FR2514223A1 - Plasma generator, esp. for melting ceramics or extn. metallurgy - where powder to be melted or reduced is injected through bore of tubular cathode - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif pour produire un plasma, notamment pour la fusion des céramiques et pour la métallurgie extractive
La présente invention concerne la génération des plasmas, notamment dans un générateur ou un four à plasma
On sait que de tels générateurs ou fours, appelés également réacteurs, ont pris ces dernières années une importance considérable dans un certain nombre d'applications.Device for producing a plasma, in particular for melting ceramics and for extractive metallurgy
The present invention relates to the generation of plasmas, in particular in a generator or a plasma oven.
It is known that such generators or ovens, also called reactors, have taken on considerable importance in recent years in a certain number of applications.
En particulier on a préconisé l'utilisation de plasmas pour traiter des surfaces, par exemple en vue de réaliser la nitruration ou la carburation des metaux, la modification des propriétés des surfaces polymériques, le dépôt de films diélectriques minces en une matière inorganique dans la fabrication des semiconducteurs, la gra vure des semiconducteurs. En effet, la technique des plasmas permet de produire des états de surfaces très intéressants en déposant par exemple des particules de très petites dimensions obtenues à partir de poudres transformées en plasma.Ces poudres peuvent être par exemple l'alumine, la magnésie, la silice, la zircone, le zircon, l'oxyde de chrome, le dioxyde de titane, des carbures, des borures, des siliciures, des cermets et même des poudres composites combinant des métaux et des céramiques (cuivre et carbure de silicium, aluminium et alumine par exemple). In particular, the use of plasmas has been recommended for treating surfaces, for example with a view to carrying out the nitriding or carburizing of metals, the modification of the properties of polymeric surfaces, the deposition of thin dielectric films in an inorganic material in manufacturing. of semiconductors, the engraving of semiconductors. Indeed, the plasma technique makes it possible to produce very interesting surface states by depositing for example particles of very small dimensions obtained from powders transformed into plasma. These powders can be for example alumina, magnesia, silica , zirconia, zircon, chromium oxide, titanium dioxide, carbides, borides, silicides, cermets and even composite powders combining metals and ceramics (copper and silicon carbide, aluminum and alumina for example).
On-a également proposé la technique des plasmas pour réaliser certaines métallurgies spéciales, par exemple pour former du ferrovanadium, pour décomposer du disulfure de molybdène, pour dissocier des sables de zircon. The plasma technique has also been proposed to carry out certain special metallurgies, for example to form ferrovanadium, to decompose molybdenum disulfide, to dissociate zircon sands.
Les générateurs de plasma sont de plusieurs types. There are several types of plasma generators.
On connait en particulier des générateurs comportant une anode et une cathode.Generators are known in particular comprising an anode and a cathode.
Dans ces générateurs connus à anode et à cathode, l'injection de la poudre à traiter par plasma a lieu soit par l'anode, soit au voisinage de l'anode, soit en aval de la cathode. In these known generators with anode and cathode, the injection of the powder to be treated by plasma takes place either by the anode, or in the vicinity of the anode, or downstream of the cathode.
Contrairement à la pratique antérieure, la présente invention prévoit l'introduction de la poudre à traiter par plasma à travers une cathode creuse. Contrary to prior practice, the present invention provides for the introduction of the powder to be treated by plasma through a hollow cathode.
De ce fait un générateur à plasma selon l'invention comprend, dans une enceinte, une anode et une cathode disposée en regard de l'anode, le générateur étant caractérisé en ce que la cathode est creuse et en ce qu'il comporte des moyens pour injecter, à travers la cathode creuse, la poudre à traiter en suspension dans un gaz. Therefore a plasma generator according to the invention comprises, in an enclosure, an anode and a cathode disposed opposite the anode, the generator being characterized in that the cathode is hollow and in that it comprises means to inject, through the hollow cathode, the powder to be treated suspended in a gas.
Il est ainsi possible d'injecter la poudre dans les zones les plus chaudes du plasma, zones qui sont les plus visquéuses mais les plus énergétiques, ce qui est un très grand avantage par rapport aux dispositifs antérieurs dans lesquels l'injection de la poudre n' avait pas lieu par le centre de la cathode, mais par l'anode ou au voisinage de l'anode ou enfin en aval de la cathode. It is thus possible to inject the powder into the hottest areas of the plasma, areas which are the most viscous but the most energetic, which is a very great advantage compared to the prior devices in which the injection of the powder n 'did not take place through the center of the cathode, but through the anode or in the vicinity of the anode or finally downstream of the cathode.
L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. The invention may, in any case, be well understood with the aid of the additional description which follows, as well as of the appended drawings, which supplement and drawings are, of course, given mainly by way of indication.
La figure 1 illustre, en coupe, un premier mode de réalisation (schématique) d'un générateur de plasma mettant en oeuvre les perfectionnements de l'invention. FIG. 1 illustrates, in section, a first embodiment (schematic) of a plasma generator implementing the improvements of the invention.
Les figures 2 à 5 illustrent un second mode de réalisation d'un générateur selon l'invention, la figure 2 étant une coupe longitudinale du générateur par II-II de la figure 3, la figure 3 étant une vue en bout par
III-III de la figure. 2, le noyau du générateur étant supposé enlevé, et les figures 4 et 5 sont des coupes longitudinales partielles respectivement par IV-IV et par
V-V de la figure 3.Figures 2 to 5 illustrate a second embodiment of a generator according to the invention, Figure 2 being a longitudinal section of the generator by II-II of Figure 3, Figure 3 being an end view by
III-III of the figure. 2, the generator core being assumed to be removed, and FIGS. 4 and 5 are partial longitudinal sections respectively by IV-IV and by
VV of figure 3.
La figure 6 représente, en coupe longitudinale, un premier mode de réalisation d'un des éléments du générateur des figures 2 à 5, à savoir le diffuseur de gaz disposé autour de la cathode. 6 shows, in longitudinal section, a first embodiment of one of the elements of the generator of Figures 2 to 5, namely the gas diffuser arranged around the cathode.
Les figures 7 et 8 représentent un second mode de réalisation de ce diffuseur respectivement en coupe lon gitudinale (figure 7) et vu en bout (figure 8). Figures 7 and 8 show a second embodiment of this diffuser respectively in longitudinal section (Figure 7) and seen at the end (Figure 8).
La figure 9 illustre, en élévation avec coupe partielle, un distributeur de poudre apte à coopérer avec un générateur selon l'invention. FIG. 9 illustrates, in elevation with partial section, a powder distributor capable of cooperating with a generator according to the invention.
La figure 10, enfin, représente, schématiquement et en coupe, la partie aval d'un troisième mode de réalisation d'un générateur de plasma entrant dans le cadre de l'invention. Figure 10, finally, shows, schematically and in section, the downstream part of a third embodiment of a plasma generator within the scope of the invention.
Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, de réaliser un dispositif pour produire un plasma, notamment pour la fusion des céramiques et pour la métallurgie extractive, on s'y prend comme suit ou d'une manière analogue. According to the invention and more particularly according to that of its modes of application, as well as those of the embodiments of its various parts, to which it seems that there is reason to be given preference, proposing, for example, to produce a device for producing a plasma, in particular for the melting of ceramics and for extractive metallurgy, this is done as follows or in a similar manner.
En se référant tout d'abord à la figure 1, on voit qu'un générateur pour produire un plasma mettant en oeuvre les perfectionnements selon l'invention comprend, dans une enceinte 1, une anode creuse 2 et une cathode creuse 3 disposées coaxialement tres precisément dans le prolongement l'une de l'autre. Referring first to FIG. 1, it can be seen that a generator for producing a plasma implementing the improvements according to the invention comprises, in an enclosure 1, a hollow anode 2 and a hollow cathode 3 arranged very coaxially precisely in the extension of one another.
La cathode 3 est une pièce massive allongée, par exemple en tungstène thorite, ayant, dans le mode de réalisation illustré, un diamètre extérieur de 10 mm et un alésage central 3a de 3 mm de diamètre. The cathode 3 is a massive elongated piece, for example made of tungsten thorite, having, in the illustrated embodiment, an outside diameter of 10 mm and a central bore 3a of 3 mm in diameter.
L'anode 2 est réalisée par exemple en cuivre et le diamètre de son alésage 2a est légèrement supérieur à celui de l'alésage 3a de la cathode 3; il peut être par exemple de 6 mm. The anode 2 is made for example of copper and the diameter of its bore 2a is slightly greater than that of the bore 3a of the cathode 3; it can for example be 6 mm.
Comme on le voit sur la figure 1, l'anode 2 est dotée d'une embouchure évasée 2b qui commence sensiblement où finit l'extrémité aval arrondie 3b de la cathode;
en effet, comme expliqué ci-après, on verra que la poudre à traiter par plasma circule dans l'alésage 3a dans le sens de la flèche F (de la droite vers la gauche).As seen in Figure 1, the anode 2 has a flared mouth 2b which begins substantially where the rounded downstream end 3b of the cathode ends;
in fact, as explained below, it will be seen that the powder to be treated by plasma circulates in the bore 3a in the direction of the arrow F (from right to left).
Le générateur est alimenté en poudre à son extrémité amont 3c par une canalisation 4, la poudre se trou vant en suspension dans un gaz (avec référence à la figure 9 on expliquera comment on peut produire le jet de poudre fluidisé). Le débit de gaz porteur peut être de l'ordre de 20 à 50 litres par minute. The generator is supplied with powder at its upstream end 3c by a pipe 4, the powder being suspended in a gas (with reference to FIG. 9, we will explain how the jet of fluidized powder can be produced). The carrier gas flow rate can be of the order of 20 to 50 liters per minute.
En outre on prévoit une arrivée de gaz par les canalisations 5 et 6 dans une chambre de tranquillisation 7 qui alimente, par un passage annulaire 8, l'embouchure 2b de l'anode 2. In addition, a gas supply is provided via the pipes 5 and 6 into a stilling chamber 7 which feeds, through an annular passage 8, the mouth 2b of the anode 2.
Lorsqu'on applique une difference de potentiel de l'ordre de 75 volts entre la cathode et l'anode et que l'on alimente la cathode en poudre fluidisée tout en alimentant la chambre de tranquillisation 7 en gaz, on réalise entre la cathode 3 et l'anode 2 un champ électrique suffisant pour créer un plasma dans la zone 9 entre l'anode et la cathode.'
On a constaté que l'on pouvait réduire l'usure de la cathode et de l'anode, d'une part, et l:instabilité de l'arc dans la zone 9, d'autre part,- en créant un champ magnétique dans la zone 9. Ce champ est réalisé, dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, par une bobine magnétique 10 disposée autour de la partie amont de l'anode 2 et de l'extrémité aval de la cathode 3.When a potential difference of around 75 volts is applied between the cathode and the anode and the cathode is supplied with fluidized powder while supplying the still chamber 7 with gas, the cathode 3 is produced and the anode 2 an electric field sufficient to create a plasma in the zone 9 between the anode and the cathode. '
It was found that one could reduce the wear of the cathode and the anode, on the one hand, and the instability of the arc in zone 9, on the other hand, - by creating a magnetic field in zone 9. This field is produced, in the embodiment illustrated in FIG. 1, by a magnetic coil 10 arranged around the upstream part of the anode 2 and the downstream end of the cathode 3.
C1 est en imposant une rotation du point d'impact de l'arc sur l'anode 2 que le champ magnétique produit par la bobine 10 permet d'éviter l'accrochage de l'arc et donc son instabilité et l'usure de l'anode 2 et due la cathode 3. C1 is by imposing a rotation of the point of impact of the arc on the anode 2 that the magnetic field produced by the coil 10 makes it possible to avoid the catching of the arc and therefore its instability and the wear of the anode 2 and due to cathode 3.
En outre ce champ magnétique, en provoquant un mouvement turbulent du plasma, homogénéise le jet de plasma et le traitement thermique de la poudre. In addition, this magnetic field, by causing a turbulent movement of the plasma, homogenizes the plasma jet and the heat treatment of the powder.
La bobine 10 peut être réalisée au moyen d'un tube de cuivre ayant par exemple une section de 9 mm2, qui est refroidi intérieurement par une circulation d'eau arrivant par la canalisation 11 et sortant par la canalisation 12 (flèches fl et fL). The coil 10 can be produced by means of a copper tube having for example a cross-section of 9 mm2, which is internally cooled by a circulation of water arriving by the pipe 11 and leaving by the pipe 12 (arrows fl and fL) .
Un autre circuit de refroidissement par l'eau, à savoir celui de l'anode 2 et de la cathode 3, comporte une entrée 13 (flèche f3), une chambre 14 entourant l'anode 2, une chambre 15 entourant la cathode 3 et une canalisation de sortie 16 (flèche f4). Another water cooling circuit, namely that of the anode 2 and the cathode 3, has an inlet 13 (arrow f3), a chamber 14 surrounding the anode 2, a chamber 15 surrounding the cathode 3 and an outlet pipe 16 (arrow f4).
Pour compléter la description de la figure 1, on notera que la cathode 3 est portée par un porte-cathode 17 fixé, par une bague de serrage 18, au corps extérieur 19, par exemple en une superpolyamide (du type Nylon). To complete the description of FIG. 1, it will be noted that the cathode 3 is carried by a cathode holder 17 fixed, by a clamping ring 18, to the external body 19, for example in a superpolyamide (of the nylon type).
La cathode 3 est centrée au moyen de la pièce 20; un joint torique 21 assure l'étanchéité de la chambre 15. The cathode 3 is centered by means of the part 20; an O-ring 21 seals the chamber 15.
Un cylindre 22 en nitrure de bore porte par une bague isolante 23 (percée de canaux 23a) en polytetrafluoréthylène (du type Teflon) assure le positionnement relatif correct longitudinal entre cathode 3 et anode 2. A cylinder 22 made of boron nitride carried by an insulating ring 23 (pierced with channels 23a) made of polytetrafluoroethylene (of the Teflon type) ensures the correct longitudinal relative positioning between cathode 3 and anode 2.
Enfin l'anode 2 est portée par un couvercle 24, par exemple en un alliage d'aluminium, coopérant avec un boîtier 25 portant la bobine 10 et vissé au corps extérieur 19. Finally, the anode 2 is carried by a cover 24, for example made of an aluminum alloy, cooperating with a housing 25 carrying the coil 10 and screwed to the external body 19.
Les essais effectués par la demanderesse ont montré qu'il y avait intérêt à prévoir une intensité électrique de l'ordre de 260 ampères, une distance entre la cathode et l'anode de l'ordre de 2,5 mm, un diamètre pour l'alésage 3a de la cathode de 6 mm avec un alésage 2a de l'anode de 5 à 10 mm de diamètre. Le gaz d'injection de la poudre peut être constitué par de l'azote contenant éventuellement jusqu'à 10 % d'argon, le débit du gaz n'étant pas critique, à part le fait qu'il doit dépasser une limite inférieure qui est de l'ordre de 20 litres par minute, car avec des débits plus faibles on risque de détériorer la cathode 3 par obstruction de celle-ci. The tests carried out by the applicant have shown that it is advantageous to provide an electrical intensity of the order of 260 amperes, a distance between the cathode and the anode of the order of 2.5 mm, a diameter for l bore 3a of the cathode of 6 mm with a bore 2a of the anode of 5 to 10 mm in diameter. The powder injection gas can consist of nitrogen possibly containing up to 10% of argon, the gas flow rate is not critical, apart from the fact that it must exceed a lower limit which is of the order of 20 liters per minute, because with lower flow rates there is a risk of damaging the cathode 3 by obstruction thereof.
Le champ magnétique doit avoir une certaine intensité et notamment il doit dépasser généralement 2,2 teslas. The magnetic field must have a certain intensity and in particular it must generally exceed 2.2 teslas.
Avec le dispositif de la figure 1 on a injecté une poudre d'oxyde d'aluminium en suspension dans de l'azote avec un débit de 300 g par h e u r e . Dans ce cas particulier, on a constaté qu'il était avantageux de porter à 9 mm le diamètre de l'alésage 3a. With the device of FIG. 1, an aluminum oxide powder suspended in nitrogen was injected with a flow rate of 300 g per hour. In this particular case, it has been found that it was advantageous to increase the diameter of the bore 3a to 9 mm.
On va décrire maintenant, avec référence aux fi gures 2 à 5, un second mode de réalisation a'un dispositif pour produire un plasma présentant les perfectionnements selon l'invention. We will now describe, with reference to FIGS. 2 to 5, a second embodiment of a device for producing a plasma having the improvements according to the invention.
Comme dans le premier mode de réalisation de la figure 1, le dispositif comprend, dans une enceinte 31, une anodé 32 percée d'un alésage 32a et une cathode creuse 33 percée d'un alésage 33a. L'anode 32 et la cathode 33 ont le même axe, l'extrémité aval 33b de la cathode 33 pénétrant à l'intérieur de l'alésage 32a de l'anode 32. As in the first embodiment of Figure 1, the device comprises, in an enclosure 31, an anode 32 pierced with a bore 32a and a hollow cathode 33 pierced with a bore 33a. The anode 32 and the cathode 33 have the same axis, the downstream end 33b of the cathode 33 penetrating inside the bore 32a of the anode 32.
Comme dans le premier mode de réalisation, la cathode 33a est traversée dans le sens de la flèche F par un courant de poudre en suspension dans un gaz, l'alimentation en poudre en suspension ayant lieu par le tube 34. As in the first embodiment, the cathode 33a is traversed in the direction of the arrow F by a current of powder suspended in a gas, the supply of powder in suspension taking place by the tube 34.
La cathode creuse 33 est constituée par un tube en tungstène thorie, par exemple, vissé dans le porte-cathode comportant deux portions, à savoir une portion aval 35, par exemple en cuivre, et une portion amont 36, par exemple en laiton, le tube 34 etant, lui, réalisé par exemple en acier inoxydable. L'anode creuse 32 est réalisée avantageusement, comme dans le premier mode.de réalisation, en cuivre. The hollow cathode 33 is constituted by a theory tungsten tube, for example, screwed into the cathode holder comprising two portions, namely a downstream portion 35, for example made of copper, and an upstream portion 36, for example made of brass, the tube 34 being, for its part, made for example of stainless steel. The hollow anode 32 is advantageously made, as in the first embodiment, of copper.
Le dispositif comprend également des coquilles de refroidissement 37 en un alliage d'aluminium, deux pièces isolantes 38 et 39 (par exemple en polytétrafluoréthylène), la pièce 39 étant disposée en amont de la pièce 38, un corps extérieur 40, par exemple en acier inoxydable, et un couvercle 41 également en acier inoxydable. The device also comprises cooling shells 37 made of an aluminum alloy, two insulating parts 38 and 39 (for example made of polytetrafluoroethylene), the part 39 being arranged upstream of the part 38, an external body 40, for example of steel stainless, and a cover 41 also made of stainless steel.
Enfin le dispositif comprend un diffuseur 42, en forme de cuvette, dont le rôle et la structure seront expliqués plus en détail ci-après, diffuseur réalisé avantageusement en nitrure de bore ou autre matière réfractaire capable de résister aux très hautes températures du plasma. Finally, the device comprises a diffuser 42, in the form of a bowl, the role and structure of which will be explained in more detail below, a diffuser advantageously made of boron nitride or other refractory material capable of withstanding very high plasma temperatures.
Le tube 34, par lequel est injectée la poudre en suspension dans un gaz, tel que l'azote, a, dans le mode de réalisation, un diamètre intérieur de 2,5 mm. La ca thode a un diamètre intérieur de 2,6 mm et un diamètre extérieur de 6 mm, tandis que l'anode 32 a un diamètre intérieur de 7 mm. On peut choisir en vissant plus ou moins (pas de vis 43), le porte-cathode amont 36 dans une bague taraudée 44 portée par la pièce isolante 39, une pénétration plus ou moins grande de l'extrémité aval 33b de la cathode 33 dans l'alésage 32a. Cette pénétration qui peut être comprise entre 5 et 15 mm a été réglée à 5 mm pour les essais effectués. Dans ce cas la distance inter-électrodes est de 0,5 mm.Avec une telle distance inter-électrodes, environ quatre fois plus petite que la section de l'alésage 32a de l'anode 32, la vitesse du gaz de transport de la poudre (en l'absence d'arc) est quatre fois plus grande entre les électrodes 32, 33 que dans l'alésage 32a. Un tel courant de gaz rapide force l'arc, lorsque celui-ci est produit, à s'accrocher plus loin dans cet alésage 32a. The tube 34, through which the powder suspended in a gas, such as nitrogen, is injected, has, in the embodiment, an internal diameter of 2.5 mm. The method has an internal diameter of 2.6 mm and an external diameter of 6 mm, while the anode 32 has an internal diameter of 7 mm. One can choose by screwing more or less (no screw 43), the upstream cathode holder 36 in a threaded ring 44 carried by the insulating part 39, a more or less great penetration of the downstream end 33b of the cathode 33 in bore 32a. This penetration, which can be between 5 and 15 mm, was adjusted to 5 mm for the tests carried out. In this case the inter-electrode distance is 0.5 mm. With such an inter-electrode distance, about four times smaller than the section of the bore 32a of the anode 32, the speed of the transport gas of the powder (in the absence of an arc) is four times larger between the electrodes 32, 33 than in the bore 32a. Such a rapid gas stream forces the arc, when it is produced, to catch further in this bore 32a.
Le diffuseur 42 a pour objet d'éviter les mauvais accrochages de l'arc et de diriger le gaz vers l'alésage 32a. Ce diffuseur peut avoir -différentes formes et on a illustré, d'une part, sur la figure 6 et, d'autre part, sur l'ensemble des figures 7 et 8, deux constructions de ce diffuseur référencées respectivement 42a et 42b. The purpose of the diffuser 42 is to avoid bad snagging of the arc and to direct the gas towards the bore 32a. This diffuser can have -different forms and there is illustrated, on the one hand, in FIG. 6 and, on the other hand, in all of FIGS. 7 and 8, two constructions of this diffuser referenced respectively 42a and 42b.
Dans le cas de la figure 6, le diffuseur 42a percé d'un canal longitudinal 45 assure un écoulement longitudinal du gaz contenant la poudre en suspension; au contraire dans le mode de réalisation des figures 7 et 8, le diffuseur 42b comporte, en plus du canal longitudinal 45, des canaux inclinés 46 imposant un écoulement tourbillonnaire au gaz contenant la poudre en suspension. In the case of FIG. 6, the diffuser 42a pierced with a longitudinal channel 45 ensures a longitudinal flow of the gas containing the powder in suspension; on the contrary in the embodiment of Figures 7 and 8, the diffuser 42b comprises, in addition to the longitudinal channel 45, inclined channels 46 imposing a vortex flow on the gas containing the powder in suspension.
Le dispositif selon les figures 2 à 8 permet, d'une part, un écoulement de gaz relativement froid, à grande vitesse, à proximité de la paroi, en confinant l'ecoule- ment des particules de poudre au centre de l'alésage 32a et, d'autre part, de refroidir énergiquement les électrodes 32 et 33 par le gaz lui-même. The device according to FIGS. 2 to 8 allows, on the one hand, a flow of relatively cold gas, at high speed, near the wall, by confining the flow of the powder particles to the center of the bore 32a and, on the other hand, to vigorously cool the electrodes 32 and 33 by the gas itself.
Ce dispositif peut être alimenté par un redresseur statique ayant une puissance de 100 kW, sous une inten sité réglable de 30 à 800 A. This device can be powered by a static rectifier having a power of 100 kW, with an adjustable intensity from 30 to 800 A.
Le distributeur de poudre en suspens ion dans un gaz alimentant le dispositif soit selon la figure 1, soit selon les figures 2 à 8, peut être réalisé comme illustré sur la figure 9. The powder distributor in suspension in a gas supplying the device either according to FIG. 1, or according to FIGS. 2 to 8, can be produced as illustrated in FIG. 9.
Ce dispositif comprend un corps tubulaire vertical 51 fermé par deux plaques 52 et 53, la plaque supérieure 53 étant percée d'un orifice de sortie 54 pour la-poudre en suspension. A la base, au voisinage de la plaque inférieure 52, est prévue une ouverture latérale d'admission 55 alimentée par un tube 56 recevant le gaz arrivant selon la flèche f'. Un peu aumdessus du tube 56 est disposé un ensemble comportant un sandwich 57, constitué par un filtre 58 en fibre de verre disposé entre deux grilles 59, et un porte-pièce démontable réalisé en deux parties 59a et 59b assemblées par des vis 60 et portant le sandwich 57. La poudre 61 a injecter repose sur le sandwich 57. This device comprises a vertical tubular body 51 closed by two plates 52 and 53, the upper plate 53 being pierced with an outlet orifice 54 for the powder-in suspension. At the base, in the vicinity of the lower plate 52, there is provided a lateral inlet opening 55 supplied by a tube 56 receiving the gas arriving along the arrow f '. A little above the tube 56 is arranged an assembly comprising a sandwich 57, constituted by a fiberglass filter 58 disposed between two grids 59, and a removable workpiece carrier produced in two parts 59a and 59b assembled by screws 60 and carrying the sandwich 57. The powder 61 to be injected rests on the sandwich 57.
L'arrivée de gaz (flèche f') met en suspension la poudre 61 et un courant de poudre en suspension dans-du gaz sort par l'orifice de sortie 54, comme illustré par la flèche f", le courant gazeux ainsi produit étant amené au tube 4 de la figure 1 (premier mode de réalisation du dispositif) ou au tube 34 des figures 2, 4 et 5 (second mode de réalisation). The gas inlet (arrow f ') suspends the powder 61 and a stream of powder in suspension in gas leaves through the outlet orifice 54, as illustrated by the arrow f ", the gas stream thus produced being brought to tube 4 of FIG. 1 (first embodiment of the device) or to tube 34 of FIGS. 2, 4 and 5 (second embodiment).
Dans certains càs, les particules de poudre ont tendance à suivre les lignes de courant et à réaliser de ce fait une pellicule chaude sur les parois de l'anode; une telle pellicule ruisselante facilite les opérations de réduction, mais peut être gênante lors de la projection des particules. In some cases, the powder particles tend to follow the current lines and thereby produce a hot film on the walls of the anode; such a dripping film facilitates the reduction operations, but can be troublesome during the projection of the particles.
Dans le mode de réalisation de la figure 10, on a prévu des moyens pour réduire la divergence des particules. In the embodiment of Figure 10, means are provided to reduce the divergence of the particles.
Sur cette figure 10, sur laquellé on a représenté très schématiquement une pièce creuse 62 en cuivre, semblable à l'anode 2 de la figure 1 et à l'anode 32 des figures 2 à 5, et une cathode 63, on a prévu un tube 64 en cuivre ayant sensiblement le même diamètre intérieur que la pièce 62.Ce tube 64 est disposé à environ dix millimètres en aval de l'extrémité aval 62a de la pièce 62 et à dix millimètres de l'axe de cette pièce pour se placer tangentiellement au jet de particules 67. I1 est entraîné en rotation à vitesse constante autour de son propre axe par une poulie 65 grâce à une courroie 66 qui s'enroule autour d'une poulie 64a fixée sur la périphérie du tube 64 (en avant ou en arrière du jet 67 si on regarde la figure 10), la poulie 65 étant elle-même entraînée en rotation par un moteur non représenté, Cette mise en rotation du tube 64 évite un collage du jet 67 sur la périphérie du tube. In this FIG. 10, on which there is shown very schematically a hollow piece 62 of copper, similar to the anode 2 of FIG. 1 and to the anode 32 of FIGS. 2 to 5, and a cathode 63, provision has been made for a copper tube 64 having substantially the same internal diameter as the part 62. This tube 64 is disposed about ten millimeters downstream of the downstream end 62a of the part 62 and ten millimeters from the axis of this part to be placed tangentially to the jet of particles 67. I1 is rotated at constant speed about its own axis by a pulley 65 by means of a belt 66 which is wound around a pulley 64a fixed on the periphery of the tube 64 (in front or behind the jet 67 if we look at FIG. 10), the pulley 65 being itself driven in rotation by a motor not shown, This rotation of the tube 64 prevents the jet 67 from sticking to the periphery of the tube.
La pièce 62 étant à un potentiel flottant, c'est le tube 64 qui sert d'anode dans ce-mode de réalisation et il est donc connecté au pôle positif. Les trajectoires des particules 67 sont alors moins divergentes car le tube 64 a pour effet de recentrer les lignes de force. The part 62 being at a floating potential, it is the tube 64 which serves as an anode in this embodiment and it is therefore connected to the positive pole. The trajectories of the particles 67 are then less divergent because the tube 64 has the effect of refocusing the lines of force.
On obtient en définitive sur la cible 68 un dépôt compact 69.A compact deposit 69 is finally obtained on the target 68.
Les essais des différents modes de réalisation d'un générateur de plasma selon l'invention ont confirmé l'in térêt de ce type d'injection pour la métallurgie extractive, et plus particulièrement pour la réduction de l'alumine. En plus de l'augmentation du temps de séjour des particules dans les zones chaudes, il faut souligner l'avantage que représente la suppression dé 'tout injecteur en sortie de tuyère; ces injecteurs sont très souvént encombrants dans une chambre à atmosphère contrôlée et sont rapidement détruits par un accrochage préf éren- tiel de l'arc. The tests of the various embodiments of a plasma generator according to the invention confirmed the interest of this type of injection for extractive metallurgy, and more particularly for the reduction of alumina. In addition to the increase in the residence time of the particles in the hot zones, the advantage that the elimination of any injector at the nozzle outlet represents; these injectors are very often bulky in a chamber with a controlled atmosphere and are quickly destroyed by a preferential attachment of the arc.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. As goes without saying and as it already follows from the foregoing, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more especially envisaged; on the contrary, it embraces all its variants.
Claims (12)
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| FR8118541A FR2514223A1 (en) | 1981-10-01 | 1981-10-01 | Plasma generator, esp. for melting ceramics or extn. metallurgy - where powder to be melted or reduced is injected through bore of tubular cathode |
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