DE1758777A1 - Verfahren und Giessmetallzufuehrung zum Stranggiessen von Metall,insbesondere von Stahl - Google Patents

Description

Verfahren und Gießmetallzuführung zum Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine besonders günstige Ausbildung einer Gießmetallzuführung zum Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl, aus einem Zwischenbehälter in eine gekühlte Durchlaufgießform bei gleichzeitigem Einleiten des Flüssigmetalls unterhalb des Gießspiegels.

Es sind Bestrebungen im Gange, den Stahl beim Stranggießen so intensiv in der Kokille zu kühlen, daß der Strang ohne den nachteiligen flüssigen Kern aus der Durchiaufgießform tritt. Der Nachteil des mit einer erstarrten Schale austretenden Stranges besteht in einer unzureichenden Festigkeit, wobei Aufbauchungen zwischen zwei den Strang stützenden Rollen vorkommen. Im weiteren Verlauf kühlt sich der Strang um ein gewisses Maß ab und durchläuft das nächste Rollenpaar, dessen Abstand jedoch nicht auf die Ausbauchung eingestellt sein kann. Der Strang quetscht sich durch den engeren Spalt und erleidet in seinem Innern Risse, die nicht immer

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verschweißen, wenn sie bis in die Außenhaut reichen.

Selbst wenn dieser Vorgang nicht in seiner extremen Form auftritt, so stellt an und für sich schon der oft etliche Meter lange flüssige Kern den Grund für besondere Maßnahmen der Stützung und sekundären Kühlung dar. Daraus ergeben sich die bekannten, im Grunde aufwendigen Stützrollengerüste. Einen im Innern noch nicht völlig erstarrten Strang zu biegen, birgt ebenfalls ein Risiko in sich, so daß dies erst nach der Sekundärkühlstrecke erfolgen kann. Aus den einzelnen Kühl-, Stütz-, Biege- und Riehtvorrichtungen entsteht eine ziemlich lange und auch hohe Anlage, die, was wegen den großen Kosten erwünscht wäre, der Fachmann gerne gedrungener bauen würde. Andere Anstrengungen, den Strang aus der Gießhitze heraus zu verformen, sind gegenwärtig Gegenstand von Überlegungen, an der geeigneten Stelle die Verformungsmaschine einzusetzen. Auch hierfür wäre eine kurze Bau-' weise der bisherigen Anlagen günstiger. Solange jedoch die Abkühlungsgeschwindigkeit bzw. die pro Zeiteinheit abgeführte Wärmemenge nicht gesteigert werden kann, besteht keine Aussicht, den Gießsumpf zu verkürzen und somit die Durcherstarrung schneller zu bewirken. Eine bekannte Lösung schlägt vor, elektromagnetische Wechselfelder einzusetzen, um durch ein Umrühren des Gießmetalls in der oberen Zone der Durchlauf-

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gießform mittels des Magnetflusses ein schnelleres Wärmetransportieren aus der Mitte nach den Randbereichen zu erreichen. Unter geeigneten· Umständen und Mitteln sowie einer durchdachten Verfahrensweise mag der gewünschte Erfolg auch ■ eintreten. Die vorliegende Erfindung beschreitet jedoch nicht den Weg der elektromagnetischen Lösung, sondern einer einfachen, gewissermaßen rein mechanischen, der in seinem Aufwand geringer sein soll. *λ

Die Aufgabe der Erfindung stellt sich deshalb mit dem Ziel, auf mechanischem Wege innere Strömungen in der Durchlaufgießform derart zu erzeugen, daß eine intensivere Kühlung stattfindet, so daß der bisher als ein Kriterium des Stranggießens empfundene lange Gießsumpf entfällt. Die Anlage würde sich entsprechend grundlegend verändern, weil ein Stützwalzengerüst nicht mehr notwendig ist oder nicht mehr in der bekannten Form. Jedoch sind derartige Verbesserungs- ^ Vorschläge deshalb nur Aufgabenstellungen geblieben, weil das Hemmnis der Wärmeabfuhr aus dem flüssigen Teil des Gießstranges durch den bereits erstarrten Teil hindurch als unüberwindbar gilt.

Aufgrund der Erfindung kann nunmehr dieses Problem grundlegend gelöst werden. Das Verfahren besteht darin, daß das Gießmetall in zumindest einem Höhenabschnitt der Durchlaufgießform in die Richtung der Randzonen des Gießquerschnittes mit 109817/0582 _0Rle„_sre0TED ^

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Hilfe der Fallenergie und/oder durch Fremdenergie gelenkt wird. Die Länge des Erstarrungsweges von Stahlsträngen ist von der Geschwindigkeit des Überganges der Wärme aus dem flüssigen Stahl in das Kühlmittel abhängig. Die Kühlmitteltemperatur und -Geschwindigkeit sowie die Kokillenwandstärke sind gegeben. Somit ist die Wärmeübergangszahl zwischen der inneren Oberfläche der Kokille und der Strangoberfläche nicht beeinflußbar. Dagegen ist die Wärmeübergangszahl zwischen den noch flüssigen inneren Volumenteilen des Stranges und seiner teigigen bzw. erstarrten Schale anhand des nunmehr aufgezeigten Erfindungsverfahrens beeinflußbar. Sie setzt sich aus zwei Anteilen, der Wärmeleitung und der Wärmekonvektion zusammen. Von diesen beiden ist die Wärmekonvektion über die Schmelzenbewegung beeinflußbar geworden. Innerhalb einer ruhenden Schmelze, die von einer fast gleich warmen teigigen bzw. erstarrten Schale umgeben ist, findet ein Wärmeausgleich durch Konvektion kaum statt. Innerhalb eines solchen Systems wird die Wärme deshalb hauptsächlich durch Leitung nach außen transportiert. Durch die künstliche Konvektion gemäß dem aufgezeigten Verfahren, also beispielsweise durch ein turbulentes Umrühren, kann der Anteil der Konvektion der Wärme soweit erhöht werden, daß er ein Vielfaches der Wärmeleitung ausmacht.

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Durch Kühlwirkung bereits in erstarrtem oder halberstarrtem Zustand überführtes Gießmetall in den Randzonen des Querschnittes erfährt demgemäß eine erneute Aufheizung, das heißt es wird ihm Wärme zugeführt, was nichts anderes bedeutet, als daß diese Wärme aus dem Innern des Querschnittes besser nach außen gelangt als bisher. Diese Methode wendet sich demnach von einem senkrechten, zentrischen Eingießen ab, ohne Jedoch den Gießspiegel aufzuwühlen, d. h. dort die Gefahr der Einmischung von Luft zu schaffen. Die Temperatur vergleichmäßigt sich während des Absinkens über den Querschnitt immer mehr, wodurch der Vorteil erreicht ist, plötzlich mit einer Höhenschicht des Gießmetalls in den Bereich des Soliduspunktes zu gelangen, in dem ein beinahe schlagartiges Erstarren zu erzielen ist* Ein solcher Effekt ist vom sogenannten Wood* sehen Metall her derart bekannt, daß dort bei Erreichen des Solidus-Punktes durch einen kurzen Schlag auf die Behälterwandung schockartig die Dureherstarrung herbeigeführt werden kann. Wenn bei Stahl auch nicht derselbe Abkühlungs-Kurvenverlauf vorliegt, weil andere Stoffe ein solches Verhalten erschweren, so besteht doch grundsätzlich die Möglichkeit, erst schnell auf den Solidus-Punkt zuzusteuern, dann aber vorsichtig und über

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den gesamten Querschnitt bei gleichem Temperaturprofil eine Erstarrung vorzubereiten. Der wesent-• liehe Vorzug des Verfahrens liegt in der Verhinderung des. Ansetzensvon erstarrtem Material an den Wandungen der Durchlaufgießform. Das Abspülen, Wiederaufheizen der Strangschale innerhalb der Durchlaufgießform ermöglicht die durch das hohe spezifische Gewicht von Stahl begründete hohe Bewegungsenergie. Deren Ausnutzung kann nach einer Verbesserung so erfolgen, daß das Gießmetall mit in Umfangsrichtung und schräg zur Stranglaufrichtung verlaufenden Kraftkomponenten eingeleitet wird. Die Wirkung setzt sich bis in größere Badtiefe durch und hört gleichermaßen als verzehrte Energie dort auf, wo eine Beruhigung der Strömung eintreten soll und durch den erhöhten Wärmeentzug wegen der größer werdenden Viskosität auch eintritt.

Das erfindungsgemäße Stranggießverfahren besitzt ferner den Vorzug, allen Anforderungen hinsichtlich der metallurgischen Grundbedingungen für das Abgießen von Edelstahlen beispielsweise von Schnellarbeitsstählen gerecht zu werden. Derartige, karbidische Stähle, die langsam abkühlen, besitzen meist wegen der zu langen Abkühlungszeit ein grobes Korngefüge. Ein solches ist jedoch bei den Schnellarbeltsstählen unbrauchbar und es gelingt nur dann hoch- bzw. höchstlegierte Stähle abzugießen, wenn die Erstarrungsfront im Strangquer-109817/0582

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schnitt sich etwa kalottenförmig erzeugen läßt, d. h. daß die Winkel zwischen zwei gegenüberliegenden Konusschrägen eines noch vorhandenen Gießsumpfes sehr groß werden, wobei Winkel in der Größenordnung von 120 ° und mehr anzustreben sind,

_t Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner vorteilhaft derart ausgeübt werden, daß das Gießmetall mit in Umfangsrichtung bzw. senkrecht zum Strangverlauf und schräge zur Stranglaufrichtung verlaufenden Kraftkomponenten eingeleitet wird.

Das Verfahren bedient sich zu seiner Ausübung einer Gießmetallzuführung mit einem an einen Zwischenbehälter angeschlossenen, bis unter den Gießspiegel in der Durchlaufgießform reichenden Tauchrohr, weil bei solchem die Zufuhr von Luft unterbunden wird und der Gießstrahl nicht der Reoxydatlon in seinem affinitiven Zustand ausgesetzt ist. Im Gegensatz zum Bekannten sieht die Erfindung vor, daß das Tauchrohr eine oder mehrere, gegen die Wandung der Durchlaufgießform gerichtete Ausflußöffnungen, Kanäle oder dergleichen aufweist und einen BodenVerschluß besitzt. Die seitlich aus dem Tauchrohr tretenden Strömungen erfahren an den Wänden eine Umlenkung entsprechend ihrem Auftreffwinkel, Geschwindigkeit, Querschnitt und Menge. Dabei ist es günstig, daß die Richtung des im Tauchrohr angeordneten Kanals in oder entgegen der

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Gießrichtung geneigt verläuft.

Eine Zuströmung über den Boden ist ausgeschlossen. Um so stärker werden deshalb die Randbereiche beaufschlagt.

Die beabsichtigten Strömungen können nunmehr noch erheblich verstärkt werden. Hierzu dient zunächst die weitere, vorteilhafte Maßnahme, daß das Tauchrohr zumindest innen konisch, in-Form eines Diffusors ausgebildet ist. Nach unten* fortschreitende Viskositätserhöhung kann teilweise durch höheren Druck in der Schmelze ausgeglichen werden. Unterschiedlich große Ausström-Öffnungen am Tauchrohr bieten ebenfalls Unterstützung, eine möglichst große Gießmetall-Menge nach unten und dann seitwärts strömen zu lassen.

Der folgende Teil der Erfindung beschäftigt sich mit zusätzlichen Maßnahmen, im Kern des Stranges von Anfang an eine erhöhte Wärmeentziehung vorzunehmen, also der Schwierigkeit entgegenzutreten, ein stark ungleiches Temperaturprofil zwischen Querschnittsrand und -Mitte zu erhalten. Diese

gewissermaßen eingeschlossene Wärmemenge kann man entziehen. Erfindungsgemäß bedient man sich einer zentrisch im Tauchrohr heb- und senkbaren und/ oder rotierbar angeordneten Kühllanze, deren

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Schaft und Kopf hohl und von Kühlmittel durchströmt sind. Die zentrisehe Anordnung ergibt einen kreisringförmigen Querschnitt, so daß der Weg des Gießmetalls nach außen vorgeschrieben ist. Heben und Senken der Kühllanze dient einerseits zum Verändern des ZulaufquerschnittS₉ andernseits zur richtigen Höheneinstellung innerhalb der Durchlaufgießform. Das Rotieren verhindert Ansätze an der Lanze und bringt den Doppelvorteil, daß bei größerer Drehgeschwindigkeit Metallteilchen nach außen an die Durchlaufgießform-Wandung geschleudert, zumindest gedrückt werden. Die sich drehende Lanze läßt aber auch eine intensive Berührung mit der Vielzahl von Metall-Teilchen zu.

Es versteht sich eine praktisch brauchbare und allen Betriebsforderungen gerecht werdende Lanze dann, wenn diese während des Einsatzes auch durch eine andere ersetzt werden kann und wenn eine solche fertigungstechnisch leicht herstellbar ist. Es ist deshalb zweckmäßig, daß der Schaft der Lanze von konzentrisch angeordneten, von Rippen auf Distanz gehaltenen Rohren gebildet ist, an dem sich der Kopf mit größerem Durchmesser, aber kleinerem als der Innendurchmesser des Tauchrohres anschließt,

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Geringe Ansätze an der Lanze und eine gute Wärmeleitfähigkeit zeichnen eine solche Lanze dann aus, wenn diese aus Kupferrohren an Schaft und Kopf gebildet ist.

Das Gießmetall kann keine Abschreckung nach dem Einfüllen in die Durchlaufgießform ertragen, wenn ein vergleichmäßigtes Temperaturbild entstehen soll. Nach der Erfindung gelangt nur eine mäßige Abkühlung'zur Anwendung. Die Gießmetallzuführung in Kombination mit der Kühllanze betreibt man deshalb vorzugsweise so, daß als Kühlmittel Wasserdampf überhitzten Zustandes durch die Kühllanze geleitet wird. Eine erste Abkühlung erfolgt an und für sich schon im Tauchrohr vom Spiegel des Zwischenbehälters bin zur Fallhöhe des Durchlaufgleßform-Badspiegels, eine zweite dann intensiver durch die Lanze in Verbindung mit der üblichen Kühlwirkung der Durchlaufgießform. Der Einsatz der Kühllanze beeinträchtigt in keiner Weise die Oszillationsbewegung der Durchlaufgießform. Die Kühllanze kann unter Umständen mit Rippen, Vorsprüngen und dergleichen versehen werden, um einen genauen Transport des Gießmetalls zu bewerkstelligen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und im

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Folgenden näher erläutert:

Figur 1 stellt einen senkrechten Achsenschnitt durch eine Verteilerrinne mit Tauchrohr und Durchlaufgieß- ■ form dar.

Figur 2 ist dieselbe Ansicht mit abgeändertem Tauchrohr.

Figur 3 entspricht im Schnitt den Figuren 1 und 2 und enthält die Kühllanze.

Aus einer weiter nicht gezeichneten Gießpfanne gelangt flüssiger Stahl, beispielsweise mit einer Temperatur von über 1500 ⁰C im Gießstrahl

die Verteilerrinne 2, in der Schlacke abgehalten wird und Unregelmäßigkeiten im Zufluß ausreguliert werden. An die Verteilerrinne 2 schließt sich direkt das Tauchrohr 3 an. Bei entsprechender Zuflußgeschwindigkeit steigt der Gießspiegel 4 auf das gezeichnete Niveau in der Durchlaufgießform 5. Letztere ist wassergekühlt mittels der Wasserkammern 6 und der Zu- bzw. Abflüsse 8 und 9. Die Wasserkammern beaufschlagt man im Gegen- oder Gleichlaufbetrieb mit dem Gießstrang 10, Das Lösen des Gießstranges 10 aus der Durchlaufgießform 5 besorgt ein üblicher Exzenter- oder Hebel-Oszillations-Antrieb 11, der eine hin- und hergehende Bewegung erzeugt. Am Tauchrohr 3 befinden sich öffnungen 12 vor einem Boden 13. Das Gießmetall l4, hier Stahl, strömt durch diese öffnungen 12 gegen die Wandungen 15 aus Kupferplatten. Hierbei spülen

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etwa wie bei l6 gezeigte Ansätze erstarrten oder halberstarrten Metalls ab und erreichen wieder den flüssigen Zustand. Die Umlenkung der aus den öffnungen 12 gelangenden Strömungen 17 geschieht zu gleichen oder ungleichen Teilen 18 und 19 entlang der Wandungen 15.

Das Gießmetall 14 kühlt sich über den horizontalen Querschnitt der Durchlaufgießform 5 bei stetigem Absinken immer mehr ab bis zum Niveau 20, wo etwa ein Temperaturpunkt erreicht ist, der dem Soliduspunkt entspricht. Ab diesem Zustand tritt laufende Erstarrung ein, so daß der Strang 10 völlig durcherstarrt aus der Durchlaufgießform 5 tritt. Es bildet sich dann etwa eine Erstarrungsfront 21 aus, nach der höchstens noch eine Mischzone flüssig / erstarrt auf kurzem Stück vorübergehend vorhanden ist.

Die Kühlung nach Figur 2 gestaltet sich noch intensiver. Das Tauchrohr 3 weist einen konischen Mantel 22 auf. In verschiedenen Höhenlagen befinden sich öffnungen 23, 2h und 25, deren Größe unterschiedlich gestaltet ist. In höherer Lage strömt Gießmetall I²J geringerer Viskosität leichter aus, dagegen in tieferer Lage zäher, so daß eine statische Druckerhöhung zusammen mit stark vergrößerter öffnung auch Querströmungen 26 unterstützen. Es versteht sich, daß die Eintauchtiefe des Tauchrohres 3 von der

Gießspiegelregelung abhängt. Auch im Ausführungs-1098 17/0582

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beispiel nach Figur 2 bildet der Boden 13 den erforderlichen Abschluß, um das Einströmen nach unten zu vermeiden.

In Figur 3 besitzt das Tauchrohr 3 keine öffnungen, sondern bildet mit der Kühllanze 27 einen Ringkanal 28, der je nach Höhenstellung der Kühllanze größer oder kleiner im Querschnitt eingestellt sein kann. Dadurch ist ein weiteres Mittel zur Gießspiegelregelung gegeben, so daß bei tiefer stehendem Kühllanzenkopf 29, etwa in der strichpunktiert gezeichneten Lage 29 die Gießgeschwindigkeit sehr groß sein kann, wenn auch der Gießspiegel 4 dann seine Höhe beibehält. Die Richtung des Kanals 28 bestimmt die Richtung der Strömung 30, die in jedem Fall nach außen verlaufende Kraftkomponenten aufweist. Das Treiben des Gießmetalls 14 in die Randbereiche des Querschnitts der Durchlaufgießform 5 fördert man durch/feine Drehbewegung 31 der gesamten Kühllanze 27 beliebig stark, je nach der eingestellten Drehzahl. Aber auch die Kühlwirkung der Kühllanze 27 kann durch Hochheben gedämpft werden.

Die Kühllanze 27 ist aus einem Kopf 29 gebildet, an den das Außenrohr 32 beispielsweise durch Hartlöten angeschweißt ist. Das zentrische Innenrohi* 33 und das Außenrohr 32 stehen über Rippen

34, die strömungsgünstig ausgebildet sind, mit-109817/0582

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einander in Verbindung. Das Innenrohr 33 dient der Zuleitung von Dampf oder anderen unter der Temperatur des Gießmetalls 14 stehenden Gasen, in geringerem Umfang auch von Flüssigkeiten. Alle Kühlmittel strömen im Außenrohr 32 zu ihrer Entnahmestelle zurück. Je nach der gewünschten Abkühlung kann der Kühlmittelkreislauf auch umgekehrt gewählt sein. Dann strömt das Kühlmittel im Gleichlauf mit dem Gießmetall durch das Außenrohr 32. Das Verfahren arbeitet im wesentlichen wie bereits beschrieben, jedoch mit dem Unterschied, daß der Gießquerschnittskern ganz energisch gekühlt wird, je nach der Temperatur des Kühlmittels. Diese Kühlung läßt sich erforderlichenfalls schreit treiben, daß zuerst ein Erstarren des Kernes eintritt, also sich die Erstarrungsfront 35 wie gezeichnet nach unten gewölbt ausbildet und die bis zum Erstarren außen noch abzuführende Wärme bequem über die Durchlaufgießform-Wandungen 15 abgezogen werden kann. Entsprechend gestaltet sich auch die Form der Zone fest/flüssig, mit 36 bezeichnet.

Es ist kennzeichnend für das Verfahren, daß vom Badspiegel 37 der Verteilerrinne 2 bis zum Gießspiegel 4 im Bereich "A" (Figur 3) ein nur geringer Wärmeentzug stattfindet, dann aber im Bereich ^wB^tt intensiv Wärme entzogen wird und danach ein mäßiges Herantasten im Bereich "C an den Soliduspunkt der Abkühlungskurve von Stahl

stattfindet. 109817/0582

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Claims (9)

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Patentansprüche

1". Verfahren zum Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl aus einem Zwischen-, behälter in eine gekühlte Durchlaufgießform bei gleichzeitigem Einleiten des Flüssigmetalls unterhalb des Gießspiegels, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gießmetall in zumindest einem Höhenabschnitt der Durchlaufgießform in die Richtung der Randzonen des Gießquerschnittes mit Hilfe der Fallenergie urld/oder durch Fremdenergie gelenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Gießmetall mit in ümfangsrichtung bzw. senkrecht zum Strangverlauf und schräge zur Stranglaufrichtung verlaufenden Kraftkomponenten eingeleitet wird.

3. Gießmetallzuführung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und£ mit einem an einen Zwischenbehälter angeschlossenen, bis unter den Gießspiegel in der Durchlaufgießform reichenden Tauchrohr dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (3) eine oder mehrere gegen die Wandung (15) der Durchlaufgießform (5) gerichtete Ausflußöffnungen, Kanäle (12, 13, 2*1, 25,28) oder dergleichen aufweist und einen Bodenverschluß

(13) besitzt.

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4. Gießmetallzuführung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des im Tauchrohr (3) angeordneten Kanals (28) in oder entgegen der Gießrichtung geneigt verläuft.

5. Gießmetallzuführung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr zumindest innen ■ konisch, in Form eines Diffusors (28) ausgebildet ist,

6. Gießmetallzuführung nach Anspruch 3 gekennzeichnet durch eine zentrisch im Tauchrohr (3) heb- und senkbare und/oder rotierbar angeordnete Kühllanze (27), deren Schaft (32, 33) und Kopf (29) hohl und von Kühlmittel durchströmt sind.

7. Gießmetallzuführung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (32, 33) der Lanze (27) von'konzentrisch angeordneten, von Rippen (3*0 auf Distanz gehaltenen Rohren (32, 3.3) gebildet ist, an dem sich der Kopf (29) mit größerem Durchmesser, aber kleinerem als der Innendurchmesser des Tauchrohres (3) anschließt.

8. Gießmetallzuführung nach den Ansprüchen 6 und 7 gekennzeichnet durch aus Kupferrohren gebildetem

■ Schaft (32, 33) und Kopf (29) der Kühllanze (27).

9. Verfahren zum Betreiben der Kühllanze nach, den Ansprüchen 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel Wasserdampf überhitzten Zustandes durch

*"'■■ die Kühllanze geleitet wird.

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