Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Pierre FAUCHAIS : Professeur - SPCTS (Science des procédés céramiques et des traitements de surface) - CNRS UMR 6638 - Université de Limoges-Faculté des sciences
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les plasmas thermiques (cf. dossier Plasmas thermiques : aspects fondamentaux), à la pression atmosphérique ou à son voisinage (c’est-à-dire de 10 à 500 kPa), peuvent être produits à des puissances comprises entre quelques centaines de watts, par exemple pour le micro-découpage, et un peu plus d’une centaine de megawatts pour les fours métallurgiques à courant continu. Ils couvrent donc un très large domaine d’applications : découpage ou soudage des pièces métalliques, traitements de surface et dépôts, métallurgie extractive, refusion-purification des métaux, sphéroïdisation et purification des particules, analyse chimique, chauffage des répartiteurs de coulée, chimie, synthèse de poudres nanométriques ou ultrafines, fabrication des pièces de forme, traitement des déchets.
Dans cette présentation nous vous proposons de décrire les différents types de torches utilisées industriellement dans les applications citées.
Pour de plus amples renseignements sur les plasmas thermiques, et en particulier sur la théorie des plasmas, le lecteur est invité à consulter dans cette base de données, et du même auteur, la référence de la bibliographie : Plasmas thermiques : aspects fondamentauxPlasmas thermiques : aspects fondamentaux.
L'expertise technique et scientifique de référence
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- Version archivée 1 de mars 1990 par Pierre FAUCHAIS
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Arcs transférés4. Arcs soufflés
4.1 Principes
La cathode chaude (figure 6a), de type tige, a une extrémité conique afin de centrer le pied d’arc sur celle-ci (zone la plus chaude) et le gaz plasmagène est introduit autour de la cathode, soit axialement soit en vortex [11] [18]. La polarité ne peut être inversée sous peine de destruction rapide de la cathode. En effet, la cathode en tungstène est chauffée par les ions venant du plasma, mais elle est aussi refroidie (près de 95 % de l’énergie apportée par les ions) par l’émission des électrons. Lorsque la polarité s’inverse, il n’y a plus de refroidissement par émission des électrons. Si, par exemple, l’alimentation se fait en courant alternatif, la cathode, déjà portée à 3 800 K pour émettre les électrons, va recevoir le flux anodique lors de l’inversion de polarité et être fortement surchauffée. Sa destruction est donc rapide, sauf conception spéciale.
Dans le cas de la cathode froide en forme de puits (figure 6b), le gaz doit être introduit en vortex avec une vorticité importante (S > 8 à 10) et, dès que la puissance dépasse 100 à 200 kW, un champ magnétique doit également aider au déplacement de l’arc à la cathode car l’effet vortex n’est pas très efficace dans le puits. La vorticité S de la torche est définie par l’expression suivante :
( 1 )
avec :
- z :
-
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- d :
- diamètre interne de la tuyère
- D :
- diamètre de la chambre d’injection du gaz plasmagène,
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Arcs soufflés
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FAUCHAIS (P.) - Plasmas thermiques : aspects fondamentaux. - Plasmas thermiques : aspects fondamentaux. Base documentaire « Convertisseurs et machines électriques » (2005).
-
(2) - PATEYRON (B.) - * - Software of thermodynamic and transport properties (ADEP data). http://ttwinner.free.fr
-
(3) - ECKERT(H.U.) - The induction arc: a state of the art review. - High Temp., 6, p. 99 à 134 (1974).
-
(4) - BOULOS (M.I.) - The inductively coupled R.F. plasma. - Pure and Appl. Chem. 57, p. 1321-1352 (1985).
-
(5) - BOULOS (M.I.) - Radio-frequency plasma developments, scale-up and industrial applications. - J. High Temp. Chem. Proc., 1, p. 401-411 (1992).
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(6) - BOULOS (M.I.) - The inductively coupled radio frequency plasma. - J. High Temp. Mat. Proc., 1, p. 17-39 (1997).
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