CN117480020A - 用于雾化器的快速更换喷嘴系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于快速更换喷嘴组件的方法，该喷嘴组件适合用于在液态金属雾化过程中使用，在液态金属雾化过程中，液态金属容纳在液态金属贮存器中，并且通过贮存器开口离开所述金属贮存器，被雾化流体雾化以在雾化塔中形成金属喷雾。本发明提供一种滑动式喷嘴组件系统的用途，在该滑动式喷嘴组件系统中，替换喷嘴能够在生产期间即时进行更换。

Description

用于雾化器的快速更换喷嘴系统

技术领域

本发明涉及金属粉末的生产，并且具体地涉及通过雾化生产增材制造所用的金属粉末。本发明还涉及用于生产增材制造的钢粉末的设施，并且特别地关注雾化过程中所使用的喷嘴。

背景技术

已知通过将液态钢雾化来生产金属粉末。熔融金属在压力下被迫通过喷嘴并且受到流体射流的冲击，从而熔融金属雾化成细小的金属液滴，所述流体是液态的(例如水)或气态的(例如氮气、氩气、空气或任何其他合适的气体)。当金属流离开喷嘴时，流体撞击金属流，从而产生湍流，该湍流导致形成液滴，液滴然后以金属粉末的形式凝固。所述粉末然后被收集以用于进一步处理。

喷嘴是雾化设备的关键部件。因为喷嘴所处的极端条件，喷嘴在生产期间受到磨损，并且还可能在过程期间被堵塞。

喷嘴的磨损和可能的堵塞是雾化活动时间长短的限制因素。这导致生产率和成本问题。

发明内容

本发明的目的是通过提供一种被设计成在不显著降低雾化生产率的情况下进行更换的喷嘴组件，以及一种在通过雾化连续生产金属粉末期间更换喷嘴系统的方法，以解决上述生产率问题。

本发明提供了一种用于快速更换喷嘴组件的设备，该设备通过使用滑动式喷嘴组件系统并通过提供可以在生产期间即时更换的替换喷嘴来快速更换喷嘴组件。

本发明的目的通过提供一种根据权利要求1所述的喷嘴更换设备来实现，该设备可选地包括权利要求2至10的特征。

附图说明

现在将通过示例在不引入限制的情况下参照附图对本发明进行详细地描述和说明——注意的是，为了清晰起见，仅在图1中描绘了雾化塔，并且在随后的图中不描绘雾化塔：

-图1是雾化装置的示意性概略图，

-图2是根据本发明的实施方式的喷嘴更换设备的前视立体图，

-图3a和图3b是根据本发明的实施方式的喷嘴更换设备的仰视立体图，在图3a上支承结构不具有底部板，而在图3b上存在该底部板，

-图4是根据本发明的实施方式的喷嘴更换设备的根据图2的轴线I-I截取的横截面前视立体图，

-图5是根据本发明的实施方式的喷嘴组件的俯视立体图，

-图6是根据本发明的实施方式的喷嘴组件的仰视立体图，

-图7是根据本发明的实施方式的喷嘴组件的根据图5的轴线II-II截取的横截面，

-图8是根据本发明的实施方式的带有支承结构的顶部部件的喷嘴组件的根据图5的轴线II-II截取的横截面。

具体实施方式

在以下描述和权利要求中，根据向下雾化装置的通常方向来限定不同部件的取向，在所述向下雾化装置中，液态金属贮存器定位在雾化室上方，并且其中雾化粉末中最重的部分、也是最粗的部分，通过重力的自然作用被回收在雾化塔的底部处。因此，方向术语“顶部”、“向上”、“上部”、“上方”、“底部”、“下部”、“下方”、“下面”等应当根据雾化装置的所述典型构型来理解。然而，无论雾化装置的实际安装方向如何，都可以应用本发明，并且本说明书和权利要求中所使用的方向术语应当简单地转换至起作用的雾化装置的方向。在附图中，顶部和底部分别由箭头“T”和“B”来指示。

就“大致平行”或“大致垂直”而言，是指可以偏离平行方向或垂直方向不超过15°的方向。

术语“上游”和“下游”是指两个元件根据给定方向的相对位置：当沿给定方向行进时，上游元件定位在下游元件之前。

术语“包封”是指元件(包封元件)完全地覆盖或包围另一元件(被包封元件)的构型。

当应用于表面时，术语“邻接”限定了两个表面至少在所述表面的一部分上彼此接触。当应用于体积时，术语“邻接”限定了两个体积具有邻接的表面。

“耐火”材料是指抵抗热、压力或化学侵蚀而不分解并且在高温下保持强度和形状的材料。

术语“高压”和“低压”是指在给定的雾化过程中使用的雾化流体压力的量。术语“高压”是指为了达到离开雾化流体喷嘴所必需的雾化流体压力而必需供给到雾化流体喷嘴中的压力水平。术语“低压”是指为了在雾化流体喷嘴的出口处达到正压力而必需供给到雾化流体喷嘴中的压力水平。

将参照图1首先给出雾化装置100的总体概述。

熔融金属109，例如钢或铝或钛或任何其他金属或金属合金，通过在压力下被迫通过喷嘴1，并且受到由流体供应器105经由供应回路106供应的流体射流的冲击，从而被雾化成细小的金属液滴。当金属流离开喷嘴1以进入雾化塔102时，流体冲击金属流，从而产生湍流，该湍流导致形成由金属液滴构成的喷雾110，该喷雾110然后以金属粉末的形式凝固。所述粉末然后被收集以用于进一步处理。

应当注意的是，在描述的这一阶段中，术语“喷嘴”通常是指供液态金属通过并进入雾化塔的设备。在随后对根据本发明的设备的描述中，将更详细地描述“喷嘴”，并且喷嘴将包括若干个不同部件，这些部件共同形成“喷嘴组件”和“喷嘴更换装置”。

熔融金属109容纳在液态金属贮存器101中，该液态金属贮存器101在其底部处具有贮存器开口104，液态金属可以通过该贮存器开口104流动到喷嘴1中。例如，液态金属贮存器配备有通道103，液态金属通过该通道103被迫穿过贮存器开口104离开贮存器101。该通道103可以配备有感应器，以便控制通过贮存器开口104离开的液态金属温度。

雾化塔102通常填充有惰性气体以防止粉末氧化。金属液滴在雾化塔中下落期间冷却下来。

雾化流体可以是液体或气体。通常来说，气体雾化有利于生产具有高的圆度的粉末颗粒。例如与利用水雾化相比，颗粒还较少程度地被氧化。另一方面，液体雾化、并且特别是水雾化，在预期应用的所需颗粒尺寸和形状允许的情况下，可以提供良好的成本/生产率/质量折衷。

在气体雾化的情况下，雾化气体优选地是氩气或氮气。还可以使用氦气，但是由于氦气的高的导热率，其需要大的过热(超过300摄氏度)来避免堵塞。与其他气体、例如氦气相比，氩气或氮气两者增加熔体粘度的速度较缓慢，这促进了形成较小尺寸颗粒。氩气或氮气控制化学成分的纯度，从而避免不期望的杂质，并且在粉末的良好形态方面起作用。与氩气的摩尔重量为39.95g/mol相比，氮气的摩尔重量为14.01g/mol，因此用氩气可以获得比氮气更细的颗粒。另一方面，与氩气的比热容为0.52J/(g K)相比，氮气的比热容为1.04J/(g K)。因此，氮气增加了颗粒的冷却速率。为了避免氮气对成分的污染，并且当熔体的化学性质是反应性时，氩气可能比氮气更可取。

气体流动影响金属粉末的颗粒尺寸分布和微观结构。特别地，流量越高，冷却速率越高。因此，气体与金属的比率，即定义为气体流速(以kg/h为单位)与金属流速(以kg/h为单位)之间的比率，优选地保持在1与5之间，更优选地在1.5与3之间。

液态金属喷嘴出口直径对熔融金属流速具有影响，并且因此对颗粒尺寸分布和冷却速率具有影响。最大直径例如被限制至6mm，以限制平均颗粒尺寸的增加和冷却速率的降低。直径更优选地在2mm与3mm之间，以更精确地控制颗粒尺寸分布并且有利于形成所期望的微观结构。

通过雾化获得的金属粉末可以进行分类，以保留尺寸更好地适合后续使用的技术、特别是增材制造技术的颗粒。例如，在通过粉末床熔融(Powder Bed Fusion)进行增材制造的情况下，优选的范围为15μm至50μm。在通过激光金属沉积(Laser MetalDeposition)或直接金属沉积(Direct Metal Deposition)进行增材制造的情况下，优选的范围为45μm至150μm。

液态金属喷嘴出口的形状和尺寸对于确保金属粉末的良好质量生产是关键的。然而，在雾化过程期间，喷嘴出口因作用于喷嘴上的液态金属压力、液态金属施加的高温(例如，在钢的情况下，该温度高达1500℃)以及液态金属喷嘴的材料与液态金属之间可能的化学相互作用而受到严重磨损。为了在稳定的产品质量水平下运行连续的雾化过程，在运行期间有必要更换液态金属喷嘴。因为雾化过程依赖于经过液态金属喷嘴的液态金属，所以喷嘴更换操作本身将暂时中断雾化过程。因此，需要尽可能快地执行该操作。此外，因为液态金属在压力下通过贮存器开口离开，所以出于安全和保护设备的目的(特别是雾化塔可能由于液态金属泄漏而损坏)，有必要在喷嘴更换操作期间对液态金属的流动进行管理。

图2至图4描绘了根据本发明的实施方式的喷嘴更换设备30。该设备允许喷嘴以快速运动而滑入和滑出，以用于快速替换。

喷嘴更换设备30包括以下元件：

-至少一个喷嘴组件10，

-支承结构20，该支承结构20意在容纳喷嘴组件10，

-高压雾化流体供应器106和分配回路105(未在附图上描绘)，其适合为雾化过程供应高压雾化流体，

-机械装置，该机械装置被设计成使喷嘴组件10在支承结构内沿与液态金属贮存器开口104大致平行的方向S移动。未在附图中描绘所述机械装置。

支承结构20配置成使得喷嘴组件10可以在所述支承结构20内沿与液态金属贮存器开口104大致平行的方向S移动，所述支承结构包括：

-使用中部段20i，该使用中部段20i与支承结构20的被设计成容纳喷嘴组件10i的部分相对应，该喷嘴组件10i的液态金属入口与贮存器开口有效地对准。参照图2，使用中部段由虚线i1和i2粗略地界定。

-入口部段20e，当考虑喷嘴组件的移动方向S时，该入口部段20e与支承结构20的位于使用中部段20i上游的部分相对应。

喷嘴组件10包括液态金属入口41、液态金属出口42和雾化流体出口52，所述喷嘴组件10配置成使得离开液态金属出口42的液态金属流受到离开雾化流体出口52的雾化流体的冲击。

为了清晰起见，附图中滑动方向S被描绘为直的方向，并且支承结构20的总体形状为直线形状。然而，还可以使用弧形支承结构20和相关联的弧形滑动方向S来实现本发明。可以期望这样的弧形设计，例如将支承结构20设计成配装到所分配的容积20中，并且更通常地减少由喷嘴更换设备30占用的总体空间。

参照图4至图8，给出了喷嘴组件10的示例，喷嘴组件10能够用于金属雾化过程，并且集成在支承结构20中以形成喷嘴更换设备30。所述喷嘴组件10包括以下元件：

-顶部部件11，该顶部部件11被设计成在雾化过程期间最靠近液态金属贮存器定位，所述顶部部件具有顶面12，

-底部部件19，该底部部件19被设计成在雾化过程期间最靠近雾化塔定位，所述底部部件具有底面18，

-上游面和下游面，所述上游面和下游面连结所述顶面和底面，并且当考虑滑动方向S时，分别定位在喷嘴组件的上游侧和下游侧上，

-液态金属喷嘴40，该液态金属喷嘴40具有液态金属入口41和液态金属出口42，液态金属入口41适合与贮存器开口104对准，液态金属出口42构造成将液态金属流倒入雾化塔中，所述液态金属入口41定位在顶面12中，并且所述液态金属出口42定位在底面18中，

-雾化流体喷嘴50，该雾化流体喷嘴50具有雾化流体出口52以及至少一个雾化流体入口51，雾化流体出口52配置成使得流动通过雾化流体出口52的流体将冲击从液态金属出口42流出的液态金属流，所述雾化流体出口52定位在底面18中，

其中，所述喷嘴组件10适于安装在支承结构20上，支承结构20配置成使得喷嘴组件10可以在所述支承结构20内沿与液态金属贮存器开口104大致平行的方向S移动，并且其中，

参照图2，为了在生产期间更换喷嘴组件10，图中未画出的机械装置推动喷嘴组件10，使得使用中喷嘴组件10i从使用中部段20i中射出，并且由位于入口部段20e中最靠近使用中部段20i位置中的下一个在线喷嘴组件10n替换。因为这种运动可以在非常短的时间内执行，例如在小于5秒或甚至更优选地在小于2秒或小于1秒内执行，所以液态金属的流动几乎不会中断，并且与喷嘴更换相关联的生产率损失将非常小。

在特定实施方式中，上游面14和下游面15具有互补的形状，从而确保在两个喷嘴组件10的两个连续的液态金属喷嘴入口41之间存在连续的顶面12，这两个喷嘴组件的相应的下游面和上游面抵靠彼此放置。

为了清晰起见，附图中所描绘的喷嘴组件10全部具有通常的立方形状。喷嘴组件的上游面14和下游面15是平直的表面。然而，可以使用其他形状来实现本发明。例如，上游平面和下游平面可以使用弧形表面，从而保持相同的曲率半径，以便确保必需的形状互补性。这种类型的设计可以有利地允许在支承结构中的两个连续的喷嘴组件轻微旋转，即使在一个喷嘴组件压靠另一喷嘴组件的情况下也是如此。当使用具有与弧形滑动方向S相关联的通常非线性形状的支承结构时，这又可能是有利的。有利的是，在雾化塔内将不存在有害的液态金属泄漏，这是因为喷嘴组件10的上述设计确保在喷嘴更换操作期间，使用中喷嘴组件10i和下一个在线喷嘴组件10n在其竖向侧部上彼此接触，使得所述喷嘴组件的顶面12形成连续的表面，从而在喷嘴更换操作期间阻塞金属流。这意味着可以在不需要特定设备、比如塞杆来使金属流停止的情况下执行喷嘴更换操作。此外，喷嘴更换设备甚至可以用于有目的地使金属流暂时停止，以防出于工业原因——比如需要在雾化塔上执行某些操作或者在雾化装置的设备中的任何设备内相关联的生产问题的情况下——必须这样做。为了使金属流暂时停止，使用中喷嘴组件10i将从使用中部段20i被部分地推出，并且下一个在线喷嘴组件10n将被部分地推入使用中部段内，使得贮存器开口被使用中喷嘴组件10i或下一个在线喷嘴组件10n或两者的顶面12阻塞。

在比如图5至图8中所描绘的具体实施方式中，喷嘴更换组件10的雾化流体入口51定位在与液态金属入口41不同的平面中。有利的是，这允许独立地管理与液态金属入口的连接以及与雾化流体入口的连接，所述连接各自需要良好的密封性，以用于流畅的雾化过程。在使用中喷嘴10i的情况下，液态金属入口41需要与贮存器开口104精确地对准。另一方面，雾化流体入口51需要以流体密封的方式连接至雾化流体供应器106(特别是因为雾化流体压力可能非常高)。如果液态金属入口和雾化流体入口两者定位在同一平面中，则不存在独立地调整它们的位置以及独立地进入它们的自由度。然而，如果所述液态金属入口和雾化流体入口定位在单独的平面中，则例如可以为如附图中所描绘的雾化流体入口51提供快速装配系统。可以容易地且独立于喷嘴组件的顶面12进入所述雾化流体入口51。

根据本发明的具体实施方式，每个喷嘴组件1均具有偶数个雾化流体入口51，从而形成至少一对雾化流体入口，并且其中，对于所述每一对雾化流体入口，入口定位在喷嘴组件1的大致相对的侧部上的面对且大致平行的平面中。有利的是，该构型允许雾化流体流更好地分布在雾化流体喷嘴50内。

根据本发明的如图5至图8上所描绘的具体实施方式，雾化流体出口52呈大致环形形状。有利的是，这允许均匀的雾化流体流冲击雾化室中的液态金属流。

根据本发明的如图5至图8上所描绘的具体实施方式，每个喷嘴组件10的顶部部件11包括由耐火材料制成的顶部板13，并且所述顶部板13包封液态金属喷嘴40的位于顶部部件11内的部分。有利的是，使用耐火材料允许对该设备在雾化过程期间将承受的通常高的温度具有良好的抵抗性，并且还允许对可能的液态金属流具有良好的抵抗性，该液态金属流可能在喷嘴更换操作期间或在使用喷嘴更换设备来使液态金属流暂时停止时或甚至在寄生液态金属泄漏时可能影响所述顶部板13。此外，使用顶部板13包封液态金属喷嘴40的设计允许易于维护并组装顶部部件11，并且允许所述顶部部件具有良好的密封性，这将防止在喷嘴更换操作期间或者在使用喷嘴组件来使金属流暂时停止时或者通常在雾化操作期间由于液态金属泄漏而对喷嘴组件造成任何损坏。

根据本发明的具体实施方式，顶部板13的包括在顶面12中的部分已经过表面处理来降低其摩擦系数。有利的是，这允许喷嘴组件10在支承结构20内平稳地滑动，从而在喷嘴更换操作期间最大限度地减少对喷嘴组件10和支承结构20两者的磨损。

根据本发明的具体实施方式，顶部板13由石墨制成。石墨既是耐火材料又是低摩擦系数材料，这允许产生上述优点：既对液态金属和环境的通常热量具有良好的抵抗性，而且在喷嘴更换操作期间喷嘴组件和支承结构的磨损较小。

根据本发明的如图5至图8上所描绘的具体实施方式，底部部件19包括雾化流体喷嘴50，该雾化流体喷嘴50被设计成包封液态金属喷嘴40的位于底部部件19内的部分。有利的是，这允许易于维护并组装底部部件19，并且允许所述底部部件具有良好的密封性。本设计还允许提供一种喷嘴组件，其中，雾化流体喷嘴50可以在使用中喷嘴已经被喷射出之后重新使用。实际上，将可以将废液金属喷嘴40从雾化流体喷嘴50中拆卸下来，因为所述液态金属喷嘴已经被简单地插入在雾化流体喷嘴50所提供的包封容积内。这在维护和操作成本方面是有利的，因为雾化流体喷嘴是一种昂贵的设备。例如，雾化流体喷嘴50由不锈钢制成，并且设置有快速装配入口、如前所述。例如，雾化流体喷嘴由顶部部件和底部部件制成，例如通过将顶部部件和底部部件旋拧在一起而组装在一起，如图7上所描绘的。有利的是，这允许复杂的部件设计，同时仍然允许使用传统的部件制造工艺、比方说例如铸造。这种双部件设计还可以有利地用于在使用前容易地组装液态金属喷嘴40和雾化流体喷嘴50，并且在使用后容易地拆卸液态金属喷嘴40和雾化流体喷嘴50。

根据本发明的如图4和图8上所描绘的具体实施方式，支承结构20包括顶部部件21，该顶部部件21被设计成与喷嘴组件10的顶面12邻接，其中，所述顶部部件21i的使用中部分包括：

-中间液态金属喷嘴22，该中间液态金属喷嘴22适于在其顶部侧部23上连接至贮存器开口104，并且适于在其底部侧部24上连接至使用中喷嘴组件10i的液态金属入口41。

-顶部板25，该顶部板25包封所述中间液态金属喷嘴22。

实际上，本实施方式允许将液体金属流通过的喷嘴分离成两个不同的部件：中间喷嘴22，该中间喷嘴22是集成在支承结构20内的非移动部件；以及喷嘴组件10的液体金属喷嘴40，该液体金属喷嘴40通过上述喷嘴更换操作可以在雾化操作期间容易地更换。有利的是，这允许容易地更换喷嘴的最关键的部件，即液态金属出口42，同时避免喷嘴的移动部件与贮存器开口104之间的接触，所述接触将导致所述贮存器开口和液态金贮存器101的相关联的部件、比方说例如通道103的磨损。此外，设置包封中间液态金属喷嘴22的顶部板25使得可以在雾化运行结束之后取出并替换中间液态金属喷嘴22，并且确保设备的良好密封性和稳定性。

根据本发明的具体实施方式，支承结构的使用中部段的顶部板25由耐火材料制成。有利的是，这允许对该设备在雾化过程期间将承受的通常高的温度具有良好的抵抗性，并且还允许对因寄生液态金属泄漏导致的可能的液态金属流具有良好的抵抗性。

根据本发明的具体实施方式，支承结构的使用中部段的顶部板25中的一部分的底面26经受表面处理来降低其摩擦系数。有利的是，这允许喷嘴组件10在支承结构20的使用中部段20i内平稳地滑动，从而在喷嘴更换操作期间最大限度地减少喷嘴组件10和支承结构20两者的磨损。

根据本发明的具体实施方式，支承结构的使用中部段的顶部板25由石墨制成。石墨既是耐火材料又是低摩擦系数材料，这允许产生上述优点：既对液态金属和环境的通常热量具有良好的抵抗性，而且在喷嘴更换操作期间喷嘴组件和支承结构的磨损较低。

根据本发明的如图2至图4上所描绘的具体实施方式，支承结构20还包括底部部件29，底部部件29适于支承喷嘴组件10的底部部件19。有利的是，由于喷嘴组件是从底部被支承的，因此允许喷嘴更换装置具有更好的机械稳定性。

根据本发明的具体实施方式，喷嘴更换设备30还包括低压流体供应器和分配回路(未在附图中描绘)，其中：

-至少下一个在线喷嘴组件10n的雾化流体供应入口中的至少一个雾化流体供应入口连接至所述低压流体供应器，

-使用中喷嘴组件10i的雾化流体供应入口中的至少一个雾化流体供应入口连接至高压雾化流体供应器。

通过将下一个在线喷嘴组件10n连接至低压流体回路，将确保在所述下一个在线喷嘴组件10n的雾化流体出口52处具有正压力。有利的是，这将通常保护雾化流体出口52和雾化流体喷嘴50免受可能存在于雾化塔中的杂散的金属粉末颗粒的污染。事实上，已知的是，直径非常小的金属颗粒、比方说例如直径小于5微米的金属颗粒，将在雾化塔中飞来飞去，并且不容易被雾化塔的合适设备捕获。这些杂散颗粒会堵塞并损坏雾化流体喷嘴，从而损害其在使用中位置时的良好功能，并且难以在不进行清洁或维护的情况下在后续运行中重新使用。使用低压流体来防止金属粉末污染的有利之处在于，利用现有的流体入口52避免为此目的浪费昂贵的高压流体，并且还确保了从下一个在线喷嘴组件10n离开的流体与从使用中喷嘴组件10i离开的高压流体之间不存在不良的相互作用。

根据本发明的具体实施方式，低压流体供应器和分配回路中所使用的流体是与雾化流体相同的流体。有利的是，这使得雾化流体喷嘴50的现有流体入口52和流体循环室得到最佳利用。实际上，这些部件配置成用于雾化流体的流动。

根据本发明的具体实施方式，低压流体供应器包括雾化过程中使用的且经减压后被回收的再循环雾化流体中的至少一部分。有利的是，使用可用的废雾化流体可以节省成本并且具有效率益处。

根据本发明的具体实施方式，至少使用中喷嘴组件20i和下一个在线喷嘴组件20n同时分别连接至高压回路和低压回路两者，并且喷嘴更换设备30还包括用于每个喷嘴组件的阀系统，以便针对每个喷嘴组件在低压回路与高压回路之间进行切换。有利的是，这允许在执行喷嘴更换操作时无需管理流体供应连接，即可实现上述低压流体吹送系统，以防止金属粉末污染——在喷嘴更换操作期间，通过操作阀系统，新的使用中喷嘴10i的流体供应将切换至高压流体供应。

根据本发明的具体实施方式，喷嘴更换设备30还包括线性致动器，该线性致动器被设计成使喷嘴组件流体入口51的流体供应在高压回路与低压回路之间进行切换。有利的是，这允许使用同一组流体入口51以用于同时连接至高压流体供应器和低压流体供应器两者，从而简化了雾化流体喷嘴50的设计和维护。

根据本发明的具体实施方式，喷嘴更换设备30还包括未在附图上描绘的液态金属喷嘴磨损检测器，该液态金属喷嘴磨损检测器配置成监测使用中液态金属喷嘴的出口的材料磨损水平。有利的是，这允许在最佳时间执行喷嘴更换操作，从而保证在不会降低雾化过程的质量和生产率的情况下，最大限度地有效使用所述使用中喷嘴组件。

根据本发明的如图4上所描绘的具体实施方式，喷嘴更换设备30还包括塞杆108，塞杆108被设计成用于阻挡液态金属流通过贮存器开口104离开。例如，塞杆向下移动以阻塞通道103的入口，以便使液态金属流停止。有利的是，塞杆的存在确保了在必要时、例如出于操作原因或为了更换喷嘴时使金属流停止的可能性。这允许进一步防止在喷嘴更换操作期间发生任何液态金属泄漏。

根据本发明的如图4上所描绘的具体实施方式，所述塞杆108包含中空容积109，并且还包括杆开口110，在使用塞杆108来使液态金属流停止时，可以通过该杆开口110对塞杆下方的液态金属施加压力，以便将塞杆下方残留的液态金属通过液态金属出口42推出。实际上，当操作塞杆来使液态金属流停止时，包括在液态金属喷嘴40内的液态金属部分将不再承受来自液态金属贮存器101中的液态金属的压力。因此，这将阻止液态金属流动通过液态金属喷嘴40，并且这将可能导致液态金属喷嘴40内的金属冻结，使得一旦塞杆被抬起后无法再次使用它。此外，液态金属柱可以在液态金属喷嘴40上方(例如在中间喷嘴22内或在贮存器开口104内)进一步凝固。这将在喷嘴组件10与支承结构或者甚至液态金属贮存器之间产生凝固金属的牢固连接，其将阻碍喷嘴组件10的滑动运动，并且因此有效地阻碍喷嘴更换设备30的整体功能。为了防止这种情况，使用上述具有杆开口110的中空塞杆108的有利的之处在于，在使用塞杆108来使液态金属流停止时，通过该杆开口可以对塞杆下方的液态金属施加压力，以便将塞杆下方残留的液态金属通过液态金属出口42推出。例如，可以通过杆开口110吹送流体，以对塞杆下方的液态金属柱施加压力，以便将其喷出并且防止上述有害的凝固。例如，塞杆还可以包括能够在中空容积109内向下滑动的内杆，从而对中空容积109内的流体进行压缩，以施加必要的压力来将塞杆下方残留的液态金属推出。

根据本发明的具体实施方式，在雾化过程期间，对使用中喷嘴组件10i的底部部件19施加向上压力，所述向上压力配置成抵消液态金属流产生的向下压力。有利的是，这允许确保使用中喷嘴组件10i在雾化过程期间被牢固地保持就位，并且将不会由于寄生剪切应力或振动等而移动。此外，这还将保护支承结构。实际上，由液态金属流通过液态金属喷嘴20所施加的向下压力，导致使用中喷嘴组件10i对支承结构20施加向下压力。如果不通过有目的地施加反向的向上压力来补偿这种压力，则所述压力的全部载荷将由支承结构20承受，这可能导致机械磨损、翘曲、变形和随后的维护问题。考虑到雾化操作产生高温并且支承结构将因此将承受高温和高的机械载荷两者，这可能导致由于诸如蠕变之类的公知的现象而导致过早失效，因此这些考虑因素全部非常重要。

上述设备实现的喷嘴更换操作包括以下步骤：

A/提供如上所述的喷嘴更换设备，

B/操作机械装置，以便启用喷嘴组件沿滑动方向S的运动，

C/将使用中喷嘴组件从支承结构的使用中部段推出，并且由下一个在线喷嘴替换，下一个在线喷嘴成为新的使用中喷嘴。

喷嘴更换操作可选地包括将新的使用中喷嘴的流体供应从低压流体供应切换至高压雾化流体供应的附加步骤。所述步骤通过使用阀系统或线性致动器或适合在所述高压流体供应与低压流体供应之间进行快速切换的任何其他系统来执行。

喷嘴更换操作可选地包括使用液态金属喷嘴磨损检测器的信息以便确定操作喷嘴更换操作的合适时刻的附加步骤，所述液态金属喷嘴磨损检测器配置成监测使用中液态金属喷嘴的出口的材料磨损水平。

喷嘴更换操作可选地包括在上述步骤B之前移动塞杆以阻止液态金属从贮存器开口104流出的附加步骤。

喷嘴更换操作可选地包括以下附加步骤：一旦金属流动已经停止，则对塞杆下方的液态金属施加压力，以便在上述步骤B之前将塞杆下方残留的液态金属通过液态金属出口42推出。

喷嘴更换操作可选地包括在上述步骤C之后对使用中喷嘴组件的底部部件施加向上压力的附加步骤。

Claims (10)

1.一种适合用于在液态金属雾化过程中使用的喷嘴更换设备(30)，在所述雾化过程中，液态金属(109)容纳在液态金属贮存器(101)中，并且通过贮存器开口(104)离开所述金属贮存器，在雾化塔(102)中被雾化流体雾化以形成金属喷雾(110)，所述喷嘴更换设备(30)包括：

-支承结构(20)，

-至少一个喷嘴组件(10)，所述至少一个喷嘴组件(10)安装在所述支承结构(20)内，所述喷嘴组件(10)具有液态金属入口(41)、液态金属出口(42)和雾化流体出口(52)，所述喷嘴组件(10)配置成使得离开所述液态金属出口(42)的液态金属流受到离开所述雾化流体出口(52)的所述雾化流体的冲击，

-高压雾化流体供应器(105)和分配回路(106)，所述高压雾化流体供应器(105)和所述分配回路(106)适于供应适用于雾化的高压雾化流体，

-机械装置，所述机械装置被设计成使所述喷嘴组件(10)在所述支承结构(20)内沿与所述液态金属贮存器开口(104)大致平行的方向S移动，

其中，所述支承结构(20)配置成使得所述喷嘴组件(10)能够在所述支承结构(20)内沿与所述液态金属贮存器开口(104)大致平行的方向S移动，所述支承结构包括：

-使用中部段(20i)，所述使用中部段(20i)与所述支承结构(20)的被设计成用于容纳所述喷嘴组件(10i)的部分相对应，所述喷嘴组件(10i)的液态金属入口(21)与所述贮存器开口(104)有效地对准，

-入口部段(20e)，当考虑所述喷嘴组件(10)的运动方向S时，所述入口部段(20e)与所述支承结构(20)的位于所述使用中部段(20i)上游的部分相对应。

2.根据权利要求1所述的喷嘴更换设备(30)，包括使用中喷嘴组件(10i)和下一个在线喷嘴组件(10n)，其中，所述使用中喷嘴组件(10i)的液态金属入口(41)与所述贮存器开口(104)有效地对准，并且其中，所述下一个在线喷嘴组件(10n)是位于所述入口部段(20e)中最靠近所述使用中部段(20i)的位置中的喷嘴组件，所述喷嘴更换设备还包括低压流体供应器和分配回路，其中：

-至少所述下一个在线喷嘴组件(10n)具有至少一个与所述低压流体供应器连接的流体供应入口(51)，

-所述使用中喷嘴组件(21i)具有与所述高压雾化流体回路(106)连接的雾化流体供应入口(51)。

3.根据权利要求2所述的喷嘴更换设备(30)，其中，在所述低压流体供应器和所述分配回路中使用的所述流体是与所述雾化流体相同的流体。

4.根据权利要求3所述的喷嘴更换设备(30)，其中，所述低压流体供应器包括所述雾化过程中使用的且经减压后被回收的再循环雾化流体中的至少一部分。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的喷嘴更换设备(30)，其中，至少所述使用中喷嘴组件(10i)和所述下一个在线喷嘴组件(10n)分别同时连接至高压回路和低压回路两者，并且其中，所述喷嘴更换设备(30)还包括用于每个喷嘴组件(10)的阀系统，以便针对每个喷嘴组件(10)在所述低压回路与所述高压回路之间进行切换。

6.根据权利要求2至4中的任一项所述的喷嘴更换设备(30)还包括线性致动器，所述线性致动器被设计成使喷嘴组件流体入口(51)的流体供应在所述高压回路与所述低压回路之间进行切换。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的喷嘴更换设备(30)还包括液态金属喷嘴磨损检测器，所述液态金属喷嘴磨损检测器配置成监测所述使用中液态金属喷嘴的出口的材料磨损水平。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的喷嘴更换设备(30)还包括塞杆(108)，所述塞杆(108)被设计成阻挡所述液态金属流通过所述贮存器开口(104)离开。

9.根据权利要求8所述的喷嘴更换设备(30)，其中，所述塞杆(108)包含中空容积(109)，并且还包括杆开口(110)，在使用所述塞杆(108)来使所述液态金属流停止时，能够通过所述杆开口(110)对所述塞杆下方的液态金属施加压力，以便将所述塞杆下方残留的所述液态金属通过所述液态金属出口(42)推出。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的喷嘴更换设备(30)，其中，在所述雾化过程期间对所述使用中喷嘴组件(10i)的所述底部部件(19)施加向上压力，所述向上压力配置成抵消所述液态金属流产生的向下压力。