EP1885894B1 - Verfahren zur chargenweisen wärmebehandlung von glühgut - Google Patents

Verfahren zur chargenweisen wärmebehandlung von glühgut Download PDF

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EP1885894B1
EP1885894B1 EP06721250A EP06721250A EP1885894B1 EP 1885894 B1 EP1885894 B1 EP 1885894B1 EP 06721250 A EP06721250 A EP 06721250A EP 06721250 A EP06721250 A EP 06721250A EP 1885894 B1 EP1885894 B1 EP 1885894B1
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annealing
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Peter Dipl.-Ing. Ebner
Heribert Dipl.-Ing. Lochner
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Ebner Industrieofenbau GmbH
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Ebner Industrieofenbau GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material

Definitions

  • the invention relates to a method for the batchwise heat treatment of Glühgut, which is heated in a Glsweepingaum after flushing air with a purge gas under inert gas to a predetermined treatment temperature, wherein the protective gas depending on the accumulation of impurities in different quantities through the annealing space becomes.
  • Metal strips and wires are subjected to recrystallization of a heat treatment under inert gas, which is intended to prevent above all oxidation processes on the surface of the annealing material by atmospheric oxygen.
  • inert gas preferably nitrogen
  • the heat treatment is carried out under an inert gas, for example nitrogen or hydrogen.
  • these impurities are evaporated during the heating of the annealing stock to the treatment temperature during an exhaust steam phase, the evaporated impurities being diluted and flushed out by the inert gas conveyed through the annealing space.
  • the amount of the protective gas delivered through the annealing space is controlled as a function of the respective amount of evaporated impurities. With the increase in surface temperature of the annealing material, the evaporated impurity quantity increases rapidly, and then drops off again after the evaporation of the main amount of impurities, despite increasing surface temperatures.
  • the invention is therefore based on the object, a method of the type described for the heat treatment of Glühgut to design so that the batch-wise required amount of protective gas can be reduced.
  • the invention solves the problem set by the fact that after the main attack of contaminants from the annealing chamber withdrawn, loaded with a residual amount of impurities inert gas is optionally promoted to an intermediate storage during the main attack of impurities in a subsequent batch in the annealing space before unloaded inert gas in the Glow space is initiated.
  • the invention is based on the finding that a correspondingly high degree of purity of the protective gas only at the end of the heat treatment of the annealed material Annealing material is required, so that during the main attack of contaminants also contaminated with such impurities protective gas can be promoted through the annealing space when the load is limited and thus a sufficient dilution effect is ensured.
  • the withdrawn after the main attack of the impurities from the annealing space, loaded with a residual amount of impurities protective gas of a subsequent batch during the main attack of impurities back into the annealing space are promoted, so that a significant portion of the otherwise rejected inert gas from a previous batch be used again and replace part of the otherwise required unloaded inert gas, without affecting the treatment of the annealing.
  • the unloaded inert gas is used only to the extent that at the end of the heat treatment allows a largely free of impurities inert gas atmosphere, as is the case with conventional heat treatments.
  • the withdrawn from a Glroundaum inert gas can be introduced into a further parallel, but with respect to the loading operated in time Gllickaum.
  • the purge gas charged towards the end of the purge cycle may be used during a subsequent batch, with a residual charge of impurities during a subsequent batch depending on whether the purge gas is also used for the purge gas Inert gas is used or not. If, for example, nitrogen is used as rinsing and shielding gas, then the purge gas withdrawn from the annealing space may be at a correspondingly low level of contamination by a residual oxygen content during the the rinsing process following heat treatment are introduced into the annealing space, which is not possible with different gases for flushing and heat treatment.
  • Fig. 1 are provided for the heat treatment of Glühgut, such as metal strip or metal wire coils, Glühsammlung 1, which are charged in batches with the Glühgut.
  • Glühgut such as metal strip or metal wire coils
  • Glühffy 1 which are charged in batches with the Glühgut.
  • These formed for example by hood ovens Glühläume 1 are connected in a conventional manner to a protective gas inlet 2 and a protective gas discharge 3.
  • an exhaust pipe 4 is provided, via which a memory 5 can be loaded, according to the embodiment with the aid of a compressor 6.
  • the storage tank 5 is discharged via a line 7 connected to the convection chambers 1, which is connected via a device 8 for pressure regulation is connected to the memory 5.
  • FIG Fig. 2 a temperature profile T 1 on the Glühgutober Diagram.
  • the curve T 2 indicates the temperature profile inside the annealed material. Due to the surface heating of the annealing vaporizing adhering to the surface of lubricant residues from, according to the curve 9, which illustrates the vaporizing during a Abdampfphase 10 impurity amounts, first the evaporating impurity amounts with the surface temperature T1 increase sharply, then drop because of the increasing surface cleaning and a to approach negligible residual value.
  • the gas discharge from the Glühsted 1 via line 4 can then be used when the load of the withdrawn inert gas below an upper limit m, which is 10% above the average content of impurities in the memory. 5 interposed inert gas is.
  • the loaded inert gas from the memory 5 can then be used for the beginning of the exhaust steam phase 10 of a subsequent batch, in the range of sections d and a of the curve 11. Is the upper limit m for the load of the protective gas to be withdrawn during the Abdampfphase 10 for Time t 1 reached, so in the Fig. 3 hatched indicated amount of inert gas in the memory 5 are stored.
  • a flammable protective gas for example hydrogen
  • the air can not be flushed out of the heating chambers 1 before each annealing by the protective gas, but instead a non-combustible purge gas must be used.
  • this purge gas is indicated by the curve 12.
  • the combustible protective gas before venting the Glühsammlung 1 at the end of the cooling phase by means of a not Flammable purge gas rinse as indicated by the curve 13.
  • the purge gas supply is designated 14. The discharge of the purge gas via the line 15th
  • the invention is of course not limited to the illustrated embodiment. Thus it could be dispensed with the provision of a memory 5, when the charging of the Glühsammlung 1 is offset in time so that the withdrawn from the time t 1 from one of the Glühsammlung 1 protective gas amount is supplied to the other annealing chamber 1, during the main attack of the evaporating Impurities, so that the required amount of inert gas in sections d and a of Fig. 3 can be covered at least partially by the withdrawn from the other annealing chamber 1 inert gas.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur chargenweisen Wärmebehandlung von Glühgut, das in einem Glühraum nach einem Ausspülen von Luft mit einem Spülgas unter Schutzgas auf eine vorgegebene Behandlungstemperatur erwärmt wird, wobei das Schutzgas in Abhängigkeit vom Anfall an Verunreinigungen in unterschiedlichen Mengen durch den Glühraum gefördert wird.
    • Stand der Technik
  • Metallbänder und -drähte werden zur Rekristallisation einer Wärmebehandlung unter Schutzgas unterworfen, das vor allem Oxidationsvorgänge an der Oberfläche des Glühgutes durch Luftsauerstoff verhindern soll. Dabei wird zunächst die Luft aus dem Glühraum durch ein unbrennbares Gas, vorzugsweise Stickstoff ausgespült, bis der Sauerstoffgehalt auf ein zulässiges Höchstmaß abgesenkt ist, bevor die Wärmebehandlung unter einem Schutzgas, beispielsweise Stickstoff oder Wasserstoff durchgeführt wird. Da am Glühgut üblicherweise Schmiermittelreste anhaften, werden beim Erwärmen des Glühgutes auf die Behandlungstemperatur diese Verunreinigungen während einer Abdampfphase abgedampft, wobei die abgedampften Verunreinigungen durch das durch den Glühraum geförderte Schutzgas verdünnt und ausgespült werden. Aus wirtschaftlichen Gründen wird dabei die Menge des durch den Glühraum geförderten Schutzgases in Abhängigkeit von der jeweils anfallenden Menge an abgedampften Verunreinigungen gesteuert. Mit dem Anstieg der Oberflächentemperatur des Glühgutes nimmt zunächst die abgedampfte Verunreinigungsmenge rasch zu, um dann nach dem Verdampfen der Hauptmenge an Verunreinigungen trotz steigender Oberflächentemperaturen wieder abzufallen. Der Verlauf der abgedampften Verunreinigungsmengen über die Abdampfphase bestimmt während des Hauptanfalls an abdampfenden Verunreinigungen einen größten Förderstrom an Schutzgas durch den Glühraum, wobei mit zunehmender Abnahme abdampfender Verunreinigungen und zunehmender Verdünnung der Verunreinigungen im Schutzgas die durch den Glühraum geförderte Schutzgasmenge verringert werden kann, bis gegen das Ende der Wärmebehandlung nur mehr ein die Glühgutbehandlung nicht mehr beeinträchtigender Verunreinigungsrest im Glühraum vorhanden ist, so daß beim Abkühlen des Glühgutes nur noch eine wärmebedingte Volumsverkleinerung zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Mindestdruckes im Glühraum auszugleichen ist. Ein ähnliches Verfahren ist in DE-B3-10347312 erwähnt. Trotz dieser Anpassung der durch den Glühraum geförderten Schutzgasmenge an die Abdampfphase bleibt jedoch die je Charge einzusetzende Schutzgasmenge vergleichsweise hoch.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zur Wärmebehandlung von Glühgut so auszugestalten, daß die chargenweise erforderliche Menge an Schutzgas verringert werden kann.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß das nach dem Hauptanfall an Verunreinigungen aus dem Glühraum abgezogene, mit einer Restmenge an Verunreinigungen belastete Schutzgas gegebenenfalls nach einer Zwischenlagerung während des Hauptanfalls an Verunreinigungen einer folgenden Charge in den Glühraum gefördert wird, bevor unbelastetes Schutzgas in den Glühraum eingeleitet wird.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein entsprechend hoher Reinheitsgrad des Schutzgases nur am Ende der Wärmebehandlung des Glühgutes Glühgutes erforderlich ist, so daß während des Hauptanfalls an Verunreinigungen auch mit solchen Verunreinigungen belastetes Schutzgas durch den Glühraum gefördert werden kann, wenn die Belastung begrenzt und damit eine ausreichende Verdünnungswirkung gewährleistet wird. Aus diesem Grunde kann das nach dem Hauptanfall der Verunreinigungen aus dem Glühraum abgezogene, mit einer Restmenge an Verunreinigungen belastete Schutzgas einer folgenden Charge während des Hauptanfalls an Verunreinigungen wieder in den Glühraum gefördert werden, so daß ein erheblicher Teil der sonst verworfenen Schutzgasmenge aus einer vorausgehenden Charge wieder verwendet werden und einen Teil des sonst erforderlichen unbelasteten Schutzgases ersetzen kann, ohne die Behandlung des Glühgutes zu beeinträchtigen. Das unbelastete Schutzgas wird nur in einem Ausmaß eingesetzt, das am Ende der Wärmebehandlung eine von Verunreinigungen weitgehend freie Schutzgasatmosphäre erlaubt, wie sie auch bei herkömmlichen Wärmebehandlungen vorliegt. Um das bei der Wärmebehandlung einer Charge abgezogene, mit einem beschränkten Restgehalt an Verunreinigungen belastete Schutzgas für die Wärmebehandlung einer folgenden Charge einsetzen zu können, kann das aus einem Glühraum abgezogene Schutzgas in einen weiteren parallel, aber hinsichtlich der Beschickung zeitlich versetzt betriebenen Glühraum eingeleitet werden. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, das aus einem Glühraum abgezogene Schutzgas zwischenzulagern, was die erfindungsgemäße Schutzgasführung beim Vorsehen nur eines einzigen Glühraumes sichert und die Beschickung mehrerer Glühräume voneinander zeitlich unabhängig macht.
  • In ähnlicher Weise kann auch das gegen das Ende des Spülvorganges hin nur mehr mit einer Sauerstoffrestmenge belastete Spülgas während einer folgenden Charge eingesetzt werden, wobei es für den Einsatz dieses Spülgases mit einer Restbelastung an Verunreinigungen während einer folgenden Charge davon abhängt, ob das Spülgas auch als Schutzgas Verwendung findet oder nicht. Wird beispielsweise Stickstoff als Spül- und Schutzgas verwendet, so kann das aus dem Glühraum abgezogene Spülgas bei einer entsprechend geringen Verunreinigung durch einen Restgehalt an Sauerstoff auch während der dem Spülvorgang folgenden Wärmebehandlung in den Glühraum eingeleitet werden, was bei unterschiedlichen Gasen für die Spülung und die Wärmebehandlung nicht möglich ist.
  • Da insbesondere bei der Wärmebehandlung von Glühgut mit Oberflächenverunreinigungen im Auslaufbereich der Abdampfphase der Anfall an Verunreinigungen asymptotisch abnimmt, ergibt sich für das zwischengelagerte, aus dem Glühraum abgezogene Schutzgas eine durchschnittliche Verunreinigung, die im Hinblick auf die Verhältnisse im Glühraum während der Abdampfphase nach oben zu beschränken ist. Damit ein vorgegebener oberer Grenzwert in einfacher Weise eingehalten werden kann, kann das mit Verunreinigungen belastete Schutz- bzw. Spülgas zwischengelagert werden, sobald sein Anteil an Verunreinigungen einen oberen Grenzwert unterschreitet, der 10 % über dem durchschnittlichen Anteil an Verunreinigungen des zwischengelagerten Schutz- bzw. Spülgases liegt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine Anlage zur Wärmebehandlung von Glühgut nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem schematischen Blockschaltbild,
    Fig. 2
    den Temperaturverlauf des Glühgutes über die Behandlungszeit an der Gutoberfläche und im Gutinneren sowie den dabei auftretenden Anfall an abdampfenden Verunreinigungen und
    Fig. 3
    den während der Behandlungszeit auftretenden Bedarf an Schutzgas.
    Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Gemäß der Fig. 1 sind zur Wärmebehandlung von Glühgut, beispielsweise von Metallband- oder Metalldrahtbunden, Glühräume 1 vorgesehen, die chargenweise mit dem Glühgut beschickt werden. Diese z.B. durch Haubenöfen gebildeten Glühräume 1 sind in herkömmlicher Art an eine Schutzgaszuleitung 2 und an eine Schutzgasableitung 3 angeschlossen. Darüber hinaus ist eine Abgasleitung 4 vorgesehen, über die ein Speicher 5 geladen werden kann, und zwar gemäß dem Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Kompressors 6. Entladen wird der Speicher 5 über eine an die Glühräume 1 angeschlossene Leitung 7, die über eine Einrichtung 8 zur Druckregelung mit dem Speicher 5 verbunden ist.
  • Wird das Glühgut in den jeweiligen Glühräumen 1 nach einem Spülvorgang mit Hilfe von Spülgas unter Schutzgasatmosphäre erwärmt, so ergibt sich gemäß der Fig. 2 ein Temperaturverlauf T1 an der Glühgutoberfläche. Die Kurve T2 deutet den Temperaturverlauf im Glühgutinneren an. Aufgrund der Oberflächenerwärmung des Glühgutes dampfen an der Oberfläche anhaftende Schmiermittelreste ab, wobei gemäß der Kurve 9, die die während einer Abdampfphase 10 abdampfenden Verunreinigungsmengen veranschaulicht, zunächst die abdampfenden Verunreinigungsmengen mit der Oberflächentemperatur T1 stark zunehmen, um dann wegen der zunehmenden Oberflächenreinigung abzufallen und sich einem vernachlässigbaren Restwert zu nähern. Dies bedeutet, daß im Bereich des Hauptanfalls an abdampfenden Verunreinigungen eine größte Menge an Schutzgas durch die Glühräume 1 gefördert werden muß, um für ein Ausspülen und damit für eine Verdünnung der Verunreinigungen zu sorgen. In der Fig. 3 ist die jeweils erforderliche Schutzgasmenge durch die abgestufte Kurve 11 angedeutet. Der Abschnitt a entspricht dem größten Bedarf an Schutzgas während des Hauptanfalls an abdampfenden Verunreinigungen. Da dieser Hauptanfall an Verunreinigungen nicht durch unbelastetes Schutzgas aus der Schutzgasleitung 2 verdünnt und ausgespült werden muß, wird hiefür Schutzgas aus dem Speicher 5 eingesetzt, das nur begrenzt mit Verunreinigungen belastet ist. Dieses vorbelastete und mit dem Hauptanfall an Verunreinigungen zusätzlich belastete Schutzgas wird aus dem Glühraum 1 abgezogen und verworfen bzw. verbrannt, falls es sich um ein brennbares Schutzgas handelt. Im Anschluß an den Abschnitt a wird während der Abschnitte b und c den Glühräumen 1 unbelastetes Schutzgas aus der Schutzgaszuleitung 2 zugeführt, um für eine entsprechende Reinigung der Schutzgasatmosphäre innerhalb der Glühräume 1 zu sorgen, wenn die Wärmebehandlung abgebrochen und die Kühlphase eingeleitet wird. Da mit abnehmendem Anfall an abdampfenden Verunreinigungen gemäß dem abfallenden Ast der Kurve 9 und der Zufuhr von unbelastetem Schutzgas die Belastung des Schutzgases mit abgedampften Verunreinigungen abnimmt, kann das aus den Glühräumen 1 abgezogene, nur geringfügig mit abgedampften Verunreinigungen belastete Schutzgas für den späteren Einsatz während des Hauptanfalls an abdampfenden Verunreinigungen in einer folgenden Charge zwischengelagert werden. Zu diesem Zweck wird dieses Schutzgas über die Leitung 4 dem Kompressor 6 zum Laden des Speichers 5 zugeführt. Wegen der während des Auslaufens der Abdampfphase 10 abnehmenden Abdampfrate ergibt sich im Speicher 5 eine durchschnittliche Belastung des Schutzgases durch die abgedampften Verunreinigungen. Damit dieser Durchschnittswert unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes gehalten werden kann, kann der Gasabzug aus den Glühräumen 1 über die Leitung 4 dann einsetzen, wenn die Belastung des abgezogenen Schutzgases einen oberen Grenzwert m unterschreitet, der 10 % über dem durchschnittlichen Anteil an Verunreinigungen des im Speicher 5 zwischengelagerten Schutzgases liegt. Das belastete Schutzgas aus dem Speicher 5 kann dann für den Beginn der Abdampfphase 10 einer folgenden Charge eingesetzt werden, und zwar im Bereich der Abschnitte d und a der Kurve 11. Ist der obere Grenzwert m für die Belastung des abzuziehenden Schutzgases während der Abdampfphase 10 zum Zeitpunkt t1 erreicht, so kann die in der Fig. 3 schraffiert angedeutete Schutzgasmenge im Speicher 5 abgespeichert werden.
  • Wird als Schutzgas ein brennbares Schutzgas, beispielsweise Wasserstoff, eingesetzt, so kann die Luft aus den Glühräumen 1 vor jeder Glühung nicht durch das Schutzgas ausgespült werden, es muß vielmehr ein nicht brennbares Spülgas verwendet werden. In der Fig. 3 ist dieser Spülgaseinsatz durch die Kurve 12 angedeutet. In analoger Weise ist das brennbare Schutzgas vor dem Belüften der Glühräume 1 am Ende der Kühlphase mit Hilfe eines nicht brennbaren Spülgases auszuspülen, wie dies die Kurve 13 andeutet. In der Fig. 1 ist die Spülgaszuleitung mit 14 bezeichnet. Der Austrag des Spülgases erfolgt über die Leitung 15.
  • Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So könnte auf das Vorsehen eines Speichers 5 verzichtet werden, wenn die Beschickung der Glühräume 1 zeitlich so versetzt erfolgt, daß die ab dem Zeitpunkt t1 aus einem der Glühräume 1 abgezogene Schutzgasmenge dem anderen Glühraum 1 zugeführt wird, und zwar während des Hauptanfalls der abdampfenden Verunreinigungen, so daß die benötigte Schutzgasmenge in den Abschnitten d und a der Fig. 3 zumindest teilweise durch die aus dem jeweils anderen Glühraum 1 abgezogene Schutzgasmenge abgedeckt werden kann.
  • Außerdem ist es möglich, daß gemäß den Kurven 12 und 13 eingesetzte Spülgas zum Teil wieder zu verwenden, wenn diese Spülgase aus dem Glühraum 1 einen entsprechend geringen Anteil an Verunreinigungen aufweisen, die beim Ausspülen der Luft durch den Luftsauerstoff und beim Ausspülen des Schutzgases durch das Schutzgas bestimmt werden. Das nur vergleichsweise gering belastete Spülgas kann während einer folgenden Charge zu Beginn der Spülvorgänge vorteilhaft eingesetzt werden. Falls das Spülgas dem Schutzgas entspricht, ist es selbstverständlich auch möglich, das geringfügig mit Verunreinigungen belastete Spülgas auch während der Wärmebehandlung unter Schutzgasatmosphäre in der beschriebenen Weise einzusetzen.

Claims (3)

  1. Verfahren zur chargenweisen Wärmebehandlung von Glühgut, das in einem Glühraum nach einem Ausspülen von Luft mit einem Spülgas unter Schutzgas auf eine vorgegebene Behandlungstemperatur erwärmt wird, wobei das Schutzgas in Abhängigkeit vom Anfall an Verunreinigungen in unterschiedlichen Mengen durch den Glühraum gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das nach dem Hauptanfall an Verunreinigungen aus dem Glühraum abgezogene, mit einer Restmenge an Verunreinigungen belastete Schutzgas gegebenenfalls nach einer Zwischenlagerung während des Hauptanfalls an Verunreinigungen einer folgenden Charge in den Glühraum gefördert wird, bevor unbelastetes Schutzgas in den Glühraum eingeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegen das Ende des Spülvorganges noch mit einer Sauerstoffrestmenge belastete Spülgas aus dem Glühraum abgezogen und gegebenenfalls nach einer Zwischenlagerung während einer folgenden Charge in den Glühraum gefördert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Verunreinigungen belastete Schutz- bzw. Spülgas zwischengelagert wird, sobald sein Anteil an Verunreinigungen einen oberen Grenzwert unterschreitet, der 10 % über dem durchschnittlichen Anteil an Verunreinigungen des zwischengelagerten Schutz- bzw. Spülgases liegt.
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