Brevet FR2137529A1 — publié le 19721229

On connaît déjà des fours à plasma comprenant une chambre à tuyères d'amenée de gaz à ioniser, une chambre de réaction délimitée par un grand nombre de tuyaux métalliques amagnétiques, refroidis, placés côte à côti., avec interposition d'un isolant électrique réfractaire, un tube d'alimentation des matières à 5 traiter dans la chambre de réaction et un inducteur, alimenté par un courant à haute fréquence, entourant la chambre de réaction. Ces fours à plasma sont actuellement d'une application limitée à des puissances de l'ordre de grandeur de 100 KW. L'invention a pour but d'augmenter la puissance de ces fours à des ordres de grandeur de 1 000 KW et davantage pour 10 permettre des opérations métallurgiques ou chimiques à l'échelle industrielle telles que la réduction directe des minerais. Dans ce but, le four à plasma suivant l'invention est caractérisé en ce que les tuyaux métalliques, amagnétiques, refroidis, sont fixés sur la surface intérieure d'un tube en matière isolante protégeant l'inducteur et qu'au moins un 15 sur deux des tuyaux métalliques constituant la délimitation de la chambre de réaction, comprend au moins une partie concave dans laquelle s'imbrique une partie convexe d'un des tuyaux voisins, de sorte que l'isolant constituant le tube protégeant 1'inducteur n'est visible d'aucun endroit à l'intérieur de la chambre de réaction, les tuyaux étant séparés l'un de l'autre par des espaces 20 évitant le contact entr'eux. L'invention est expliquée ci-dessous par rapport à quelques exemples d'une forme d'exécution en se référant aux dessins annexés. Les figures des dessins représentent: figure 1, une coupe longitudinale à travers un four à plasma; figures 2 à 5, des coupes transversales de la chambre de réaction montrant 25 des exemples d'arrangement des tubes métalliques, amagnétiques, refroidis. A la figure 1, une chambre à tuyères 1 est constituée par un chapeau cylindrique, éventuellement refroidi à l'eau, à double parois 2 et 3. La surface cylindrique de la paroi intérieure 2 est munie de tuyères h. L'espace entre les parois 2 et 3 est alimenté en permanence en un gaz ionisable à température éle-30 vee, par exemple en Argon, au moyen d'un conduit d'amenée 5* La chambre à tuyères 1 coiffe un tube de protection 6 en matériau isolant, organique, par exemple en une résine époxy chargée de quartz. Autour de ce tube de protection 6, ou noyée celui-ci, une bobine d'induction 7 est raccordée à une source à cou rant alternatif 8 à haute, moyenne ou basse fréquence. Sur la surface intérieu-35 re du tube de protection 6 est fixée une rangée de tubes 9 métalliques, amagnétiques, refroidis à l'eau. Ces tubes 9 sont disposés deux à deux en épingle et sont tous pourvus à line de leurs extrémités, d'un conduit d'alimentation 10 ou de reprise 10' d'eau et communiquent avec un de leurs tubes voisins à leur autre extrémité. L'eau entre donc par un de ces tuyaux 9 et sort par le tuyau voi-hO sin formant la deuxième branche de l'épingle. Les tuyaux 9 protègent le tube 6 72 15647 2137529 de la chaleur développée à l'intérieur de la chambre de réaction 11 qu'ils délimitent. Dans cette chambre de réaction, le champ inductif de la bobine 7 échauffe le gaz ionisé jusqu'à une température pouvant dépasser 15 000° K. L'énergie rayonnante ainsi libérée est captée par les tuyaux 9. Pour empêcher que 5 la matière isolante organique du tube 6 soit exposée à ce rayonnement intense, au moins un sur deux des tuyaux 9 comprend au moins une partie concave dans laquelle s'imbrique une partie convexe d'un des tuyaux voisins, sans toutefois le toucher. Ceci peut être obtenu par des dispositions diverses; un même profil pouvant servir à la réalisation de chambres de diamètres et de longueurs très 10 différents. La figure 2 montre le cas dans lequel les tuyaux 9 possèdent la forme de lentilles cylindriques concaves-convexes. La partie convexe de l'une s'imbriquant dans la partie concave de l'autre en respectant une distance suffisante pour assurer l'isolement électrique pendant le fonctionnement et pour empêcher que le tube 6 soit visible à partir de n'importe quel endroit à l'intérieur de 15 la chambre de réaction 11. Cette condition est réalisée si la surface convexe d'un tuyau et la surface concave du tuyau voisin sont traversées à la fois par un même rayon, ayant pour origine n'importe quel point 17 à l'intérieur de la chambre de réaction et s'il n'existe pas de point 17 pour lequel -cette condition n'est pas vérifiée. La notion de chambre de réaction s'applique à l'espace cy-20 lindrique à section circulaire à l'intérieur de la rangée des tuyaux 9» Les figures 3 et U montrent deux autres formes de tuyaux 9» Dans les figures 2 et 3, tous les tuyaux 9 avaient la même forme de lentilles concaves-convexes ou de bottes à éperons. A la figure au contraire, les tuyaux 9 sont constitués par des tuyaux à section rectangulaire pure 9' et des tuyaux en forme de T, 9"» Dans 25 ce cas, l'alimentation en eau de refroidissement qui a lieu à travers les conduits 10 ou 10' se fait par exemple par les tuyaux 9' et le retour de l'eau a lieu par les tuyaux 9"' Ainsi les surfaces des tuyaux 9', plus loin du centre sont plus froides que les surfaces des tuyaux 9" qui sont plus près de la source de chaleur, ce qui permet d'uniformiser le gradient de température à l'inté-. 30 rieur de la chambre de réaction. La chambre à tuyères 1 est traversée par un tube d'alimentation en matières à traiter 12. Eventuellement, un apport de gaz ionisable peut se faire par les fentes entre les tuyaux 9. 35 Pour ce faire, un ou plusieurs conduits de distribution annulaire 13 de gaz froid est ménagé dans le tube 6, relié par exemple par une ou plusieurs conduites 1H à l'espace entre les double parois de la chambre de tuyères. Le gaz introduit par le conduit annulaire 13 se répartit alors dans les fentes entre les tuyaux 9 et empêche que des gaz chauds y pénètrent en endommageant 1* UO isolant du tube 6. 72 15647 2137529 Lorsque la disposition suivant la figure 2 est utilisée, le gaz sortant des fentes courbes entre les tuyaux 9 a tendance à maintenir un mouvement giratoire autour de l'axe de la chambre de réaction, ce gui est hautement souhaitable, car un tel Mouvement stabilise la couche de gaz froid à proximité des 5 tuyaux 9- Dans le but de réduire au minimum les pertes, une disposition suivant la figure 5 peut être adoptée. Les tuyaux 9 métalliques, y sont ouverts le long d' une génératrice et constitués de bandes de tôle 15 pliées dont les arêtes libres 16 sont noyées dans la matière isolante du tube de protection 6. A proximité des 10 arêtes latérales 16, des plis ou dents d'ancrage peuvent être prévus. 72 15647 2137529 REVENDICATIONS. 1. Four à plasma comprenant une chambre à tuyères d'amenée de gaz à ioniser, une chambre de réaction délimitée par un grand nombre de tuyaux métalliques, amagnétiques, refroidis, placés cote à cote, isolés électriquement l'un par rap-5 port à l'autre, un tube d'alimentation des matières à traiter dans la chambre de réaction, et un inducteur alimenté en courant alternatif entourant la chambre de réaction, caractérisé en ce que les tuyaux métalliques, amagnétiques, refroidis sont fixés sur la surface intérieure d'un tube en matière isolante protégeant l'inducteur et que au moins un sur deux des tuyaux métalliques constituant 10 la délimitation de la chambre de chauffage comprend au moins une partie concave dans laquelle s'imbrique une partie convexe d'un des tuyaux voisins de sorte que l'isolant constituant le tube protégeant l'inducteur n'est visible d'aucun endroit de l'intérieur de la chambre de réaction, mais que les tuyaux sont séparés l'un de l'autre par des espaces évitant le contact entr'eux. 15 2. Four à plasma suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les tuyaux métalliques ont la forme de lentilles cylindriques concaves-convexes de telle manière que la surface convexe d'un tuyau et la surface concave du tuyau voisin sont traversées à la fois par un même rayon ayant pour origine n'importe quel point à l'intérieur de la chambre de réaction. 20 3. Four à plasma suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les tuyaux métalliques comprennent des ailettes parallèles à leur axe longitudinal, fixées sur les côtés des tuyaux disposés perpendiculairement à la surface du tube isolant. 4. Four à plasma suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un tuyau sur 25 deux a la forme d'un T appliqué par sa base sur le tube isolant et en ce qu'entre deux tuyaux en T ainsi disposés, est posé un tuyau intermédiaire, en partie caché par les barres de T. 5» Four à plasma suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs conduits de distribution de gaz ionisable sont prévus 30 dans le tube isolant protégeant l'inducteur et mis en communication avec les fentes entre les tuyaux métalliques. 6. Four à plasma suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube isolant protégeant l'inducteur est fabriqué en matière organique. 7. Four à plasma suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce 35 que les tuyaux métalliques sont ouverts 1- long d'une génératrice et cons-titués de bandes de tôle pliées dont les arêtes libres sont noyées dans la matière isolante du tube de protection.