DE1800959A1 - Process and device for the continuous deoxidation, desulfurization and degassing of metals and alloys - Google Patents
Process and device for the continuous deoxidation, desulfurization and degassing of metals and alloysInfo
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Description
1800959 Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 2984621800959 Patent attorney Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 Munich 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 298462
B 3908B 3908
Conzinc Riotinto of Australia Limited, of 95 Collins Street, Melbourne, Victoria /AUSTRALIAConzinc Riotinto of Australia Limited, of 95 Collins Street, Melbourne, Victoria / AUSTRALIA
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Desoxydierung, Entschwefelung und Entgasung von Metallen und Legierungen. Process and device for the continuous deoxidation, desulphurization and degassing of metals and alloys .
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Desoxydierung, Entschwefelung und Entgasung von Metallen und Legierungen.The invention relates to a method and an apparatus for continuous Deoxidation, desulphurization and degassing of metals and alloys.
H/KH / K
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Es sind verschiedene Verfahren bekannt, wonach Vakuumbehandlungen in Anwendung kommen, um eingeschlossene Gase, z.B. Wasserstoff und Stickstoff, sowie Sauerstoff, aus niedrig gekohlten Stählen oder verschiedene andere eingeschlossene Gase aus Aluminium zu entfernen. Die meisten bekannten Verfahren arbeiten diskontinuierlich, wenn auch einige kontinuierliche Verfahren bekannt geworden sind, die vor dem kontinuierlichen Gießen der Metalle in Anwendung kommen. Hierbei wird das Metall durch atmosphärischen Druck durch ein Einlaßrohr in eine Vakuumkammer gedrückt, wo das Entgasen stattfindet. Das Metall verläßt sodann diese Kammer durch ein etwas längeres Auslaßrohr. Die beiden Rohre bestehen aus Fallrohren.Various methods are known in which vacuum treatments are used to remove entrapped gases such as hydrogen and Remove nitrogen, as well as oxygen, from low carbon steels or various other trapped gases from aluminum. Most known processes work discontinuously, even if some continuous processes have become known that prior to the continuous Casting the metals come into use. Here, the metal is drawn into a vacuum chamber by atmospheric pressure through an inlet pipe where the degassing takes place. The metal then exits this chamber through a slightly longer outlet tube. The two pipes exist from downspouts.
Durch diese bekannten Verfahren gelingt ein wirksames, kontinuierliches Entgasen. Zu Beginn dieser Verfahren müssen jedoch zeitweilig die Durchtrittsöffnungen der Ein- und Auslaßrohre durch geeignete Verschlußmittel verschlossen werden. Die Ein- und Auslaßrohre sind ferner der Gefahr von Erosion, oder Rißbildungen während der Vielzahl der Arbeitsgänge ausgesetzt. Außerdem besteht der Nachteil, daß ein Schwenkmechanismus vorgesehen werden muß, der zum Entleeren der Vakuumkammer am Ende des Entgasens erforderlich ist.These known processes provide an effective, continuous one Degas. At the beginning of this process, however, the passage openings must temporarily the inlet and outlet pipes are closed by suitable closure means. The inlet and outlet pipes are also of danger exposed to erosion or cracking during the multitude of operations. In addition, there is the disadvantage that a pivoting mechanism must be provided to empty the vacuum chamber at the end of the Degassing is required.
Erfindungsgemäß werden keine Einlaß- und Auslaßrohre und ebenfalls keine Verschlußmittel zum zeitweiligen Verschließen benötigt. Die erfindungsgemäß ausgebildete Entgasüngskammer kann sehr einfach mittels eines KranesIn accordance with the invention there are no inlet and outlet pipes, and neither are any Closure means needed for temporary closure. The degassing chamber designed according to the invention can be very easily installed by means of a crane
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- ζ. B. zur Reparatur oder Instandhaltung - aus ihrer Lage angehoben werden. Das gesteuerte Ablassen des Vakuums am Ende der Behandlung erlaubt ein Ausfließen des flüssigen Metalles aus der Entgasungskammer und nur der Teil des Metalles verbleibt in der Anordnung, der in dem feuerbeständigen Behälter eingeschlossen ist, in welchen die Entgasungskammer ,während des Arbeitsvorganges eingesetzt wird. Falls gewünscht, kann auch das Gefäß selbst schwenkbar ausgebildet werden, damit das nach der Entschwefelung, Entgasung oder Desoxydierung verbleibende Metall in ein weiteres Gefäß abgeführt werden kann.- ζ. B. for repair or maintenance - lifted from their position will. The controlled release of the vacuum at the end of the treatment allows the liquid metal to flow out of the degassing chamber and only that part of the metal remains in the assembly which is enclosed in the refractory container in which the degassing chamber is inserted during the operation. If desired, the vessel itself can also be designed to be pivotable so that what remains after the desulphurisation, degassing or deoxidation Metal can be discharged into another vessel.
Aufgrund der kontinuierlichen Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die erforderliche Vorrichtung, d.h. insbesondere die Entgasungseinheit, mit den Zusatzgeräten wesentlich kleiner als - bei gleichem Ausstoß - beim Stand der Technik. Bei einem Ausstoß von 50 Tonnen Stahl pro Stunde beträgt der Durchmesser der glockenähnlich ausgebildeten Entgasungskammer ca. 1,5 bis 1, 8 m und die Höhe über alles beträgt ca. 3 m.Due to the continuous operation of the process according to the invention the required device, i.e. in particular the degassing unit, with the additional devices is significantly smaller than - with the same Output - with the state of the art. With an output of 50 tons of steel per hour, the diameter of the bell-like degassing chamber is approx. 1.5 to 1.8 m and the overall height is approx. 3 m.
Die kontinuierliche Entfernung von eingeschlossenen Gasen aus Metallen und Legierungen findet erfindungsgemäß auf der Basis folgender kontinuierlich ablaufender Reaktionen statt:The continuous removal of trapped gases from metals and alloys takes place according to the invention on the basis of the following continuously occurring reactions:
2 Cu2O + CuJS > 6 Cu + SO«2 Cu 2 O + CuJS> 6 Cu + SO «
2 PbO + PbS » 3 Pb + SO2 2 PbO + PbS »3 Pb + SO 2
FeO + C } Fe + CO FeO + C } Fe + CO
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Bei der Stahldesoxydationsreaktion wird nicht nur Sauerstoff entfernt,, denn die ausströmenden Blasen von Kohlenmonoxyd reißen einen wesentlichen Teil anderer eingeschlossener Gase - z.B. Wasserstoff - mit sich. Bei Kupfer und Blei erreicht die Verringerung von SO2 die Werte der Verringerung von Sauerstoff und Schwefel zusammen. Falls gewünscht, kann die Entfernung von unerwünschten Komponenten dadurch gefördert werden, daß in das Bad an einer geeigneten Stelle in der Nähe des Einlasses der Entgasungskammer ein Gas hindurchgeblasen wird, welches entweder gegenüber dem flüssigen Metall inert sein kann oder die gewünschte Reaktion fördert. So fördert z.B. die Zufuhr einer kleinen Luftmenge oder von mit Sauerstoff angereicherter Luft zu dem Bad die Entfernung des Schwefels, wobei folgende Reaktionen stattfinden:In the steel deoxidation reaction, not only is oxygen removed, because the bubbles of carbon monoxide flowing out carry away a substantial part of other enclosed gases - e.g. hydrogen. In the case of copper and lead, the reduction in SO 2 equals the reduction in oxygen and sulfur combined. If desired, the removal of undesired components can be promoted by blowing a gas into the bath at a suitable location near the inlet of the degassing chamber, which gas can either be inert to the liquid metal or promote the desired reaction. For example, adding a small amount of air or oxygen-enriched air to the bath promotes the removal of the sulfur, with the following reactions taking place:
0 + CuJS —i ^ 2 Cu +0 + CuJS-i ^ 2 Cu +
O2 + PbS — ) Pb + SOO 2 + PbS - ) Pb + SO
Die metallurgischen Vorgänge und Reaktionen, die bei der Desoxydation und Entgasung von geschmolzenem Stahl Bedeutung haben und in der Parallelanmeldung 27 984/67 desselben Anmelders beschrieben sind, gelten auch für die vorliegende Erfindung.The metallurgical processes and reactions involved in deoxidation and degassing of molten steel have meaning and are described in the parallel application 27 984/67 of the same applicant, apply also for the present invention.
Bei dem erfindungsgemäßen kontinuierlichen Entgasungsverfahren für Metalle wird flüssiges Metall kontinuierlich durch eine sehr einfach,entfernbare, glockenähnliche Entgasungskammer unter reduziertem Druck geleitet und tiierfeei elektroinduktiv gerttnrt.In the continuous degassing process according to the invention for Metals becomes liquid metal continuously through a very easy, removable, Bell-like degassing chamber conducted under reduced pressure and electroinductively cleaned animal-free.
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Das geschmolzene Metali fließt durch die unter reduziertem Druck gehaltene Entgasungskammer. Das entgaste Metall wird vorzugsweise kontinuierlich aufgrund der Schwerkraftwirkung entfernt. Das Gefäß ist vorzugsweise relativ flach ausgebildet und mit einer feuerbeständigen Auskleidung versehen. Die Entgasungskammer hat vorzugsweise einen im wesentlichen flachen, offenen Boden und ist an ihrer Basis mit einer Einlaßöffnung und einer derselben mehr oder weniger diametral gegenüberliegenden Auslaßöffnung versehen, die während des Betriebes unterhalb des Spiegele des geschmolzenen Metalles in dem feuerbeständigen Behälter liegen.The molten metal flows through the kept under reduced pressure Degassing chamber. The degassed metal is preferably removed continuously due to the action of gravity. The vessel is preferably relatively flat and provided with a fire-resistant lining. The degassing chamber preferably has one substantially flat, open bottom and is at its base with an inlet opening and one of the same more or less diametrically opposite Outlet opening provided, which during operation below the level of the molten metal in the refractory Containers lie.
Ausgehend vom Boden des feuerbeständigen Behälters ist vorzugsweise eine Querrippe vorhanden, die sich bis in die leicht entfernbare, glockenähnliche Entgasungskammer erstreckt. Diese wulstartige Rippe dient dazu, den Strom aus geschmolzenem Metall beim Eintritt in die Entgasungskammer nach oben in den Bereich umzulenken, der durch elektroinduktive Influenz umgerührt wird.Starting from the bottom of the fire-resistant container, there is preferably a transverse rib which extends into the easily removable, bell-like degassing chamber. This bead-like rib serves to deflect the flow of molten metal on entry into the degassing chamber upwards into the area which is agitated by electroinductive influence.
Falls gewünscht, kann die transversale, wulstartige Rippe einen integralen Teil der Vakuumentgasungekammer selbst bilden. In diesem Fall erstreckt sie sich quer über den Bodenteil der leicht entfernbaren, glockenähnlichen Kammer, sowie nach oben in einem solchen Ausmaß, daß das eintretende Metall nach oben in den elektroinduktiv umgerührten Bereich gelenkt wird. If desired, the transverse, bulbous rib can form an integral part of the vacuum degassing chamber itself. In this case it extends across the bottom portion of the easily removable bell-like chamber and upward to such an extent that the metal entering is directed upward into the electro-inductively agitated area.
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Wenn auch die Entgasungskammer im Vergleich zu der durchgesetzten Metallmenge relativ klein ist, so ist sie Jedoch groß genug, um sicherzustellen, daß das hindurchfließende, geschmolzene Metall während einer genügend langen Zeit in ihr verweilt, wobei unter Vakuumumrühren die gewünschten Entgasungs-, Desoxydationg- oder Entschwefelungsreaktionen stattfinden.Even though the degassing chamber is relatively small compared to the amount of metal passed through it, it is large enough to ensure that the molten metal flowing through it remains in it for a sufficiently long time, with the desired degassing, deoxidationg or Desulfurization reactions take place.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das geschmolzene Metall dem Trichter einer Gießmaschine in einer Höhe zugeführt werden kann, die nur wenige Zentimeter niedriger ist als der Strom aus nicntentgastem Metall, der von einem Schmelz- oder Wärmeofen kommt. Hieraus ergibt sich, daß nur wenig Höhe und Gefälle beim Entgasen verloren wird.A particular advantage of the invention is that the molten Metal can be fed to the funnel of a casting machine at a height can that is only a few centimeters lower than the flow from nicntentgasem Metal coming from a melting or heating furnace. This means that only a small amount of height and gradient is lost during degassing.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und anhand der beiliegenden Zeichnung ersichtlich.Further details and features of the invention are from the following Description of preferred embodiments and based on the enclosed Drawing visible.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßemEntgasungsvorrichtung; Fig. 1 shows a cross section through a first preferred embodiment of a degassing device according to the invention;
Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1;FIG. 2 shows a section along line 2-2 in FIG. 1; FIG.
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Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer glockenähnlichen Entgasungskammer ohne die Zusatzinduktionsspulen zum induktiven Rühren.3 is a perspective view of a preferred embodiment of a bell-like degassing chamber without the Additional induction coils for inductive stirring.
Das geschmolzene Metall tritt in eine glockenähnlich ausgebildete, mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Entgasungskammer 4 durch einen geeigneten Einlaßkanal 5 ein, der in einen relativ flachen, feuerfest ausgekleideten Behälter 7 einmündet. Die Entgasungskammer 4, die mit einer Vakuumpumpe mittels einer Leitung 16 verbunden ist, ist innerhalb des Behälters 1 angeordnet. Wenn ein Vakuum eingestellt wird, wird das geschmolzene Metall durch den atmosphärischen Druck in der evakuierten, glockenähnlichen Kammer 4 über eine Einlaßöffnung 6 nach oben gedrückt. In der Kammer 4 wird das flüssige Metall unter Aufrechterhaltung eines geeigneten Vakuums durch elektromagnetische Induktion von Spulen 8, welche die Kammer 4 umgeben, leicht umgerührt.The molten metal enters a bell-like, refractory-lined degassing chamber 4 through a suitable inlet channel 5 which opens into a relatively flat, refractory-lined container 7. The degassing chamber 4, which is connected to a vacuum pump by means of a line 16, is arranged inside the container 1. When a vacuum is set, the molten metal is pushed upward through an inlet opening 6 by the atmospheric pressure in the evacuated, bell-like chamber 4. In the chamber 4, while maintaining a suitable vacuum, the liquid metal is stirred gently by electromagnetic induction from coils 8 which surround the chamber 4.
Dem induktiven Rühren liegen niedere Frequenzen und mehrere Phas en zugrunde, so daß sichergestellt ist, daß längs der gesamten axialen Erstreckung der Spulen wirksam umgerührt und praktisch keine nennenswerte Wärme in dem Bad erzeugt wird. Dieses unduktive Rühren kann für Eisen - und für Nichteisenmetalle angewendet werden. Beim Rühren zirkuliert das Metall in der Kammer 4 in Richtung von Pfeilen 10. Irgendwelche Spuren von Schlacke, die durch das flüssige Metall in die KammerLow frequencies and multiple phases are associated with inductive stirring basis, so that it is ensured that along the entire axial extent of the coils are effectively stirred and practically no significant Heat is generated in the bath. This inductive stirring can be used for ferrous and non-ferrous metals. While stirring the metal circulates in the chamber 4 in the direction of arrows 10. Any Traces of slag carried by the molten metal in the chamber
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mitgeris sen werden können, werden von den Wänden der Kammer 4 ferngehalten, so daß eine etwaige korrodierende Wirkung praktisch nicht vorhanden ist. Die niederfrequenten, mehrphasigen Spulen 8 können völlig von der Vakuumkammer 4 getrennt sein,, In diesem Fall besteht eine Metallhülle 20 der Kammer 4 in der Nähe der Spulen 8 vorzugsweis e aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, z. B. aus austenitischem, korrosionsbeständigem Stahl.can be entrained, are kept away from the walls of the chamber 4, so that any corrosive effect is practically non-existent. The low-frequency, polyphase coils 8 can completely be separated from the vacuum chamber 4 ,, In this case there is a metal shell 20 of the chamber 4 in the vicinity of the coils 8 preferably e made of a non-magnetic material, e.g. B. austenitic, corrosion-resistant Stole.
Wenn die Spulen 8 von der E ntgasungs kammer 4 getrennt sind, können sie während des Vakuumentgasens nach unten in eine solche Lage abgesenkt werden, wo sie die Kammer 4 umgeben. Wenn das Verfahren beendet ist, können die Spulen 8 von der Vakuumkammer 4 nach oben abgezogen werden. Falls gewüns cht, kann die Spule 8 auch ständig mit der Hülle der Vakuumkammer 4 verbunden s ein.When the coils 8 are separated from the gas discharge chamber 4, they can during the vacuum degassing are lowered down to such a position where they surround the chamber 4. When the procedure is over, the coils 8 can be withdrawn from the vacuum chamber 4 upwards. If desired, the coil 8 can also be permanently connected to the envelope of the vacuum chamber 4 connected s a.
E s ist von Vorteil, die Spulen 8 vor der Strahlungswärme des flüssigen Metalles in dem Behälter 7 zu schützen. Dies kann durch einen geeigneten Hitzeschild 9 erfolgen.It is advantageous to protect the coils 8 from the radiant heat of the liquid To protect metal in the container 7. This can be done using a suitable heat shield 9.
Da ein sehr wirksames, elektroinduktives Rühren in dem flüssigen Metall nur in der Ebene erfolgen kann, in der die Spulen liegen und da aus praktischen Gründen s ich die Spulen in der Regel nicht nach unten bis zu dem Spiegel des flüssigen Metalles in dem Behälter 7 erstrecken, enthält derThere is a very effective electro-inductive stirring in the liquid metal can only be done in the plane in which the coils lie and since, for practical reasons, the coils usually do not go down to the Extending mirror of the liquid metal in the container 7 contains the
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Böden des Behälters 7 eine querliegende, feuerbeständige Umlenkungsrippe 11. Diese Rippe 11 soll so angeordnet sein, daß der durch den Einlaß eintretende Strom aus flüssigem Metall nach oben umgelenkt wird und in den Bereich des elektroinduktiven Rührens gelangt.Bottoms of the container 7 a transverse, fire-resistant deflection rib 11. This rib 11 should be arranged so that the through the Inlet incoming stream of liquid metal is deflected upwards and reaches the area of electroinductive stirring.
Wenn herkömmliche, einphasige Induktions spulen zum Rühren und zu einer gewissen Erwärmung des Bades benutzt werden, sind dieselben Vorzugs weise in dem feuerbeständigen Material des Behälters 4 und nicht außerhalb der Metallhülle 20 angeordnet, da anderenfalls die letztere in unerwüns chter Weise erwärmt würde.If conventional, single-phase induction coils for stirring and one certain heating of the bath are used, the same preference wise arranged in the fire-resistant material of the container 4 and not outside the metal shell 20, otherwise the latter in undesirable chter Way would be heated.
Das entgaste, desoxydierte und/oder ents chwefelte Metall verläßt die Vakuumkammer 4 über eine Auslaßöffnung 12, die der Einlaßöffnung 6 mehr oder weniger diametral gegenüberliegt. Hierbei strömt das flüssige Metall durch einen Kanal 13, der ein wenig niedriger liegt als der Kanal 5. Von dem Kanal 13 wird das flüssige Metall dem Trichter - nicht dargestellt - einer kontinuierlichen Gießmaschine oder einem Vorratsbehälter oder einem Wärmeofen { zugeführt. Um eine Aufnahme von Gasen während des Laufes des Metalles durch den Kanal 13 möglichst gering zu halten, ist an dieser Stelle Vorzugs weise eine Schutzgasatmosphäre vorgesehen.The degassed, deoxidized and / or desulfurized metal leaves the vacuum chamber 4 via an outlet opening 12 which is more or less diametrically opposed to the inlet opening 6. Here, the liquid metal flows through a channel 13, which is a little lower than the channel 5. From the channel 13 the liquid metal is fed to the funnel - not shown - a continuous casting machine or a storage container or a heating furnace {. In order to keep the absorption of gases during the passage of the metal through the channel 13 as low as possible, a protective gas atmosphere is preferably provided at this point.
Um zu verhindern, daß das flüssige Metall gegebenenfalls nur durch einen Ringraum 19 des Behälters 7 fließt, sind bevorzugt zwei Vorsprünge 14 und 15In order to prevent the liquid metal possibly only through one Annular space 19 of the container 7 flows, two projections 14 and 15 are preferred
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auf dem Bodenteil der feuerbeständigen Masse der Vakuumkammer 4 vorgesehen. Wenn diese Vorspränge in Ausnehmungen der Innenwand des Behälters 7 - wie dargestellt - genau eingeioaßt sind und die Kammer 4 auf dem Boden des Behälters 7 gut aufsitzt; s ο strömt praktisch kein flüs siges Metall durch die Anordnung, ohne der Vakuumbehandlung unterzogen zu werden.provided on the bottom part of the refractory mass of the vacuum chamber 4. When these projections are in recesses in the inner wall of the Container 7 - as shown - are precisely inserted and the chamber 4 sits well on the bottom of the container 7; s ο practically no flow Liquid metal through the arrangement without being subjected to the vacuum treatment to become.
Wenn zusätzliche Wärme benötigt wird, kann das obere Ende der Entgasungskammer 4 mit geeigneten, nicht dargestellten Heizelementen vers ehen sein. Das Entgasen kann dadurch verbess ert werden, daß aus kleinen Teilchen bestehende, feste Additive -z.B. pulverisierte Kohle, Ferro™ Silizium - und/oder inerte Gase (E.G. Argon) zugeführt werden. Die Feststoffe können durch eine nicht dargestellte, abgedichtete Zufuhrvorrichtung zugeführt werden, die vorzugsweise am oberen Ende der Entgasungskammer 4 befestigt ist. Die inerten Gase können durch ein nicht dargestelltes Rohr zugeführt werden, welches vorzugsweis e neben oder in der Nähe des Einlasses 6 angeordnet ist.If additional heat is needed, the top of the degassing chamber can be used 4 be provided with suitable heating elements, not shown. The degassing can be improved that from small Particulate solid additives - e.g. powdered coal, Ferro ™ Silicon and / or inert gases (E.G. argon) are supplied. The solids can be fed through a sealed feed device, not shown, which is preferably at the upper end of the degassing chamber 4 is attached. The inert gases can by a not shown Pipe are fed, which preferably e next to or near the Inlet 6 is arranged.
Wie s chon erwähnt, ist zur Vakuumerzeugung ein Rohr 16 vorgesehen. Am oberen Ende der Vakuumkammer 4 ist ein Auge 17 befestigt, das zum Anheben am Ende des Verfahrens dient.As already mentioned, a tube 16 is provided for generating a vacuum. At the The upper end of the vacuum chamber 4 has an eye 17 attached to it that can be lifted at the end of the procedure.
Zu Beginn des Entgasens kann es vorteilhaft sein, den Behälter 7 auf ein höheres Niveau als das normale Betriebsniveau des Auslaßkanales 13At the beginning of the degassing, it can be advantageous to open the container 7 on higher level than the normal operating level of the outlet channel 13
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anzufüllen. Dies kann durch einen geeigneten, entfernbaren Stopfen 18 erfolgen. Wenn ein aus reichender Durchfluß durch die Entgasungs kammer 4 stattfindet, wird der Stopfen 18 entfernt und das flüssige Metall fließt frei aus. In der Regel ist die Höhe des Metalles in dem Ringraum auf der Einlaßseite etwas höher als auf der Auslaßseite.to be filled. This can be done by means of a suitable, removable plug 18 take place. If a sufficient flow through the degassing chamber 4 takes place, the plug 18 is removed and the liquid metal flows freely. As a rule, the height of the metal in the annulus is somewhat higher on the inlet side than on the outlet side.
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