FR2609358A1 - Torche a plasma a pied d'arc amont mobile longitudinalement et procede pour maitriser son deplacement - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES TORCHES A PLASMA, CONSTITUEE D'UNE ELECTRODE AMONT 12, D'UNE ELECTRODE AVAL 11, D'UNE CHAMBRE 15 D'INJECTION DE GAZ PLASMAGENE, D'UNE ELECTRODE D'AMORCAGE 13 ET EVENTUELLEMENT D'UNE BOBINE DE CHAMP MAGNETIQUE 14 OU LE PIED AMONT DEL'ARC SE DEPLACE SUR L'ELECTRODE AMONT. SELON L'INVENTION, POUR MAITRISER UNE TRANSLATION CONTINUE OU ALTERNATIVE ETOU OSCILLATOIRE, ON ALIMENTE LA BOBINE DE CHAMP EN COURANT CONTINU VARIABLE S'IL Y A LIEU ONDULE PULSATOIRE ETOU ON PLACE UN DIFFUSEUR EN FOND D'ELECTRODE AMONT QU'ON ALIMENTE AVEC UN DEBIT MODULE EN GAZ QU'IL FAIT TOURBILLONNER. APPLICATION AUX TORCHES A PLASMA DE GRANDE PUISSANCE POUR REGULARISER ET UNIFORMISER L'USURE DES ELECTRODES AFIN D'EN AUGMENTER LA LONGEVITE.

Description

La présente invention concerne les torches plasma et. plus

particulièrement, les torches à plasma de grande puissance dont la longévité des électrodes

est augmentée.

Les torches à plasma ou chalumeaux à plasma d'arc sont connus dans la technique. Ce type de torche

est constitué de deux électrodes, une anode et une ca-

thode tubulaires et coaxiales. On établit un arc entre les électrodes, et simultanément, on injecte un gaz plasmagène. L'arc qui éclate entre les électrodes est entretenu et porte le gaz à très haute température et l'ionise. A la sortie de l'une des électrodes ce gaz est animé d'une grande vitesse et le plasma qu'il

constitue forme l'agent caloporteur.

L'arc qui jaillit entre les deux électrodes est par exemple amorcé par contact à l'aide d'une électrode auxiliaire de démarrage puis est ensuite transféré entre les deux électrodes tubulaires sous l'action de l'injection tourbillonnaire d'un gaz dans une chambre située entre les électrodes. Ceci assure aussi la rotation sur lui même du pied de l'arc aval

pour éviter la fusion de l'électrode correspondante.

Le déplacement sur lui même du pied d'arc amont est obtenu par un champ magnétique auxiliaire engendré par

une bobine qui entoure l'électrode amont qui se pré-

sente à la manière d'un doigt de gant avec un fond.

Les termes amont et aval sont repérés par rapport au

sens d'écoulement du plasma.

Certains types de torches à plasma délivrent des puissances comprises entre 10 et 50 kW et celles auquel l'invention s'applique plus particulièrement

peuvent produire plusieurs mégawatts.

Une telle torche à plasma comprend des élé-

ments consommables: les électrodes. La longévité des électrodes est fonction de nombreux paramètres, par

exemple la puissance de la torche et plus particuliè-

rement la valeur du courant d'arc, la nature du gaz plasmagène injecté du fait de sa décomposition et des réactions qu'il peut avoir sur les matériaux cons- titutifs des électrodes. La longévité des électodes est fonction, aussi, du service de la torche suivant

que celui-ci est continu ou discontinu. Il est clas-

sique que la longévité des électrodes varie de quel-

ques dizaines d'heures pour les torches de relati-

vement petite puissance à plusieurs centaines d'heures

pour celles de grande puissance que concerne l'inven-

tion.

La longévité relativement réduite des élec-

trodes est un inconvénient notable.

Pour tenter d'augmenter la durée de vie des électrodes, et en particulier celle de l'électrode amont, on a proposé une solution pour une torche à

plasma dont l'électrode amont se présente sous la for-

me d'un doigt de gant à fond plein. Selon cette solu-

tion, pour agir sur l'usure par érosion des électrodes on a déjà utilisé une source de courant alternatif ou

encore injecté le gaz plasmagène dans la chambre in-

terélectrode en faisant varier sa pression.

Cette technique, qui parait séduisante, est toutefois loin de remédier totalement à l'inconvénient signalé. En effet, si on constate que la longévité de l'électrode croit quelque peu, celle-ci s'use trop localement. Il serait possible d'augmenter la plage d'usure par augmentation des variations de débit du gaz plasmagène mais alors lesdites variations de débit seraient préjudiciables à la constance de puissance

délivrée par la torche.

On a constaté que pour une torche de puis-

sance donnée, la consommation en masse de l'électrode était une fonction croissante de l'intensité et que la longueur de l'arc était aussi une fonction croissante de la tension. On comprend donc que si l'on veut, à

consommation d'électrode constante, augmenter la puis-

sance de la torche il faille augmenter la tension d'o un accroissement concomitant de la longueur de l'arc

c'est-à-dire de l'encombrement physique de l'instal-

lation. Pour des raisons pratiques on ne peut pas dépasser certaines limites. Il faut donc imaginer des solutions qui permettent d'augmenter la longueur de l'arc tout en conservant, dans toute la mesure du

possible, constante la longueur de la torche.

L'invention a essentiellement pour but de régulariser l'usure de l'électrode amont et pour cela de maitriser le lieu de l'accrochage du pied d'arc sur

l'électrode amont.

L'invention a pour objet un procédé pour régulariser l'usure afin d'en augmenter la longévité d'une électrode d'une torche à plasma constituée, entre autres, de deux électrodes tubulaires coaxiales entre lesquelles s'établit un arc et qui sont séparées par une chambre o est injecté un gaz plasmagène qui est remarquable en ce qu'on maitrise ledit déplacement du pied de l'arc sur- l'électrode amont pour la lui

faire décrire par balayage selon une translation lon-

gitudinal si besoin est alternative et/ou oscilla-

toire. Selon l'invention, ce balayage est discret et échelonné ou continu et progressif et se fait en une course unique ou multiple accompagnée, s'il y a lieu, d'une oscillation ou vibration du pied d'arc amont sur lui même autour de chacune des diverses positions qu'il occupe au cours de son balayage de l'électrode. L'invention a aussi pour objet une torche à plasma constituée d'une électrode amont et d'une électrode aval tubulaires et coaxiales séparées par

une chambre d'injection de gaz plasmagène tourbillon-

naire dans laquelle débouche une électrode d'amorçage et qui est équipée s'il y a lieu d'une bobine coaxiale à l'électrode amont qui lorsqu'elle est parcourue par

un courant contribue à déterminer la position d'ac-

crochage du pied d'arc amont sur l'électrode amont.

Selon l'invention une telle torche est équipée de moyens pour maîtriser la position de l'accrochage de l'arc sur l'électrode amont et pour augmenter la plage utilisable afin de régulariser l'usure et d'accroître la longévité de l'électrode. Ces moyens font déplacer

par balayage longitudinal notamment alternatif éven-

tuellement avec oscillation le pied amont de l'arc dans l'électrode amont. Ces moyens comprennent une alimentation électrique o est placé un générateur qui délivre un courant continu de valeur moyenne constante

ou non éventuellement ondulé pulsatoire dont la fré-

quence est de l'ordre de 1Hz ou moindre. Ces moyens comprennent un perçage dans le fond de l'électrode amont et un diffuseur disposé transversalement à l'axe

de cette dernière à proximité de son fond pour dé-

livrer un gaz de préférence tourbillonnaire et une alimentation secondaire en gaz avec un débit modulé qui est de l'ordre de trois à treize fois moindre que le débit du gaz plasmagène injecté dans la chambre située entre les électrodes par une alimentation principale.

La description qui va suivre est une forme

particulière mais non limitative de l'invention pou-

vant s'appliquer à toute puissance de torche.

D'autres caractéristiques de l'invention ap-

paraitront à la lecture de la description qui suit et

à l'examen des dessins annexés o: - - la Fig.1 est une demi-coupe demiéléva- trice longitudinale d'un mode de réalisation d'une torche à plasma selon la technique classique; - la Fig.2 est un schéma d'une alimentation électrique d'une telle torche, perfectionnée selon l'invention; - les Fig. 3A, 3B et 3C sont des courbes illustrant la variation du courant continu alimentant la bobine selon l'invention; - la Fig.4 est un graphique illustrant à très grande échelle la manière dont l'électrode amont s'use;

- la Fig.5 est une coupe partielle de l'ex-

trémité amont d'une électrode amont selon l'invention; et

- la Fig.6 est une vue perspective schéma-

tique illustrant la configuration d'un mode de réa-

lisation du diffuseur associé à l'électrode de la

Fig.5 selon l'invention.

Comme on le voit plus particulièrement en se reportant à la Fig.1 du dessin, une torche classique

est constituée de différents éléments assemblés.

Seuls seront référencés et décrits ceux que concernent directement ou indirectement l'invention. Tous les autres éléments constitutifs sont classiques pour le spécialiste de la technique considérée et on ne s'y

étendra donc pas plus amplement.

Cette torche 10 comprend une électrode aval 11, une électrode amont 12, une électrode d'amorçage 13 et une bobine 14 destinée à engendrer un champ magnétique axial. Dans l'intervalle inter-électrodes, à proximité de l'électrode d'amorçage 13, est ménagée une chambre 15 dont le rôle sera explicité par la

suite. Une telle torche à plasma est alimentée à l'ai-

de d'un circuit électrique 200 représenté plus en détail schématiquement sur la Fig,2,

L'alimentation en gaz plasmagène, par exem-

ple de l'-air, se fait par un orifice 30 d'une cana-

lisation associée à un injecteur 31 disposé dans le

voisinage de la chambre 15.

L'alimentation en gaz plasmagène, non repré-

sentée, est capable de débiter des volumes de 500 i 1000 m3/h, ramenés à la pression normale, sous des pressions de 8 à 10 bars, elle comprend un compresseur

et des vannes de distribution télécommandées.

A la torche sont encore associées des ser-

vitudes telles qu'une alimentation en eau de refroi-

dissement raccordée à une tubulure 40 et un système de

commande et de régulation non représenté.

L'alimentation en eau de refroidissement est elle capable de débiter 50 m3/h sous 30 bars (3 MPa) environ. Elle comprend une pompe moyenne pression, des vannes de distribution télécommandées et un circuit secondaire pour récupérer ou,évacuer les

calories acquises auprès de la torche.

Les alimentations en gaz plasmagène, en eau de refroidissement et le système de commande et de régulation sont des plus classiques et on ne les décrira pas plus en détail. On indiquera simplement que le système de commande et de régulation comprend des capteurs, des calculateurs, des automates, un pupitre de commande qui agissent sur l'alimentation électrique 200 comme on le précisera par la suite et les alimentations en gaz et en eau de refroidissement,

respectivement, de manière à assurer-le bon fonction-

nement de la torche à plasma selon les modalités qui

lui ont été assignées.

On se reportera maintenant plus particuliè-

rement à la Fig.2 o est représentée schématiquement

l'alimentation électrique 200 d'une torche à plasma.

Comme on le voit, cette alimentation 200 comprend deux circuits distincts: un circuit 210 destiné à alimenter la bobine et un circuit 250 plus

spécialement destiné à alimenter l'arc.

Comme dessiné, le circuit 210 comprend un transformateur 211, par exemple de 100 kVA installés, qui alimente des redresseurs 212 à thyristors et

diodes; comme on l'indique par la suite, ces redres-

seurs délivrent l'intensité à la valeur de consigne du courant qui alimente la bobine selon l'invention. Ce

circuit comprend aussi des sectionneurs et disjonc-

teurs dont le rôle est classique et sur lequel on ne

s'étendra pas.

Le circuit 250 comprend un transformateur 251, par exemple de 2,5 MVA, une série de redresseurs 252 à thyristors et diodes et une inductance 253 d adaptation ou couplage. Ici aussi des sectionneurs

et disjoncteurs- classiques sont figurés.

Ces deux circuits 210 et 250 sont alimentés en haute tension au travers de disjoncteurs, comme il

est classique.

Une telle torche à plasma alimentée avec une intensité continue de 900 A est capable de délivrer

une puissance supérieure à 2 MW environ.

Pour son fonctionnement, une telle torche à

plasma nécessite, en plus de son alimentation de puis-

sance pour l'arc, une source électrique en courant continu de 100 kVA intallés pour la seule alimentation

de la bobine de champ. Cette bobine de champ est uti-

lisée pour engendrer une induction qui a une double fonction: celle d'assurer la mise en rotation du flux de particules ionisées et, aussi, celle de déterminer la position du pied d'arc amont sur l'électrode amont.

Lorsqu'une telle torche fonctionne, on par-

vient i augmenter la durée de vie de l'électrode amont

en faisant varier, par paliers par exemple d'une cin-

quantaine d'ampères, l'intensité d'alimentation de la bobine de champ, par exemple entre 600 et 900 A, la durée de chaque palier étant de quelques centaines d'heures comme illustré sur la Fig.3C ou la valeur instantanée fluctue d'une manière pulsatoire à très

basse fréquence, de l'ordre de 1 Hz, avec une am-

plitude constante pouvant être comprise entre 0 et environ 150 A. En dessous de la valeur minimale donnée

à titre d'exemple et fonction de la torche particu-

lière, le champ magnétique est insuffisant pour sta-

biliser l'arc et celui-ci franchit le plan médian de la bobine et s'accroche au fond de l'électrode qui se détériore rapidement. Ce type de fonctionnement aboutit à une usure de l'électrode par "tranches" qui correspondent aux différents paliers de l'alimentation de la bobine de champ qui fixent chacun une position

particulière d'accrochage du pied amont sur l'électro-

de, position qui balaye par plages successives, d'une

de ses extrémités à l'autre, l'électrode en une trans-

lation longitudinale unique; l'usure se tradit par des gorges annulaires successives, que l'on s'efforce de rendre contigues, qui occupent, chacune, axialement

quelques dizaines de millimètres soit en tout, addi-

tionnées, une zone relativement restreinte d'une centaine de millimètre s'étendant entre l'extrémité aval et le plan médian de la bobine, alors que la plage théoriquement utilisable de l'électrode est égale à trois ou quatre fois par exemple, cette valeur, c'est-à-dire égale à pratiquement la longueur intérieure de l'électrode amont. On voit donc, qu'en théorie on a intérêt à placer la bobine de manière que son plan médian soit voisin du fond de l'extrémité

amont de l'électrode pour bénéficier de toute la lon-

gueur de cette dernière. Des contrainte pratiques font

que cela est presque impossible.

On peut aussi utiliser des paliers dont les écarts sont plus restreints, les "sauts" étant de l'ordre de quelques ampères. La valeur moyenne de l'intensité du courant continu dans la bobine tend alors à varier d'une manière très progressive et l'on peut au besoin lui donner la configuration d'une ligne "continue" (Fig.3B) et non plus échelonnée (Fig. 3C), dans un sens croissant ou décroissant avec également une valeur instantanée fluctuant de manière pulsatoire à très basse fréquence, de l'ordre de 1 Hz, avec une amplitude constante pouvant être comprise entre O et environ 150 A. Une telle variation du courant continu

s obtient de manière classique et le spécialiste dis-

pose de nombreuses techniques pour y parvenir.

Pour remédier à l'usure trop localisée de l'électrode on utilise la technique selon l'invention qui uniformise et étend sur pratiquement toute sa

longueur l'usure de l'électrode amont, et donc con-

tribue à augmenter sa durée de vie, en maitrisant le

déplacement de l'arc sur l'électrode amont.

Selon l'invention on fait balayer axialement

notamment de manière alternative au pied d'arc l'élec-

trode amont. Pour ce faire, selon l'invention on pi-

lote en tension les redresseurs 212, par exemple un pont de Graetz, pour que la valeur de consigne du courant qui parcourt la bobine présente une intensité

continue ondulée pulsatoire de valeur moyenne cons-

tante comme dessiné sur la Fig.3A. Comme on l'y voit, la durée i mihauteur de l'impulsion est d'environ le quart de celle de la période. Ce pilotage est assuré, par exemple, par un

générateur de tension 0-10 V. du commerce à fonction-

nement linéaire qui opère de manière qu'à la tension O V corresponde une intensité dans la bobine d'environ

200 A et qu'à la tension 10 V corresponde une inten-

sité de 1000 A. Ce générateur de tension est commandé par un microcalculateur programmable selon une loi établie expérimentalement comme il est indiqué par la suite. On a exposé qu'à chaque valeur de consigne de l'intensité du courant dans la bobine correspond

une position bien définie du pied d'arc sur l'élec-

trode amont. On a observé que l'orsqu'on fait décroi-

tre cette valeur de consigne par palier régulier d'écart ou pas constant, l'intervalle qui sépare deux positions successives correspondantes du pied d'arc va croissant. La fonction mathématique représentative de cette loi dépend de la géométrie de l'électrode et des caractéristiques électromagnétiques de la bobine. Pour toute torche de configuration donnée on peut dresser

expérimentalement par des méthodes classiques la cour-

be représentative de la position du pied d'arc en fonction de l'intensité du courant dans la bobine et écrire comme il est bien connu l'équation d'une telle courbe. Connaissant cette équation et sachant qu'on

fait, selon l'invention, par exemple balayer alter-

nativement régulièrement axialement le pied d'arc amont avec une amplitude fixée et à un rythme choisi, on écrit le programme du calculateur qui commande le courant dans la bobine en intensité et fréquence pour que le pied d'arc suive cette loi. Les techniques de programmation des calculateurs sont classiques et on

ne s'y étendra pas plus amplement.

Pour un mode de réalisation de l'invention

on choisit une fréquence de 1 Hz ou moindre et un rap-

port des intensités maximale et minimale de l'ordre de

2,5 environ. Lorsque cette courbe est approximative-

ment parabolique, l'intensité du courant dans la bo-

bine varie selon la Fig. 3A.

Il est classique de mettre en rotation le pied d'arc sur l'électrode en injectant de l'air ou tout autre gaz plasmagène dans la chambre 15 à l'aide d un vortex. On fait tourbillonner le gaz selon l'axe longitudinal et à contre-courant du sens d'éjection du

plasma, mais ceci s'est avéré totalement insuffisant.

Pour éviter l'usure et la dégradation du fond de l'électrode amont résultant de l'accrochage du

pied d'arc, selon l'invention on fait parcourir axia-

lement par balayage éventuellement de manière alterna-

tive et s'il y a lieu oscillatoire au pied d'arc l'é-

lectrode amont. Pour ce faire on injecte un gaz par le fond de l'électrode amont-avec un débit modulé et de préférence en le faisant tourbillonner. Pour cela on dispose au voisinage du fond de l'électrode amont un diffuseur de manière à l'alimenter en air ou en gaz dont la nature est par exemple la même ou différente de celle du gaz plasmagène, suivant un vortex pour

mettre en rotation le pied d'arc amont dans l'élec-

trode, avant la chambre, et établir une barrière qui interdit l'accrochage de l'arc en fond d'électrode. Le

débit détermine la position du pied d'arc et la mo-

dulation règle l'oscillation de ce dernier.

L'électrode amont 120 et le diffuseur 131

qui lui est associé, selon l'invention, sont repré-

sentés en détail sur les Fig.5 et 6.

L'électrode amont comporte un corps cylin-

drique creux, par exemple en cuivre, au fond de la-

quelle se trouve placé par exemple par vissage le dif-

fuseur selon l'invention. La partie cylindrique tubu-

laire présente un diamètre intérieur de 70 mm sur une longueur de 380 mm, environ. Alors que le fond des électrodes amont pour torche de grande puissance selon la technique antérieure peut être considéré comme étant fermé car seulement traversé par un tout petit

trou destiné à livrer passage à un capteur de pres-

sion, l'électrode selon l'invention présente un fond que l'on peut qualifier d'ouvert car il est transpercé

par un perçage 125 permettant d'y fixer une canalisa-

tion pour y injecter du gaz délivré par une alimenta-

tion secondaire.

Le diffuseur 131 représenté schématiquement en perspective sur la Fig.6 est réalisé par exemple en un cuivre allié. Il se présente sous la forme d'un disque 132 de 65 mm environ de diamètre et d'une épaisseur de l'ordre de 10 mm; il est prolongé d'un côté par un cône 133 en saillie de 15 mm environ. Ce

cône présente une base 134 de 50 mm environ qui déli-

mite une collerette 135 sur une face du disque. Comme on le voit, la collerette 135 est percée de canaux 136 obliques, inclinés de 30 par exemple sur la face, et répartis uniformément à la périphérie de la couronne,

selon un pas angulaire de 30' dans ce mode de réalisa-

tion. Ces canaux inclinés, d'un diamètre de 2 mm envi-

ron, présentent des axes qui font en projection un an-

gle de 30' entre deux canaux obliques successifs.

Dans le mode de réalisation décrit et repré-

senté sur la Fig. 6, le diffuseur présente une seule couronne de canaux. Il est clair que la dimension de la collerette peut être choisie de manière à ce que

l'on puisse y ménager plusieurs couronnes concentri-

ques de canaux et que les canaux d'une même couronne ou de couronnes différentes peuvent ne pas être iden- tiques. Ils peuvent varier par leur pas angulaire, leur inclinaison sur la face, l'angle qu'ils font

entre eux, leurs sens et aussi par leur taille res-

pective. On a représenté des canaux cylindriques à section droite circulaire; rien ne s'oppose à ce que ces canaux aient une configuration et un profil autres, par exemple ils peuvent être coniques ou bicôniques pour former des venturi. Les choix de ces paramètres sont classiques en aérodynamique; ils sont fonction par exemple du débit, de la pression, de la

vitesse, de la rotation du gaz à choisir.

Dans le mode de réalisation dessiné sur la Fig. 5, le fond de l'électrode amont selon l'invention

se prolonge vers l'extérieur par une queue à l'extré-

mité de laquelle on a ménagé un embout pour pouvoir y fixer la canalisation d'amenée du gaz à injecter. On peut retenir d'autres solutions; selon l'invention le fond ou à défaut la paroi d'électrode voisine est

transpercé par un perçage 125 pour le passage du gaz.

La pression et le débit du gaz tourbillon-

naire injecté déterminent le lieu de l'accrochage du pied de l'arc. Pour empêcher le pied de l'arc de s accrocher sur le fond de l'électrode amont, il faut un débit minimal qui est fonction de la géométrie de

la torche; pour le mode de réalisation décrit et re-

présenté ce débit minimal est d'environ 33g/s. En modulant l'injection, de préférence le débit, on fait osciller longitudinalement le pied d'arc; le taux de modulation détermine l'amplitude de l'oscillation

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alors que le choix de la valeur moyenne détermine la position autour de laquelle se produit l'oscillation ou vibration. On comprend donc qu'en insufflant du gaz

par le fond de l'électrode amont on puisse faire dé-

crire au besoin alternativement et,s'il y a lieu de

manière oscillatoire au pied de l'arc toute, ou pra-

tiquement toute la longueur de l'électrode amont, de

son extrémité aval au diffuseur.

L'alimentation secondaire en gaz qui permet l'insufflation par le fond de l'électrode amont est composée d'équipements classiques choisis en fonction des débits, des pressions et du taux de modulation et

de la nature du gaz.

On a indiqué précédemment qu'à consommation

d'électrode constante on pouvait augmenter la puis-

sance de la torche en accroissant la tension mais qu'alors la longueur de l'arc croissait aussi. Pour

permettre un tel allongement de l'arc tout en le con-

finant dans une torche d'encombrement inchangé on fait

tourbillonner le gaz injecté par le fond.

Comme on peut le voir sur la Fig.4, on ob-

tient une usure régulière de l'électrode amont sur une

grande étendue. Cette figure est la cartographie su-

perficielle, à grande échelle, d'une section méridien-

ne, selon une anamorphose o les ordonnées sont multi-

pliées par un facteur cinquante relativement aux abs-

cices. La surface extérieure porte la référence 122,

la surface intérieure la référence 123a, avant fonc-

tionnement, et 123p après fonctionnement. La zone d'influence de la bobine porte la référence 121 et la flèche fixe l'orientation amont/ aval. On observe que

l'usure est uniforme sur la plage appropriée.

Grâce à l'invention on a plus que quadruplé

la longévité de l'électrode amont.

a de soi que les indications qui ont été données a,pos de l'alimentation de la bobine ou du diffuseur et de l'injection de gaz par le fond ne sont que des valeurs indicatives et qu'il est possible d'y apporter ces modifications, changements, variations pour tenir compte de l'incidence des autres paramètres qui concourent au bon fonctionnement de la torche à

plasma de manière à optimiser les résultats en fonc-

tion de l'usage qui est fait de la torche et des buts

visés.

De ce qui a été exposé on comprend que l'in-

vention réside dans le fait du déplacement longitudi-

* nal, selon l'axe de la torche, s'il y a lieu alter-

natif et au besoin oscillatoire, du pied amont de l'arc dans l'électrode amont et que cette technique

peut etre mise en oeuvre électromagnétiquement en ali-

mentant la bobine en courant continu variable et/ou ondulé pulsatoire et/ou aérodynamiquement en injectant par le fond de l'électrode amont un gaz modulé de préférence en débit et notamment tourbillonnaire. Les moyens exposés pour la mise en oeuvre de l'ir.Jention peuvent fonctionner indépendamment ou agir ensemble pour conjuguer leurs effets. C'est ainsi que si l'action du diffuseur est prépondérante, le rapport des intensités maximale et minimale du courant continu pulsatoire parcourant la bobine peut être de l'ordre

de mille.

L'invention trouve application par exemple en sidérurgie pour le réchauffage ou la surchauffe de

vent aux tuyères de hauts fourneaux, pour la combus-

tion assistée du charbon dans les hauts fourneaux, et

en cimenterie pour la décarbonation des crus d'argile.

On voit donc le grand intérêt pratique de

l'invention qui, en améliorant la longévité de l'élec-

trode amont consommable, réduit les interventions de remplacement et d'échange et diminue les coûts des

achats de fournitures.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour régulariser l'usure afin d'en augmenter la longévité d'une électrode d'une

torche à plasma constituée de deux électrodes tu-

bulaires coaxiales entre lesquelles s'établit un arc et qui sont séparées par une chambre o est injecté du gaz plasmagène, caractérisé en ce qu'on maitrise le déplacement du pied de l'arc sur l'électrode amont, repérée par rapport au sens d'écoulement du plasma, pour lui faire balayer longitudinalement une partie de

la surface interne de l'électrode amont.

2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on balaye alternativement cette

partie de la surface interne de l'électrode amont.

3. Procédé conforme à la revendication 2,

caractérisé en ce que le parcours alternatif s'effec-

tue à la fréquence de 1Hz environ ou moins.

4. Procédé conforme à l'une quelconque des

revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on fait

osciller sur lui même le pied d'arc amont pendant le balayage.

5. Procédé conforme à l'une quelconque des

revendications 1 à 4. caractérisé en ce qu'on injecte

par le fond de l'électrode amont un gaz et en ce qu'on

module le débit de ce gaz pour faire se mouvoir lon-

gitudinalement le pied de l'arc dans l'électrode amont.

6. Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce qu'on fait tourbillonner suivant

l'axe longitudinal le gaz injecté.

7. Procédé conforme à la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'on injecte le gaz avec un débit de trois à quinze fois plus petit que le débit

du gaz plasmagéne qu'on introduit dans la chambre.

8. Procédé selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 7 o la torche est équipée d'une bobine qui entoure localement l'électrode amont, caractérisé

en ce qu'on alimente la bobine en courant continu va-

riable.

9. Procédé selon la revendication 8, carac-

térisé en ce qu'on alimente la bobine avec un courant

continu variable dont l'intensité change par paliers.

10. Procédé selon la revendication 8, ca-

ractérisé en ce qu'on alimente la bobine avec un cou-

rant continu variable dont l'intensité change progres-

sivement.

11. Procédé selon l'une quelconque des re-

vendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'on alimente la bobine avec un courant continu dont l'intensité

change d'une manière ondulée pulsatoire.

12. Procédé selon la revendication 11, ca-

ractérisé en ce qu'on utilise un courant continu on-

dulé pulsatoire à la fréquence de 1 Hz ou moins.

13. Torche à plasma notamment pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une quelconque des

revendications 1 à 12, constituée de deux électrodes

(11, 12) tubulaires coaxiales entre lesquelles s'éta-

blit un arc, d une chambre (15) séparant les élec-

trodes et o est injecté du gaz plasmagène, carac-

térisée en ce qu'elle comprend des moyens (14, 212: , 131) pour maitriser le déplacement du pied amont sur l'électrode amont (12), repérée par rapport au sens d'écoulement du plasma, de manière à lui faire décrire une course longitudinale alternative afin d'en

régulariser l'usure et en augmenter la longévité.

14. Torche conforme à la revendication 13,

équipée d'une bobine de champ magnétique (14) qui en-

toure localement l'électrode amont et qui est alimen-

tée par un circuit électrique, caractérisée en ce que ces moyens comprennent inséré dans ce circuit, des redresseurs (212) délivrant un courant continu ondulé

pulsatoire à partir d'une valeur de consigne de cou-

rant bobine ondulée pulsatoire.

15. Torche conforme à la revendication 14, caractérisée en ce que ces redresseurs produisent un

courant ondulé pulsatoire à la fréquence de 1 Hz envi-

ron ou moindre.

16. Torche conforme à la revendication 14 ou , caractérisée en ce que la durée à mi-hauteur de

l'impulsion est d'environ le quart de la période.

17. Torche conforme à la revendication 13, 14, 15 ou 16, caractérisée en ce que ces redresseurs

produisent un courant ondulé pulsatoire dont le rap-

port des amplitudes maximale et minimale varie de 1 à

1000 et est de préférence de l'ordre de 2,5.

18. Torche conforme à l'une quelconque des

revendications 13 à 17, caractérisée en ce que ces mo-

yens comprennent dans le fond de l'électrode amont (12) un perçage (125) pour injecter du gaz et, placé

transversalement à l'axe de l'électrode amont à proxi-

mité de son fond, un diffuseur (131) que traverse le

gaz injecté.

19. Torche conforme à la revendication 18, caractérisée en ce que ce diffuseur (131) communique

au gaz qui le traverse un mouvement tourbillonnaire.

20. Torche conforme à l'une quelconque des

revendications 17 à 19, caractérisée en ce que ce

diffuseur (131) est. constitué d'un disque (132)

transpercé de canaux (136) obliques orientés prati-

quement tangentiellement et équidistants.

21. Torche conforme à l'une quelconque des

revendications 19 à 20, caractérisée en ce que les

débits des gaz injectés dans la chambre et par le fond de l'électrode amont sont dans un rapport compris

entre trois et treize.