DE2301295A1

DE2301295A1 - Schachtofen

Info

Publication number: DE2301295A1
Application number: DE19732301295
Authority: DE
Inventors: Cornelis Van Der Vliet
Original assignee: Hoogovens Ijmuiden BV
Current assignee: Hoogovens Ijmuiden BV
Priority date: 1972-01-11
Filing date: 1973-01-11
Publication date: 1973-07-26
Also published as: DE2301295B2; DE2301295C3; JPS4911709A; GB1382001A; NL7200418A

Description

PATENTANWÄLTE HENKEL— KERN — FEILER — HÄNZEL — MÜLLER

DR-PHIL, DIPL.-ING. DR. RER. NAT. DIPL.-ING. DIPL.-ING. TFI.EX: 05 29 »οι HNKi. η EDUARD-SCHMID-STRASSE 2 bayerische Hypotheken- und

TELHFON: (08 11)66 3197, 66!091-·)2 „,„,„„„,, _Qn WECHSELBANK MÜNCHEN NR. 318 - 85

TELEGRAMME: ELLIPSOID MÜNCHEN L)-HOUU MUNCHtilN ^U POSTSCHECKtMCHN 162147-809

Hoogovens IJmuiden B.V.
IJmuiden, Niederlande

11. JAN. 1973

Schachtofen

(Zusatz zu Patent (P 21 52 759.3)

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Schachtofen, der zumindest über einen Teil seiner Außenfläche hinweg mit einer Doppelwand versehen ist, wobei der von ihr umschlossene Kaum Teil eines drucklosen Umwälzsystems für Kühlflüssigkeit bildet, mit einem über dem Doppelwandraum vorgesehenen Behälter, in welchem verdampfte Kühlflüssigkeit vom Kühlgemisch abtrennbar ist, wobei der Behälter in unmittelbarer offener Verbindung mit dem oberen Ende des Doppelwandraums steht, der seinerseits durch ein etwa parallel zur Außenfläche des Ofens verlaufendes Zwischen-Leitblech in zwei Räume unterteilt ist, welche an oberem und unterem Ende offen miteinander kommunizieren, nach Patent (P 21 52 759.3).

Infolge der Ausbildung der im Stammpatent beschriebenen Umwälzanlage für Kühlflüssigkeit hat es sich als möglich erwiesen, eine wirksame und zuverlässige Kühlung von Teilen

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der Ofenwand mit vergleichsweise einfachen Mitteln nach dem Verdampfungskühlprinzip zu erzielen. Hierbei hat es .sich gezeigt, daß speziell im Fall von großen und thermisch hoch belasteten Öfen eine gleichmäßigere Kühlung gewährleistet werden kann, die auch zu einem geringeren Verschleiß des feuerfesten Mauerwerks des Ofens führt.

Bei Anwendung dieser Kühlungsart auf einen Hochofen wurde die Kühlanlage bisher nur im Bereich der sogenannten' Rast des Ofens vorgesehen. Es ist üblich, im Bereich des sogenannten Gestells des Ofens eine Sprühkühlung mit Flüssigkeit vorzusehen.

Im Bereich der Ofenrast wird das feuerfeste Mauerwerk infolge der konischen Form der Hast und unter Schwerkrafteinfluß nach außen gegen den äußeren Metallmantel gedrängt, Hierdurch wird eine derart innige Berührung hervorgerufen, daß keine besonderen Probleme bezüglich einer guten Wärmeübertragung bzw. -abfuhr vom Innenraum des Ofens über das Mauerwerk und den Metallmantel zur Kühlanlage bestehen.

Bei der Kühlung des Schachts eines Hochofens, der sich in Aufwärtsrichtung verjüngt, wird jedoch eine Schwierigkeit dadurch hervorgerufen, daß das feuerfeste Mauerwerk spezielle Maßnahmen erfordert, um in gutem Kontakt mit dem äußeren Metallmantel zu bleiben. Dies ist selbstverständlich darauf zurückzuführen, daß das Mauerwerk dieses Teils des Ofens bestrebt ist, sich wegen der Verjüngung bzw. konischen Gestalt von dea es umgebenden Metallmantel zu trennen, wobei diese Tendenz durch die Abwärtsbewegung der Charge im Ofen, weiche Reibungskräfte auf das Mauerwerk ausübt, noch verstärkt wird. Eine übliche Maßnahme, um dieses Mauerwerk mit dem Metallmantel des Ofens in Kontakt zu halten, besteht in der Verwendung von sogenannten Kühlplatten in Form von wassergekühlten Elementen,

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welche sich, durch den Metallmantel in das feuerfeste Mauerwerk erstrecken und dabei eine Stützfunktion dem Mauerwerk gegenüber ausüben.

Im Hinblick auf diese und andere Überlegungen bestand bisher in der Fachwelt die Auffassung, daß sich die Kühlanlage nach Patent .... (P 21 52 759.3) nur längs der Bast des Ofens erstrecken sollte, und zwar hauptsächlich im Hinblick darauf, daß es als nicht möglich angesehen wurde, eine gute Wärmeübertragungsberührung zwischen dem Mauerwerk des Ofensohachts und dem dieses umgebenden Metallmantel aufrechtzuerhalten. Eine andere Überlegung besteht darin, daß es als unmöglich oder ziemlich unzweckmäßig angesehen wurde, die Kühlanlage längs einer ziemlich scharfen Biegung in der Ofenwand verlaufen zu lassen, da dies die Verdampfungskühlung nachteilig beeinflussen würde.

Erfindungsgeaäß hat es sich dagegen herausgestellt, daß es möglich ist, die diesbezüglichen Schwierigkeiten und Nachteile auszuräumen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mehrere Umwälzsysteme, die jeweils durch einen Doppelwandraum gebildet werden, übereinander längs verschiedener Teile der Außenfläche des Ofens angeordnet sind und im wesentlichen unabhängig voneinander arbeiten. Auf diese Weise ist es aöglioh, voneinander unabhängige Kühlanlagen längs Teilbereichen einer Ofenwand anzuordnen, die jeweilB keine oder praktisch keine Abbiegung^ d.h. Knicke über ihre Höhe hinweg besitzen. Ea hat eich als gut aöglich erwiesen, einen so guten Wärmeübertragungekontakt zwischen dem feuerfesten Mauerwerk im Ofenachacht und dem dieses umgebenden Metallmantel au erreichen, daß die Erfindung sehr wirksam auf diesen Teil des Ofens angewandt werden kann.

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Die wesentlichsten Vorteile der vorgeschlagenen Verbesserung lassen sich erzielen, wenn zwei Umwälzsysteme vorgesehen werden, von denen das untere um einen Teil der Ofenrast und das obere zumindest um den Unterteil des Ofenschachts herum angeordnet ist. Außerdem sind durch ein solches Umwälzsystem um das Gestell und ein weiteres derartiges System um einen Teil der Rast herum zusätzliche Vorteile erzielbar.

Obgleich es möglich ist, das obere Umwälzsystem sich über die G-esamthöhe des Ofenschachts · erstrecken zu lassen, scheint es auf der Grundlage von verfahrenstechnischen und konstruktiven Überlegungen vorteilhafter zu sein, den Oberteil des Ofenschachts auf herkömmlichere Weise zu kühlen.

Diese Kühlung des Ofen-Oberteils kann auf herkömmliche Weise mit Hilfe von Kühlplatten erfolgen, die sich in das feuerfeste Mauerwerk des Ofens hinein erstrecken; erfindungsgemäß ist es auch möglich, diesen Teil des Ofens mit Hilfe von an sich bekannten Tafel-Kühlelementen (Daubenkühler) zu kühlen. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Kühlung auch im Bereich der Übergangszone zwischen den beiden Umwälzsystemen, die beim Bereich zwischen Rast und Schacht die Zone ist, in welcher sich üblicherweise der den Schacht getrennt vom Unterbau des Ofens tragende Tragring des Ofens befindet, kann sich die untere Doppelwandkonstruktion aufwärts bis in dichte Uähe an den Tragring heran erstrecken, während sich die obere Doppelwand-Kühlanordnung abwärts ebenfalls bis dicht an den Trag-

hier ring heran erstreckt. Trotzdem zeigt es sichifi^bei, daß die Kühlung der Übergangszone Schwierigkeiten aufwerfen kann, die sich erfindungsgemäß dadurch ausräumen lassen, daß die Übergangszone zwischen den beiden Umwälzsystemen als Kühlmantel ausgeführt wird, der in seinem Inneren zwischen Doppelwänden hohl ist und der von Wasser durch--

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strömt werden kann, wobei der Austrag des Wassers aus dem Mantel vorzugsweise einen Teil der Nachfüllanlage zum Nachfüllen des verdampften Kühlwassers in mindestens einem der beiden Umwälzsysteme darstellt.

Wie erwähnt, hat es sich als möglich erwiesen, im Bereich des oberen Umwälzsystems Vorkehrungen zu treffen, um das feuerfeste I-.iauerwerk in Kontakt mit dem Metallmantel zu halten. Gemäß einer möglichen und bevorzugten Ausführungsform einer solchen Konstruktion bestehen diese Vorkehrungen erfindungsgemäß aus Ankern, die am Metallmantel befestigt sind, sich einwärts erstrecken und das feuerfeste Mauerwerk an diesem ilantel verankern. Eine andere mögliche Ausführungsform derjsrfindung besteht darin, daß sich die flüssigkeitsgekühlten Kühlplatten durch den Doppelwand-Kühlraum hindurch in das Mauerwerk erstrecken. Die Doppelwände sollten in diesem Fall im Bereich dieser Kühlplatten mit einer hohlen Hülse versehen sein, die eine vollständige Trennung der Kühlplatte gegenüber dem Raum in der Doppelwand ermöglicht. Da die Kühlplatten in diesem Fall nur eine Stützfunktion für das Mauerwerk und kaum eine Kühlfunktion besitzen, braucht nur eine sehr kleine Zahl dieser Kühlplatten vorgesehen sein. Trotzdem hat es sich gezeigt, daß die Kühlplatten eine erhebliche Komplizierung der Konstruktion bedeuten und sogar einen nachteiligen Einfluß auf die Arbeitsweise der Verdampfungskühlung haben können. Im Hinblick hierauf wird erfindungsgemäß bevorzugt eine Konstruktion angewandt, bei welcher das feuerfeste Mauerwerk der Ofenwand selbst in der Weise ausgebildet ist, daß es ohne spezielle Verankerungsmittel o.dgl. in Berührung mit dem umgebenden Metallmantel bleibt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß das Mauerwerk der Ofenwand erfindungsgemäß zumindest teilweise aus Steinen von gegenseitig ineinandergreifender Form gebildet wird. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, das Mauerwerk zumindest teilweise aus Steinen aufzubauen, deren Ober- und Unterseiten

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in zusammengesetztem Zustand in Radialrichtung des Ofens nach außen abwärts geneigt sind. Hierbei besitzen alle abwärts gerichteten, auf diese Steine ausgeübten Kräfte, mit Ausnahme der unteren Steine, eine Komponente, welche diese Steine radial nach außen drängt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen lotrechten Schnitt durch einen Hochofen mit einer Kühlanlage mit Merkmalen nach der Erfindung,

Pig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen lotrechten Schnitt durch einen Teil der Hochofenwand gemäß

Fig. 2a eine in noch weiter vergrößertem Maßstab gehaltene Detailansicht eines Teils von Fig. 2,

Fig. 3 eine in erheblich vergrößertem Maßstab gehaltene weitere Detailansicht .eines Teils von Fig. 2 zur Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform und

Fig. 4, 5 und 6 weitere, verschiedene Detailansichten der Konstruktion gemäß Fig. 2.

Fig. 1 zeigt teilweise im lotrechten Längsschnitt und teilweise in Seitenansicht schematisch einen Hochofen *1. Um die ßast 2 des Ofens herum ist eine Kühlanlage gemäß dem Stammpatent ,vorgesehen, während um den Schacht 12 herum eine zweite, ähnliche'Kühlanlage vorgesehen ist. Beide Kühlanlagen sind in Fig. 1 nur teilweise und schematisch dargestellt. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Doppelwand,

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die in ütnfangsrichtung aus einem Satz von Abschnitten aufgebaut ist, von denen zwei "bei 3, 4 und 7, 8 angedeutet sind. An das untere Ende jeder Doppelwand sind Dampf-Auslaßleitungen angeschlossen, von denen je zwei bei 5, 6 bzw. 9, 10 angedeutet sind. Aufbau und Arbeitsweise der Kühlanlagen sind im genannten Stammpatent näher erläutert, auf welches hiermit Bezug genommen wird, so daß sich eine genauere Beschreibung an dieser Stelle erübrigt. In der Übergangsζone zwischen Rast 2 und Schacht 12 ist die übliche Metallkonstruktion mit dem Tragring 11 für den Schacht 12 vorgesehen, welche einen engen Kontakt zwischen den beiden Kühlanlagen unmöglich macht.

2 veranschaulicht den in Höhe der Kühlanlagen 4 und 8 befindlichen Teil der Ofenwand deutlicher. Daraus ist ersichtlich, daß der Tragring 11 durch Säulen 13 gestützt wird, die einen Teil einer Metallkonstruktion bilden, was jedoch, da üblich und für den Fachmann offensichtlich, nicht erfindungswesentlich ist. Die Kühlanlage 4 erstreckt sich von einer ein kurzes Stück über den Windformen 14 gelegenen Stelle bis unmittelbar oder dicht an den Tragring 11 heran. Bei dieser Kühlanlage sind ein ringförmiges Zwischen-Leitblech 17 und ein Abweis- und Spritzble^eh 18 vorgesehen, welche für eine Umlaufströmung in der Kühlanlage 4 und für eine Auftrennung von mit dem Dampf mitgeführten Wassertröpfchen im Wasserstrom sorgen, wie dies im Stammpatent näher erläutert ist. Auf ähnliche Weise sind in der Kühlanlage 8 Leitbleche 19 und 20 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist über der Kühlanlage 8 in der Wand des Ofenschachts 12 ein Plattenkühler (Daubenkühler) 15 angeordnet. Konstruktion und Arbeitsweise -eines solchen Kühlers sind allgemein bekannt, so daß an dieser Stelle auf eine nähere Erläuterung verzichtet werden kann.

Im Bereich des Ofenschachts 12 sind Mittel wie Stahl-Anker 25 (Pig. 4) beispielsweise durch Schweißen mit dem um-

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schließenden Stahlmantel verbunden, welche sich in das Mauerwerk erstrecken und letzteres am Stahlmantel verankern. Diese Anker können hohl sein, wobei zu ihrer Kühlung Wasser durch sie hindurch umgewälzt werden kann.

In Pig. 2a ist das obere Ende der Anordnung von I¹Xg. 2 in vergrößertem Maßstab und in etwas abgewandelter Ausführungsform dargestellt. Anstelle der Daubenkühler sind mehrere Kühlplatten üblicher Konstruktion vorgesehen, von denen zwei bei 16 angedeutet sind.

Bei der Konstruktion gemäß Fig. 2 wird Nachfüllwasser über den Abweis- und Spritzblechen 18 und 20 durch übliche, nicht dargestellte Einrichtungen zugeführt. Das V/asser, welches das in der Anlage vorhandene Wasser ergänzt und sich über dem Abweisblech 18 befindet, dient zur Kühlung der Übergangszone zwischen den Kühlanlagen 4 und 8. Falls diese Kühlung nicht ausreicht, kann auf eine andere Ausführungsform zurückgegriffen werden, wie sie z.B. in Fig. 3 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Hierbei ist der Saum zwischen dem Abweisbleeh 18 und dem Tragring als ein sich um den ganzen Ofen herum erstreckender und durch Balgen 22 umschlossener Ringraum 21 ausgebildet, welcher von Wasser durchströmt wird. Das durch diesen ganzen Ringraum strömende Wasser wird anschließend über das Abweisbleeh 18 als Nachfüllwasser in die Kühlanlage geleitet.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Ankerteils zur Verankerung des feuerfesten Mauerwerks des Schachts 12 am umgebenden Metallmantel. Dabei ist ein durch eine Kühlplatte 26 üblicher Konstruktion gebildeter Anker 25 dargestellt, der sich durch die Kühlanlage 8 in das Mauerwerk des Schachts 12 erstreckt. Zur Verwirklichung dieser Konstruktion ist eine Hülse an der Stelle vorge-

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sehen, an v/elcher die Kühlplatte 26 die Doppelwand-Kühlanlage 8 durchsetzt j diese Hülse verhindert, daß Kühlwasser aus dem Doppelwandraum 8 längs der Kühlplatte 26 nach außen dringt. Die Kühlplatte 26 ist mittels eines Flansches 27 an der Kühlanlage 8 befestigt. Über Speise- und Auslaßleitun_:jen 28 bzw. 29 zirkuliert Kühlwasser durch die Kühlplatte 26.

In Fig. 5 ist ein Teil der Ofenwand im Bereich des Schachts 12 im waagerechten Schnitt dargestellt. Fig. 5 zeigt eine Form des Ofens, bei welcher ohne am Stahlmantel befestigte Mittel eine innige Berührung zwischen dem feuerfesten Mauerwerk und dem Mantel gewährleistet wird. Zu diesem Zweck sind die Steine der Schicht 23, die dem Ofeninneren am

Metallnächsten liegt, und die Steine der mit dem äußeren/Mantel in Berührung stehenden Schicht 24 jeweils mit schwalbenschwanzartigen Vorsprüngen und Ausnehmungen versehen. Wenn beim Bau des feuerfesten Mauerwerks des Ofens die Schicht 24 in engem Kontakt mit der Ofenwand angeordnet wird, verhindern diese schwalbenschwanzartigen Teile, daß sich die innere Steinschicht ablöst und ihren Kontakt mit der Außenschicht verliert.

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil der Ofenwand bei einer weiter abgewandelten Ausführungsform. Hierbei besitzen die Steine der Schichten 23 und 24 Ober- und Unterseiten, die radial nach außen geneigt sind. Dies führt zu einer Konstruktion, bei welcher die Kräfte, die durch das Bigengewicht der Steine und die Abwärtsverlagerung der Charge im Ofen auf die ^nnenschicht 23 des Mauerwerks ausgeübt werden, eine radial nach außen gerichtete Kraftkofliponente erhalten. Diese Komponente gewährleistet, daß das Mauerwerk im Betrieb unter einem gewissen Druck in Berührung mit dem Außenmantel bzw. der metallenen Außenwand des Ofens bleibt.

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Ersichtlicherweise sind bei Anwendung der erfindungsgemäßen Kühlanlage zahlreiche weitere Abwandlungen der Konstruktion des Mauerwerks im Ofenschacht 12 möglich. Ebenso ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf die Anwendung bei einem Hochofen beschränkt ist, sondern auf entsprechende Weise auch bei anderen Ofenarten angewandt werden kann, bei denen die Höhe der zu kühlenden Wand oder ihre Eorm mit einem Knick oder einer aufwärts verlaufenden Verjüngung eine Unterteilung der Verdampfungskühlanlage wünschenswert macht.

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Claims

Patentansprüche

1. Schachtofen, der zumindest über einen Teil seiner Außenfläche hinweg mit einer Doppelwand versehen ist, wobei der von ihr umschlossene Raum Teil eines drucklosen Umwälzsystems für Kühlflüssigkeit bildet, mit einem über dem Doppelwandraum vorgesehenen Behälter, in welchem verdampfte Kühlflüssigkeit vom Kühlgemisch abtrennbar ist, wobei der Behälter in unmittelbarer offener Verbindung mit dem oberen Ende des Doppelwandraums steht, der seinerseits durch ein etwa parallel zur Außenfläche des Ofens verlaufendes Zwischen-Leitblech in zwei Räume unterteilt ist, welche an oberem und unterem Ende offen miteinander kommunizieren, nach Patent (P 21 52 759-3)* dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Umwälzsysteme (z.B. 4, 8), die jeweils durch einen Doppelwandraum gebildet werden, übereinander längs verschiedener Teile der Außenfläche des Ofens (1) angeordnet sind und im wesentlichen unabhängig voneinander arbeiten.

2. Sehachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei solche Umwälzsysteme vorgesehen sind, von denen das untere um einen Teil der Ofenrast (2) und das obere zumindest um den Unterteil des Ofenschachts (12) herum angeordnet ist.

j5. Schachtofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der restliche Teil des Ofensehachts (12) zu Kühlzwecken mit an sich bekannten Kühlplatten (15) versehen ist, die von der Außenseite in das feuerfeste Mauerwerk des Ofens hineinreichen.

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4. Schachtofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der restliche Teil des Ofenschachts (12) durch an sich bekannte Kühltafeln (Daubenkühler) (16) kühlbar ist.

5. Schachtofen nach einem der Ansprüche 2, j5 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übergangszone zwischen den beiden Umwälz-Kühlsystemen als Kühlmantel ausgebildet ist, der in seinem Inneren zwischen Doppelwänden hohl ist und welcher von Wasser durchströmbar ist.

6. Schachtofen nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitung für Wasser aus dem Kühlmantel einen Teil der Naehfüllanlage mindestens eines der beiden Umwälz-Kühlsysteme (4, 8) bildet, um verdampftes Kühlwasser darin nachzufüllen.

7. Schachtofen nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zone des oberen Umwälz-Kühlsystems (8) Vorkehrungen getroffen sind, um das feuerfeste Mauerwerk in Berührung mit der Ofen-Außenwand zu halten.

8. Schachtofen nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Vorkehrungen die Form von Ankern besitzen, welche an dem den Ofen als seine Außenwand umgebenden Metallmantel befestigt sind.

9. Schachtofen nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Vorkehrungen aus Kühlplatten (25) bestehen, welche den Doppelwandraum des oberen Umwälz-Kühlsystems (8) durchsetzen und sich in das Mauerwerk erstrecken, und daß die Kühlplatten für ihre Innenkühlung mit Einrichtungen (28, 29) zur Ermöglichung eines Flüssigkeitsdurchsatzes durch sie versehen sind.

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10. Schachtofen nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Mauerwerk des Ofens zumindest teilweise in Form von gegenseitig ineinandergreifenden Steinen (23 und 24) ausgebildet ist.

11. Schachtofen nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Mauerwerk des Ofens zumindest teilweise aus feuerfesten Steinen (23 und 24) besteht, deren Ober- und Unterseiten in zusammengesetztem Zustand gegenüber dem Ofen radial auswärts nach unten geneigt sind.

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