DE2934448A1

DE2934448A1 - Verwendung eines kuehlkreislaufs fuer die verdampfungskuehlung eines schachtofens

Info

Publication number: DE2934448A1
Application number: DE19792934448
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1979-08-25
Filing date: 1979-08-25
Publication date: 1981-03-26
Also published as: EP0025133A1; JPS5633408A

Description

Hoesch Werke AG, Eberhardstraße 12, ^Jt6OC Dortmund Verwendung eines Kühlkreislaufs für die Verdampfungskühlung eines Schachtofens

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Kühlkreislaufs für die Verdampfungskühlung eines Schachtofens, insbesondere eines Hochofens, unter Naturumlauf des Küh3nsdiums mit einer Vielzahl von übereinander und nebeneinander über die Ofenhöhe bzw. -breite verteilten Kühleinheiten, wovon jede für sich in Parallelschaltung an einen gemeinsamen Dampf-Flüssigkeits-Abscheider über eine gemeinsame, zumindest im wesentlichen vertikal verlaufende Fall- und Steigleitung für die Ein- bzw. Fortleitung des Kühlmediums in die Kühleinheiten bzw. von ihnen fort angeschissen ist.

Die Kühleinheiten eines solchen Kühlkreislaufs sind zwischen der Ofenausmauerung und dem Ofenpanzer angebracht und schützen sowohl Ofenausmauerung als auch Ofenpanzer gegen zu hohe Temperaturen.

Im Falle der Verdampfungskühlung ist das über die Falleitung in flüssiger Form, insbesondere als Kühlwasser, heranströmende Kühlmedium unter Eir.wifcung der vom Ofeninneren her herangeführten Wärme einer Verdampfung unterworfen. Infolge des bei der Umformung des KUhlmediums von der flüssigen Phase in die Dampf-Flüssigkeits-Phase unter Ausnutzung der Umwandlungswärme stattfindenden großen Wärmeentzugs ist die Verdampfungskühlung durch eine große Kühlwirkung ausgezeichnet. Wird die Verdampfungskühlung unter Naturumlauf des Kühlmediums durchgeführt, wird der durch die Dampfblasenbildung erhöhte Auftrieb in der Steigleitung des Kühlkreislaufs ausgenutzt. Indem das Kühlmedium durch den Kühlkreislauf ausschließlich im Naturumlauf hindurchströmt, ist andererseits das mit einem Zwangsumlauf

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des Kühlmediums verbundene Risiko des Pumpenausfalls, z.B. infolge mechanischer oder elektrischer Störungen der Stromversorgung der Pumpen, ausgeschlossen. Demgemäß ermöglicht die mit Naturumlauf durchgeführte Verdampfungskühlung, jedenfalls theoretisch, eine intensive Kühlung des Ofens.

E ei der praktischen Anwendung der bekannten Kühlkreisläufe für die Verdampfungskühlung unter Naturumlauf des Kühlmediums ergeben sich jedoch besondere Probleme dadurch, daß die Dampfbildung in starkem Maße Pulsationen, insbesondere auch innerhalb der Kühleinheiten, unterworfen ist. Diese Pulsationen haben große Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums in den Kühleinheiten zur Folge. Es kann sich, vor allem in den hoch wärmebelasteten Teilen des Ofens, sogar ein zeitweiser Strömungsstillstand ergeben, der zu. örtlichen überhitzungen und dadurch bedingten Zerstörungen von Kühleinheiten Anlaß geben kann.

Es sind verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden, die im Falle der Verwendung eines Kühlkreislaufs für die Verdampfungskühlung eines Sehachtofens unter Naturumlauf des Kühlmediums die Gefahr der Zerstörung der Elemente des Kühlkreislaufs, insbesondere seiner Kühleinheiten, ausschließen sollen, ohne daß diese Maßnahmen jedoch vollauf befriedigen könnten.

Bei der DE-OS 21 06 682, aus der die eingangs beschriebene Verwendung eines Kühlkreislaufs für die Verdampfungskühlung eines Schachtofens, insbesondere eines Hochofens, unter Naturumlauf des Kühlmediuins bekannt ist, wobei der Kühlkreislauf eine Vielzahl von übereinander und nebeneinander über die Ofenhöhe und -breite verteilten Kühleinheiten umfaßt, wovon jede für sich in Parallelschaltung an einem gemeinsamen Dampf-Flüssigkeits-

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Abscheider über eine gemeinsame, zumindest im wesentlichen vertikal verlaufende Fall- und Steigleitung für die Ein- bzw. Fortleitung des Kühlmediums in die Kühleinheiten bzw. von ihnen fort angeschlossen ist, ist denn auch darauf verzichtet, Maßnahmen zur Verhinderung der Dampfbildung innerhalb der Kühleinheiten vorzusehen. Hier ist der Kühlkreislauf so ausgelegt, daß das in die Kühleinheiten einströmende Wasser unter dem Einfluß der Wärmezufuhr beim Austritt aus den Kühleinheiten vollkommen in ein Dampf-Wasser-Gemisch verwandelt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der eingangs erwähnten Verwendung eines Kühlkreislaufs für die Verdampfungskühlung eines Schachtofens, insbesondere eines Hochofens, unter Naturumlauf des Kühlmediums die Möglichkeit zum Auftreten von Pulsationen der Dampfbildung innerhalb de ? Kühleinheiten und damit die Gefahr der Zerstörung der Kühleinheiten zu vermindern oder möglichst vollständig auszuschließen.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Kühlkreislaufs für die Verdampfungskühlung eines Schachtofens, insbesondere eines Hochofens, unter Naturumlauf des Kühlmediums mit einer Vielzahl von übereinander und nebeneinander über die Ofenhöhe bzw. -breite verteilten Kühleinheiten, wovon jede für sich in Parallelschaltung an einem gemeinsamen Dampf-Flüssigkeits-Abscheider über eine gemeinsame, zumindest im wesentlichen vertikal verlaufende Fall- und Steigleitung für die Ein- bzw. Fortleitung des Kühlmediums in die Kühleinheiten bzw. von ihnen fort angeschlossen ist, wobei die Gesamtmenge des in jede Kühleinheit ausschließlich in flüssiger Form einleitbaren Kühlmediums in Abstimmung an die der Höhe nach unterschiedlichen hydrostatischen Druckbedingungen und Wärmeangebote vom Ofeninneren her so bemessen ist, daß das Kühlmedium zumindest zum weitaus überwiegenden Teil, vorzugsweise vollständig lediglich

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außerhalb der Kühleinheiten nach deren Durchtritt verdampft.

Der Erfindung liegt damit der Gedanke zugrunde, daß die Dampfbildung innerhalb der Kühleinheiten allein durch geeignete Bemessung der Gesamtmenge des in jede Kühleinheit einleitbaren Kühlmediums weitgehend öler sogar vollständig ausgeschlossen werden kann. Und zwar kann die Verdampfung des Kühlmediums auch innerhalb einer hochwärmebelasteten Kühleinheit allein dadurch vollständig ausgeschlossen sein, daß die Gesamtmenge des in die Kühleinheit einleitbaren Kühlmediums und damit das Volumen des Aufnahraeraums der Kühleinheit für das Kühlmedium klein genug gewählt ist.

Es empfiehlt sich, daß das Kühlmedium in jede Kühleinheit durch eine in ihrem unteren Bereich vorgesehene Eintrittsöffnung eingeleitet und von ihr durch eine in ihrem oberen Bereich vorgesehene Austrittsöffnung fortgeleitet wird.

Es wird außerdem bevorzugt, daß die Kühleinheiten zumindest zu einem wesentlichen Teil aus mehreren einzelnen Kühlelementen mit vorzugsweise jeweils gleich großem Aufnahmeraum für das Kühlmedium gebildet sind. Indem bei den Kühleinheiten eine Zusammenfassung von einzelnen Kühlelementen erfolgt, kann die erfindun£?sgemäße Anpassung der in eine Kühleinheit einführbaren Kühlmedium-Gesamtmenge auf einfache Weise über die Anzahl der zu der jeweiligen Kühleinheit zusammengefaßten Kühlelemente durchgeführt werden. Infolge der Verwendung einzelner Kühlelemente mit gleich großem Aufnahmeraum ist zudem der Kostenaufwand bei der ersten Erstellung des Kühlkreislaufs sowie bei dessen Ausbesserung im Falle von Beschädigungen gering gehalten, da so in weitem Umfang ein gegenseitiger Austausch von Kühlelementen möglich ist.

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Die erfindungsgemäße Lehre kann unter Anwendung von Kühleinheiten, die zumindest zu einem wesentlichen Teil aus einzelnen Kühlelementen gebildet sind, auf vorteilhafte Weise dadurch verwirklicht sein, daß Kühleinheiten jeweils aus mehreren solcher einzelnen Kühlelemente zusammengesetzt sind, wobei die Kühlelemente übereinander angeordnet, unmittelbar aneinander angeschlossen und nacheinander von unten nach oben vom Kühlmedium beaufschlagt sind und wobei die Anzahl der zu einer Kühleinheit gehörigen Kühlelemente in Abstimmung an die der Höhe nach unterschiedlichen hydrostatischen Druckbedingungen und Wärmeangebote vom Ofeninneren her gewählt ist.

Die im Bereich der Blasformen eines Schachtofens außerordentlich hohen Wärmebelastungen verlangen besondere Maßnahmen in bezug auf die Gleichmäßigkeit der Kühlung. Nach der Erfindung bestehen diese Maßnahmen darin, daß die Anzahl der einzelnen Kühlelemente im Falle einer im Bereich der Blasformen des Ofens gebildeten Kühleinheit kleiner ist als in den übrigen Ofenbereichen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die in einer Höhe nebeneinander liegenden Kühleinheiten zu je einer Kühlscheibe zusammengefaßt, wobei jeder Kühlscheibe eine ihren Kühleinheiten gemeinsame, an die Falleitung angeschlossene Zufuhrleitung und eine ihren Kühleinheiten gemeinsame, an die Steigleitung angeschlossene, als Überströmsammler ausgebildete Abfuhrleitung zugeordnet ist, an die die Kühleinheiten der Kühlscheibe in Parallelschaltung angeschlossen sind. Die Aufteilung der Kühleinheiten in der Höhe in mehrere Kühlscheiben mit von-

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einander getrennten Zu- und Abfuhrleitungen führt zur Ausschließung, zumindest deutlichen Verringerung des Übertritts größerer Dampfmengen in obenliegende Kühleirüi^iten von untenliegenden Kühleinheiten her.

In Verbindung mit dem vorerwähnten Merkmal wird es bevorzugt, daß zumindest die mittleren Zufuhr- und Abfuhrleitungen der Kühlscheiben horizontal und in Höhe der Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen der Kühleinheiten der jeweiligen Kühlscheibe verlaufen und in den entsprechenden Höhenbereichen an der Fall- bzw. Steigleitung angeschlossen sind. Auf diese Weise wird eine für die Kühlwirkung günstige Verteilung der Kühleinheiten in der Horizontalen über den Ofenumfang auch bei ungleichmäßiger Wärmeentwicklung im Ofeninneren erreicht.

Es wird vorgezogen, daß zumindest zwei Kühlscheiben gebildet sind, wovon sich eine ober etwa den Höhenbereich der Blasformen des Ofens erstreckt. In diesem Fall ist den außerordentlich hohen V/ärmebelastungen im Bereich der Blasformen auf einfache Weise Rechnung getragen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht jedes einzelne Kühlelement aus einer metallischen Platte, vorzugsweise aus Gußeisen, mit einem innenseitig eingebauten Poinlrohr für das Kühlmedium.

Der Gegenstand der Erfindung ermöglicht unter geringem Erstellungs- und Ausbesserungsaufwand für den Kühlkreislauf größte Kühlwirkung bei weitgehendem Schutz der Kühleinheiten gegen Beschädigungen infolge von Pulsationen der Dampfbildung in ihrem Inneren. Er stellt sicher, daß die Zahl und Länge der für den Kühlkreislauf einzusetzenden Rohrleitungen gering ge-

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ring gehalten werden kann. Dabei besteht ein wesentlicher Vorteil darin, daß ein bereits erstellter, mit einem Kühlkreislauf ausgerüsteter Ofen mit einfachen Mitteln entsprechend dem Gegenstand der Erfindung umgerüstet werden kann, auch unabhängig von der Konstruktion der Kühleinheiten und der Führung des Kühlmediums innerhalb der Kühleinheiten, insbesondere allein durch Zusammenfassung von eingebauten einzelnen Kühleinheiten bzw. Kühlelementen zu Kühlscheiben unter Anbringung von horizontal verlaufenden Zufuhr- und Abfuhrleitungen für das Kühlmedium.

Die erfindungsgemäße Lehre wird im nachfolgenden anhand eines in der Zeichnungsfigur im Schema veranschaulichten Kühlkreislaufs für einen Hochofen verdeutlicht, wie er nach dem Gegenstand der Erfindung zur Anwendung kommen kann.

Der mit Kühlwasser betriebene Kühlkreislauf um.'"aßt einen obenliegenden Dampf- Wasser xxx -Abscheider 1, an dem über eine Falleitung 2 und eine Steigleitung 3 eine Vielzahl von übereinander und nebeneinander über die Ofenhöhe bzw. -breite verteilten Kühleinheiten 4 angeschlossen ist. Der Dampf-Wasser-Abscheider 1 dient zugleich als Wasservorrat, wobei in den Dampf-Wasser-Abscheider 1 in an sich bekannter V/eise Kühlwasser nachgespeist werden kann.

Jede Kühleinheit 4 ist aus mindestens zwei einzelnen, untereinander gleichen Kühlelementen 4a mit jeweils gleich großem Aufnahmeraum für das Kühlmedium gebildet. Das Kühlmedium tritt^Ln jede Kühleinheit 4 in flüssiger Form durch eine in ihrem unteren Bereich vorgesehene Eintrittsöffnung 5 ein und von ihr durch eine in ihrem oberen Bereich vorgesehene Austrittsöffnung 6 wieder aus, ebenfalls in flüssiger Form, jedoch nach Aufwärmung durch die zur Kühleinheit 4 vom Ofeninneren her herantrans-

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portierte Wärme.

Die Kühlelemente 4a jeder Kühleinheit 4 sind übereinander angeordnet und unmittelbar aneinander angeschlossen. Sie werden nacheinander von unten nach oben vom Kühlmedium beaufschlagt.

Die in einer Höhe nebeneinander liegenden Kühleinheiten 4 sind zu insgesamt drei Kühlscheiben A, B, C zusammengefaßt ,wobei jede Kühleinheit 4 der Kühlscheibe A drei Kühlelemente 4a, jede Kühleinheit 4 der Kühlscheibe B zwei Kühlelemente 4a und jede Kühleinheit 4 der Kühlscheibe C vier Kühlelemente ¹Ia umfaßt. Die Kühlscheibe B ist nur im Bereich der Blasformen des Ofens erstreckt. Es ergibt sich, daß die Anzahl der einzelnen Kühlelemente 4a der im Bereich der Blasformen des Ofens gebildeten Kühleinheiten 4 kleiner ist als der in den übrigen Ofenbereichen gebildeten Kühleinheiten 4.

Jeder Kühlscheibe A, B, C ist je eine ihren Kühleinheiten 4 gemeinsame, an die Palleitung 2 angeschlossene Zuführleitung 7 und je eine ihren Kühleinheiten 4 gemeinsame, an die Steigleitung 3 angeschlossene, als Überströmsammler ausgebildete Abfuhrleitung 8 zugeordnet, die an die Kühleinheiten 4 der jeweiligen Kühlscheibe A_s B bzw. C in Parallelschaltung angeschlossen sind. Dabei verlaufen die Zufuhrleitungen 7 der beiden oberen Kühlscheiben B und C sowie die Abfuhrleitungen 8 aller drei Kühlscheiben A, 3, C horizontal und in Höhe der Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen 5, 6 der Kühleinheiten 4 der jeweiligen Kühlscneibe A, B, C; es sind diese Zu- und Abfuhrleitungen 7, 8 außerdem in den entsprechenden Köhenbereichen der Eintritts- und Austrittsöffnungen 5, β der Kühleinheiten an der Falleitung 2 bzxtf. Steigleitung 3 angeschlossen.

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Die Falleitung 2 und die Steigleitung 3 verlaufen demgegenüber im wesentlichen vertikal, wobei diese Leitungen 2, 3 sämtlichen Kühleinheiten 4 gemeinsam sind. Jedes einzelne Kühlelement 4a einer Kühleinheit 4 besteht aus ein^i' ^u" ^i-. ··■* ·. :. Platte mit einer, innenseitirr eingebauten, in der Zeichnung nicht dargestellten Kühlrohr für das Kühlmedium.

Die Kühleinheiten 4, die sämtlich für sich in Parallelschaltung an dem ihnen gemeinsamen Dampf-Wasser-Abscheider 1 angeschlossen sind, sind zwischen der Ofenausmauerung und dem Ofenpanzer an der Innenseite, d.h. Ofenraumseite des Ofenpanzers befestigt. In der Zeichnung ist weder die Ofenausmauerung noch der Ofenpanzer veranschaulicht. Die Leitungen 2 und 3 verlaufen vollständig an der Außenseite des Ofenpanzers, die Leitungen 7 und 8 teilweise.

Das Kühlmedium durchströmt den Kühlkreislauf in Richtung der Pfeile X im Naturumlauf, wobei die Kühlung im Wege der Verdampfungskühlung erfolgt. Das Kühlmedium tritt in sämtliche Kühleinheiten 4 in flüssiger Form ein. Es verläßt die Kühleinheiten 4 außerdem ausschließlich in flüssiger Form und verdampft erst im Bereich der Steigleitung 3. Das im Bereich der Steigleitung 3 gebildete Dampf-Wasser-Gemisch tritt aus der Steigleitung 3 in den Dampf-Wasser-Abscheider 1 ein, von wo das Kühlmedium in flüssiger Form zusammen mit dem Zusatzwasser über die Falleitung 2 wieder zu den Kühleinheiten 4 geführt wird.

Es ist die Gesamtmenge des in jede Kühleinheit 4 einleitbaren Kühlmediums in Abstimmung an die der Höhe nach unterschiedlichen hydrostatischen Druckbedingungen und Wärmeangebote vom Ofeninneren her so bemessen, daß das Kühlmedium vollständig lediglich außerhalb der Kühleinheiten 4 nach deren Durchtritt in der Steigleitung 3 verdampft.

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Claims

DR.-ING. STUHLMANN - DIPL.-ΙΝΘ. WILLERT DR.-ING. OIDTMANN - DIPL.-PHYS. DR. JUR. REUTERS PATENTANWÄLTE AKTEN-NR. 26/27751 Ihr Zeichen 4630 BOCHUM, 2 4 . ; . 1 9 7 1J Postschließfach 10 2<* 5O Fernruf O234/5 19 57 Bergstraße 159 Telegr.: Stuhlmannpatent XH/K Patentansprüche:

1. Verwendung eines Kühlkreislaufs für die Verdampfungskühlung eines Schachtofens, insbesondere eines Hochofens, unter Naturumlauf des Kühlmediums mit einer Vielzahl von übereinander und nebeneinander über die Ofenhöhe bzw. -breite verteilten Kühleinheiten (4), wovon jede für sich in Parallelschaltung an einen gemeinsamen Dampf-Flüssigkeits-Abscheider (1) über eine gemeinsame, zumindest im wesentlichen vertikal verlaufende FaIl- und Steigleitung (2 bzw. 3) für die Ein- bzw. Fortleitung des Kühlmediums in die Kühleinheiten (4) bzw. von ihnen fort angeschlossen ist, wobei die Gesamtmenge des in jede Kühleinheit (4) ausschließlich in flüssiger Form einleitbaren Kühlmediums in Abstimmung an die der Höhe nach unterschiedlichen hydrostatischen Druckbedingungen und Wärmeangebote vom Ofeninneren her so bemessen ist, daß das Kühlmedium zumindest zum weitaus überwiegenden Teil, vorzugsweise vollständig lediglich außerhalb der Kühleinheiten (4) nach deren Durchtritt verdampft.

2. Verwendung des Kühlkreislaufs nach Anspruch 1, wobei das Kühlmedium in jede Kühleinheit (4) durch eine in ihrem unteren Bereich vorgesehene Eintrittsöffnung (5) eingeleitet und von ihr durch eine in ihrem oberen Bereich vorgesehene Austrittsöffnung (6) fortgeleitet wird.

3. Verwendung des Kühlkreislaufs nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kühleinheiten (4) zumindest zu einem wesentlichen Teil

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aus mehreren einzelnen Kühlelementen (4a) mit vorzugsweise gleich großem Aufnahmeraum für das Kühlmedium gebildet sind.

4. Verwendung des Kühlkreislaufs nach Anspruch 3, wobei einzelne Kuhleinheiten (4) jeweils aus mehreren übereinander angeordneten, unmittelbar aneinander angeschlossenen und nacheinander von unten nach oben vom Kühlmedium beaufschlagten Kühlelementeu (4a) zusammengesetzt sind, deren Anzahl in Abstimmung an die der Höhe nach unterschiedlichen hydrostatischen Druckbedingungen und Wärmeangebote gewählt ist.

5. Verwendung des Kühlkreislaufs nach Anspruch 4,wobei die Anzahl der einzelnen Kühlelemente (4a) einer im Bereich der Blasformen des Ofens gebildeten Kühleinheit (4) kleiner ist als in den übrigen Ofenbereichen.

6. Verwendung des Kühlkreislaufs nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, wobei die in einer Höhe nebeneinander liegenden Kühleinheiten (4) zu je einer Kühlscheibe (A, B bzw. C) zusammengefaßt sind und jeder Kühlscheibe je eine ihren Kühleinheiten (4) gemeinsame, an die Falleitung (2) angeschlossene Zufuhrleitung (7) und je eine ihren Kühleinheiten (4) gemeinsame, an die Steigleitung (3) angeschlossene, als Überströmsammler ausgebildete Abfuhrleitung (8) zugeordnet ist, an die die Kühleinheiten (4) der jeweiligen Kühlscheibe (A, B bzw. C) in Parallelschaltung angeschlossen sind.

7. Verwendung des Kühlkreislaufs nach Anspruch 6, wobei zumindest die mittleren Zufuhr- und Abfuhrleitungen (7 bzw.

8) der Kühlscheiben (A, B bzw. C) horizontal und in Höhe der Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen (5 bzw. 6) der Kühleinheiten (4) der jeweiligen Kühlscheibe (A, B bzw. C) verlaufen und in

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den entsprechenden Höher.bereichen an der rail- bzw. Steigleitung (2 bz:·:. 3) angeschlossen sind.

-i. Yervrenclun" des Kühlkreislauf 3 nach Anspruch 6 oder 7, wobei vjFiin;-;sst zwei Kühlsch.;iben (A, B bzw. C) gebildet sind, wovon sich ei'.e (B) nur über et^;a -len Köhenbereich der Blasformen des Ofens erstreckt.

9. Verwendung des Kühlkreislaufs nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, wobei jedes einzelne Kühlelement (¹Ia) aus einer metallischen Platte, vorzugsweise aus Gußeisen, mit einem innenseitig eingebauten Kühlrohr für das Kühlmedium besteht.

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