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Plasmas thermiques : aspects fondamentaux| Réf : D2820 v2
Auteur(s) : Pierre FAUCHAIS
Date de publication : 10 août 2007
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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 ;
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).
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 TiO2, la production d’acétylène et le traitement des déchets.
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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CONVERSION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
(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).
(6) - BOULOS (M.I.) - The inductively coupled radio frequency plasma. - J. High Temp. Mat. Proc., 1, p. 17-39...
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