DE8530922U1 - Metallschmelzofen - Google Patents

Description

BADISCHE STAHLWERKE AG, 76frO Kehl 5

Die Erfindung bezieht sich auf einen Metallschmelzofen, insbesondere elektrischen Lichtbogenofen zum Schmelzen von Steh!; mit einer Abstirhöffnuno Z-UP Entnahme des geschmolzenen Metalls, welche im Boden eines seitlich nach außen vorspringenden Erkers vorgesehen ist.

Derartige Metallschmelzofen sind bekannt (DE-GM 84 22 585). Dabei wird die Abstichöffnung mittels einer unteren Platte, welche in einem gewissen Abstand von der äußeren Mündung der Abstichöffnung angeordnet, am Metallschmelzofen 1

r verschiebbar oder verschwenkbar gelagert und mit einem Antrieb zur Bewegung ^:i

1 der Platte versehen ist, und mittels eines Granulates aus feuerfestem Material, )

womit die Abstichöffnung mindestens teilweise und der verhältnismäßig enge '"

Spalt zwischen der Platte und der benachbarten Mündung der Abstichöffnung ge- [

füllt sind, verschlossen. Dieses Verschlußsystem ist einfach, billig und dennoch {

'i zuverlässig, weist nur eine geringe Bauhöhe auf und ermöglicht ein leichtes sowie |

schnelles Öffnen und Verschließen der Abstichöffnung, so daß der beim Abstich des Metallschmelzofens aus der Abstichöffnung austretende Gießstrahl und die Abstichzeit kurz gehalten werden können, was im Hinblick auf den Schutz des Gieß-Strahles vor Verunreinigungen durch Kontakt mit der umgebenden Atmosphäre und eine möglichst hohe Beschickungsfrequenz sowie einen möglichst niedrigen Energieverbrauch des Metallschmelzofens günstig ist. |

Eine kürzere Abstichzeit erlaubt sowieso schon eine höhere Beschickungsfrequenz, · ^t wirkt sich jedoch insoweit und auch in bezug auf einen niedrigeren Energiever- « brauch des Metallschmelzofens zusätzlich mittelbar aus, da sie eine geringere Ab- ^; kühlung des geschmolzenen Metalls während des Abstiches zur Folge hat, so daß es möglich ist, den Metallschmelzofen bei einer niedrigeren Temperatur des darin erzeugten Schmelzbades abzustechen, um dennoch diejenige Temperatur zu gewähr- \ leisten, welche die dem Metallschmelzofen entnommene Metallschmelze aufweisen | soll. Eine niedrigere Abstichtemperatur der Metallschmelze ermöglicht ihrerseits I eine kürzere Verweilzeit der eingesetzten Charge im Metallschmelzofen und somit f eine entsprechend höhere Beschickungsfrequenz desselben und läßt sich mit einem | geringeren Energieaufwand erzielen. ^ j

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Allerdings ergeben sich bei diesen bekannten Metallschmelzöfen infolge der exzentrischen Anordnung der Abstichöffnung im Boden des Metallschmelzofens außerhalb desjenigen Bereichs, in welchem die Energiezufuhr zum Erhitzen und Schmelzen der eingesetzen Charge erfolgt, einige Schwierigkeiten. Insbesondere besteht die Gefahr, daß die eingesetzte Charge nicht restlos aufgeschmolzen wird, daß die Abstichöffnung sich zusetzt und daß nur eine "matte" Metallschmelze erzeugt wird, welche zum Gießen ungeeignet 1st.

Bei den bekannten Metallschmelzöfen läßt sich keine gleichmäßige Temperaturverteilung im Schmelzbad erzielen. Es kann zu Temperaturdifferenzen von 100⁰C und mehr zwischen dem eigentlichen Schmelzbad und demjenigen Teil desselben kommen, welcher sich in dem seitlich nach außen vorspringenden Erker des Metallschmelzofens befindet, dessen Boden mit der Abstich-Öffnung versehen ist, vor allem dann, wenn ein Teil der eingesetzten Charge Γ in den Erker rutscht oder fällt.

Insbesondere dann kann es geschehen, daß die eingesetzte Charge nicht festlos aufgeschmolzen wird, da deren im Erker befindlicher Teil nur mittelbar» nämlich über das Schmelzbad selbst, aufgeschmolzen werden kann, und zwar nur so lange, wie die Schmelzbadtemperaturen deutlich über der Liquidustemperatur der Charge liegen, auch im Bereich des Erkers. Im Hinblick auf die niedrigeren Schmelzbadtemperaturen im Bereich des Erkers und die verhältnismäßig kurze Zeitspanne, während der die Temperaturen des eigentlichen Schmelzbades im Metallschmelzofen bis zum Abstich desselben über der Liquidustemperatur der Charge gehalten werden, ist ein vollständiges Aufschmelzen des im Erker befindlichen Chargenteils nicht immer gewährleistet, insbesondere dann nicht, wenn die eingesetzte Charge verhältnismäßig grobstückig ist, und sich im Erker relativ große aufzuschmelzende Metallstücke befinden, wie beispielsweise beim Schmelzen von grobstückigem Stahlschrott in einem elektrischen Lichtbogenofen in der Regel der Fall.

Aufgrund der relativ niedrigen Schmelzbadtemperaturen im Erker kann das Schmelzbad dort einfrieren, insbesondere an der Seitenwand und am Boden des Erkers, wo infolge von Abstrahlungsverlusten dem Schmelzbad Wärme

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entzogen wird, was eine Brücken- oder Deckelbildung an der inneren Mündung der Abstichöffnung und deren Verschluß zur Folge hat, so daß die Metallbchmelze dann, wenn das Verschlußsystem der Abstichöffnung nach Beendigung des Schmelzvorganges geöffnet wird und das feuerfeste Granulat aus der Abstichöffnung herausfällt, nicht abfließt. Um die Abstichöffnung freizusetzen, sind zusätzliche Arbeiten erforderlich, nämlich ein Aufbrennen der Abstichöffnung mit Sauerstoff.

Abgesehen vom zusätzlichen Arbeitsaufwand, kostet das Aufbrennen auch Zeit und hat es eben deswegen ferner zur Folge, daß die Schmelzbadtemperaturen sinken und sich eine verhältnismäßig kalte sowie temperaturinhomogene, also "matte" Metallschmelze ergibt, welche nicht vergossen werden kann und in den Metallschmelzofen zur neuerlichen Erhitzung zurückgegossen werden muß, wenn kein Gießpfannenofen zur Aufnahme der aus dem Metallic Schmelzofen abgestochenen Metallschmelze zur Verfügung steht, mittels r welchem die Metallschmelze wieder auf die erforderliche Gießtemperatur

erhitzt werden kann. Selbst durch neuerliches Einschalten der Wärmequelle des Metallschmelzofens nach dem Aufbrennen der Abstichöffnung zur weiteren Energiezufuhr in das Schmelzbad und erneuten Erhöhung der Schmelzbadtemperaturen läßt sich eine "matte" Metallschmelze nicht mit Sicherheit vermeiden, weil die dazu erforderliche Zeit infolge des Abfließens der Me-• tallschmelze aus dem Metallschmelzofen nicht gegeben ist.

Das Zustandekommen von "matten" Metallschmelzen wird zusätzlich zu der insoweit grundsätzlich nachteiligen ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Schmelzbad und zur vorstehend erläuterten Ursache auch noch durch den Umstand begünstigt, daß bei den bekannten Metallschmelzöfen die Schmelzbadtemperaturmessung mittels Thermoelementen erfolgt, welche durch eine dem Erker diametral gegenüberliegende Arbeitstür hindurch in das Schmelzbad eingetaucht werden und nur einmal verwendet werden können. Mit dieser diskontinuierlichen Messung der Schmelzbadtemperaturen im Bereich der Arbeitstür lassen sich die wesentlich niedrigeren Schmelzbadtemperaturen im verhältnismäßig weit entfernten Bereich des Erkers nicht feststellen, so daß es durchaus geschehen kann, daß der Metallschmelzofen abgestochen wird, wenn zwar die gemessene Schmelzbadtemperatur über

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der vorgegebenen Abstichtemperatur liegt, jedoch die Schmelzbadtemperaturen im Bereich des Erkers noch zu niedrig liegen, als daß sich eine einwandfreie, vergießbare Metallschmelze in der Gießpfanne ergeben könnte, in welche hinein abgestochen wird. Im übrigen begünstigt diese Schmsizbadtemperaturmessung auch das geschilderte unvollständige Aufschmelzen der eingesetzten Charge und Zusetzen der Abstichöffnung durch erstarrtes Metall, weil die Schmelzbadtemperaturen im Bereich des Erkers und somit der Abstichöffnung vollkommen unüberwacht bleiben.

Zwar kann den erläuterten Schwierigkeiten dadurch entgegengewirkt werden, daß man die Abstichtemperatur bei den bekannten Metallschmelzofen erhöht, um sicherzugehen, daß diese Schwierigkeiten nicht auftreten, jedoch ist damit ein größerer Zeit- und Energieaufwand verbunden.

Schließlich sind die bekannten Metallschmelzofen mit dem Nachteil aller r Metallschmelzöfen mit Bodenabstich behaftet, daß sich nämlich beim Abstich

der Metallschmelze aus dem Metallschmelzofen während ihres Ausströmens durch die kreisrunde Abstichöffnung im Boden des Metallschmelzofens hindurch ein Strudel bildet und durch dessen Sogwirkung Schlacke mitgerissen wird, was im allgemeinen unerwünscht ist, insbesondere beim Schmelzen von Stahl, wenn die Schlacke aus metallurgischen Gründen (Entphosphorung der Stahlschmelze im Stahlschmelzofen) oxydierend ist und die Schlacke in der Gießpfanne zur Aufnahme der Stahlschmelze aus metallurgischen Gründen (Entschwefelung der Stahlschmelze in der Gießpfanne) reduzierend sein muß, da das Mitreißen von Schlacke aus dem Stahlschmelzofen einmal zu einer Verschlechterung des oxydischen Reinheitsgrades der Stahlschmelze in der Gießpfanne führt und zum anderen den Zusatz teurer Zuschlagsstoffe erfordert, um die oxydierende Schlacke in reduzierende Schlacke umzuwandeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Metallschmelzofen der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei welchem die geschilderten Nachteile vermieden sind.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Metallschmelzofens sind in den restlichen Schutzansprüchen angegeben.

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Der erfiidungsgemäße Metallschmelzofen ermöglicht kaum noch zu unterschreitende Abstichtemperaturen gerade oberhalb der Liquidustemperatur _v der jeweils eingesetzten Charge bei einwandfreier Funktionsweise. Die Charge Ϊ wird restlos aufgeschmolzen. Die Abstichöffnung bleibt frei. Es kommt |. eine temperaturhomogene, vergießbare Metallschmelze zustande. Es wird p keinerlei Schlacke beim Abstich aus dem Metallschmelzofen mitgerissen.

Nachstehend ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Metallschmelzofens anhand von Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigt: <

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Fig. 1 einen Längsschnitt beim Abstich; ί

Fig. 2 den Querschnitt entlang der Linie II—II in Fig. 1 in größerem

Maßstab und um
Schmelzen; und

Maßstab und um 90 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht beim

Fig. 3 den Längsschnitt entlang der Linie HI-III in Fig. 2.

Bei dem dargestellten Metallschmelzofen handelt es sich um einen elektrischen Lichtbogenofen 1 mit drei Elektroden 2 und einer Abstichöffnung 3. Der Lichtbogenofen 1 ist zylindrisch ausgebildet, mit einem seitlich nach außen vorspringenden Erker 4 versehen und mittels eines Deckels 5 verschließbar. Die Elektroden 2 sind gleichmäßig um die senkrechte Mittelachse 6 des Lichtbogenofens 1 verteilt und ragen durch öffnungen im Deckel 5 in das Innere. Die Abstichöffnung 3 ist im Boden 7 des Lichtbogenofens 1 angeordnet, und zwar innerhalb des Erkers 4.

Für die Abstichöffnung 3 ist ein Versch- ·.:..· ,tem 8 mit einer unteren Platte 9 und einer von derselben abgestützten Füllung 10 aus einem Granulat aus feuerfestem Material vorgesehen. Die Platte 9 ist in einem gewissen

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Abstand von der äußeren Γ/ündung 3' der Abstichöffnung 3 angeordnet, am Lichtbogenofen 1 in einer zur Mündung 3' parallelen Ebene verschwenkbar gelagert und mit einem Antrieb 11 zur Bewegung der Platte 9 zwischen der Verschlußstellung gemäß Fig. 3 und einer Öffnungsstellung versehen.

Sie ist am unteren Ende einer Welle 12 befestigt, welche außen am Lichtbogenofen 1 drehbar gelagert ist und an deren oberem Ende der von einem an eine Druckluftquelle angeschlossenen pneumatischen Zylinder gebildete Antrieb 11 angreift, wobei die Welle 12 auch mittels eines nicht dargestellten Handhebels gedreht werden kann, um die Platte 9 bei einem Ausfall des Antriebs 11 zu verschwenken. Das Granulat aus feuerfestem Material füllt die Abstichöffnung 3 und den verhältnismäßig engen Spalt 13 zwischen der Platte 9 und der benachbarten Mündung 3¹ der Abstichöffnung 3 aus, um dann, wenn die Platte 9 aus der Verschlußstellung gemäß Fig= 3 in die Öffnungsstellung verschwenkt wird, aus der Abstichöffnung 3 herauszufallen und die Abstichöffnung 3 freizugeben.

Der Lichtbogenofen 1 ist mit einer Düse 14 zum Einblasen eines inerten Gases oder eines Gemisches inerter Gase in den im Erker 4 befindlichen

2Q Teil 15' des Schmelzbades 15 versehen, welches sich beim Aufschmelzen der in den Lichtbogenofen 1 eingesetzten Charge mittels der Elektroden 2 bildet. Gemäß Fig. 2 und 3 ist die Düse 14 in der Seitenwand 16' des Erkers 4 angeordnet, welche Teil der gesamten Seitenwand 16 des Lichtbogenofens 1 ist und deren Innenfläche 16" gemäß Fig. 2 konisch verläuft, wobei der Bereich 16'" am äußeren Ende 4' des Erkers 4, in dessen Nähe sich die innere Mündung 3" der Abstichöffnung 3 befindet und von velchem die Innenfläche 16" weg divergiert, konkav gewölbt ist. Die Düse 14 ist gemäß Fig. 2 tangential zu dem konkav gewölbten Bereicn 16"' ausgerichtet und gemäß Fig. 3 in der Nähe des Bodens 7' des Erkers 4, welcher Teil des

3Q gesamten Bodens 7 des Lichtbogenofens 1 ist, angeordnet sowie schräg nach oben gerichtet.

Die Düse 14 ist von einem konischen, sich zur Innenfläche 16" der Seitenwand 16' des Erkers H hin verengenden Spülstein 17 gebildet, welcher ein zum Schmelzbad 15 bzw. dessen im Erker 4 befindlichen Teil 15' hin

gasdurchlässiges Diaphragma darstellt. Die Düse 14 ist an eine Speiseleitung 18 zur Zufuhr eines inerten Gases oder eines Gemisches mehrerer inerter Gase angeschlossen, welche mit einer Heizvorrichtung 19 zur Erwärmung sowie einem Ventil 20 zur Einstellung des Druckes des Gases bzw. Gasgemisches versehen sein kann, wobei die Heizvorrichtung 19 als Wärmetauscher 21 ausgebildet sein kann, welcher in die Speiseleitung 18 eingeschaltet und an einen Abgasauslaß des Lichtbogenofens 1 angeschlossen ist, um einerseits vom Gas bzw. Gasgemisch und andererseits vom heißen Ofenabgas durchströmt zu werden.

Der Lichtbogenofen 1 funktioniert folgendermaßen. Nach dem Schließen der Abstichöffnung 3 mittels des Verschlußsystems 8 wird die gesamte aufzuschmelzende Charge im Wege der Korbbeschickung auf einmal in den Lichtbogenofen .1 eingebracht, worauf der Deckel 5 aufgesetzt und die Energiezufuhr zu den Elektroden 2 eingeschaltet wird, welche gleichzeitig durch

j- den Deckel 5 hindurch in das Innere des Lichtbogenofens 1 vorgeschoben

werden. Die eingesetzte Charge wird beispielsweise in einem Zeitraum von etwa einer Stunde retlos aufgeschmolzen, so daß sich das Schmelzbad 15 ergibt. Sobald bei der Schmelzbadtemperaturmessung im Bereich der nicht dargestellten Arbeitstür des Lichtbogenofens 1, welche dem Erker k bezüglich der Mittelachse 6 des Lichtbogenofens 1 diametral gegenüberliegt, die vorgegebene Abstichtemperatur der Metallschmelze festgestellt wird, wird das Verschlußsystem 8 betätigt, um die Abstichöffnung 3 zur Entnahme des geschmolzenen Metalls aus dem Lichtbogenofen 1 zu öffnen, nämlich die Platte 9 aus der Verschlußstellung gemäß Fig. 3 in die Öffnungsstellung zu verschwenken, so daß das Granulat aus feuerfestem Material der Füllung 10 aus der Abstichöffnung 3 herausfallen und die Metallschmelze abfließen kann, und zwar gemäß Fig. 1 in einen Gießpfannenofen 22, welcher in einen schienenverfahrbaren Wagen 23 eingesetzt ist, um nach dem Abfluß des gesamten Schmelzbades 15 aus dem Lichtbogenofen 1 in eine Position verfahren werden zu können, in welcher die Metallschmelze im Gießpfannenofen 22 vor dem anschließenden Vergießen eine Endbehandlung erfährt, wobei sie mit Zuschlagstoffen versetzt und mittels Elektroden erhitzt wird. Währenddessen wird im Lichtbogenofen 1 bereits die nächste Charge aufgeschmolzen*

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Der beim Abstich des Schmelzbades 15 aus der Abstichöffnung 3 austretende Gießstrahl 24 tritt praktisch unmittelbar in den Gießpfannenofen 22 ein, und zwar durch eine Öffnung 25' in dessen Deckel 25 hindurch. Der Abschnitt

' zwischen der äußeren Mündung 3¹ der Abstichöffnung 3 und dem Deckel

₍ e 25, entlang welchem der Gießstrahl 24 mit der umgebenden Atmosphäre

: in Kontakt steht, ist extrem kurz. Er kann auch noch mit einem synchron

mit der Platte 9 verschwenkbaren Schutzrohr umgeben werden, um jeglichen Kontakt zwischen dem Gieß strahl 24 und der umgebenden Atmosphäre aus-

L zuschließen.

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^: Während des Aufschmelzens der Charge im Lichtbogenofen 1 ist die Düse 14

j wirksam, um das über die Speiseleitung 18 zugeführte inerte Gas bzw. Gemisch

inerter Gase in den im Erker 4 befindlichen Teil 15' des Schmelzbades 15

) »austretenden.

< einzublasen, welcher durch den aus der Düse 14/Gasstrom in Bewegung ver-

setzt wird, so daß eine gründliche gegenseitige Vermischung dieses Schmelz- r badteils 15' im Erker 4 und des Hauptteils des Schmelzbades 15 im Wirkungsbereich der Elektroden 2 des Lichtbogenofens 1 sowie eine gleichmäßige Temperaturverteilung im gesamten Schmelzbad 15 gewährleistet sind. Der Lichtbogenofen 1 kann ohne die Gefahr irgendwelcher Störungen infolge der exzentrischen Anordnung der Abstichöffnung 3 in dessen Boden 7 gerau au/ eine sehr niedrige Abstichtemperatur gefahren werden, um genau die j gewünschte Metallschmelzentemperatur in dem Gießpfannenofen 22 zu erhalten. Bei allen Schmelzzyklen des Lichtbogenofens 1 ergibt sich dieselbe Temperaturdifferenz zwischen dem Schmelzbad 15 im Lichtbogenoien 1 und der Metallschmelze im Gießpfannenofen 22.

Auch gewähi !eistet die Düse 14 einen schlackenfreien Abstich des Lichtbogenofens 1. Der im Erker 4 befindliche Teil 15' des Schmelzbades 15 wird im Bereich der Abstichöffnung 3 durch das eingeblasene und dann aufsteigende inerte Gas bzw. Gemisch inerter Gase von Schlecke freigespült, au daß sich dort eine vollkommen blanke Schmelzbadoberfläche ergibt, welche als Spülfleck bezeichnet werden kann. Dieses Freispülen wird begünstigt, wenn man den Druck des der Düse 14 zugeführten inerten Gases bzw. Gemisches

' inerter Gase während des Abstichs des Lichtbogenofens 1 mittels des Ventils

20 geringfügig erhöht. Auch kann mittels des Ventils 20 die Größe des Spül-

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flecks über den Druck des inerten Gases bzw. des Gemisches inerter Gase eingestellt werden.

Die Düse Ik kann beispielsweise mit Stickstoff oder einem Edelgas bzw. einem Gemisch dieser inerten Gase gespeist werden. Der Lichtbogenofen 1 ist insbesondere zum Schmelzen von Stahlschrott geeignet, welcher zur

weiteren Verkürzung der Verweilzeit im Lichtbogenofen i und weiteren Ver- J

ringerung des erforderlichen Energieaufwandes mittels der heißen Öfenab- }

gase in einer gesonderten Einrichtung vorgewärmt Werden kann. ^li

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Claims (8)

"β · · t ■ · β β * · Λ \ Γ\ -Λ Schutzansprüche

1. Metallschmelzofen, insbesondere elektrischer Lichtbogenofen zum Schmelzen von Stahl, mit einer Abstichöffnung zur Entnahme des geschmolzenen

Metalls, welche im Boden eines seitlich nach außen vorspringenden Erkers vorgesehen ist, gekennzeichnet durch mindestens eine Düse (14) zum Einblasen eines inerten Gases oder eines Gemisches inerter Gase in den im Erker (4) befindlichen Teil (15¹) des Schmelzbades (15). 10

2. Metallschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14) in der Seitenwand (16¹) des Erkers (4) angeordnet ist.

3. Metallschmelzofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14) tangential zum konkav gewölbten Bereich (16^m) der Seitenwandinnenfläche (16") am äußeren Ende (4¹) des Erkers (4) ausgerichtet ist, welcrie von diesem Bereich (16"') weg divergiert.

4. Metallschmelzofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14) in der Nähe des Bodens (7¹) des Erkers (4) angeordnet und schräg nach oben gerichtet ist.

5. Metallschmelzofen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g ekennzeichnet, daß die Düse (14) von einem Spülstein (17) gebildet ist.

6. Metallschmelzofen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitung (18) der Düse (14) mit einer Heizvorrichtung (19) für das Gas bzw. Gasgemisch versehen ist.

7. Metallschmelzofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (19) als Wärmetauscher (21) ausgebildet ist, welcher mit dem Gas bzw. Gasgemisch und dem heißen Ofenabgas beauf-&Cf»i?igbar ist.

8. Metallschmelzofen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitung (18) der Düse (14) mit einem Ventil (20) zur Einstellung des Druckes des Gases bzw. Gasgemisches versehen ist.