DE3105129A1 - Ausruestung des abstichlochs eines schmelzofens fuer nichtmetallische stoffe - Google Patents
Ausruestung des abstichlochs eines schmelzofens fuer nichtmetallische stoffeInfo
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Description
Il/d/1970
ARBED 5.A., Avenue de la Liberty
LUXEMBOURG
'Ausrüstung des Abstichlochs eines Schmelzofens Für
nichtmetallische Stoffe"
Die Erfindung betrifft eine Ausrüstung fur das Abstichloch eines Schmelzofens für nichtmetallische Stoffe, insbesondere für anorganische
Gxide, aus denen Mineral- oder Keramikfasern, feuerfeste
Stoffe oder nichtmetallische Granulate hergestellt werden.
Die Qualität derartiger Erzeugnisse hängt im mesentliehen von der
chemischen und thermischen Homogenität des Schmelzflusses in der
Snhmelzanlage sowie won der Massen- und geometrischen GleichmäGigkait
ab, mit der der aus dem Ofen austretende Strahl dia
Faserbildungseinrichtung, den Granulator oder die Gießform erreicht .
Jede Änderung, die die obengenannten Kriterien beeinfluQt, übt
einen negativen Einfluß auf die Qualität und/oder die Menge des Endprodukts aus, sei es, daß dadurch die physikalischen oder
chemischen Eigenschaften verschlechtert u/erden, sei es, daß der
Wirkungsgrad der Verarbeitungsvorrichtungen, etwa der Faserbildungsvorrichtung
oder des Granulators schlechter uiird.
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310512a
Bei den bekannten Schmelzanlagen für nichtmetallische Stoffe wobei
es sich in erster Linie um Kupolöfen (95%) und um Lichtbogenofen
ader Öfen mit verdecktem Lichtbogen (5/0 handelt liefern
die Abstichlöcher, die aus einem Aggregat wassergekühlter Rohre oder aus einem Aufbau von Wasserkühlmänteln bsstehen, die
gegebenenfalls mit feuerfesten Stoffen verkleidet sind, normalerweise aber durch die schmelzflüssigen Stoffe selbst bedeckt sind,
die sich in einer mehr oder weniger dicken Schicht auf der Kühlfläche verfestigen, einen ungleichmäßigen Abfluß. Das hängt mit
dem Fehlen einer für diese Abstichlöcher speziell geeigneten Regulierung
zusammen. Das hat zur Folge, daß die Schwankungen der Viskosität der schmelzflüssigen Stoffe, Schwankungen, die auf die
thermische und/oder chemische Heterogenität des Flüsoigkeitsbades
zurückzuführen sine, zurückwirken auf den Verlauf des
Durchsatzes mit daraus folgender Bildung von verzweiqten GuQ-strahlen
(französisch: 'jets parapluie1), Schwarten 'jder Mündungsbären,
dia den Ausfluß hemmen und häufige Reinigungsarbeiten
erforderlich machen.
Diese Unterbrechungen oder Störungen wirken sich ungünstig auf als Qualität und die Menge des Endprodukts aus.
Man muß auch ziemlich oft die Gießöffnungen freilegen, z.B. mit
Metallstangen oder mit anderen sehr einfachen Mitteln; damit sind Gefahren und Nachteile verbunden.
Die Ausrüstung des Abstichlochs stellt infolgedessen einen der
neuralgischen Punkte der ganzen Schmelzanlage für nichtmetallische
Stoffe zum Herstellen von mineralischen oder keramischen Fasern, von Produkten aus feuerfestem Material oder i/on nichtmetallischem
Granulat dar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eina Ausrüstung
für Abstichlöcher zu entwickeln, die mit wirksamen Mitteln zur Regulierung der Wärmeverhältnisse ausgestattet ist, Jarart, daß
die oben angeführten Nachteile vermieden werden.
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Das IaOt sich mit der erfindungsgemäßen Ausrüstung des Abstichlochs
erzielen, die aus einem Block besteht, der in die Wand des
Ofens eingesetzt werden soll, und die dadurch gekennzeichnet ist,
daS ein aus Graphit oder Kohlenstoff bestehendes Mittelrohr vorgesehen
ist, das zur Innenseite des Ofens hin trichterförmig aufgeweitet ist und das in einer feuerfesten Masse liegt, die einen
vorgegebenen spezifischen elektrischen Widerstand hat und die mindestens eine Metall- oder Graphitelektrode aufweist, die zumindest
teilweise um das Mittelrohr herumgeführt ist.
Dar der Erfindung zugrundeliegende Gedanke sieht war, eine Ausrüstung
zu entwickeln, die wegen ihrer speziellen Konzeption besonders gut für eine Überwachung des Durchsatzes geeignet ist
dank der Möglichkeit der wirksamen Einstellung der thermischen Verhältnisse am Abstichloch, wobei die genannte Einstellung nach
dem Prinzip der elektrischen Heizung arbeitet.
Im übrigen ist die Wahl von Graphit als Material für das Mittelrohr
besonders vorteilhaft, weil der Graphit von den meisten anorganischen
Oxiden praktisch nicht benetzt wird.
Bei einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäOen Ausrüstung
ist worgesehen, daß die eine Elektrode, die aus hochtemperaturfestem
Stahl oder einer nicht oxidierbaren, hochtemperaturfesten
Superlegierung besteht, in uie feuerfeste Masse eingebettet ist,
die das aus Graphit bestehende Mittelrohr umgibt, das seinerseits die zweite Elektrode darstellt. Die Metallelektrode kann aus
Blech bestehen oder als zylindrisches oder konisches Gitter ausgebildet sein. Ein elektrischer Strom, der zwischen den beiden
Elektroden verläuft, ruft daher durc^i die entwicklung 3oulescher
Wärme eine gleichmäßige Erhitzung der feuerfesten Masse hervor,
die als elektrischer Widerstand wirkt. Der spezifische Widerstand der feuerfesten Masse wird entsprechend gewählt. Diese auf
hohe Temperatur gebrachte Masse überträgt durch Leitung Wärme auf das aus Graphit bestehende Mittelrohr, dessen Temperatur dadurch
variiert werden kann, daß die Stromleistung des Systems beeinflußt
wird. Zur elektrischen Stromversorgung ist Wechselstrom oder Gleichstrom geeignet.
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Eine zweite Ausführungsform dar erfindungsgemäSen Ausrüstung sieht
vor, dafl die äußere, kreisförmige Elektrode aus Graphit besteht
und mit dem Mittelrohr starr verbunden ist. Die Stärke der die MittelBlektrode umgebenden kreisförmigen Elak-trode ist so gewählt,
daß sie sich beim Stromdurchfluß stark erwärmt. Diese
Wärme wird einerseits durch Übertragung im Graphit bis zu der Ofenseite des Mittelrohrs und andererseits quer durch den gut
u/ärmeleitenden, aber schlecht elektrisch leitenden feuerfesten
Beton auf den zylindrischen Teil des Mittelrohrs geführt. Der feuerfeste Beton mird vorteilhafterweise auf Tanerdsbasis oder
auf Chrom-Magnesium-Basis hergestellt.
Um einen Wärmtavarlust in der won dem Mittelrohr wegführenden Richtung
zu v/ermeiden, empfishlt as sich, din Au3ensfiLte d»r kreisförmigen
Graphitelektrod'? mit einsm hochtemp^raturbestandig^n
Γ soliermitteJ. zu isolieren, das auf dir·? Flache geklebt oder in
einigem Abstand von dieser Fläche in den Beton eingebettet wird.
Sofern das Mittelrohr erheblich v/erkürzt werden kann, reicht allein
die Übertragung der Wärme durch Leitung in dem Graphit aus, um die angestrebte Wirkung der Temperaturragulierung herbeizuführen,
so da3 der feuerfeste Beton zwischen den beiden Elektrodan
entbehrlich wird. Der auf diese Weise entstandene Raum kann mit Luft oder einem neutralen oder einem reduzierenden wirkenden Gas
gefüllt sein.
Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß anstelle der MetalloLektroda in die isolierende fßuerfrasfce
Masse eine wassergekühlte Spule aus Kupfer odor einer hochtemperaturfesten
Legierung eingeschlossen wird, welche Spule das aus Graphit bestehende Mittelrohr umgibt und dsrsn beide Endan mit
einer Wechselstramquelle geeigneter Frequanz verbundfn sind. Das
Magnetfeld induziert in dem aus Graphit bestehenden Mittelrohr Induktionsströme und erhöht dessen Temperatur, die sich mit der
zugeführten Leistung und der angewandten Frequenz nach dem an sich bekannten Prinzip ändert, das bei Induktionsöfen mit indirekter
Heizung angewandt wird.
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Die Farm der Spule und der Abstand der Windungen können unterschiedlichen Formen und Abmessungen des Mittelrohrs angepaßt
werden, wodurch eine gleichmäßige Temperatur bzw. Temperaturen mit vorbestimmten Temperaturgradienten längs der Leitung entwickelt werden. Je nachdem» ob eine Anordnung angestrebt iuird,
die eine Beheizung des Graphitrohrs durch Leitung erlaubt, oder ob es vorgezogen wird, eine Heizung durch Induktion vorzunehmen»
empfiehlt es sich gemäß der Erfindung, den in der Nähe der eigentlichen Abstichöffnung befindlichen Teil des Graphitrohrs mit
einem von einer geeigneten Flüssigkeit (Wasser, synthetisches Öl usw.) durchflossenen Kühlmantel zu versehen.
Dieser unterschiedlich durchströmbare Kühlmantel erfüllt zwei
Aufgaben; einerseits dient er dazu, das Abstichloch durch Erstarrenlassen des Materials in dem Mittslrohr zu verschließen,
wenn die elektrische Versorgung abgeschaltet wird und tuenn man
den Flüssigkeitsdurchsatz durch den Mantel möglichst groß mahlt,
andererseits dient er zur Temperaturregulierung für den rall, daß
das durch das Rohr fließende Produkt eine erhebliche Überhitzung zeigt. Mit einer geeigneten Kühlung läßt sich also die Temperatur des das Rohr durchfließenden Produkts senken und die Viskosität des Produkts einstellen, deren zeitliche Unveränderlichkeit für ein gutes Arbeiten der Faserbildungseinrichtung ode
des Granulators unterhalb des Ofens wesentlich ist. Die ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit des Graphits verbessert die Wirksamkeit dieses Kühlmantels erheblich.
In einer ersten Ausführungsform kann der Kühlmantel aus einem auf das Ende des Rohrausgangs geschraubten Ring bestehen, der
außerdem als Stromzuführung dienen kann. Bei einer zuleiten Ausführungsform ist unmittelbar in der Masse des Mittelrohrs ein
utendelförmiger Einschnitt vorgesehen, der durch eine rohrförmige
Hülse aus Graphit oder Metall verschlossen und abgedichtet wird, die sich über die so geschaffenen Kanäle schiebt.
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Das Wiedereinsetzen des GieQstrahls läßt sich leicht dadurch erzielen» daQ der Flüssigkeitsdurchsatz bis auf den Mindestwert
herabgesetzt wird, der mit dem Schutz der mechanischen Teile var- ;
einbar ist, und daQ die Elektroden bzw. die Induktionsspule mit dem maximalen Heizstrom beaufschlagt werden.
Da die thermische und chemische Homogenisierung des Schmelzflusses in dem Schmelzofen einen großen Einfluß auf die Qualität
des fertigen Gußerzeugnisses hat, ist es im Rahmsn der Erfindung
von großer Wichtigkeit, eine sekundäre Homogenisierung des Schmelzflusses unmittelbar vor seinem Eintreten in das Abstichloch zu erzielen. Das uiird erreicht, indem die Gesamtanordnung
won feuerfestem Material und Graphit nach außen mit einem Metallmantel versehen u/ird und indem ein Gasstrom in das Ofeninnere,
vorzugsweise längs der Innenwand des Metallmantels zwischen diesem und dem Beton, geleitet wird. Dazu wird eine Leitung, die
ein neutrales oder ein reduzierend wirkendes Gas fördert, mit einer Mischkammer verbunden, die sich in dem feuerfesten Stoff
befindet und nach außen abgedichtet ist. Das unter Druck stehende Gas gelangt dann aus der kreisförmigen Mischkammer in den Zwischenraum zwischen dsm feuerfesten Stoff und der Innenseite des
Rohrs und tritt in den Ofenmantel ein, indem es eine in ihrer Intensität einstellbare Mischbewegung in dem Schmelzfluß am Eintritt in das Abstichloch hervorruft. Diese Bewegung bewirkt eine
thermische und chemische Homogenisierung des Schmelzflusses an dieser Stelle.
Um den Eintritt von schmelzflüssigem Material in den Zwischenraum
zu verhindern, kann man entweder ein Hindernis einbauen oder ständig unter Druck stehendes Gas in die Ausrüstung einleiten.
Das erfindungsgemäße Abstichloch muß gasdicht sein, um es zu ermöglichen, daß einerseits kein Durchblasgas abfließt und daß andererseits der Eintritt von Luft in das Ofeninnere verhindert
wird. Dazu ist vorgesehen, die ganze Ausrüstung mit Hilfe von Q-Ringen abzudichten. !
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Damit der erfindungsgemäGe Gesamtaufbau eine Wärmeausdehnung in
Längsrichtung ausführen kann und auf diese Weise die verschiedenen Bestandteile gegen eine Rißbildung bei Temperaturerhöhung oder
Temperaturerniedrigung zu schützen vermag, ist der Aufbau an der Schablone des Schmelzofens mit Hilfe von Gewindebolzen angebracht,
die mit Federn versehen sind, die sich je nach den Relativbewegungen der Gesamtanordnung gegenüber den Qfeniuändsn verkürzen oder
strecken. Mit O-Ringen versehene Ausdehnungsstücke sorgen für die
Abdichtung in allen Stellungen. Verschiedene Kühlwasserkreisläufe verhindern eine Überhitzung der D-Ringe und begrenzen die
Wärmedehnungen der mechanischen Befestigungsteile. Um Querdehnung zu ermöglichen, sind Dehnungsverbindungen vorgesehen, die je nach
den charakteristischen Eigenschaften das verwendeten feuerfesten Materials dimensioniert sind.·
Um die Wärmeverluste einzuschränken, wird die nach außen offene
Fläche des feuerfesten Stoffs, der das Graphitrohr umgibt, durch einen Ring aus hochtemperaturfestern Isoliermaterial geschützt.
Um ferner eine Oxidation des äußeren Endes der Graphitleitung zu
verhindern, uiird diese Fläche gegen atmosphärische Angriffe durch
eine ringförmige Hülle aus feuerfestem Material, vorzugsweise aus elektrisch erschmolzenem Chrom-Magnesium, geschützt, die den Ausguß bildet. Tine Sperre aus Neutralgas, hergestellt durch einen
Ring, der das Ende de« Mittelrohrs umgibt, verbessert in vorteilhafter Weise den Schutz dqs Graphits gegen atmosphärische Oxidation.
Weiters Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden
Erläuterung der Zeichnungen, von denen Fig.1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausrüstung
und Fig.2 einen Querschnitt durch die gleiche Ausrüstung wiedergibt. Die Figuren 3 und 4 zeigen einen Längsschnitt durch zwei
weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ausrüstung.
Die Ausrüstung für ein Abstichloch an Schmelzofen für nichtmetallische Stoffe meist ein Mittelrohr 1 aus Grphit auf; dieses Rohr
erweitert sich stromauf kegelstumpfartig und läuft stromab in
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einen Schutzring 9 aus, der eine Düsenöffnung bildet. Das Mittelrohr
1 ist von der feuerfesten Masse 2 umgeben.
Die Heizelektroden 3, die entweder aus Metall- oder Graphitelementen
bestehen oder als Induktionsspulen ausgebildet sind, werden in die feuerfeste Masse 2 eingebettet und mit Anschlußstükken
6 an eine Stromquelle angeschlossen.
Eine Wärmeschutzschicht 21 ist zweckmäßigerweiss vorgesehen, um
eine bessere thermische Gleichförmigkeit in dem Mittelrohr 1 herbeizuführen
und um Wärmeverluste an die eigentliche Ofenauskleidung zu verhindern.
Mittelrohr 1 und feuerfeste Masse 2 werden von einem äußeren Blech 7 umhüllt. Durch einen Ringkanal in der feuerfesten Masse
und das Blech 7 ist eine Mischkammer 13 für das Durchblasgas begrenzt,
das aine thermische und chemische Homogenisierung des Schmelzflusses vor dessen Eintritt in das Mittelrohr herbeiführen
soll. Das Gas gelangt durch eine Zuleitung 8 in die Mischkammer 13 und wird dem Schmelzfluß vorzugsweise durch den sehr engen
Zwischenraum zugeführt, der zwischen der feuerfesten Masse 2 und
aem Blech 7 ausgebildet ist.
Der Wärmefluß in Richtung auf die Auslaufoffnung 9 wird durch den
Kühlwasserkreislauf 5 in dem Ring 4 gasteuert, der das Graphitrohr
1 abschließt und als Aufnahme für das Gießrohr 9 dient. Ein Ring 20, der eine Neutralgassperre bildet, stellt einen zusätzlichen
Schutz gegen die Oxidation des Graphits dar.
Die Außenseite der feuerfesten Masse 2 wird durch eine Isolierplatte
10 geschützt.
Das gesamte Abstichloch wird an der Schablone des Schmelzofens
mittels Federbefestigungen 12 angebracht und mit Hilfe von
G-Ringen abgedichtet.
In der Nähe dieser Befestigungen sind Kühlwasserkreisläufe 11
vorgesehen.
Wie sich aus den Figuren 1 und 2 ergibt, besteht das Graphitrohr
zweckmäßigerweise aus zwei konzentrischen Teilen 1 und 1', von
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denen der Teil 1, der die eigentliche Abstichrinne bildet, für
sich herausnehmbar ist.
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Claims (20)
1. Ausrüstung für das Abstichloch eines Schmelzofens
für nichtmetallische Stoffe, insbesondere für organische
Oxide, aus denen Mineral- oder Keramikfasern, feuerfeste Stoffe oder nichtmetallische Granulate
hergestellt werden, bestehend aus einem in die Ofenwand einzusetzenden Block, dadurch gekennzeichnet,
daß ein aus Graphit oder Kohlenstoff bestehendes Mittelrohr (1) vorgesehen ist, das zur Innenseite des Ofens hin trichterförmig
aufgeweitet ist und das in einer feuerfesten Masse
(2) liegt, die einen vorgegebenen spezifischen elektrischen Widerstand hat und die mindestens eine
Metall- oder Graphitelektrode (3) aufweist, die zumindest teilweise um das Mittelrohr herumgeführt ist.
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Telefon (0202) 445096/451226 Telex: 8591273 soza Patentanwalt DipMng. Chr. Zapf
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2. Ausrüstung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode (3)
von kreisförmigem Querschnitt, aus hochtemperaturbeständigem
Stahl, aus nicht oxidierbarer Superlegierung oder aus Graphit bestehend, in die feuerfeste
Masse (2) eingebettet ist, die das aus Graphit bestehende Mittelrohr (1) umgibt, das seinerseits die
zweite Elektrode (3) bildet.
3. Ausrüstung nach Anspruch 2, dadurch g e -
kennzeichnet, daß die Metallelektrode (3) als zylindrisches oder kegelstumpfförmiges Blech ausgebildet
ist.
4. Ausrüstung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelektrode (3)
als zylindrisches oder kegelstumpfförmiges Gitter ausgebildet ist.
5. Ausrüstung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Elektrode (3) von kreisförmigem Querschnitt aus Graphit besteht und
mit dem Mittelrohr (1) starr verbunden ist.
6. Ausrüstung nach Anspruch 2, dadurch g e kennzei chn et, daß eine hochtemperaturfeste
Isolierung auf oder in die Nähe der Außenseite der Elektrode (3) vorgesehen ist.
5
7. Ausrüstung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum
zwischen den beiden Elektroden (3) hohl bleibt und mit einem Gas gefüllt wird.
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8. Ausrüstung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die feuerfeste Masse (2) als Isolator wirkt und daß eine Spule, die das aus Graphit bestehende Mittelrohr (1) umgibt, in
die feuerfeste Masse (2) eingebettet und mit ihren beiden Enden an eine Wechselstromquelle angeschlossen
ist.
9. Ausrüstung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Teil des Graphitrohrs (1), der nahe der Gießöffnung liegt, mit einem flüssigkeitsgefüllten Kühlmantel
(4)versehen ist.
10. Ausrüstung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmantel als
Ring (4) ausgebildet ist, der an das Austrittsende des Rohrs (1) geschraubt ist.
11. Ausrüstung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlmantel als Einschnitt in Form einer Spirale ausgeführt ist, die unmittelbar in die Masse des Mittelrohrs (1) geschnitten
ist, das durch eine rohrförmige Graphithülle, die sich über die so gebildeten Kanäle schiebt,
wieder verschlossen und abgedichtet wird.
12. Ausrüstung nach den Ansprüchen 1 bis 11, d a durch gekennzeichnet, daß die
Gesamtanordnung von feuerfester Masse (2) und Graphit auf der Außenseite von einem dichten Metallmantel
umgeben ist, und daß ein Durchlaß für das Gas von einer Ringkammer in das Ofeninnere führt.
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13. Ausrüstung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gas zu einer Mischkammer geführt wird, die in dem feuerfesten Stoff ausgebildet und nach außen abgedichtet ist.
14. Ausrüstung nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gas aus der Mischkammer- (13) in Richtung auf das Ofeninnere längs der Wand zwischen dem Metallmantel
und dem Abschlußteil des Graphitbauteils strömt.
15. Ausrüstung nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß sie an der Schablone des Schmelzofens mittels Gewindebolzen befestigt ist, die mit Federn ausgestattet
sind.
16. Ausrüstung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
freie Oberfläche des feuerfesten Stoffes nach außen durch einen Ring aus hochtemperaturfestem
Isoliermaterial geschützt ist.
17. Ausrüstung nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das
nach außen zeigende freie Ende des Graphitrohrs durch eine ringförmige Hülse (9) aus feuerfestem
5 Material geschützt ist, die den Ausguß bildet.
18. Ausrüstung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Sperre von Neutralgas vorgesehen ist, die als
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Ring (20) um die Gießöffnung ausgebildet ist.
19. Ausrüstung nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß das Graphitrohr (1) aus zwei konzentrischen Teilen
(1,1·) besteht, von denen der die eigentliche Gießrinne bildende Teil getrennt herausnehmbar
ist.
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