DE3204389A1

DE3204389A1 - Vorrichtung und verfahren zum abgiessen von metallschmelzen

Info

Publication number: DE3204389A1
Application number: DE19823204389
Authority: DE
Inventors: Anthony Dronfield Woodhouse Sheffield Thrower
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1981-02-12
Filing date: 1982-02-09
Publication date: 1982-10-21
Also published as: BR8200647A; LU83926A1; ES519802A0; PT74415B; IN156508B; ES509515A0; ZA82523B; KR830008769A; IT1155460B; FR2499434B1; IT8267155A0; JPS57152367A; AU7989482A; FR2499434A1; CA1186126A; FI69975B; SE8200650L; FI820450L; US4421257A; HU185692B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abgießen von Metallen.

Wird ein bodengießendes Gefäß, wie eine Gießpfanne, für das Abgießen vorbereitet, so ist es üblich, Gas in den schmelzflüssigen Gefäßinhalt im Bereich des Gefäß-Bodenbereiahes (vessel well area) einzubringen, wobei dieser Bereich zur im Boden des Gefäßes angeordneten Gießöffnung führt.

Das Einbringen des Gases erfolgt aus verschiedenen Gründen, wie zum Zwecke des Spülens, des Reinigens des relativ kühlen Bereiches der Erstarrangsprodukte, des Absenkens und/oder Ausgleiches der Temperatur über die Schmelze und des Wiedereinbringens der abgekühlten

Schmelze im Bereich der Gefäßseiten und des Gefäßbodens, sowie zum Zwecke der Badumrührung, so daß die Legierungszusätze gleichmäßig in der Schmelze verteilt werden.

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Das Einblasen von Gas wird auch häufig zum Einbringen von Feststoffteilchen in die Schmelze verwendet, wobei das Gas dann als Träger für diese Feststoffteilchen dient

Das Einbringen des Gases ist bisher auf verschiedene Weisen durchgeführt worden, von denen jede mit Nachteilen verbunden ist. Das Einbringen mittels einer Lanze erfordert ein Absenken einer feuerfest-beschichteten Röhre oder Lanze in die Schmelze. Diese Lanze ist ein kostspieliger Gegenstand und besitzt eine lediglich begrenzte Lebensdauer, da sie im Bereich der auf der Schmelze schwimmenden Schlackenschicht intensiv angegriffen wird oder gar durchbrennt. Gemäß eines anderen Einbringungsweges ist die Gefäß-Auskleidung mit einer Öffnung versehen, in welcher ein poröser Stopfen eingesetzt ist. Von diesem Stopfen hängt ein Gas-Zuführrohr herab, welches eine Öffnung im Äußeren des Gefäßes durchsetzt. Die Gaszufuhr wird sodann unterhalb des Gießgefäßes an das Rohr angeschlossen. Leckagen der Schmelze können zwischen dem Stopfen und der Auskleidung auftreten, insbesondere dann, wenn der Stopfen und/oder die Auskleidung beschädigt oder erudiert ist, woraus sichergibt, daß die Verwendung derartiger Stopfen für das Gaseinbringen mit großen Risiken verbunden ist.

Wo das Abgießen aus bodengießenden Gefäßen durch Schieberventile gesteuert wird, sind Stopfen der vorstehend beschriebenen Art unzweckmäßig. Das Gaseinbringen kann dann durch das Ventil herbeigeführt werden, welches mit einem speziellen Ventilschließ-Element versehen und mit einem porösen Stopfen ausgerüstet ist, wobei dieser Stopfen für Gas permeabel, jedoch für Schmelzen impermeabel ist.

In diesem Zusammenhang wird auf die US-Patentschrift 3 581 948 Bezug genommen. Es ist jedoch nicht stets sinnvoll und nicht stets kosteneffektiv, derartige spezielle Schließelemente zu verwenden. Alternativ kann der Aus-

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flußbereich (well) ganz oder teilweise aus einem gasdurchlässigen Feuerfeststein bestehen, durch welches

hindurch das Gas in den Gießkanal hineingepumpt wird. 5

In diesem Zusammenhang wird auf die GB-P3 1 351 618 Bezug genommen.

Die Stahlhersteller wünschen häufig die Bodengießöffnung mit einem SiO„-haltigen Füllmaterial (Sand oder eine ²

Mischung aus Sand und Graphit) zu füllen, bevor die

Schmelze in das Schmelzgefäß eingebracht wird. Damit wird unter anderem bezweckt, eine Erstarrung im Öffnungsbereich zu verhindern und ein sauberes Beginnen des Gießvorganges zu gewährleisten, wenn das Schieberventil zum 15

ersten Mal geöffnet wird. Mit Einrichtungen zum Einbringen von Gas, wie in den vorstehend genannten Patenten offenbart, ist ein signifikantes Risiko dahingehend verbunden, daß das Gas das SiOp-haltige Füllmaterial beeinträchtigt.

Die Erfindung verfolgt den Zweck, eine Einrichtung zum Gaseinbringen zu schaffen, mit deren Hilfe dieses Risiko vermieden wird.

In der Praxis ist natürlich das Abgießen aus einem Gefäß nicht immer ein ununterbrochener Vorgang. Gewöhnlich wird das Abgießen unterbrochen, z.B. wenn mehrere Formen oder Kokillen zu füllen sind. Das SiO_?~haltige Füllmaterial geht bei Beginn des ersten Gießvorganges ver-

3Q loren, aber das Zuführen von Gas kann noch während späterer Gießvorgänge angestrebt sein. Die erfindungsgrmäße Anordnung ermöglicht dieses und erfordert keine speziellen Ventilverschlußelemente.

Erfindungsgemäß ist ein bodengießendes Gefäß zum Abgießen einer Metallschmelze über ein an dem Gefäß befestigtes Schieberventil vorgesehen, wobei das Gefäß in seiner Bodengießöffnung einen Austrittsblock (well block)

aufweist. Dieser Austrittsblock besitzt eine einen Durchflußkanal definierende Bohrung und ein unterer Abg schnitt des Austrittsblocks nimmt eine Innendüse auf, um dem Ventil im Betriebszustand Schmelze zuzuführen, welche den Durchflußkanal des Austrittsblockes durchströmt. Das Gefäß ist ferner mit einer Gasleitung versehen, welche in und durch den Austrittsblock zu einer Gasaustrittsöffnung führt, welche entweder in der Wandung der den Durchflußkanal definierenden Bohrung des Austrittsblocks oberhalb der Düse angeordnet ist oder in dem Wandung3ab3chnitt unterhalb, jedoch im Bereich des oberen Endes der Düse, so daß Gas in den Au3trittsachacht (well) des Gefäßes über den Grenzbereich zwischen der Düse und der Austrittsblockbohrung einzutreten vermag.

Durch die Erfindung ist auch ein Verfahren zum Abgießen von Metallschmelzen aus einem Gefäß unter Steuerung durch ein Schieberventil geschaffen worden. Bei diesem Verfahren wird als Vorbereitung für das Öffnen des Ventils zum Zwecke des Abgießens Gas.in einen Ausflu3schaeht des Gefäßes eingebracht, wobei dieser Ausflußschacht einen Austrittsblock (well block) aufweist, welcher in seinem unteren Abschnitt mit einer Düse versehen ist, welche sich in das Ventil öffnet. Dabei kann Gas in einen oberen Abschnitt ae.3 Austrittsblockes eingebracht werden, ohne Durchtritt durch die Düse, mit Hilfe eines Gasauslasses, welcher in der Innenwandung des Austrittsblockes strömungsmäßig oberhalb der Düse oder im unteren Teil eines Grenzbereiches zwischen der Düse und der Austrittsblock-Innenwandung vorgesehen ist, woraufhin das Ventil geöffnet wird.

Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zum Abgießen einer Metallschmelze aus einem Gefäß unter Steuerung durch ein Schieberventil, bei welchem das Gefäß einen Austrittsblock aufweist, der in seinem unteren Abschnitt eine Düse beherbergt, die sich in das Ventil öffnet. Dabei umfaßt

das Verfahren die Schritte, daß 1) vor dem Beschicken des Gefäßes mit schmelzflüssigem. Metall die Düse mit einem feinen SiOg-haltigen Feststoffmaterial gefüllt wird, und 2) vor dem Öffnen des Ventils Gas in einen oberen Bereich des Austrittsblocks eingebracht wird, ohne daß das Gas durch die Düse hindurchgeht, um auf diese Weise eine Störung des SiOp-haltigen Füllmaterials zu verhindern. Dabei wird das Gas mittels eines Gasauslasses

ausgegeben, welcher in der Innenwand des Austrittsblocks strömungsmäßig oberhalb der Düse oder im oberen Bereich eines Grenzbereiches zwischen der DÜ3e und der Seitenwandung vorgesehen ist, worauf 3) das Ventil geöffnet wird. '

Ist der. Gasauslaß im Verbindungsbereich oder .Grenzbereich zwischen dem Austrittsblock und der Düse angeordnet, so können Einrichtungen, wie eine umschließende Metallhülle _on rings um die Düse verwendet werden, um eine abwärts gerichtete Gasströmung zwischen der Düse und der Innenwand des Austrittsblockes zu vermeiden und um eine Mindestgasströmung durch den Düsenkörper zum Düseninneren zu gewährleisten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

Figur 1 einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäß

ausgestaltetes Gießgefäß (Gießpfanne) wobei der Ausflußschacht-Bereich des Gefäßes dargestellt ist und

Figur 2 ein Detail aus Figur 1 in vergrößertem

Maßstab.

Die in Figur 1 dargestellte Gießpfanne 10 besitzt eine aus Eisen oder Stahl bestehende Wandung 11, die gegenüber dem Gießpfannen-Inneren 12 mit Hilfe einer herkömm-5

liehen Auskleidung 14 isoliert ist. Die Wandung 11 und die Auskleidung 12 sind an den Stellen 15 und 16 mit Öffnungen versehen, um eine Bodengießöffnung zu bilden, und in diese ist ein sogenannter Well-Block als Austrittsblock 18 eingesetzt und zementiert. Der Austrittsblock 18 erstreckt sich mit seinem unteren Ende durch die Wandungsöffnung 1-5 hindurch und ruht auf einer Montageplatte 19 eines Schieberventils 20. Die Montageplatte befestigt das Ventil an der Gießpfanne 10 und ist mit Hilfe nicht dargestellter Befestigungseinrichtungen an der Wandung 11 befestigt.

Der Austrittsblock 18 ist von einer Bohrung 21 durchsetzt. Die Bohrung hat eine parallelseitige Wandung im oberen Abschnitt des Blockes und formt einen Durchflußkanal, welches im Betrieb aus der Gießpfanne austritt. In einem unteren Abschnitt des Blockes 18 verläuft die Wandung der Bohrung 21 nach unten divergierend. Dieser divergierende untere Wandungsabschnitt 22 bildet einen Sitz für eine zweiteilige Düse.24, 25, die erforderlichenfalls von unten her auswechselbar ist. Die Düse ist durch Einzementieren an Ort und Stelle innerhalb des Austrittsblockes gehalten. Der Haupt-Düsenbestandteil ist mit dem Bezugszeichen 24 versehen und weist eine radial divergierende Außenwandung auf, welche dem divergierenden Wandungsabschnitt 22 entspricht. Die untere Düsenkomponente ist mit dem Bezugszeichen 25 versehen und erstreckt sich nach außen aus dem Gießgefäß heraus, wobei sie in dichtender Anlage ist an einer mit einer Durchflußöffnung versehenen Kopfplatte 27 und des Ventils. Die Düse 24, 25 bildet

einen Durchtritt 28 für geschmolzenes Metall auf dem Weg von dem Durchflußkanal zum Ventil 20. Die Durch-

_ trittsöffnung 30 der Kopfplatte 27 ist nach dem Düsenb

durchtritt 28 ausgerichtet.

Bei der dargestellten Anordnung ist die Gesamtheit der Bohrung 21 im oberen Abschnitt des Austrittsblockes mit _in parallel verlaufenden Seiten versehen. Gegebenenfalls kann jedoch das obere Ende der Bohrung trichterförmig erweitert sein.

Es sind Einrichtungen vorgesehen, um Gas über den Auslug fluföschachtbereich in die Schmelze einzubringen und zwar derart, daß im wesentlichen kein Gas aus dem Düsendurchtritt 28 in den Ausflußschachtbereich eintritt. Gaa wird zu dem Austrittsschachtbereich mittels einer Rohrleitung 32 zugeführt, die in dem Austrittsblock Ί3 angeordnet ist, wobei sich die Rohrleitung 32 in die Bohrung 21 unterhalb, aber in den Nähe der oberen Extremität der Düsenkomponente 24 öffnet. In diesem Bereich ist die Komponente 24 etwas von der Wandung der Bohrung 21 beabstandet.Gas , welches in den Ringspalt 34 aus dem Auslaßende der Rohrleitung 32 eintritt, wird in den Ausflußschachtbereich in nach oben gerichteter Richtung aus dem Bereich der Grenzfläche zwischen den Austrittsblock und der Düse eingebracht. Der Raum 34 bildet eine ringförmige Austrittsöffnung und aus diesem Bingraum austretendes Gas strömt als aufwärts gerichteter Gasvorhang längs der Bohrung 21 nach oben. Dabei versteht es sich, daß der Ringraum 34 dort ausgebildet ist, wo sich die Düsenkomponente 24 leicht von der Bohrung 21 entfernt. In vorteilhafter Weise ist eine Ringnut 35, die nach dem Rohrleitungsauslaß ausgerichtet ist, in der Wandung der Bohrung 21 ausgebildet, um als Verteileinrichtung zu dienen.

Aus der Rohrleitung 32 austretendes Gas ist an einem Abwärtsströmen längs der Außenwandung der Düsenkomponente

24 gehindert durch eine Metallhülle 36 und durch den 5

zum Befestigen der Düse in der Bohrung 21 verwendeten Zement oder Mörtel. An ihrem oberen Ende ist die Hülle 36 gerade unterhalb des Rohrleitungsauslasses und der Nut 35 angeordnet.

Alle Feuerfest-Bestandteile 14, 18, 24 und 25 sind

in begrenztem Ausmaße notwendigerweise gasdurchlässig. Die die Düsenkomponente 24 einschließende Metallhülle 36 hält die durch sie hindurchgehende Gasströmung zum _lö Strömungskanal 28 auf einem Minimum und.folglich geht im wesentlichen die Gesamtheit des in den Ausflußschachtbereich eintretenden Gases durch den Grenzflächenbereich bzw. den Ringraum 34.

2Q Gegebenenfalls kann sich die Rohrleitung zur Wandung der Bohrung 21 an einem Ort oberhalb der Düsenkomponente 24 öffnen. Die Rohrleitungsanordnung für einen solchen Fall ist gestrichelt in Fig. 1 dargestellt. Auch in diesem Fall kann eine Verteilernut, die der Verceilernut 35 entspricht, vorgesehen sein.

Die Rohrleitung 32 steht über das bodenseitige Ende des Austrittsblocks 18 vor. Das auswärts gerichtete Ende der Rohrleitung ist locker aufgenommen in einer Öffnung 38 der Montageplatte 19, wobei die Öffnung 38 mit einem Gasdurchtritt 39 in der Platte 19 in Strömungsverbindung steht. Der Durchtritt 39 führt zu einem nicht dargestellten Anschlußteil zum Anschließen an eine geeignete Gasquelle.

Im Betrieb wird normalerweise ein Inertgas in den Ausflußschachtbereich eingebracht, entweder allein oder zusammen mit Legierungszusätzen in fein verteiltem Zustand.

Ein geeignetes Inertgas ist Argon. Andere Gase können verwendet werden, wie auch solche, die mit der Schmelze rea-._ gieren, wobei solche Reaktionen erwünscht sein können, wenn Änderungen der chemischen Zusammensetzung oder Temperaturänderungen erforderlich sind. Die Gasdurchflußmengen hängen ab von der vom Gas jeweils auszuführenden Funktion, wobei geeignete Durchflußmengen vom Fachmann aufgefunden werden können.

Da das Gas nach oben aus dem Verbindungsbereich 34 austritt, neigt es' dazu, als Gasvorhang längs der im oberen Teil des Austrittsblocks ausgebildeten Bohrung 21 zu

■^5 strömen. Dieses kann vorteilhaft sein', da diese Strömungsverteilung einer Erstarrung des Metalles oder der Ausbildung 'von Ansätzen an der Bohrungswandung entgegenwirkt. Desweiteren sei bemerkt, daß durch Einbringen des Gases in den Ausflußschachtbereich ohne Herbeiführen einer Gasströmung durch den Düsendruchtritt ?8 dieser Düsendurchtritt mit einem SiOp-haltigen Füllmaterial versehen werden kann, bevor die Gießpfanne mit Schmelze gefüllt wird. Im Anschluß an das Einbringen der Schmelze kann das Einbringen des Gases ohne Störung des pulverförmigen Füllmaterials durchgeführt werden, bis das Abgießen beginnt. Dieses Gaseinbringen kann selbstverständlich wieder nach einem Unterbrechen des Gießvorganges aufgenommen werden .

Das Auslaßende der Rohrleitung 32 kann während des Abgießens von der Metallschmelze angegriffen werden, was jedoch keine ernsthaften Probleme mit sich bringt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform dient die Düse 2^l\, 25, die häufig ausgewechselt werden muß, als Abschirmung für die Rohrleitung 32 gegenüber der Schmelze. Das Herstellen des Austrittsblocks 18 durch Umgießen des Rohres 32 ist einfach durchzuführen und der Aufbau ist kostengünstig.

Q O Π /

Schieberventile sind der Fachwelt gut bekannt und demzufolge ist das Schieberventil 20 lediglich schematisch

_c angedeutet. Das dargestellte Ventil ist ein Zweiplattenb

ventil mit der ortsfesten Kopfplatte 27 und einer ortsbeweglichen Schieberplatte 40. Das Ventil kann als Dreiplattenventil ausgebildet sein mit stationären Kopf- und Bodenplatten und einer ortsbeweglichen Schieberplatte dazwischen. Derartige Ventile sind selbstverständlich bekannt.

Die dargestellte Anordnung mit dem Gasdurchtritt 39 in der Montageplatte 19 für das Ventil ist in vielerlei Hinsicht die günstigste Anordnung. Der Durchtritt 39 kann irgendwo anders angeordnet werden, beispielsweise in der Gießpfannenwandung 11.Da die Rohrleitung 32 durch Verstopfen blockiert werden kann, ist es vorteilhaft, eine Vielzahl solcher Rohrleitungen 32 im Austrittsblock 18 vorzusehen. In einem solchen Fall werden die Rohrleitungen an ihren unteren Enden mit einem ringförmigen Verteilerelement zusammenwirken, welches das Gas aus dem Durchtritt 39 empfängt und in der Platte 19 oder an einem anderen geeigneten Ort ausgebildet ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 . Bodengießgefäß zum Abgießen einer Metallschmelze via^ ein an dem Gefäß befestigtes Schieberventil, wobei in der Bodengießöffnung des Gefäßes ein Austrittsblock angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Austrittsblock (18) mit einer einen Strömungsdurchtritt definierenden Bohrung (21) versehen ist und daß ein unterer Abschnitt des Austrittsblocks eine Innendüse (24, 25) aufnimmt, um dem Ventil Schmelze zuzuführen, welche den Strömungsdurchtritt des Austrittsblockes durchsetzt, und daß das Gefäß mit einer Gasleitung. (32) versehen ist, welche in den Austrittsblock hinein und durch denselben hindurch zu einer Gasauslaßöffnung führt, welche entweder in der Wandung der Bohrung (21), welche den Strömungsdurchtrittsabschnitt des Durchtrittsblockes definiert, oberhalb der Düse (2¹I, 28), oder in der Wandung unterhalb, jedoch im Bereich des Ortes einer oberen Extremität der Düse angeordnet ist, so daß Gas in den Ausflußbereich des Gefäßes via den Grenzbereich zwischen der Düse und der Bohrung des Austrittsblockes eintritt-
2. Gefäß nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Gasauslaßöffnung unterhalb, jedoch dicht bei der oberen Extremität der Düse (24, 25) angeordnet ist, und daß eine Einrichtung (36) vorgesehen ist, mit deren Hilfe eine abwärts gerichtete Gasströmung zwischen der Düse (24, 25) und der Bohrung (21) des Austrittsblockes (18) verhinderbar ist.
3- Gefäß nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß diese Einrichtung eine metallische Umhüllung (36) umfaßt, welche die Düse (24, 25) mit Ausnahme der oberen Extremität der sich radial erstreckenden

äußeren Düsenoberfläche umschließt, so daß mit Hilfe 15

dieser Umhüllung die Gasströmung durch den Düsenkörper zum Innenbereich auf ein Minimum herabsetzbar ist.
4. Gefäß nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge ke nn zeichnet , daß die Wandung (21) mit einer Ringnut (35) versehen ist, die nach der Gasauslaßöffnung ausgerichtet ist, um eine Gasverteilungseinrichtung zu bilden.
„_c 5. Gefäß nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Austrittsblock (18) durch eine Wandung (11) des Gefäßes (10) erstreckt und daß die in diesem Block enthaltene Gasleitung (32) mit einem Gasdurchtritt (39) verbunden ist, der in einer Montageplatte (19) des an dem Gefäß befestigten Ventils (20) vorgesehen ist.
6. Gefäß nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Gasleitung (32) als Rohrleitung ausgebildet ist, welche aus dem Austrittsblock

(18) in eine Öffnung (38) der Montageplatte (19) vorsteht, wobei diese Öffnung (38) mit dem Gasdurchtritt (39) in Strömungsverbindung ist.
7- Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, daß die Düse (24, 25)

aus zwei Teilen besteht, wobei das untere Düsenteil (25) 5

in dichtender Anlage ist an einer Kopfplatte (27) des Ventils (20). " .
8. Verfahren zum Abgießen eines geschmolzenen Metalls aus einem Gefäß unter Steuerung durch ein Schieberventil, dadurch g e k en.η zeichnet , daß als Vorbereitungsmaßnahme für das Öffnen des Ventils zum Zwecke des Abgießens ein Gas in einen Auslaufschacht des Gefäßes eingebracht wird, wobei dieser

. p. Auslauf schacht einen Austrittsblock aufweist, der in seinem unteren Abschnitt eine Düse aufweist, welche sich in das Ventil öffnet, wobei das Gas in einen oberen Abschnitt des Austrittsblocks eingeblasen wird, ohne daß es die Düse durchtritt, und wobei das Gas aus einem

2Q Auslaß austritt, der in der Innenwand des Austrittsblocks strömungsmäßig oberhalb der Düse angeordnet ist, oder im oberen Abschnitt eines Grenzbereiches zwischen der Düse und der Austrittsblock-Innenwand ausgebildet ist, worauf das Ventil geöffnet wird.
9. Verfahren zum Abgießen eines geschmolzenen

Metalls aus einem Gefäß unter Steuerung durch ein Schieberventil, wobei das Gefäß mit einem Abstichblock versehen ist, der in seinem unteren Bereich eine Düse aufnimmt, die sich zu dem Ventil öffnet, dadurch g e k e η η zeichnet , daß T) vor dem Einbringen des geschmolzenen Metalls in.das Gefäß die Düse mit einem SiOp-haltigen Feststoffmaterial gefüllt wird, daß 2) vor dem Öffnen des Ventils ein Einblasgas in einen oberen Abschnitt des Austrittsblocks eingebracht wird, ohne daß das Gas durch die Düse hindurchgeht, um auf diese Weise eine Beeinträchtigung der SiOp-haltigen Füllung zu vermeiden, wobei das Gas mit Hilfe eines

Gasauslasses dort eingedüst wird, welcher in der Innenwandung des Austrittsblocks strömungsmäßig oberhalb der Düse angeordnet ist oder im oberen Bereich eines Grenzbereiches zwischen der Düse und dieser Wandung angeordnet ist, und daß 3) anschließend das Ventil geöffnet wird.