Brevet FR2012149A1 — publié le 19700313

-1- 201214") La présente invention est relative à un procédé de formation d'un plasma à haute température à l'aide d'au moins deux torches à plasma comportant respectivement une électrode pleine et une électrode creuse. Selon ce procédé, on relie chacune des élec-5 trodes creuses à une borne différente d'une source de courant alternatif, on maintient un arc à courant continu entre l'électrode pleine et l'électrode creuse de chacune des torches et on injecte un gaz inerte dans cet arc électrique à l'entrée de l'électrode creuse de chacune des torches que l'on oriente de ma-10 nière que les jets de plasma qui en résultent soient convergents. Dans des procédés de ce genre, lorsqu'il est nécessaire d'injecter un produit réactif (gazeux, liquide ou solide pulvérulent) dans le jet de plasma d'une des torches au moins, il est connu d'introduire ce produit réactif à l'entrée de l'électrode creuse 15 de la torche en question. Il en résulte une détérioration rapide de cette électrode creuse, par corrosion au contact du produit réactif,due aux températures élevées atteintes dans cette électrode creuse. Pour remédier à cet inconvénient, on a imaginé d'introduire le 20 produit réactif dans le jet de plasma après sa sortie de l'électrode creuse. 0e procédé présente le désavantage de ne pas réaliser un mélange régulier du produit réactif dans le jet de plasma, ce produit réactif se maintenant à la périphérie de ce jet de plasma. 25 Pour assurer une meilleure pénétration du produit réactif dans le jet de plasma, on dispose parfois, à la sortie de l'électrode creuse, une tuyère auxiliaire traversée par le jet de plasma issu de cette électrode creuse et on injecte alors le produit réactif à travers cette tuyère auxiliaire. Ce procédé assure une 50 bonne pénétration du produit réactif dans le jet de plasma et un mélange régulier de ceux-ci, mais le rendement d'utilisation de l'énergie apportée par le courant alternatif est insuffisant. Au cours des essais effectués en vue d'assurer le développement de ce dernier procédé, on a injecté le produit réactif la-55 téralement dans au moins un des jets de plasma issus respectivement des torches à plasma, à travers l'électrode creuse d'où est issu ce jet de plasma, en aval de la zone d'accrochage de l'arc électrique dans le passage de l'arc de l'électrode creuse. L'inventeur a constaté alors avec surprise que non seulement 40 l'électrode creuse n'est pratiquement pas corrodée mais encore * 69 22117 -2- 2012149 que le rendement de l'énergie transmise au jet de plasma par le courant alternatif d'échauffement est considérablement amélioré. Le procédé selon l'invention présente ainsi le triple avantage d'assurer une très bonne pénétration du produit réactif 5 dans le jet de plasma, sans pour autant donner lieu à une détérioration rapide de l'électrode et d'élever considérablement le rendement d'utilisation de l'énergie transmise par le courant alternatif d'échauffement. Selon une forme de réalisation particulière du procédé selon 10 l'invention, on injecte une quantité de produit réactif, supérieure au triple de la quantité de gaz inerte injectée à l'entrée de l'électrode creuse. On injecte par exemple, comme produit réactif, 95 % d'oxygène, tandis qu'on injecte 5 % d'azote à l'entrée de l'électrode creuse. 15 L'invention est également relative à une installation pour l'obtention d'un plasma à haute température, comprenant d'une part, au moins deux torches à plasma qui comportent respectivement une électrode creuse et qui sont alimentées respectivement en courant continu et, d'autre part, des moyens capables d'en-20 voyer à travers chacune des électrodes creuses, un gaz inerte ou un mélange de gaz inertes, ces électrodes creuses étant reliées chacune à une borne différente d'une source de courant alternatif et étant orientées de manière que les jets de plasma provenant de chacune des torches à plasma soient convergents. 25 Les installations connues de ce genre sont agencées de manière que l'injection du produit réactif soit effectuée suivant l'un ou l'autre des procédés connus décrit ci-dessus. L'installation selon l'invention est agencée de manière que l'injection du produit réactif soit effectuée selon un procédé 50 évitant les désavantages cités plus haut des procédés connus. Selon l'invention, l'installation comporte au moins un conduit d'amenée d'un produit réactif dans la zone de convergence des jets de plasma. Selon une forme de réalisation particulière de l'installation $5 selon l'invention, le conduit d'amenée du produit réactif débouche dans l'électrode creuse d'une des torches, en aval de la zone d'accrochage dans cette électrode creuse de l'arc électrique formé dans cette torche. Des particularités et détails de l'invention ressortiront de 40 la description suivante de quelques formes de réalisation du M* ©RjGlNAL 69 22117 -3- 2012149 procédé et de l'installation conformes à l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique partiellement en coupe d'une première forme de réalisation de l'installation selon l'in-5 vention; La figure 2 est une vue schématique d'une deuxième forme de réalisation de l'installation selon l'invention. Dans ces figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques. 10 A la figure 1, les chiffres de référence 1, 2 et 3 désignent d'une manière générale trois torches à plasma. Celles-ci sont disposées à 120 degrés l'une de l'autre et orientées suivant les génératrices d'un cône fictif retourné dont le sommet est le centre de la zone de convergence des jets de plasma 4, 5 et 6 issus 15 respectivement de ces trois torches. Par&esure de simplicité, on a représenté à la figure 1 ces trois torches en plan. Ces trois torches à plasma 1, 2 et 3 comprennent chacune une électrode pleine non consommable et une électrode creuse, respectivement les électrodes pleines 7, 8 et 9 et les électrodes 20 creuses 10, 11 et 12. Ces torches 1, 2 et 3 sont alimentées respectivement par des sources à courant continu 13» 14- et 15> de manière à maintenir un arc à courant continu entre l'électrode pleine et l'électrode creuse de chaque torche. 25 Les électrodes creuses 10, 11 et 12 sont connectées chacune à une phase différente d'une source de courant alternatif triphasé 16 dont le point neutre est maintenu au potentiel de la zone de convergence 17 des jets de plasma 4, 5 et 6. Cette source de courant alternatif est destinée, d'une part, à accroître l'énergie 30 des jets de plasma 4, 5 et 6 issus des torches 1, 2 et 3 et, d'autre part, à donner lieu à un champ tournant influençant la zone de convergence des jets de plasma. Le rapport entre la puissance développée par la source de courant alternatif 16 et la puissance développée par l'ensemble des 55 sources à courant continu 13, 14 et 15 est avantageusement supérieur à J. L'installation peut éventuellement comporter des moyens (non représentés) capables de superposer au champ tournant provoqué par la source de courant alternatif 16, un champ magnétique 40 tournant auxiliaire. ^ 69 22117 2012149 Les électrodes creuses 10, 11 et 12 présentent des conduits tels que 18 pour la circulation d'un fluide de refroidissement. L'installation comporte, en outre, un conduit 19 vertical disposé à l'aplomb de la zone de convergence 17 des jets de plasma 5 4, 5 et 6. Ce conduit 19 est destiné à injecter un produit réactif au contact du plasma occupant la zone de convergence 17. Le produit réactif, qui est ionisé au contact du plasma de cette zone est dirigé par exemple vers un bain de réaction contenu dans un four (non représenté) chauffé par les torches à plasma 10 1, 2 et 3. Selon une autre forme de réalisation de l'installation selon l'invention, représentée à la figure 2, les électrodes creuses 10, 11 et 12 présentent des conduits d'amenée 20, 21 et 22 d'un produit réactif dans les jets de plasma 4, 5 et 6 formés dans 15 les torches à plasma 1, 2 et 3» Ces conduits 20, 21 et 22 sont disposés dans la paroi des électrodes creuses 10, 11 et 12, de manière qu'elles débouchent en aval des zones d'accrochage 23 des arcs électriques maintenus entre les électrodes pleines et les électrodes creuses. 20 Grâce à cette disposition, le produit réactif introduit à travers les électrodes creuses ne risque pas de détériorer celles-ci, étant donné qu'il est introduit en aval des zones d'accrochage 23» Ce produit réactif est cependant mélangé régulièrement avec le plasma, la partie inférieure des électrodes creuses 25 jouant à cet effet le rôle de tuyères. A titre d'exemple, on injecte de l'oxygène pur par les conduits 20, 21 et 22 à raison de 95 %» tandis qu'on injecte 5 % d'azote à l'entrée des électrodes creuses 10, 11 et 12. Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse 30 de l'invention, on injecte, en plus des quantités d'oxygène et d'azote susdites, du tétrachlorure de titane. A cet effet, les électrodes creuses 10, 11 et 12 présentent des conduits supplémentaires 24, 25 et 26 qui débouchent en aval des zones d'accrochage 23 des arcs électriques. Dans le plasma, le tétrachlorure 35 de titane et l'oxygène injectés réagissent entre eux pour donner lieu à la formation d'oxyde de titane (Ti02) qui peut être injecté par les jets de plasma contre une surface appropriée. Selon une forme de réalisation particulière, non représentée, les conduits d'amenée 20 et 24, 21 et 25, 22 et 26 des produits 40 réactifs à travers les électrodes creuses respectives 10, 11 et BAD ORIGINAL 69 22117 -5- 2012149 12 ont une forme annulaire, ce qui facilite la pénétration homogène des produits réactifs dans les jets de plasma 4-, 5 et 6. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses 5 variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de l'invention. bad OWG^1- 69 22117 -6- 2012149 - BSVEiillICATIOllS - 1 - Procédé de formation d'un plasma à haute température à l'aide d'au moins deux torches à plasma comportant respectivement une électrode pleine et une électrode creuse, selon lequel 5 on relie chacune desdites électrodes creuses à une borne différente d'une source de courant alternatif, on maintient un arc à courant continu entre l'électrode pleine et l'électrode creuse de chacune des torches et on injecte un gaz inerte dans cet arc électrique à l'entrée de l'électrode creuse de chacune des tor-10 ches que l'on oriente de manière que les jets de plasma qui en résultent soient convergents» caractérisé en ce qu'on injecte latéralement dans au moins un de ces jets de plasma un produit réactif, à travers l'électrode creuse d'où est issu ce jet de plasma, en aval de la zone d'accrochage de l'arc électrique (Sans 15 le passage de l'arc de l'électrode creuse. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on injecte une quantité de produit réactif supérieure au triple de la quantité de gaz inerte injectée à l'entrée de l'électrode creuse. 20 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on injecte comme produit réactif, de l'oxygène pur à raison de 95 % tandis qu'on injecte 5 % d'azote à l'entrée de l'électrode creuse. 4 - Procédé selon la revendication 3î caractérisé en ce qu'on 25 injecte en outre, du tétrachlorure de titane dans le jet de plasma en question. 5 - Installation pour l'obtention d'un plasma à haute température, comprenant d'une part, au moins deux torches à plasma qui comportent respectivement une électrode creuse et qui sont ali- 30 mentées respectivement en courant continu et, d'autre part, des moyens capables d'envoyer à travers chacune des électrodes creuses un gaz inerte ou un mélange de gaz inertes, ces électrodes creuses étant reliées chacune à une borne différente d'une source de courant alternatif et étant orientées de manière que les 35 jets de plasma provenant de chacune des torches à plasma soient convergents, caractérisés en ce que ladite installation comporte au moins un conduit d'amenée d'un produit réactif dans la zone de convergence des jets de plasma. 6 - Installation suivant.la revendication 5» comprenant au BAD ORIGINAL, 69 22117 -7- 2012149 moins trois torches à plasma disposées suivant les génératrices d'un cône fictif dont le sommet correspond au point de convergences des jets de plasma, les électrodes creuses de ces torches étant reliées chacune à une phase différente d'une source de cou-5 rant alternatif polyphasé dont le point neutre est au même potentiel que celui de la zone de convergence des jets de plasma, caractérisée en ce que le conduit d'amenée du produit réactif est disposé suivant l'axe du cône fictif susdit. 7 - Installation selon la revendication 5, caractérisée en 10 ce que le conduit d'amenée du produit réactif débouche dans l'électrode creuse d'une des torches, en aval de la zone d'accrochage dans cette électrode creuse de l'arc électrique formé dans cette torche. 8 - Installation selon la revendication 7» caractérisée en ce 15 qu'elle comporte au moins un conduit d'amenée du produit réactif débouchant dans l'électrode creuse de chacune des torches, en aval de la zone d'accrochage de l'arc électrique formé dans la torche en question. 9 - Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 20 5 et 6, caractérisée en ce que les moyens d'amenée du gaz inerte et du produit réactif sont agencés de manière que le rapport entre le débit de gaz inerte et le débit du produit réactif soit inférieur à 1/3. 10 - Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 25 5, 6 et 7, caractérisée en ce que le rapport entre la puissance développée par la source de courant alternatif et la puissance développée par l'ensemble des sources à courant continu est supérieur à 3. -1 BN3 \ V