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RÉSUMÉ
Les plasmas thermiques, à la pression atmosphérique ou à son voisinage, peuvent être produits à des puissances comprises entre quelques centaines de watts et un peu plus d’une centaine de megawatts. 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.
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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
INTRODUCTION
Les plasmas thermiques (cf. dossier ), 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 fondamentaux.
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- Version archivée 1 de mars 1990 par Pierre FAUCHAIS
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Techniques de production des plasmas thermiquesArticle inclus dans l'offre
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8. Conclusion
Pour générer des plasmas thermiques, trois grands types de torches (ou techniques) existent :
-
les plasmas radiofréquence à couplage inductif ;
-
les torches à arc soufflé ;
-
les arcs transférés.
Au plan commercial, on peut trouver des torches radiofréquence fonctionnant entre 30 et 400 kW. Leurs avantages principaux sont :
-
de pouvoir fonctionner avec presque tous les gaz y compris les gaz oxydants ;
-
d’avoir des vitesses d’écoulement 10 à 20 fois inférieures à celles des torches à arc soufflé et, donc, des temps de séjour 10 à 20 fois plus longs ;
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de ne pas avoir d’électrodes dont l’usure pollue les gaz plasmagènes.
Ces torches sont principalement utilisées pour la sphéroidisation-purification des particules, la projection de grosses particules (jusqu’à 100-200 µm suivant les matériaux) en fusion de zone, la synthèse de particules micrométriques ou nanométriques, la CVD ( chemical vapour deposition) assistée par plasma et pour certains traitements des déchets. Enfin des torches de puissance inférieure à 5 kW sont utilisées pour l’analyse spectrochimique (plus de 15 000 installations en service dans le monde).
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Les torches à arc soufflé présentent une gamme de puissance beaucoup plus étendue de 0,5 kW à 8 MW. Leurs applications concernent les opérations de traitement de surface, en particulier la projection, par torche à plasma ou arc fil, la CVD plasma (dépôt de diamants sur outils de coupe) avec des puissances de quelques kW et 250 kW.
Avec des puissances de quelques MW, les torches, généralement à cathode froide pour fonctionner avec de l’air comme gaz plasmagène, sont utilisées pour le chauffage des cubillots, des hauts-fourneaux, la synthèse de pigments de TiO 2, la production d’acétylène et le traitement des déchets.
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Enfin les arcs transférés couvrent la gamme de puissance la plus large : de quelques kW à une centaire de MW. À des puissances inférieures à 8 MW, les électrodes sont non consommables (dans plus de 99 % des cas, elles sont en tungstène thorié) et, au-delà, elles sont en graphite. L’avantage, lorsque la pièce à traiter est l’anode, est que beaucoup d’énergie...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FAUCHAIS (P.) - 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).
-
(6) - BOULOS (M.I.) - The inductively coupled radio frequency plasma. - J. High Temp. Mat. Proc., 1, p. 17-39 (1997).
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