Blocktyp in einer Ansicht ähnlich derjenigen in 11;
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27 zeigt eine Vergrößerung des Details, das in 26 mit XXVII bezeichnet ist;
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28 zeigt eine Ansicht, ähnlich derjenigen in 22, einer ersten alternativen Ausführungsform des rohrförmigen Körpers gemäß der Erfindung;
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29 zeigt eine Ansicht, ähnlich derjenigen in 22, einer zweiten alternativen Ausführungsform des rohrförmigen Körpers gemäß der Erfindung;
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30 zeigt eine Vorderansicht der Abschirmung des gekühlten Behälters gemäß der Erfindung;
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31 zeigt eine Ansicht, ähnlich derjenigen in 7, einer weiteren Ausführungsform des gekühlten Behälters gemäß der Erfindung.
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Mit Bezug auf die oben genannten Figuren wird ein gekühlter Behälter (oder einfach „Behälter”) im Allgemeinen mit 1 bezeichnet. Der gekühlte Behälter 1 ist innerhalb einer Öffnung angeordnet, die in der Seitenwand eines Lichtbogenofens 2 vorgesehen ist (siehe 1).
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Der Lichtbogenofen 2 umfasst auf eine an sich bekannte Art eine feuerfeste Materialinnenauskleidung 3, ein Kühlsystem 4 und bei Betrieb ein Metallschmelzbad bzw. Metallbad 5.
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Der gekühlte Behälter 1 gemäß der Erfindung umfasst einen rohrförmigen Körper 10. Der rohrförmige Körper 10 umfasst wiederum eine Mehrzahl von Stangen oder Barren bzw. Blöcken 20, die miteinander befestigt und derart angeordnet sind, dass sie die Seitenwände des rohrförmigen Körpers sind.
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Gemäß der Ausführungsform des in den Figuren dargestellten Behälters 1 definiert der rohrförmige Körper 10 eine Achse X.
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Insbesondere sind die Blöcke 20 in der Richtung der Achse X angeordnet (mit der einzigen Ausnahme eines kleinen Winkels α, was unten beschrieben wird) und sind gemeinsam nebeneinander entlang Kontaktlinien und/oder -flächen bzw. -oberflächen angeordnet, die ebenfalls in der axialen Richtung angeordnet sind. Insbesondere sind die Blöcke 20 gemeinsam entlang Verbindungslinien befestigt, die ebenfalls in der axialen Richtung angeordnet sind. Mit andere Worten umfasst der rohrförmige Körper 10 des gekühlten Behälters 1 gemäß der Erfindung eine umfänglich segmentierte Struktur.
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Gemäß der Ausführungsform des in den Figuren dargestellten Behälters 1 sind die Blöcke so angeordnet, dass sie eine näherungsweise kegelstumpfförmige oder pyramidenstumpfförmige Form bilden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Blöcke so angeordnet, dass eine Längsachse Y jedes einzelnen Blocks i einer Ebene eingeschlossen ist, die entlang der X-Achse verläuft. Die Kontakt- und/oder Verbindungsflächen bzw. -oberflächen zwischen den Blöcken können ebenfalls in einer Ebene eingeschlossen sein, die entlang der X-Achse verläuft.
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Insbesondere sind die Blöcke derart angeordnet, dass eine Längsachse Y jedes einzelnen Blocks einen Winkel α mit der Achse Y bildet, aufweisend eine Breite zwischen 1° und 4°, vorzugsweise 2° (siehe 8 und 17).
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Gemäß anderer möglicher Ausführungsformen können die Blöcke auf unterschiedliche Weise angeordnet sein, beispielsweise so, dass sie eine näherungsweise zylindrische oder prismatische Form bilden. Das heißt die Blöcke können so angeordnet sein, dass eine Längsachse Y jedes einzelnen Blocks parallel zu der Achse X ist.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der rohrförmige Körper 10 des Behälters 1 einen Kanal 11 darin bzw. in sich. Solch ein Kanal 11 ist geeignet, eine Düse 30 eines an sich bekannten Typs aufzunehmen bzw. unterzubringen.
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Bei der in den Figuren, insbesondere in 22 dargestellten Ausführungsform weist der Kanal 11 einen gleichmäßigen bzw. regelmäßigen zehneckförmigen Schnitt bzw. Querschnitt auf. Gemäß anderer Ausführungsformen, und um spezielle mögliche Anforderungen zu erfüllen, kann der Kanal schnitt andere Formen annehmen, beispielsweise die Form eines anderen, entweder gleichmäßigen bzw. regelmäßigen Oder nicht gleichmäßigen bzw. nicht regelmäßigen Vielecks; eines Umfangs bzw. Kreisumfangs; einer Ellipse; einer '8'; und dergleichen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Kanal 11 einen Durchmesser zwischen 100 und 400 nm, vorzugsweise zwischen 120 und 250 nm auf.
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Gemäß einer Ausführungsform des Behälters 1 gemäß der Erfindung umfassen die Blöcke 20 einen Kanal 21 zum Zirkulieren von Kühlfluid bzw. -mittel darin, insbesondere zur Kühlwasserzirkulation.
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Gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform ist der Kanal 21 jedes Blocks 20 im Wesentlichen U-förmig, wobei die Arme desselben über nahezu die gesamte Länge des Blocks laufen. Die beiden geradlinigen und parallelen Führungen bzw. Leitungen 211 und 212, welche die U Arme sind, sind durch eine dritte transversale Führung bzw. Leitung 213 miteinander verbunden.
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Der Kühlkanal 21 jedes Blocks ist vorzugsweise mit den Kühlkanälen der anderen Blöcke verbunden, um so einen individuellen bzw. einzelnen Kühlkreislauf 12 zu bilden, der durch den gesamten rohrförmigen Körper 10 läuft.
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Gemäß der hierin dargestellten Ausführungsform ist der Kanal 21 jedes Blocks 20 mit den Kanälen der beiden angrenzenden bzw. benachbarten Blöcke in Reihe verbunden, wobei die einzige Ausnahme der erste und der letzte Block auf der Bahn bzw. Weg sind. Diese zuletzt genannten Kanäle sind geeignet, mit der Zufuhrleitung bzw. der Abflussleitung des Kühlmittels verbunden zu sein bzw. zu werden.
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Gemäß anderer Ausführungsformen (nicht dargestellt) sind die einzelnen Kanäle unterschiedlich verbunden, beispielsweise nach einem Parallel-Schema oder nach einem gemischten In-Reihe/Parallel-Schema.
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Ferner wird weiter unten ein Verfahren zum Bereitstellen eines einen Kühlkreislauf 12 umfassenden rohrförmigen Körpers 10 gemäß der Erfindung beschrieben.
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Gemäß der in den Figuren (siehe insbesondere 19, 20 und 21) dargestellten Ausführungsform umfasst jeder einzelne Block 20 eine Schulter 23 an der Seite, welche die Innenwand des rohrförmigen Körpers 10 sein soll. Folglich umfasst der rohrförmige Körper 10 im Inneren des Kanals 11 eine Membran bzw. Trennwand 13, die alle Schultern 23 aller Blöcke 20 umfasst.
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Gemäß der in den Figuren (siehe insbesondere 4, 6–9 und 30) dargestellten Ausführungsform umfasst der Behälter gemäß der Erfindung ferner eine Abschirmung 6 und ein schützendes Rohrteil bzw. -einrichtung 7.
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Die Abschirmung 6 und das schützende Rohrteil 7 ermöglichen das vollständige Schließen bzw. Verschließen einer standardmäßigen, viereckig geformten Öffnung, die in der Seitenwand des Ofens erhalten wird, während jede beliebige Art von Neigung des rohrförmigen Körpers 10 erlaubt ist.
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Bei den hier dargestellten Ausführungsformen liegt die Neigung der Achse X des rohrförmigen Körpers 10 relativ zu der Abschirmung 6 zwischen 30° und 60°, vorzugsweise zwischen 40° und 50°.
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Gemäß der in den Figuren dargestellten Ausführungsform liegt die Länge jedes Blocks zwischen 350 und 550 mm, vorzugsweise zwischen 420 und 480 mm. Wie es in 7, 8 und 9 klar ersichtlich ist, ist die verwendbare Länge des rohrförmigen Körpers insgesamt im Wesentlichen gleich der Länge des einzelnen Blocks 20.
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Die Merkmale des oben beschriebenen gekühlten Behälters 1 gemäß der Erfindung, insbesondere die Länge und Neigung des rohrförmigen Körpers 10, ermöglichen, die Düsen 30 auf einen stark verringerten Abstand von bzw. zu dem Metallbad zu bringen. Insbesondere wenn die Düse 30 ein Brenner ist, ermöglicht diese Platzierung das Haltbarmachen bzw. Beibehalten der feuerfesten Materialbeschichtung 3 gegenüber der Flamme.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bestehen die einzelnen Blöcke 20 aus einem einzigen Kupferblock.
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Gemäß weiterer möglicher Ausführungsformen können die einzelnen Blöcke 20 aus einem einzigen Block aus einem anderen Material bestehen, das zur Verwendung bei den Temperaturen geeignet bzw. angepasst ist, die für den Ofen charakteristisch sind, wie Stahl, gesinterte Materialien, beispielsweise Keramikmaterialien (wie Tonerde bzw. Aluminiumoxid, Al2O3) oder sogenannte Superlegierungen des Typs Inconel® (verkauft durch Special Metals Corporation) oder des Typs Hastelloy® (verkauft durch Haynes International), oder dergleichen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bestehen die einzelnen Blöcke 20 aus einem individuellen bzw. einzelnen monolithischen Block, wie es schematisch in 11 und 15 gezeigt ist.
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Gemäß weiterer möglicher Ausführungsformen können die einzelnen Blöcke aus mehreren Stücken bestehen.
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Beispielsweise können die Blöcke vorteilhafterweise einen Hauptkörper 22 und eine „Nase” 24 umfassen. Mit „Hauptkörper” 22 ist der Barrren- bzw. Blockabschnitt gemeint, der in der Betriebskonfiguration, bei welcher der Behälter 1 montiert und bereit zum Betrieb ist, am nächsten an der Abschirmung 6 gelegen ist. Der Hauptkörper 22 wird von dem Kühlkanal 21 durchlaufen.
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Stattdessen ist die Nase 24 des Blocks 20 der Abschnitt, der in der Betriebskonfiguration, bei welcher der Behälter 1 montiert und bereit zum Betrieb ist, am weitesten von der Abschirmung 6 entfernt ist. Die Nase 24 ist der Blockabschnitt, der am stärksten einer Abnutzung ausgesetzt ist. Sie wird nicht von dem Kühlkanal 21 durchlaufen, da, weil sie besonders einer Abnutzung ausgesetzt ist, leicht Flüssigkeitslecks innerhalb des Schafts auftreten könnten.
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Wie es schematisch in 24 gezeigt ist, kann der Block eine Nase 24 umfassen, die aus einem Material besteht, das von demjenigen unterschiedlich ist, aus dem der Hauptkörper 22 gebildet ist.
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Wie es schematisch in 25 gezeigt ist, kann der Block eine Plattierung 25 der Nase 24 umfassen, d. h. eine Beschichtung der Nase 24, die mit einer Schicht aus einem Material hergestellt ist, das von demjenigen unterschiedlich ist, aus dem der Hauptkörper 22 und die Nase 24 gebildet sind.
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Bei dem oben Beschriebenen können sowohl der Hauptkörper 22, die Nase 24 als auch die Plattierung 25 des Blocks 20 aus Kupfer, Stahl, Keramikmaterial oder einer Superlegierung bestehen.
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Gemäß einiger möglicher Ausführungsformen sind die Nase 24 oder die Plattierung 25 des einzelnen Blocks 20 austauschbar, damit sie während der Lebensdauer des Behälters 1 leicht ersetzt werden können, ohne dass der Hauptkörper 22 des Blocks 20 von dem rohrförmigen Körper 10 entfernt werden muss.
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Wie es schematisch in 26 und 27 gezeigt Ist, können die Blöcke 20 eine Oberflächenbehandlung 26 der Nase 24 umfassen. Diese Oberflächenbehandlung kann beispielsweise eine Verschleißschutzmaterialschicht umfassen, die durch Plasmaspritzen aufgebracht wird. Verschleißschutzmaterialien sind beispielsweise Keramikmaterialien, wie Tonerde (Aluminiumoxid, Al2O3) und Zirkonerde (Zirkoniumoxid, ZrO2).
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Wie oben angegeben umfasst der rohrförmige Körper 10 eine Mehrzahl miteinander befestigter Blöcke 20. Gemäß der Ausführungsform von 22 werden die Blöcke durch Schweißen entlang ihrer Seitenflächen bzw. -oberflächen miteinander befestigt.
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Diese Art der Befestigung zwischen den Blöcken 20 führt zu einem rohrförmigen Körper 10, der in der Lage ist, eine hohe mechanische Festigkeit mit der Fähigkeit zu verbinden, eine Wärmedehnung zu erfahren, ohne unnötige innere Spannungen bzw. Beanspruchungen zu erzeugen.
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Gemäß weiterer möglicher Ausführungsformen sind die Blöcke 20 jedoch auf unterschiedliche Weise miteinander befestigt. In 28 ist beispielsweise ein rohrförmiger Körper 10 dargestellt, bei dem die Blöcke 20 mittels Formkopplung, insbesondere durch einen Schwalbenschwanz miteinander befestigt werden. In 29 ist statt dessen ein rohrförmiger Körper 10 schematisch dargestellt, bei dem die Blöcke 20 lediglich nebeneinander angeordnet und durch eine äußere Umrandung 14 befestigt sind.
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Diese Befestigungsarten zwischen den Blöcken ermöglichen eine einfache Demontage des rohrförmigen Körpers 10, um beispielsweise einen beschädigten oder abgenutzten einzelnen Block 20 auszutauschen. Für den Fall, dass die Blöcke 20 miteinander verschweißt sind, kann der rohrförmige Körper 10 jedoch durch Entfernen der Schweißnaht demontiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Behälter 1 ferner einen Dichtungsring 15, um einen Zwischenraum zwischen der Düse 30 und dem Kanal 11, insbesondere zwischen der Düse und der Membran 13 abzudichten. Der Dichtungsring 15 verhindert, dass die Flammen innerhalb des Ofens in einem Zwischenraum zwischen der Düse 30 und der Membran 13 kanalisiert werden und daher auf gefährliche Weise entlang des Kanals 11 zurückkommen.
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Der Dichtungsring 15 besteht aus einem Material, das geeignet ist, eine Barriere zu erzeugen, die gegen die Betriebstemperaturen resistent ist, die für das Innere des Lichtbogenofens charakteristisch sind (1500–1700°). Ein Material mit diesen Eigenschaften kann beispielsweise aus Keramikfasern, Glasfasern, Stahlfasern oder dergleichen erhalten werden. Die Fasern können miteinander verflochten, verwoben oder gepackt sein, um eine Matte zu bilden.
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Wie oben angegeben umfasst der rohrförmige Körper 10 einen Kühlkreislauf 12, der durch diesen läuft, was das den Arbeits- bzw. Betriebstemperaturen Ausgesetztsein ermöglicht.
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Der Kühlkreislauf 12 umfasst wie oben angegeben den Satz der Kühlkanäle 21 der Blöcke 20. Ferner umfasst der Kühlkreislauf 12 einen Ring 16, der geeignet ist, die einzelnen Kühlkanäle 21 der Blöcke 20 zu verbinden.
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Wie es in 23 dargestellt ist, ist der Ring 16 insbesondere geeignet, einen Durchgang zu erzeugen, der ermöglicht, dass das aus einem Blockkanal austretende Fluid in den nächsten Blockkanal gerichtet bzw. geleitet wird. Daher ist der Ring 16 geeignet, die einzelnen Kühlkanäle 21 in Reihe zu verbinden.
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Gemäß weiterer Ausführungsformen (nicht dargestellt) ist der Ring 16 geeignet, die einzelnen Kanäle 21 auf unterschiedliche Weise zu verbinden, beispielsweise nach einem Parallel-Schema oder nach einem gemischten In-Reihe/Parallel-Schema.
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Der Kühlkreislauf wird durch zwei Schläuche 17 und 18 vervollständigt, die den Kreislauf 12 mit der Zufuhr- bzw. der Abflussleitung des Kühlmittels verbinden.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines gekühlten Behälters 1 gemäß der Erfindung beschrieben.
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Das Verfahren zum Herstellen des gekühlten Behälters 1 umfasst zunächst das Bereitstellen des rohrförmigen Körpers 10. Daher wird ein Verfahren zum Bereitstellen des rohrförmigen Körpers 10 gemäß der Erfindung als erstes unten beschrieben. Solch ein Verfahren umfasst die Schritte:
- – Bereitstellen einer Mehrzahl von Barren bzw. Blöcken 20;
- – Erzeugen eines Kühlkanals 21 innerhalb jedes Blocks 20;
- – Befestigen der Blöcke 20 miteinander durch Anordnen derselben in einer Anordnung, um die Seitenwände des rohrförmigen Körpers 10 zu bilden;
- – Verbinden der individuellen bzw. einzelnen Kühlkanäle 21, um einen individuellen bzw. einzelnen Kühlkreislauf 12 zu bilden.
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Gemäß einer Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens gemäß der Erfindung umfasst das Anordnen der Blöcke den Schritt des Ziehens des Materials, insbesondere Kupfer.
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Gemäß weiterer möglicher Ausführungsformen kann das Anordnen der Blöcke einen Sinterschritt (für Materialien wie Keramik und Superlegierungen) oder einen Gieß- und/oder Formschritt (für Materialien wie Kupfer und Stahl) umfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung umfasst das Anordnen eines einzelnen Blocks einen Schritt des Anbringens einer Schulter 23 (siehe 14 und 15), beispielsweise durch Schweißen.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung umfasst das Anordnen der Blöcke 20 das Anordnen zweier spezieller Blöcke (siehe 20 und 21), die dazu bestimmt sind, als der erste bzw. der letzte Block der Reihe angeordnet zu werden. Diese Blöcke weisen einen Anhang auf, der das Erstrecken bzw. Verlängern einer der beiden Führungen bzw. Leitungen 211 und 212 ermöglicht. Aus 22 und 23 ist ersichtlich, dass diese Blöcke dazu bestimmt sind, die Schläuche 17 und 18 aufzunehmen bzw. unterzubringen.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung umfasst das Erzeugen eines Kühlkanals 21 innerhalb jedes Blocks 20 einen Doppelschritt des longitudinalen bzw. Längstiefbohrens des Blocks 20. Dadurch werden zwei Führungen bzw. Leitungen 211 und 212 hergestellt, die geradlinig und parallel relativ zueinander sind.
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Ein weiterer Frässchritt stellt die dritte Führung bzw. Leitung 213 transversal bzw. quer zu den ersten Beiden bereit (10 und 12). Der Kühlkanal 21 wird durch das Einsetzen einer Kappe 214 vervollständigt (13), die geeignet ist, die Dichtung des Kanals 21 beim Fräsen wieder herzustellen (14 bis 16). Die Kappe 214 kann beispielsweise in situ durch Schweißen verriegelt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung sorgt die Anordnung von n Blöcken für die Erzeugung zweier Kontaktseitenflächen bzw. -oberflächen 27 und 28, die einen 360°/n breiten Winkel bzw. Weitwinkel β bilden (siehe 18). Dieser Betrieb kann beispielsweise durch Werkzeugmaschinen bzw. spanende Bearbeitung erreicht werden.
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Während des Schritts des Erzeugens des Winkels β kann auch ein optionaler Winkel α zwischen die Achse Y des einzelnen Blocks und die Achse X des rohrförmigen Körpers eingebracht werden (siehe 17). Auf diese Weise erhält man einen rohrförmigen Körper 10, der eine kegelstumpfförmige oder pyramidenstumpfförmige Form aufweist. Wenn jedoch der Winkel α bei Null gehalten wird, erhält man einen rohrförmigen Körper 10, der eine zylindrische oder prismatische Form aufweist.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens kann der Schritt des Anordnens des einzelnen Blocks 20, beispielsweise Sintern oder Gießen, auch andere Schritte umfassen, die separat oben beschrieben wurden. Bei einem sogenannten Netzform- bzw. Endform-Ansatz kann der Schritt des Anordnens des einzelnen Blocks 20 beispielsweise die Schritte des Anordnens des Kühlkanals, der Seitenflächen bzw. -oberflächen 27 und 28, der relativen Winkel α und β, das Anordnen der Schulter 23 etc. umfassen. Solch eine Ausführungsform des Netzform- bzw. Endform-Verfahrens verkompliziert den Herstellungsschritt des Blocks 20 zwar, aber verringert die Gesamtzahl an Verfahrensschritten erheblich.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung umfasst der Schritt des Befestigens der Blöcke 20 miteinander das Schweißen eines Blocks an den angrenzenden bzw. benachbarten Block entlang der Kanten bzw. Ränder der Kontaktseitenflächen bzw. -oberflächen 27 und 28.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung umfasst der Schritt des Befestigens der Blöcke 20 miteinander das Verbinden der Blöcke miteinander (beispielsweise mittels einer Schwalbenschwanzverbindung) oder das Einsetzen bzw. Einbringen einer äußeren Umrandung.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung umfasst der Schritt des Verbindens der einzelnen Kühlkanäle 21 zum Bilden eines individuellen bzw. einzelnen Kühlkreislauf 12 das Hinzufügen eines Rings 16 zu dem hinteren bzw. rückwärtigen Abschnitt des rohrförmigen Körpers 10.
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Das Verfahren zum Bereitstellen des gekühlten Behälters 1 gemäß der Erfindung umfasst die Schritte:
- – Herstellen des rohrförmigen Körpers 10 (siehe oben);
- – Bereitstellen der Abschirmung 6;
- – Befestigen des rohrförmigen Körpers 10 und der Abschirmung 6 aneinander, um den gekühlten Behälter 1 zu bilden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt des Anordnens der Abschirmung die Schritte des Schneidens einer viereckigen metallischen Platte 60, die eine Größe aufweist, die geeignet ist, die in der Seitenwand des Ofens gebildete Öffnung zu verschließen. Bei der viereckigen metallischen Platte 60 muss ein Loch gebildet werden, das eine solche Form und Größe aufweist, dass es den rohrförmigen Körper 10 in der gewählten Orientierung bzw. Ausrichtung enganliegend aufnimmt (siehe 30).
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Bereitstellen des gekühlten Behälters 1 auch die Schritte des Bereitstellens und Befestigens des schützendes Rohrteils bzw. -einrichtung 7. Der Zweck des schützenden Rohrteils 7 ist es, den Raum zu schließen, der zwischen der Abschirmung 6 und dem rohrförmigen Körper 10 offen geblieben ist. Die Verwendung dieses schützenden Rohrteils ermöglicht es, einen rohrförmigen Körper 10 durchzuführen bzw. zu erhalten, der aus Blöcken mit individueller Länge besteht. Die Verwendung dieses schützenden Rohrteils ermöglicht es ferner, den rohrförmigen Körper je nach Wunsch relativ zu der Abschirmung 6 zu neigen.
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Alternativ, und das Verfahrens stark verkomplizierend, können Blöcke 20 mit variabler Länge hergestellt werden, um eine enge Haftung der Abschirmung 6 an dem rohrförmigen Körper 10 zu erhalten, und zwar trotz der Neigung des letzteren. Solch eine Ausführungsform ist schematisch in 31 dargestellt.
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Angesichts des oben Beschriebenen ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass die insbesondere umfänglich segmentierte Struktur des rohrförmigen Körpers 10 ermöglicht, dass dieser Körper sich in Folge von temperaturbedingten Deformationen ausdehnt und wieder zusammenzieht, ohne dass hierbei Risse oder Fehlstellen in der metallischen Masse auftreten.
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Die oben beschriebene Struktur des rohrförmigen Körpers 10 kann genau genommen mit einer isostatischen Struktur verglichen werden, bei der die durch die Temperatur bedingten Ausdehnungen keine Zustände hoher Spannung bzw. Beanspruchung bewirken. Im Gegenteil dazu kann die monolithische Blockstruktur des herkömmlichen Typs zweifellos mit einer höchst hyperstatischen Struktur verglichen werden, bei der eine durch die Temperatur bedingte Ausdehnung zwangsläufig Zustände potentiell sehr hoher Spannung bzw. Beanspruchung bewirkt.
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Ferner kann das Verfahren zum Herstellen des gekühlten Behälters 1 gemäß der Erfindung durch eine Sequenz technologisch einfacher Schritte durchgeführt werden Ziehen, Bohren, Fräsen, Schweißen etc.), ohne dass komplexe und kostspielige Technologien, wie Gießen, eingesetzt werden müssen.
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Die spezielle Struktur der Kühlkanäle 21 kann, falls erforderlich, ermöglichen, das Bohren auszuweiten, um die Führungen bzw. Leitungen 211 oder 212 an der Blocknase 24 zu öffnen. Diese Möglichkeit erlaubt das Einsetzen einer weiteren Düse verringerter Größe, die an die Hauptdüse 30 angegrenzt bzw. flankiert werden soll. Relativ zu einem Durchmesser des Kanals 11 von ca. 200 nm beträgt der Durchmesser der Führung bzw. Leitung 211 oder 212 ca. 20 nm.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform weist der Block, der zum Aufnehmen der Hilfsdüse bestimmt ist, größere Abmessungen auf als die anderen Blöcke 30. Eine Hilfsführung bzw. -leitung mit einem Durchmesser, der höher bzw. größer ist als die Führungen bzw. Leitungen 211 oder 212, kann somit erhalten werden, um beispielsweise eine Düse von 35 nm oder mehr aufzunehmen.
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Auf Grund der speziellen Struktur des gekühlten Behälters 1 gemäß der Erfindung ermöglicht dieser einen effizienten Schutz der Düsen 30, und zwar sowohl thermisch als auch mechanisch.
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Die spezielle Struktur des gekühlten Behälters 1 gemäß der Erfindung ermöglicht es, die Düsen 30 sehr nah an das Metallbad heranzubringen, und ermöglicht somit eine Verbesserung der Düseneffektivität. Insbesondere zieht die Brennereffizienz großen Nutzen aus der Tatsache, dass er nahe des Bads angeordnet und auf dieses gerichtet ist. Diese Platzierung bewahrt ferner die feuerfeste Beschichtung vor einer vorzeitigen Abnutzung. Wenn jedoch wie bei der Lösung des Stands der Technik der Brenner entfernt von dem Bad angeordnet und nicht richtig ausgerichtet ist, verliert er seine Effektivität und bestimmt eine wesentliche Abnutzung des feuerfesten Materials.
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Der verstärkte bzw. erhöhte Anstieg zum Inneren des Ofens hin muss zwangsläufig von einer erhöhten mechanischen Festigkeit begleitet werden. Während das metallische Material im Inneren des Ofens geladen wird, ist das Risiko hoch, dass Einschläge an bzw. auf der Nase des rohrförmigen Körpers 10 auftreten. Die spezielle Struktur des Behälters 1 gemäß der Erfindung hat sich als extrem solide bzw. fest erwiesen, absorbiert beispielsweise die Einschläge des metallischen Materials, ohne dabei relevanten Schaden zu nehmen.
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In dem Fall, wo ein besonders gefährlicher Einschlag den rohrförmigen Körper beschädigt, kann der Schaden ferner leicht repariert werden, indem lediglich die beschädigten Blöcke ausgetauscht werden.
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Die Struktur des gekühlten Behälters gemäß der Erfindung ermöglicht ferner eine Reduzierung der verwendeten metallischen Masse um 50% verglichen mit der monolithischen Blockstruktur der gekühlten Behälter eines herkömmlichen Typs, und jegliche weitere Merkmale bleiben unverändert.
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Es ist ersichtlich, dass Variationen an und/oder Hinzufügungen zu dem oben Beschriebenen und Dargestellten vorgenommen werden können.
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Im Allgemeinen können alle Merkmale, die oben mit Bezug auf spezifische mögliche Ausführungsformen beschrieben wurden, unabhängig voneinander ausgeführt werden.
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An den oben beschriebenen Ausführungsformen des gekühlten Behälters 1 können Fachleute, die bedingte und spezifische Erfordernisse erfüllen wollen, eine Reihe von Modifizierungen, Anpassungen und Ersetzungen von Elementen mit anderen vornehmen, die der Funktion nach äquivalent bzw. entsprechend sind, ohne jedoch von dem Schutzumfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.
