JP7843784B2 - アトマイザ用クイックノズル交換システム - Google Patents

Description

本発明は、金属粉末の製造に関し、特に、積層造形のための微粉化による金属粉末の製造に関する。本発明はまた、その鋼粉末を製造するための設備に関し、特に微粉化プロセスに使用されるノズルに焦点を当てる。

溶鋼を微粉化して金属粉末を製造することが知られている。溶融金属は、圧力下でノズルに押し込むことによって、かつ流体のジェットを衝突させることによって、微細な金属液滴に微小化され、前記流体は液体（例えば、水）または気体（例えば、窒素、アルゴン、空気または任意の他の適切なガス）のいずれかである。流体は、ノズルを出るときに金属流に当たり、乱流を生成し、その結果、液滴が形成され、次いで金属粉末の形態で凝固する。次いで、前記粉末は、さらなる処理のために収集される。

ノズルは、微粉化装置の重要な部分である。ノズルは極端な条件にさらされるので、製造中に摩耗を受けたり、プロセス中に詰まったりする可能性もある。

ノズルの摩耗および起こり得る詰まりは、微粉化運動の長さに対する制限要因である。これは、生産性およびコストの問題につながる。

本発明の目的は、微粉化の生産性を著しく低下させることなく交換されるように設計されたノズルアセンブリと、微粉化による金属粉末の連続製造中にノズルシステムを変更する方法と、を提供することによって、上述の生産性の問題に対処することである。

本発明は、摺動ノズルアセンブリシステムを使用し、製造中にその場で交換されることができる交換ノズルを提供することによって、ノズルアセンブリを迅速に交換する方法を提供する。本発明はさらに、前述の方法を実施するための装置に関する。

本発明の目的は、請求項２～９の特徴を任意に含む、請求項１に記載のノズルアセンブリを提供することによって達成される。前記ノズルアセンブリは、請求項１０に記載の支持構造体と共に使用されるように設計されており、任意選択的に請求項１１～１５の特徴を備える。

ここで、添付の図を参照して、本発明を詳細に説明し、限定を導入することなく例によって説明するが、明確にするために、微粉化塔は図１にのみ示されており、後続の図には示されていないことに留意されたい。

微粉化装置の概略図である。 本発明の一実施形態によるノズルシステム交換装置の正面斜視図である。 本発明の一実施形態によるノズル交換装置の底面斜視図である。支持構造体は図３ａに底板を有していないが、この底板は図３ｂに存在する。 本発明の一実施形態によるノズル交換装置の底面斜視図である。支持構造体は図３ａに底板を有していないが、この底板は図３ｂに存在する。 本発明の一実施形態によるノズル交換装置に関する図２の軸Ｉ－Ｉによる断面正面斜視図である。 本発明の一実施形態によるノズルアセンブリの上面斜視図である。 本発明の一実施形態によるノズルアセンブリの底面斜視図である。 本発明の一実施形態によるノズルアセンブリに関する図５の軸線ＩＩ－ＩＩによる断面図である。 本発明の一実施形態による支持構造体の上部を有するノズルアセンブリに関する図５の軸ＩＩ－ＩＩによる断面図である。

以下の説明および特許請求の範囲では、様々な部分の向きは、下向き微粉化装置の通常の方向に従って定義され、当該装置において、液体金属リザーバは微粉化チャンバの上方に位置し、最も粗い微粉化粉末の最も重い部分は、重力の自然な効果によって微粉化塔の底部に回収される。したがって、方向を示す用語「上（ｔｏｐ）」、「上（ｕｐ）」、「上（ｕｐｐｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「下（ｂｏｔｔｏｍ）」、「下（ｌｏｗ）」、「下（ｌｏｗｅｒ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」などは、微粉化装置の前記典型的な構成に従って理解されるべきである。しかしながら、本発明は、微粉化装置の実際の取付方向に関係なく適用されることができ、現在の説明および特許請求の範囲で使用される方向の用語は、機能する微粉化装置の方向に単純に置き換えられるべきである。添付の図面において、上部および下部はそれぞれ矢印「Ｔ」および「Ｂ」で示されている。

「略平行」または「略垂直」とは、平行方向または垂直方向から１５°を超えて逸脱することができない方向を意味する。

「上流」および「下流」という用語は、所与の方向による２つの要素の相対位置を指し、上流要素は、所与の方向に移動するときに下流要素の前に位置する。

「収容」という用語は、ある要素（収容する要素）が別の要素（収容される要素）を完全に覆うかまたは取り囲む構成を指す。

「連続する」という用語は、表面に適用される場合、前記表面の少なくとも一部にわたって互いに接触する２つの表面を定義する。「連続する」という用語は、ボリュームに適用される場合、連続する表面を有する２つのボリュームを定義する。

「耐火性」材料は、熱、圧力、または化学的攻撃による分解に耐性があり、高温で強度および形態を保持する材料を指す。

「高圧」および「低圧」という用語は、所与の微粉化プロセスで使用される微粉化流体圧力の量を指す。「高圧」という用語は、微粉化流体ノズルを出る必要な噴霧流体圧力に達するために微粉化流体ノズルに供給するのに必要な圧力レベルを指す。「低圧」という用語は、微粉化流体ノズルの出口で正圧に達するために微粉化流体ノズルに供給するのに必要な圧力レベルを指す。

図１を参照すると、微粉化装置１００の一般的な概要が、最初に示されている。

溶融金属１０９、例えば鋼またはアルミニウムまたはチタンまたは任意の他の金属もしくは金属合金は、圧力下でノズル１に押し込むことによって、および供給回路１０６を経て流体供給部１０５から供給される流体のジェットを衝突させることによって、微細な金属液滴に微粉化される。流体は、ノズル１を出るときに金属流に当たり、微粉化塔１０２に入り、乱流を生成し、その結果、金属液滴で作られたスプレー１１０が形成され、次いで金属粉末の形態で凝固する。次いで、前記粉末は、さらなる処理のために収集される。

説明のこの段階では、「ノズル」という用語は、一般に、液体金属が微粉化塔に入る際に通る装置を示すことに留意されたい。本発明による装置の以下の説明では、「ノズル」についてより詳細に説明し、「ノズルアセンブリ」および「ノズル交換装置」を一緒に形成するいくつかの異なる部分を含む。

溶融金属１０９は、底部にリザーバ開口部１０４を有する液体金属リザーバ１０１内に保持され、液体金属は、リザーバ開口部を通ってノズル１に流入することができる。例えば、液体金属リザーバは、液体金属がリザーバ開口部１０４を通ってリザーバ１０１から出るように強制されるチャネル１０３が装備されている。このチャネル１０３は、リザーバ開口部１０４を通って出る液体金属温度を制御するためにインダクタを装備することができる。

微粉化塔１０２は、通常、粉末が酸化するのを防ぐために不活性ガスで満たされている。金属液滴は、微粉化塔内に落下する間に冷却される。

微粉化流体は、液体またはガスとすることができる。一般的に言えば、ガス微粉化は、高い真円度を有する粉末粒子の製造に有利である。粒子はまた、例えば水微粉化よりも酸化されにくい。一方、液体微粉化、特に水微粉化は、上述の用途に関する必要な粒径および形状が許す場合に、コスト／生産性／品質のバランスを良好にとることができる。

ガス微粉化の場合、微粉化ガスはアルゴンまたは窒素であることが好ましい。ヘリウムも使用されることができるが、その高い熱伝導率のために、詰まりを回避するために大きな過熱（３００℃を超える）が必要である。これらは両方とも、溶融粘度を他のガス、例えばヘリウムよりも遅く上昇させ、これにより、より小さい粒径の形成が促進される。それらは、化学的性質の純度を制御し、望ましくない不純物を回避し、粉末の良好な形態において役割を果たす。窒素のモル重量が１４．０１ｇ／モルであるのに比してアルゴンが３９．９５ｇ／モルであるので、窒素を用いるよりもアルゴンを用いる方がより微細な粒子を得ることができる。一方、窒素の比熱容量が１．０４Ｊ／（ｇＫ）であるのに比してアルゴンは０．５２である。したがって、窒素は粒子の冷却速度を増加させる。アルゴンは、窒素による組成物の汚染を回避するために、および溶融物の化学的性質が反応性である場合に、窒素よりも好ましい場合がある。

ガス流は、金属粉末の粒度分布および微細構造に影響を与える。特に、流れが速いほど、冷却速度は高くなる。したがって、ガス流量（ｋｇ／ｈ）と金属流量（Ｋｇ／ｈ）との比として定義されるガス対金属比は、好ましくは１～５の間、より好ましくは１．５～３の間に保たれる。

液体金属ノズルの出口直径は、溶融金属の流量、したがって粒度分布および冷却速度に影響を及ぼす。最大直径は、例えば、平均粒径の増加および冷却速度の低下を制限するために６ｍｍに制限される。粒度分布をより正確に制御し、所望の微細構造の形成を促進するために、直径は２～３ｍｍであることがより好ましい。

微粉化によって得られる金属粉末は、技術、特に積層造形技術によりよく適合するサイズの粒子が後で使用されるために維持されるように、分級されることができる。例えば、粉末床溶融結合による積層造形の場合、１５～５０μｍの範囲が好ましい。レーザー金属蒸着または直接金属蒸着による積層造形の場合、４５～１５０μｍの範囲が好ましい。

液体金属ノズル出口の形状およびサイズは、金属粉末を確実に良好な品質で製造するために重要である。しかしながら、微粉化プロセスの間、ノズル出口は、ノズル出口に加わる液体金属の圧力、液体金属によって課される高温（例えば、鋼の場合、この温度は１５００℃を超える）、および液体金属ノズルの材料と液体金属との間に生じ得る化学的相互作用に起因する重大な摩耗を受ける。安定した製品品質レベルで連続微粉化プロセスを実行するためには、実行中に液体金属ノズルを変更する必要がある。微粉化プロセスは液体金属ノズルを通過する液体金属に依存するので、ノズル交換動作自体が微粉化プロセスを一時的に中断する。このため、この動作はできるだけ迅速に行われる必要がある。さらに、液体金属は圧力下にあってリザーバ開口部によって出るので、安全性および装置保護の目的でノズル交換動作中に液体金属の流れを管理する必要がある（特に微粉化塔は液体金属漏れによって損傷する可能性がある）。

図２～図４は、本発明の一実施形態によるノズル交換装置３０を示す。この装置は、迅速な交換のために、迅速な動きでノズルを所定の場所に出し入れすることを可能にする。

ノズル交換装置３０は、以下の要素を備える。
－少なくとも１つのノズルアセンブリ１０
－ノズルアセンブリ１０を保持するように意図された支持構造体２０
－微粉化プロセスのために高圧微粉化流体を供給するのに適した、高圧微粉化流体供給部１０６および分配回路１０５（図示せず）
－支持構造体内で、液体金属リザーバ開口部１０４に略平行な方向Ｓにノズルアセンブリ１０を移動させるように設計された機械的装置。前記機械的装置は、添付の図面には示されていない。

支持構造体２０は、ノズルアセンブリ１０が液体金属リザーバ開口部１０４に略平行な方向Ｓに前記支持構造体２０内を移動することができるように構成され、前記支持構造体は、以下を備える。
－リザーバ開口部と効果的に位置合わせされた液体金属入口を有するノズルアセンブリ１０ｉを収容するように設計された、支持構造体２０の部分に対応する使用中セクション２０ｉ。図２を参照すると、使用中セクションは、点線ｉ１およびｉ２によって大まかに区切られている。
－ノズルアセンブリの移動方向Ｓを考慮した場合に、使用中セクション２０ｉの上流に位置する支持構造体２０の部分に対応する入口セクション２０ｅ

明確にするために、添付の図面における摺動方向Ｓは直線方向として示されており、支持構造体２０の全体的な形状は線形の直線形状である。しかしながら、湾曲した支持構造体２０および関連する湾曲した摺動方向Ｓを使用して本発明を実施することも可能である。このような湾曲した設計は、例えば、割り当てられた容積２０に適合する支持構造体２０を設計するために、より一般的にはノズル交換装置３０によって占有される全体の空間を減らすために望ましい場合がある。

図４～図８を参照すると、ノズルアセンブリ１０は、以下の要素を備える。
－微粉化噴霧プロセス中に液体金属リザーバに最も近く位置するように設計された上部１１であって、前記上部は上面１２を有する。
－微粉化プロセス中に微粉化塔に最も近く位置するように設計された底部１９であって、前記底部は底面１８を有する。
－摺動方向Ｓを考慮した場合に、前記上面および底面を接合し、ノズルアセンブリの上流側および下流側にそれぞれ位置する上流面および下流面。
－リザーバ開口部１０４と位置合わせされるのに適した液体金属入口４１と、微粉化塔内の液体金属流を注ぎ出すように構成された液体金属出口４２とを有する液体金属ノズル４０であって、前記液体金属入口４１が上面１２に位置し、前記液体金属出口４２が底面１８に位置する、液体金属ノズル。
－微粉化流体出口５２を通って流れる流体が液体金属出口４２から流れる液体金属流に衝突するように構成された少なくとも１つの微粉化流体入口５１および微粉化流体出口５２を有する微粉化流体ノズル５０であって、前記微粉化流体出口５２が底面１８に位置している、微粉化流体ノズル。
前記ノズルアセンブリ１は、ノズルアセンブリ１が前記支持構造体２０内で液体金属リザーバ開口部１０４に略平行な方向Ｓに移動することができるような構成で支持構造体２０に取り付けられるように適合される。

図２を参照すると、製造中にノズルアセンブリ１を交換するために、図には描かれていない機械的装置がノズルアセンブリ１を押し、その結果、使用中ノズルアセンブリ１０ｉが使用中セクション２０ｉから押し出され、使用中セクション２０ｉに最も近い位置で入口セクション２０ｅに位置する次のインラインノズルアセンブリ１０ｎによって置き換えられる。この移動は非常に短時間で、例えば５秒未満で、またはさらにより優先的には２秒未満または１秒未満で行われることができるので、液体金属流はほとんど乱されず、ノズル交換に関連する生産性損失は非常に小さい。

特定の実施形態では、上流面１４および下流面１５は相補的な形状を有し、それぞれの下流面および上流面が互いに対向して配置された２つのノズルアセンブリ１０の２つの連続する液体金属ノズル入口４１の間の連続する上面１２を確実にする。

明確にするために、添付の図に示されたノズルアセンブリ１０はすべて、ほぼ立方体の形状を有する。それらの上流面１４および下流面１５は平坦な直線面である。しかしながら、本発明を実施するために他の形状が使用されることができる。例えば、必要な形状相補性を確保するために、同じ曲率半径を維持しながら、上流平面および下流平面に曲面を使用することが可能である。このタイプの設計は、有利には、支持構造体内の２つの連続するノズルアセンブリが、一方が他方に押し付けられたときでもわずかに回転することを可能にすることができる。これは、湾曲した摺動方向Ｓに関連するほぼ非線形の形状を有する支持構造体を使用する場合に有利となり得る。有利には、ノズルアセンブリ１０の上述の設計により、ノズル交換動作中に、使用中ノズルアセンブリ１０ｉと次のインラインノズルアセンブリ１０ｎとがそれらの垂直側で互いに接触し、それにより、前記ノズルアセンブリ上面１２がノズル交換動作中に金属流を遮断する連続面を形成することが確保されるので、微粉化塔内に有害な液体金属漏れはない。これは、金属流を止めるためにストッパロッドなどの特定の装置を必要とせずに、ノズル交換動作を行うことができる可能性があることを意味する。さらに、ノズル交換装置は、微粉化塔に対していくつかの動作を実行する必要がある、または微粉化装置の機器のいずれかに関連する生産上の問題があるなどの産業上の理由からそうする必要がある場合に、意図的に金属流を一時的に停止するために使用されることさえできる。金属流を一時的に止めるために、使用中ノズルアセンブリ１０ｉは、使用中セクション２０ｉから部分的に押し出され、次のインラインノズルアセンブリ１０ｎは、リザーバ開口部が使用中ノズルアセンブリ１０ｉまたは次のインラインノズルアセンブリ１０ｎのいずれかまたは両方の上面１２によって遮断されるように、使用中セクションの内側に部分的に押し込まれる。

図５～図８に示すような特定の実施形態では、ノズル交換アセンブリ１０の微粉化流体入口５１は、液体金属入口４１とは異なる平面に位置する。有利には、これにより、液体金属入口および微粉化流体入口への接続を独立して管理することが可能になり、これらはそれぞれ、滑らかな微粉化プロセスのために良好な気密性を必要とする。使用中ノズル１０ｉの場合、液体金属入口４１は、リザーバ開口部１０４と正確に位置合わせされる必要がある。一方、微粉化流体入口５１は、微粉化流体供給部１０６に流体密に接続される必要がある（微粉化流体圧力が非常に高くなり得るので特にそうである）。液体金属入口と微粉化流体入口の両方が同じ平面に位置している場合、それらの位置を独立して調整し、またそれらに独立してアクセスするための自由度はない。しかしながら、それらが別個の平面に位置している場合、例えば、添付の図に示すように、微粉化流体入口５１に対するクイックフィットシステムを提供することが可能である。前記微粉化流体入口５１は、ノズルアセンブリの上面１２から独立して容易にアクセスされることができる。

本発明の特定の実施形態によれば、各ノズルアセンブリ１は、少なくとも一対の微粉化流体入口を形成する偶数の微粉化流体入口５１を有し、各前記対について、入口は、ノズルアセンブリ１の実質的に反対側に位置する両側上の、反対側に位置する略平行な面に位置する。有利には、この構成は、微粉化噴霧ノズル５０内の微粉化流体の流れのより良い分布を可能にする。

図５～図８に示すような本発明の特定の実施形態によれば、微粉化流体出口５２は実質的に環状の形状である。有利には、これにより、微粉化チャンバ内の液体金属流に衝突する均質な微粉化流体流が可能になる。

図５～図８に示すような本発明の特定の実施形態によれば、各ノズルアセンブリ１０の上部１１は、耐火性材料で作られた上部プレート１３を備え、前記上部プレート１３は、上部１１内に位置する液体金属ノズル４０の部分を収容する。有利には、耐火性材料の使用は、微粉化プロセス中にこの装置が受ける一般的な高い温度に対する良好な耐性を可能にし、また、ノズル交換動作中、または液体金属流を一時的に止めるためにノズル交換装置を使用するとき、あるいは寄生液体金属が漏れるときのいずれかに前記上部プレート１３に衝突する可能性がある、生じ得る液体金属流に対する良好な耐性も可能にする。さらに、上部プレート１３が液体金属ノズル４０を収容する設計を使用することにより、上部１１の容易なメンテナンスおよび組み立てが可能になり、前記上部の良好な気密性が可能になり、したがってノズル交換動作中の液体金属漏れによるノズルアセンブリの損傷が防止され、または金属流を一時的に停止するためのノズルアセンブリの使用が可能になり、または一般に微粉化動作中の損傷が防止される。

本発明の特定の実施形態によれば、上面１２が具備する上部プレート１３の部分は、その摩擦係数を低減するために表面処理が施されている。有利には、これにより、ノズルアセンブリ１０が支持構造体２０内で滑らかに摺動することが可能になり、ノズル交換動作中のノズルアセンブリ１０および支持構造体２０の両方の摩耗を最小限に抑える。

本発明の特定の実施形態によれば、上部プレート１３はグラファイトで作られる。グラファイトは、耐火性材料および低摩擦係数材料の両方であり、これにより、液体金属に対する良好な耐性および環境の一般的な熱、ならびにノズル交換動作中のノズルアセンブリおよび支持構造体の摩耗が少ないという上述の利点をもたらすことができる。

図５～図８に示すような本発明の特定の実施形態によれば、底部１９は、底部１９内に位置する液体金属ノズル４０の部分を収容するように設計された微粉化流体ノズル５０を備える。有利には、これは、底部１９の容易なメンテナンスおよび組み立てを可能にし、前記底部の良好な気密性を可能にする。この設計はまた、使用中ノズルが押し出された後に微粉化流体ノズル５０が再使用され得るノズルアセンブリを提供することを可能にする。実際、使用済み液体金属ノズル４０を微粉化流体ノズル５０から取り外すことが可能であるが、それは、前記液体金属ノズルが微粉化流体ノズル５０の容積を収容するために設けられた内部に単に挿入されているからである。これは、微粉化流体ノズルが高価な装置であるため、メンテナンスおよび運用コストの点で有利である。例えば、微噴火流体ノズル５０は、ステンレス鋼で作られており、前述のように、クイックフィット入口が設けられている。例えば、微噴火流体ノズルは、図７に示すように、例えばそれらを一緒にねじ止めすることによって一緒に組み立てられる上部および底部で作られる。有利には、これにより、例えば鋳造などの従来の部品製造プロセスを依然として使用しながら、複雑な部品設計が可能になる。この二部構成はまた、液体金属ノズル４０および微粉化流体ノズル５０を使用前に容易に組み立て、使用後に容易に分解するのに有利に役立つことができる。

本発明の特定の実施形態によれば、図４および図８に示すように、支持構造体２０は、ノズルアセンブリ１０の上面１２と連続するように設計された上部２１を備え、前記上部の使用中部分２１ｉは、以下を備える。
－中間液体金属ノズル２２であって、その上側２３でリザーバ開口部１０４に接続され、その底側２４で使用中ノズルアセンブリ１０ｉの液体金属入口４１に接続されるように構成された中間液体金属ノズル２２
－前記中間液体金属ノズル２２を収容する上部プレート２５

実際に、この実施形態は、液体金属が流れるノズルを、支持構造体２０内に一体化された非可動部分である中間ノズル２２と、上述のノズル交換動作のおかげで微粉化動作中に容易に交換されることができるノズルアセンブリ１０の液体金属ノズル４０との２つの別個の部分に分離することを可能にする。有利には、これは、液体金属出口４２であるノズルの最も重要な部分を容易に交換することを可能にすると同時に、前記リザーバ開口部ならびに例えばチャネル１０３などの液体金属リザーバ１０１の関連部分の摩耗をもたらすであろうノズルの可動部分とリザーバ開口部１０４との間の接触を回避する。さらに、中間液体金属ノズル２２を収容する上部プレート２５を設けることにより、微粉化動作が終了した後に中間液体金属ノズル２２を引き出して交換することが可能になり、装置の良好な気密性および安定性を確保する。

本発明の特定の実施形態によれば、支持構造体の使用中セクションの上部プレート２５は、耐火性材料で作られる。有利には、これは、微粉化プロセス中にこの装置が受ける一般的な高温に対する良好な耐性を可能にし、また、寄生液体金属漏れから生じる得る液体金属流に対する良好な耐性も可能にする。

本発明の特定の実施形態によれば、支持構造体の使用中セクションの上部プレート２５の部分の底面２６は、その摩擦係数を低減するために表面処理が施されている。有利には、これにより、ノズルアセンブリ１０が支持構造体２０内の使用中セクション２０ｉにおいて滑らかに摺動することが可能になり、ノズル交換動作中のノズルアセンブリ１０および支持構造体２０の両方の摩耗を最小限に抑える。

本発明の特定の実施形態によれば、支持構造体の使用中セクションの上部プレート２５は、グラファイトで作られる。グラファイトは、耐火性材料および低摩擦係数材料の両方であり、これにより、液体金属に対する良好な耐性および環境の一般的な熱、ならびにノズル交換動作中のノズルアセンブリおよび支持構造体の摩耗が少ないという上述の利点をもたらすことができる。

図２～図４に示すような本発明の特定の実施形態によれば、支持構造体２０は、ノズルアセンブリ１０の底部１９を支持するように構成された底部２９をさらに備える。有利には、これは、ノズルアセンブリが底部から支持されるので、ノズル交換装置のより良好な機械的安定性を可能にする。

本発明の特定の実施形態によれば、ノズル交換装置３０は、低圧流体供給部および分配回路（添付の図には示されていない）をさらに備え、
－少なくとも次のインラインノズルアセンブリ１０ｎは、前記低圧流体供給部に接続されたその微粉化流体供給入口のうちの少なくとも１つを有し、
－使用中ノズルアセンブリ１０ｉは、高圧微粉化流体供給部に接続されたその微粉化流体供給入口のうちの少なくとも１つを有する。

次のインラインノズルアセンブリ１０ｎを低圧流体回路に接続することによって、前記次のインラインノズルアセンブリ１０ｎの微粉化流体出口５２において正圧が確保される。有利には、これは、一般に、微粉化流体出口５２および微粉化流体ノズル５０を、微粉化塔内に存在し得る浮遊金属粉末粒子による汚染から保護する。実際、例えば５マイクロメートル未満の直径を有する金属粒子などの非常に小さな直径の金属粒子が微粉化塔内を飛び回り、微粉化塔の適切な装置によって容易に捕捉されないことが知られている。これらの浮遊粒子は、微粉化流体ノズルを詰まらせて損傷させる可能性があり、使用中の位置にあるときにその良好な機能を損ない、また、洗浄またはメンテナンスなしにその後の実行で再使用することをより困難にする。金属粉末汚染を防止するために低圧流体を使用することは、既存の流体入口５２を有利に利用し、この目的のために高価な高圧流体を浪費することを回避し、また、次のインラインノズルアセンブリ１０ｎから出る流体と使用中ノズルアセンブリ１０ｉから出る高圧流体との間に負の相互作用が生じないことを確実にする。

本発明の特定の実施形態によれば、低圧流体供給部および分配回路で使用される流体は、微粉化流体と同じ流体である。有利には、これは、既存の流体入口５２および微粉化流体ノズル５０の流体循環チャンバを最適に利用する。実際、これらは微粉化流体の流れのために構成されている。

本発明の特定の実施形態によれば、低圧流体供給部は、微粉化プロセスでの使用によって減圧された後に回収された再循微粉化流体の少なくとも一部を含む。有利には、利用可能な使用済微粉化流体を使用することで、コストおよび効率の利益をもたらすことができる。

本発明の特定の実施形態によれば、少なくとも使用中ノズルアセンブリ２０ｉおよび次のインラインノズルアセンブリ２０ｎは、高圧回路および低圧回路の両方に接続され、ノズル交換装置３０は、各ノズルアセンブリの低圧回路と高圧回路とを切り替えるために、各ノズルアセンブリのバルブシステムをさらに備える。有利には、これは、上述の低圧流体吹き込みシステムを実装して、ノズル交換動作の実行時に流体供給接続を管理する必要なく金属粉末汚染を防止することを可能にし、新しい使用中ノズル１０ｉの流体供給部は、バルブシステムを操作することによってノズル交換動作中に高圧流体供給部に切り替えられる。

本発明の特定の実施形態によれば、ノズル交換装置３０は、ノズルアセンブリ流体入口５１への流体供給部を高圧回路と低圧回路との間で切り替えるように設計されたリニアアクチュエータをさらに備える。有利には、これにより、高圧流体供給部および低圧流体供給部の両方への接続のために同じ組の流体入口５１を使用することが可能になり、それによって微粉化流体ノズル５０の設計およびメンテナンスが簡素化される。

本発明の特定の実施形態によれば、ノズル交換装置３０は、使用中の液体金属ノズル出口の材料摩耗のレベルを監視するように構成された、添付の図には示されていない液体金属ノズル摩耗検出器をさらに備える。有利なことに、これは、最適な時間にノズル交換動作を実行することを可能にし、それによって微粉化プロセスの品質および生産性を低下させることなく、使用中ノズルアセンブリの最大限の効率的な使用を保証する。

本発明の特定の実施形態によれば、図４に示すように、ノズル交換装置３０は、リザーバ開口部１０４を通って出る液体金属流を遮断するように設計されたストッパロッド１０８をさらに備える。例えば、ストッパロッドは、液体金属流を止めるために、チャネル１０３の入口を遮断するように下方に移動される。有利には、ストッパロッドの存在は、例えば動作理由から、またはノズルを交換するために、必要なときに金属流を停止させる可能性を確保する。これにより、ノズル交換動作中の液体金属の漏れをさらに防止することができる。

本発明の特定の実施形態によれば、図４に示すように、前記ストッパロッド１０８は、中空容積１０９を収容し、ロッド開口部１１０をさらに備え、当該ロッド開口部を介して、ストッパロッド１０８が液体金属流を止めるために使用されるときに、ストッパロッドの下に残っている液体金属を液体金属出口４２を通って押し出すために、ストッパロッドの下の液体金属に圧力が加えられることができる。実際、液体金属流を止めるためにストッパロッドを動作させるとき、液体金属ノズル４０内に含まれる液体金属の部分は、もはや液体金属リザーバ内の液体金属から来る圧力にさらされない。結果として、これは液体金属が液体金属ノズル４０を通って流れるのを停止させ、これは液体金属ノズル４０内の金属の凍結につながる可能性があり、ストッパロッドが持ち上げられた後にそれを再び使用することを不可能にする。さらに、液体金属コラムは、液体金属ノズル４０の上方で（例えば、中間ノズル２２内またはリザーバ開口部１０４内で）さらに凝固することができる。これは、ノズルアセンブリ１０と支持構造体または液体金属リザーバとの間に凝固した金属の固体接続を形成し、ノズルアセンブリ１０の摺動運動を阻止し、したがってノズル交換装置３０の全体的な機能を効果的に阻止する。これを防止するために、上述の中空ストッパロッド１０８を使用することが有利であり、当該ストッパロッドはロッド開口部１１０を有し、当該ロッド開口部を介して、ストッパロッド１０８が液体金属流を止めるために使用されるときに、ストッパロッドの下に残っている液体金属を液体金属出口４２を通って押し出すために、ストッパロッドの下の液体金属に圧力が加えられることができる。例えば、ストッパロッドを押し出し、上述の有害な凝固を防止するために、ストッパロッドの下の液体金属コラムに圧力を加えるために、ロッド開口部１１０を通って流体を吹き付けることができる。例えば、ストッパロッドは、中空容積１０９内で下方に摺動することができ、したがって中空容積１０９内の流体を圧縮して、ストッパロッドの下に残っている液体金属を押し出すのに必要な圧力を加えることができる内側ロッドをさらに備えることができる。

本発明の特定の実施形態によれば、微粉化プロセス中に使用中ノズルアセンブリ１０ｉの底部１９に上向きの圧力が加えられ、前記上向きの圧力は、液体金属流から生じる下向きの圧力を打ち消すように構成される。有利には、これにより、使用中ノズルアセンブリ１０ｉが微粉化プロセス中に定位置に強固に保持され、寄生せん断応力または振動などによって動かないことを確実にすることができる。さらに、これは支持構造体も保護する。実際、液体金属ノズル２０を通る液体金属流によって加えられる下向きの圧力は、使用中ノズルアセンブリ１０ｉによって支持構造体２０に加えられる下向きの圧力をもたらす。この圧力が意図的に逆上向きの圧力を加えることによって補償されない場合、前記圧力の全負荷が支持構造体２０によって支えられ、機械的摩耗、反り、変形、およびその後のメンテナンスの問題をもたらす可能性がある。このような考慮事項は、微粉化動作が高温を生成し、したがって支持構造体が高温および高い機械的負荷の両方にさらされ、クリープなどのよく知られている現象に起因して早期故障をもたらす可能性があることを考慮すると、一層重要である。

上述の装置を実装するノズル交換動作は、以下のステップ、すなわち、
Ａ／前述のノズル交換装置を提供するステップと、
Ｂ／摺動方向Ｓへのノズルアセンブリの移動を作動させるために機械的装置を動作させるステップと、
Ｃ／使用中ノズルアセンブリを支持構造体の使用中セクションから押し出し、新しい使用中ノズルになる次のインラインノズルと交換するステップと、
を備える。

ノズル交換動作は、任意選択的に、新しい使用中のノズルへの流体供給部を低圧流体供給部から高圧微粉化流体供給部に切り替える追加のステップを備える。前記ステップは、バルブシステム、またはリニアアクチュエータ、または前記高圧流体供給源と低圧流体供給源との間の迅速な切り替えを実行するのに適した任意の他のシステムを使用することによって実行される。

ノズル交換動作は、任意選択的に、ノズル交換動作を作動させる適切な瞬間を決定するために、使用中の液体金属ノズル出口の材料摩耗のレベルを監視するように構成された液体金属ノズル摩耗検出器の情報を使用する追加のステップを含む。

ノズル交換動作は、任意選択的に、上述のステップＢの前に、リザーバ開口部１０４からの液体金属流を止めるためにストッパロッドを移動させる追加のステップを備える。

ノズル交換動作は、任意選択的に、上述のステップＢの前に、ストッパロッドの下に残っている液体金属を液体金属出口４２を通って押し出すために、ストッパロッドの下の液体金属に圧力を加える追加のステップを備える。

ノズル交換動作は、任意選択的に、上述のステップＣの後に、使用中ノズルアセンブリの底部に上向きの圧力を加える追加のステップを備える。

Claims (15)

1. 液体金属リザーバ（１０１）内に保持されてリザーバ開口部（１０４）を通って前記液体金属リザーバから出る液体金属（１０９）が、微粉化流体によって微粉化されて、微粉化塔（１０２）内に金属スプレー（１１０）を形成する、液体金属微粉化プロセスでの使用に適したノズルアセンブリ（１０）であって、前記ノズルアセンブリ（１０）は、
   －微粉化プロセス中に液体金属リザーバ（１０１）に最も近く位置するように設計された上部（１１）であって、上面（１２）を有する前記上部（１１）と、
   －微粉化プロセス中に微粉化塔（１０２））に最も近く位置するように設計された底部（１９）であって、底面（１８）を有する前記底部（１９）と、
   －摺動方向Ｓを考慮した場合に、前記上面（１２）および底面（１８）を接合し、ノズルアセンブリの上流側および下流側にそれぞれ位置する上流面（１４）および下流面（１５）と、
   －リザーバ開口部（１０４）と位置合わせされるのに適した液体金属入口（４１）と、微粉化塔（１０２）内の液体金属流を注ぎ出すように構成された液体金属出口（４２）とを有する液体金属ノズル（４０）であって、前記液体金属入口（４１）は上面（１２）に位置し、前記液体金属出口（４２）は底面（１８）に位置する、液体金属ノズル（４０）と、
   －少なくとも１つの微粉化流体入口（５１）および微粉化流体出口（５２）を有し、微粉化流体出口（５２）を通って流れる流体が液体金属出口（４２）から流れる液体金属流に衝突するように構成された微粉化流体ノズル（５０）であって、前記微粉化流体出口（５２）は底面（１８）に位置している、微粉化流体ノズル（５０）と、
   を備え、
   前記ノズルアセンブリ（１０）は、ノズルアセンブリ（１０）が支持構造体（２０）内で液体金属リザーバ開口部（１０４）に平行な摺動方向Ｓに移動することができるような構成で前記支持構造体（２０）に取り付けられるように適合される、ノズルアセンブリ（１０）。
2. 上流面（１４）および下流面（１５）は相補的な形状を有し、これらの形状は、互いに対向するように配置されたそれぞれの上流面（１４）および下流面（１５）を有する２つのノズルアセンブリ（１０）の２つの連続する液体金属ノズル入口（４１）の間で上面（１２）を連続させている、請求項１に記載のノズルアセンブリ（１０）。
3. 少なくとも１つの噴霧流体入口（５１）は、液体金属入口（４１）とは異なる平面に位置する、請求項１または２に記載のノズルアセンブリ（１０）。
4. 少なくとも一対の噴霧流体入口（５１）を形成する偶数の微粉化流体入口（５１）を有し、各前記少なくとも一対について、入口（５１）は、ノズルアセンブリ（１０）の互いに反対側の両側上の、互いに反対側の平行な面に位置する、請求項１または３のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ。
5. 微粉化流体出口（５２）は環状の形状である、請求項１～４のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ（１０）。
6. 上部（１１）は耐火性材料でできている上部プレート（１３）を備え、前記上部プレート（１３）は、上部（１１）内に位置する液体金属ノズル（４０）の部分を収容するように設計されている、請求項１～５のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ（１０）。
7. 上面（１２）に含まれる上部プレート（１３）の部分は、その摩擦係数を低減するために表面処理が施されている、請求項６に記載のノズルアセンブリ（１０）。
8. 上部プレート（１３）はグラファイトで出来ている、請求項６または７に記載のノズルアセンブリ（１０）。
9. 底部（１９）は、底部（１９）内に位置する液体金属ノズル（４０）の部分を収容するように設計された微粉化流体ノズル（５０）を備える、請求項１～８のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ（１０）。
10. 液体金属リザーバ（１０１）内に保持されてリザーバ開口部（１０４）を通って前記液体金属リザーバから出る液体金属（１０９）が微粉化流体によって微粉化されて、微粉化塔（１０２）内で金属スプレー（１１０）を形成する、液体金属微粉化プロセスでの使用に適した、請求項１～９のいずれか一項に記載の少なくとも１つのノズルアセンブリ（１０）を保持するように設計された支持構造体（２０）であって、前記支持構造体（２０）は、ノズルアセンブリ（１０）が液体金属リザーバ開口部（１０４）に平行な方向Ｓに前記支持構造体（２０）内を移動することができるように構成され、前記支持構造体（２０）は、
    －使用中ノズルアセンブリ（１０ｉ）を収容するように設計された支持構造体（２０）の部分に対応する使用中セクション（２０ｉ）であって、前記使用中ノズルアセンブリ（２０ｉ）は、リザーバ開口部（１０４）と効果的に位置合わせされたその液体金属入口（４１）を有する、使用中セクション（２０ｉ）と、
    －摺動方向Ｓを考慮した場合に、使用中セクション（２０ｉ）の上流に位置する支持構造体（２０）の部分に対応する入口セクション（２０ｅ）と、
    をさらに備える支持構造体（２０）。
11. ノズルアセンブリ（１０）の上面（１２）と連続するように設計された上部（２１）をさらに備え、前記上部（２１ｉ）の使用中部分は、
    －中間液体金属ノズル（２２）であって、その上側（２３）でリザーバ開口部（１０４）に接続され、その底側（２４）で使用中ノズルアセンブリ（２０ｉ）の液体金属入口（４１）に接続されるように適合された中間液体金属ノズル（２２）と、
    －前記中間液体金属ノズル（２２）を収容する上部プレート（２５）と、
    を備える、請求項１０に記載の支持構造体（２０）。
12. 支持構造体の使用中セクションの上部プレート（２５）は耐火性材料でできている、請求項１１に記載の支持構造体（２０）。
13. 支持構造体の使用中セクションの上部プレート（２６）の底面は、その摩擦係数を低減するために表面処理が施されている、請求項１２に記載の支持構造体（２０）。
14. 支持構造体の使用中セクションの上部プレート（２５）はグラファイトでできている、請求項１２に記載の支持構造体（２０）。
15. ノズルアセンブリ（１０）の底部（１９）を支持するように構成された底部（２９）をさらに備える、請求項１０～１４のいずれか一項に記載の支持構造体（２０）。