EP0379042A2 - Rühreinrichtung in Stranggiessanlage zum Rühren eines flüssigen Strangsumpfes im Kokillenausgangsbereich - Google Patents

Rühreinrichtung in Stranggiessanlage zum Rühren eines flüssigen Strangsumpfes im Kokillenausgangsbereich Download PDF

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stirring
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
    • B22D11/115—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means by using magnetic fields

Definitions

  • the invention relates to a stirring device in a continuous casting installation for stirring a liquid strand sump according to the preamble of claim 1.
  • the stirring devices are often built into the mold.
  • the electromagnetic field must penetrate the mold wall, which usually consists of copper.
  • the magnetic field also has to penetrate a cooling water gap, boundary walls for the cooling water gap and for the stirrer housing, which causes high electrical outputs and correspondingly high operating costs.
  • a continuous casting mold which is designed as a composite body and consists of an upper and lower mold part.
  • the upper mold part has copper walls and the lower mold part has mold cavity walls made of antimagnetic material and is equipped with stirring coils.
  • This mold which is composed of two different metals in the mold cavity, can cause problems at the interface due to different expansion coefficients. At the interface, gap joints and bends can occur, which lead to difficulties starting up, string errors and breakthroughs.
  • the invention has for its object to provide a stirring device for stirring the liquid sump of a cast strand in the mold exit area, which eliminates the aforementioned disadvantages.
  • a high stirring effect should be achieved with a relatively low energy requirement and at the same time a quick and easy mold change with or without a stirrer change should be realized.
  • investment costs for mold stirrers are to be reduced and only a few new parts are required when installing stirrers in existing systems.
  • the stirring device according to the invention and the arrangement according to the invention on the mold table allow stirrers to be operated with low electrical outputs which achieve a high stirring effect.
  • the stirring device which oscillates with the mold table and which immediately follows the mold outlet brings sufficient stirring power or a rotational movement into the liquid sump inside the mold, so that there is no need for a stirrer in the mold itself. Chill mold changes can be carried out more quickly and easily without disassembling the stirrer, and old, stirrer-free molds can still be used when stirring devices are installed in existing systems. Only a few new parts are required for the stirrer assembly itself.
  • a particularly advantageous variant is to provide the mold table with support, centering and clamping devices for the stirring device.
  • the mold can be used independently of the support, centering and clamping devices for the stirrer Chill table with its own such facilities.
  • the existing, stirrer-free molds can be centered and tightened via an intermediate piece on the mold table.
  • the outer dimensions of the intermediate piece are generally larger than the outer dimensions of a support flange of the stirring device.
  • An optimal geometric shape of the stirrer with regard to wear, cooling and efficiency can be achieved if an air gap is provided between the stirrer and the cast strand and spray compartments of spray nozzles penetrate into this air gap.
  • the air gap can diverge in the direction of the run.
  • a high stirring effect in the strand with a relatively low electrical power can additionally be achieved if, according to one embodiment, the housing wall is made of stainless steel between the coils of the stirring device and the strand.
  • an exchangeable protective shield made of stainless steel between the stirrer and the strand surface.
  • This protective shield can overlap the mold tube or abut a mold tube on the end face and can be arranged to be exchangeable at the bottom.
  • Water cooling can also be provided between the stirring device and the protective shield.
  • stirrer is designed with coils for a mains frequency, preferably for 50 or 60 Hz.
  • the stirrer coils can be arranged in such a way that the stirring device generates a rotating field transverse to the strand withdrawal direction and applies a rotational movement to the liquid core of the strand, which runs essentially concentrically to the strand longitudinal axis.
  • the stirring device is mounted separately from the mold on the mold table, the stirrer is directly at the exit during casting arranged the mold tube.
  • the gap between the stirrer and the mold cannot be measured or can hardly be measured in many cases. It is preferably a few tenths of a mm to 5 mm and in exceptional cases can be up to 20 mm. Larger gaps, however, reduce the stirring effect within the mold and favor the entry of liquid steel between the mold and stirrer in the event of a strand break.
  • stirrer with a cooling system that is independent of the mold cooling.
  • the stirrer cooling system can advantageously be connected to the spray water cooling. Additional spray water cooling can be set up between the stirring device and the protective shield.
  • FIG. 1 an upper part of a vertical or sheet continuous casting system, preferably for billet, bloom or blank formats, etc., is shown.
  • a steel jet 3 feeds liquid steel to a mold 2, and a partially solidified strand 4 is drawn out at the lower end of the mold.
  • the mold 2 is supported via an intermediate piece 5 on a guide part 6 of the mold table 8.
  • a stirring device is designated, which immediately follows the mold cavity 11 of the oscillating mold.
  • the stirring device 10 is separated from the mold 2 and is held in position independently of this in the guide part 6 of the mold table 8 by means of centering devices 12.
  • the agitator is direction 10 carried by the mold table 8 or clamped directly to it.
  • the mold 2 has its own centering devices 15 and clamping devices 16. In this example, it is attached to the oscillating table 8 via an intermediate piece 5. However, it could also be centered and clamped directly on the oscillation table via a correspondingly large mold flange.
  • the outer dimensions 19 of the intermediate piece 5 are larger than the dimension 20 of the outer boundary of an aerofoil 7 of the stirring device 10.
  • An air gap 22 is provided between the stirrer 10 and the cast strand 4, which diverges strongly in the direction of the strand. Spray compartments 24 of spray nozzles 25 penetrate into this gap, which increases downwards.
  • An envelope 27 between the coils in the stirring device 10 and the strand 4 is made of stainless steel.
  • the stirrer 10 has stirring coils which are designed for a three-phase mains frequency, for example 50 or 60 Hz etc.
  • the stirring coils generally generate a rotating field transverse to the strand withdrawal direction 28, which sets the liquid core 29 of the strand 4 in rotation.
  • an exchangeable protective shield 30 or 30 ' is provided in these examples.
  • the protective shield 30 overlaps at its upper ends a copper pipe part 32 of the mold 2.
  • an open cooling device 31, 31' is provided by means of spray water.
  • the protective shield 30 'abuts the end face of a copper pipe part 32' of the mold 2.
  • the protective shields 30, 30 ' are fastened so that they can be replaced from below even in the installed state.
  • stirrer 10 and the mold 2 are installed independently of one another on the mold table, between the lower boundary surface 34 of the mold 2 and an upper boundary surface 35 of the stirring device 10 the smallest possible gap between a fraction of a mm and 5 mm is provided.

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Abstract

Bei einer Rühreinrichtung (10) in einer Stranggiessanlage zum Rühren eines flüssigen Strangsumpfes im Kokillenausgangsbereich ist eine Rühreinrichtung (10) anschliessend an den Formhohlraum (11) einer oszillierenden Kokille (2) vorgesehen. Um eine hohe Rührwirkung bei relativ niedrigem Energiebedarf zu erreichen und gleichzeitig einen raschen und einfachen Kokillenwechsel mit oder ohne Rührerwechsel vornehmen zu können und um Investitionskosten für Kokillenrührer zu senken, ist vorgesehen, dass die unmittelbar an den gekühlten Formhohlraum (11) der Kokille (2) anschliessende und zusammen mit dieser oszillierende Rühreinrichtung (10) von der Kokille (2) getrennt am Kokillentisch (8) anbringbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rühreinrichtung in einer Stranggiessanlage zum Rühren eines flüssigen Strangsumpfes gemäss Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Es ist bekannt, den flüssigen Strangsumpf beim Stranggiessen in der Kokil­le selbst oder entlang einer Sekundärkühlzone mittels elektromagnetischen Kräften zu rühren.
  • Bei Knüppel- und Vorblockformaten werden die Rühreinrichtungen vielfach in die Kokille eingebaut. Das elektromagnetische Feld muss dabei die Ko­killenwand, die in der Regel aus Kupfer besteht, durchdringen. Im weite­ren muss das magnetische Feld auch noch einen Kühlwasserspalt, Begren­zungswände für den Kühlwasserspalt und für das Rührergehäuse durchdringen, was hohe elektrische Leistungen und entsprechend hohe Betriebskosten ver­ursacht.
  • Aus DE-PS 29 11 187 ist eine Stranggiesskokille bekannt, die als Verbund­körper ausgebildet ist und aus einem oberen und unteren Kokillenteil be­steht. Der obere Kokillenteil hat Kupferwände und der untere Kokillenteil hat Formhohlraumwände aus antimagnetischem Werkstoff und ist mit Rührspu­len versehen. Bei dieser im Formhohlraum aus zwei unterschiedlichen Me­tallen zusammengesetzten Kokille können Probleme an der Nahtstelle wegen unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten entstehen. An der Nahtstelle können Spaltfugen und Verbiegungen auftreten, die Anfahrschwierigkeiten, Strangfehler und Durchbrüche erzeugen.
  • Aus DE-PS 27 31 238, die den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, ist wei­ter eine Kokille bekannt, die mit einer anschliessend an den Formhohlraum der Kokille versehenen Rühreinrichtung ausgerüstet ist. Je nach den Er­fordernissen kann die Länge der Rühreinrichtung, die mit dem Kokillenbo­den verschraubt ist, in ihrer Länge verändert werden. Die Vielzahl der Rührer in der Kokille und unterhalb der Kokille erfordert eine hohe elek­trische Leistung. Bei jedem Kokillenwechsel werden die Rührer zwangsläu­fig mit der Kokille ausgebaut. Bei Einbauten von Rührern in vorhandene Anlagen sind neue Kokillen und in der Regel auch neue Kokillentische er­forderlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rühreinrichtung zum Rühren des flüssigen Sumpfes eines gegossenen Stranges im Bereich des Kokillen­ausganges zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile ausschaltet. Insbe­sondere soll eine hohe Rührwirkung bei relativ niedrigem Energiebedarf erreicht und gleichzeitig ein rascher und einfacher Kokillenwechsel mit oder ohne Rührerwechsel verwirklicht werden können. Im weiteren sollen In­vestitionskosten für Kokillenrührer gesenkt und bei Einbauten von Rührern in vorhandene Anlagen nur wenig Neubauteile benötigt werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Summe der Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemässe Rühreinrichtung und die erfindungsgemässe Anordnung am Kokillentisch erlauben, Rührer mit niedrigen elektrischen Leistungen zu betreiben, die eine hohe Rührwirkung erzielen. Die mit dem Kokillen­tisch oszillierende Rühreinrichtung, die unmittelbar dem Kokillenausgang folgt, bringt eine ausreichende Rührkraft bzw. eine Rotationsbewegung in den flüssigen Sumpf innerhalb der Kokille, so dass auf Rührer in der Ko­kille selbst verzichtet werden kann. Kokillenwechsel können ohne Demonta­ge des Rührers rascher und einfacher vorgenommen werden, und bei Einbau­ten von Rühreinrichtungen in vorhandene Anlagen können alte, rührerlose Kokillen weiter verwendet werden. Auch für die Rührermontage selbst sind nur wenige Neubauteile erforderlich.
  • Es sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, die Rühreinrichtungen am Ko­killentisch anzubringen. Eine besonders vorteilhafte Variante besteht darin, den Kokillentisch mit Auflage-, Zentrier- und Spanneinrichtungen für die Rühreinrichtung zu versehen. Die Kokille kann unabhängig von den Auflage-, Zentrier- und Spanneinrichtungen für den Rührer gegenüber dem Kokillentisch mit eigenen solchen Einrichtungen versehen sein.
  • Beim Einbau von Rührern in vorhandene Anlagen ist es von besonderem Vor­teil, wenn die vorhandenen, rührerlosen Kokillen über ein Zwischenstück am Kokillentisch zentrier- und festspannbar sind. Die Aussenabmessungen des Zwischenstückes sind dabei in der Regel grösser, als die Aussenab­messungen eines Tragflansches der Rühreinrichtung.
  • Eine optimale geometrische Formgebung des Rührers in bezug auf Ver­schleiss, Kühlung und Wirkungsgrad kann erreicht werden, wenn zwischen dem Rührer und dem gegossenen Strang ein Luftspalt vorgesehen ist und Sprühfächer von Sprühdüsen in diesen Luftspalt eindringen. Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Luftspalt in Stranglaufrichtung divergieren.
  • Eine hohe Rührwirkung im Strang bei relativ niedriger elektrischer Lei­stung kann zusätzlich erreicht werden, wenn, gemäss einem Ausführungsbei­spiel, zwischen den Spulen der Rühreinrichtung und dem Strang die Gehäu­sewand aus rostfreiem Stahl ausgeführt ist.
  • Zum Schutz der Rühreinrichtung gegen Wärmestrahlung, ausfliessenden Stahl bei Durchbrüchen etc. wird im Sinne eines Ausführungsbeispieles vorge­schlagen, zwischen Rührer und Strangoberfläche ein auswechselbares Schutz­schild aus rostfreiem Stahl anzuordnen. Dieses Schutzschild kann das Ko­killenrohr überlappen oder stirnseitig an ein Kokillenrohr anstossen und nach unten auswechselbar angeordnet sein. Zwischen der Rühreinrichtung und dem Schutzschild kann im weiteren eine Wasserkühlung vorgesehen sein.
  • Eine weitere wesentliche Reduktion von Investitionskosten ist erzielbar, wenn der Rührer mit Spulen für eine Netzfrequenz, vorzugsweise für 50 oder 60 Hz, ausgelegt ist. Die Rührerspulen können dabei so angeordnet sein, dass die Rühreinrichtung ein Drehfeld quer zur Strangabzugsrichtung er­zeugt und dem flüssigen Kern des Stranges eine Rotationsbewegung auf­bringt, die im wesentlichen konzentrisch zur Stranglängsachse verläuft.
  • Obwohl die Rühreinrichtung getrennt von der Kokille am Kokillentisch mon­tiert wird, ist der Rührer während des Giessens unmittelbar am Ausgang des Kokillenrohres angeordnet. Gemäss einem Ausführungsbeispiel ist der Spalt zwischen Rührer und Kokille in vielen Fällen nicht oder kaum mess­bar. Er beträgt vorzugsweise wenige zehntel-mm bis 5 mm und kann in Aus­nahmefällen bis 20 mm betragen. Grössere Spalte reduzieren aber die Rühr­wirkung innerhalb der Kokille und begünstigen den Eintritt von flüssigem Stahl zwischen Kokille und Rührer im Falle eines Strangdurchbruches.
  • Gemäss einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, den Rührer mit einem von der Kokillenkühlung unabhängigen Kühlsystem zu versehen. Das Rührer­kühlsystem kann mit Vorteil mit der Sprühwasserkühlung verbunden werden. Eine zusätzliche Sprühwasserkühlung kann zwischen der Rühreinrichtung und dem Schutzschild eingerichtet werden.
  • Im nachfolgenden soll die Erfindung anhand von Figuren zusätzlich erläu­tert werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Stranggiesskokil­le und einer Rühreinrichtung auf einem oszillierenden Kokillen­tisch,
    • Fig. 2 einen vergrösserten Vertikalschnitt durch einen Kokillen- und Rührerteil eines weiteren Beispieles und
    • Fig. 3 einen vergrösserten Vertikalschnitt durch einen Kokillen- und Rüh­rerteil eines weiteren Beispieles.
  • In Fig. 1 ist ein oberer Teil einer Vertikal- oder Bogenstranggiessanlage, vorzugsweise für Knüppel-, Vorblock- oder Platinenformate etc.,darge­stellt. Ein Stahlstrahl 3 führt einer Kokille 2 flüssigen Stahl zu, und am unteren Ende der Kokille wird ein teilweise erstarrter Strang 4 aus­gezogen. Die Kokille 2 ist über ein Zwischenstück 5 auf einem Führungs­teil 6 des Kokillentisches 8 abgestützt.
  • Mit 10 ist eine Rühreinrichtung bezeichnet, die dem Formhohlraum 11 der oszillierenden Kokille unmittelbar folgt. Die Rühreinrichtung 10 ist von der Kokille 2 getrennt und wird unabhängig von dieser im Führungsteil 6 des Kokillentisches 8 mittels Zentriereinrichtungen 12 in Position gehal­ten. Mittels Auflage- und Spanneinrichtungen 13 bzw. 14 wird die Rührein­ richtung 10 vom Kokillentisch 8 getragen bzw. an diesem direkt festge­klemmt.
  • Die Kokille 2 besitzt eigene Zentriereinrichtungen 15 und Spanneinrich­tungen 16. Sie ist in diesem Beispiel über ein Zwischenstück 5 am Os­zillationstisch 8 befestigt. Sie könnte aber auch über einen entsprechend grossen Kokillenflansch direkt am Oszillationstisch zentriert und festge­klemmt werden. Die Aussenabmessungen 19 des Zwischenstückes 5 sind grös­ser als die Abmessung 20 der äusseren Begrenzung einer Tragfläche 7 der Rühreinrichtung 10.
  • Zwischen dem Rührer 10 und dem gegossenen Strang 4 ist ein Luftspalt 22 vorgesehen, der in Stranglaufrichtung stark divergiert. In diesem sich nach unten vergrössernden Spalt dringen von unten Sprühfächer 24 von Sprühdüsen 25 ein. Eine Umhüllung 27 zwischen den Spulen in der Rührein­richtung 10 und dem Strang 4 ist aus rostfreiem Stahl gefertigt.
  • Der Rührer 10 besitzt Rührspulen, die für eine Drehstromnetzfrequenz, bei­spielsweise 50 oder 60 Hz etc., ausgelegt sind. Die Rührspulen erzeugen in der Regel ein Drehfeld quer zur Strangabzugsrichtung 28, das den flüs­sigen Kern 29 des Stranges 4 in Rotation versetzt.
  • In Fig. 2 und 3 werden für gleiche Teile gleiche Bezugsziffern wie für Fig. 1 verwendet. Zwischen dem Gehäuse des Rührers 10 und dem gegossenen Strang 4 ist in diesen Beispielen ein auswechselbares Schutzschild 30 bzw. 30′ vorgesehen. Das Schutzschild 30 überlappt an seinen oberen Enden einen Kupferrohrteil 32 der Kokille 2. Zwischen dem Schutzschild 30, 30′ und dem Gehäuse des Rührers 10 ist eine offene Kühleinrichtung 31, 31′ mittels Sprühwasser vorgesehen.
  • In Fig. 3 stösst das Schutzschild 30′ stirnseitig an einen Kupferrohrteil 32′ der Kokille 2. Die Schutzschilder 30, 30′ sind so befestigt, dass sie auch in eingebautem Zustand von unten auswechselbar sind.
  • Obwohl der Rührer 10 und die Kokille 2 voneinander unabhängig am Kokillen­tisch eingebaut werden, ist zwischen der unteren Begrenzungsfläche 34 der Kokille 2 und einer oberen Begrenzungsfläche 35 der Rühreinrichtung 10 ein möglichst kleiner Spalt zwischen eime Bruchteil eines mm und 5 mm vor­gesehen.

Claims (17)

1. Rühreinrichtung in Stranggiessanlage zum Rühren eines flüssigen Strangsumpfes im Kokillenausgangsbereich, wobei eine Rühreinrichtung (10) anschliessend an den Formhohlraum (11) einer oszillierenden Ko­kille (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die unmittel­bar an den gekühlten Formhohlraum (11) der Kokille (2) anschliessen­de, zusammen mit der Kokille (2) oszillierende Rühreinrichtung (10) von der Kokille (2) getrennt am Kokillentisch (8) anbringbar ist.
2. Rühreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rühr­einrichtung (10) gegenüber dem Kokillentisch (8) Zentriereinrichtungen (12) aufweist.
3. Rühreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rühreinrichtung (10) gegenüber dem Kokillentisch (8) Auflage- und/­oder Spanneinrichtungen (7 bzw. 14) aufweist.
4. Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (2) gegenüber dem Kokillentisch (8) Zentrier- und Spanneinrichtungen (15 bzw. 16) aufweist.
5. Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (2) über ein Zwischenstück (5) am Kokillentisch (8) zentrier- und festspannbar ist.
6. Rühreinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus­senabmessungen (19) des Zwischenstückes (5) grösser als die Aussenab­messungen (20) eines Tragflansches der Rühreinrichtung (10) sind.
7. Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rührer (10) und dem gegossenen Strang (4) ein Luft­spalt (22) vorgesehen ist und Sprühfächer (24) von Sprühdüsen (25) in diesen Luftspalt (22) eindringen.
8. Rühreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft­spalt (22) in Stranglaufrichtung (28) divergiert.
9. Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Spulen der Rühreinrichtung (10) und dem Strang (4) eine Umhüllung (27) aus rostfreiem Stahl vorgesehen ist.
10. Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührer (10) mit Rührspulen für eine Netzfrequenz, vorzugsweise 50 - 60 Hz, ausgelegt ist.
11. Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rühreinrichtung (10) ein Drehfeld quer zur Strangabzugsrich­tung (28) erzeugt und dem flüssigen Kern (29) des Stranges (4) eine Ro­tationsbewegung aufbringt, die im wesentlichen konzentrisch zur Strangachse verläuft.
12. Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeich­net, dass der Rührer (10) ein von der Kokillenkühlung unabhängiges Kühlsystem (31, 31′) aufweist.
13. Rühreinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührerkühlsystem mit der Sprühwasserkühlung (31) verbunden ist.
14. Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer unteren Begrenzungsfläche (34) der Kokille (2) und einer oberen Begrenzungsfläche (35) der Rühreinrichtung (10) ein Spalt von 0 - 5 mm vorgesehen ist.
15. Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein ein Kokillenrohr (32) überlappendes, nach unten auswechselba­res Schutzschild (30) angeordnet ist.
16. Rühreinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschild (30′) stirnseitig an ein Kokillenrohr (32′) anstösst und nach unten auswechselbar befestigt ist.
17. Rühreinrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekenn­zeichnet, dass zwischen der Rühreinrichtung (10) und dem Schutzschild (30, 30′) eine Wasserkühlung (31, 31′) vorgesehen ist.
EP90100398A 1989-01-19 1990-01-10 Rühreinrichtung in Stranggiessanlage zum Rühren eines flüssigen Strangsumpfes im Kokillenausgangsbereich Expired - Lifetime EP0379042B1 (de)

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