Brevet FR2345887A1 — publié le 19771021

La présente invention concerne l1électro-métallurgie et tout particulièrement les fours à plasma d'arc destinés à la refusion de métaux et d'alliages. L'invention est tpplicable à la production de métaux extreme- ment purs et d'alliages de précision. L'évolution technique dans les domaines tels que la construction d'avions et de fusées, l'énergie nucléaire et la chimie, la radioélectronique et la cryogénie a rendu plus sévères les exigences auxquelles doivent satisfaire les propriétés physiques et la pureté de métaux et d'alliages. Les procédés qui existent actuellement pour la production de métaux et d'alliages, n'assurent pas le niveau de propriétés demandé étant donné que les processus de fabrication utilisés admettent le contact du métal liquide avec l'atnosphère et les matériaux réfractaires.Aussi, ces dernières années, pour l'affinage des métaux et des alliages, fait-on largement appel aux procédés secondaires de refusion, prévoyant le transfert du métal par gouttes à partir de la billette de refusion vers une lingotière et la formation du lingot dans une lingotière en cuivre refroidie par eau. La refusion à plasma d'arc constitue une des orientations les plus prometteuses dans la production de métaux très purs et d'alliages de précision. C'est l'unique procédé qui comporte le plus grand nombre de moyens technologiques permettant d'effectuer une action sur le métal liquide. On connalt des fours à plasma d'arc pour la refusion de métaux et d'alliages, comportant une chambre étanche, une lingotière refroidie par eau, un plasmotron, réalisé sous forme d'une électrode consom- niable ayant une cavité débouchante axiale, de même qu'unie tige creuse refroidie à l'eau qui est munie d'une conduite de gaz et qui fait partie du mécanisme assurant le déplacement du plasmotron dans le sens vertical. Dans la chambre étanche de ces fours à plasma d'arc le plasmo- tron, réalisé sous forme d'une électrode consommable et comportant une cavité débouchante axiale, est relié à la tige creuse ayant une conduite de gaz, cette tige creuse étant refroidie par eau et appartenant au mécanise assurant le déplacement du plasmotron dans le sens vertical, alors que la lingotière refroidie par eau coueunique avec ladite chambre étanche. Cependant, la conception de la tige creuse, utilisée dans ces fours, est complexe, présente des difficultés de fabrication et s'avère onéreuse. L'invention vise à sinplifier la conception des fours à plasma d'arc destinés à la refusion de métaux et d'alliages et à rédhi- re les dépenses nécessaires à la fabrication de ces fours. Le problème posé est résolu du fait que le four à plasma d'arc destiné à la refusion de métaux et d'alliages et comportant une chambre munie d'orifices et ayant à l'intérieur un plasmotron sous forme d'une électrode consolable comportant une cavité débouchante axiale, ledit plasnotron étant relié à une tige refroidie par eau et faisant partie à un mécanisme assurant le déplacement du plasmo- tron dans le sens vertical, cette tige pénétrant à l'intérieur de la chambre par un de ses orifices, de mêare qu'une lingotière refroidie par eau recevant le métal liquide qui sty accumule et cors un quant avec la chambre, alors que la chambre est desservie par un système d'alimentation en gaz plasmagene, tandis que la tige refroidie par eau et la lingotière refroidie également par eau sont connectées à une source d'alimentation, selon l'invention, le four est équipé d'un flexible de gaz, disposé à l'intérieur de la chambre et dont une extrémité sort å l'extérieur en passant par un orifice ménagé dans ladite chambre, pour se brancher sur un système d'alimentation en gaz plasmagène et l'autre extrémité est reliée au plasmotron. I1 est avantageux que le four à plasma d'arc colporte encore une conduite de gaz, réalisée en matériau conducteur de l'électrici- té sous forme d'un flasque de raccordement et fixée à l'intérieur de la chambre entre la tige refroidie par eau et le plasmotron, l'en- trée de ladite conduite de gaz communiquant avec le flexible de ga et sa sortie étant reliée à la cavité débouchante axiale du plasno- tron. L'invention permet de simplifier la technologie de fabrication de la tige faisant partie du mécanisme de déplacement du plassotron, étant donné que ladite tige ne comporte pas de cavité débouchante assurant l'amenée du gaz. De plus, l'invention permet d'obtenir une amenée plus sure du gaz plasmagène & l'aide d'un flexible de gaz connecté au système d'alimentation en gaz plasmagène. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et sur lequel la figure unique re présente un four à plasma d'arc pour la refuxion de métaux et d'alliages, donné en coupe et un système d'alimentation en gaz plasmagène, selon l'invention. Le four à plasma d'arc, destiné à la refusion de métaux et d'alliages, comporte une chambre 1, munie d'orifices, å l'intérieur de laquelle se trouve un plasmotron 2 sous forme d'une électrode consommable, pourvu d'une cavité 3 débouchante axiale et relié à une tige 4 refroidie par eau et faisant partie d'un mécanisme 5 assurant le déplacement du plasmotron 2 dans le sens vertical. La tige 4 pénètre à l'intérieur de la chambre 1 en passant par un des orifices de celle-ci. Le four comporte également un dispositif 6 réunissant le plasmotron 2 et la tige 4 refroidie par eau et une lingotière 7 communiquant avec la chambre 1. Entre la tige 4 et le plasmotron 2 est disposée une conduite 8 de gaz réalisée en matériau conducteur de l'électricité sous forme d'un flasque de raccordement. L'entrée de la conduite 8 est dotée d'un raccord 9 recevant une extrémité d'un flexible 10 d'amenée de gaz. La seconde extrémité du flexible 10 sort à l'extérieur en traversant un orifice ménagé à cet effet dans la chambre 1 et, à l'aide d'un tuyau Il, il est raccordé à un système 12 d'alimentation en gaz plasmagène. Le système 12 d'alimentation en gaz plasmagène est du type connu; il est réalisé comme indiqué dans le brevet Belge NO 789490. La tige 4 et la lingotière 7 sont raccordées électriquement à l'aide de câbles 13 à une source 16 d'alimentation telle que, par exemple, une source de courant continu. Le rejet du gaz dans l'at- mosphère à partir de la chambre 1 se fait au moyen d'une valve 14. Le four à plasma d' arc fonctionne de la façon suivante La plasmotron 2 et la conduite 8 de gaz sont fixés dans la chambre 1 sur la tige 4 de façon coaxiale avec cette dernière. Le fond de la lingotière 7 reçoit une garniture de sécurité réalisée en matériau identique à celui du plasmotron (au début de la fusion, lorsque le bain de métal n'existe pas encore, cette garniture commence à fondre et protège, donc, le fond de la lingotière contre 1' action directe du plasma). Ensuite, on raccorde la lingotière 7 à la chambre 1. Ceci étant, on rend le four étanche, on fait le vide dans ledit four et on remplit la chambre 1 de gaz plasmagène. Le remplissage de la chambre 1 avec du gaz plasmagène s'effectue à partir du système 12 à travers le tuyau Il, le flexible 10 d'amenée de gaz, la conduite 8 de gaz et la cavité 3 du plasmotron 2. Ouand- le gaz qui vient de remplir la chambre 1, atteint une valeur de pression prédéterminée, il y a établissement de la consommation de gaz dans la cavité 3 du plasmotron 2. Le branchement de la source 16 d'alimentation entre l'extré- mité inférieure du plasmotron 2 et la garniture de sécurité placée au fond de la lingotière 7, provoque l'amorçage de l'arc. Le gaz plasmagène, amené en continu à partir du système 13 d'alimentation dans la colonne de l'arc électrique, subit une ionisation sous l'effet de la chaleur dans l'arc. Alors, dans l'espace sous 1' extrémité du plasmotron 2 on voit apparaître une décharge plasmagène ne qui quitte la cavité de l'électrode sous forme d'un panache. Sous l'action de la chaleur, dégagée dans les zones autour de l'électrode et dans la colonne de la décharge plasmagène, l'extrémité inferieure du plasmotron 2 commence à fondre. Le métal liquide sous forme de gouttes passe dans la lingotière 7 où il s'accumule en formant-un bain de métal. A mesure que se remplit la lingotière 7, le niveau de métal dans celle-ci augmente et la zone de combustion du plasma d'arc se déplace vers le haut.Par ailleurs comme le coefficient de remplissage de la lingotière 7 qui est le rapport de la section droite du plasmotron 2 et de celle de la lingotière 7, se trouve inférieur å 1, le plasmotron 2, à mesure qu'avance sa fusion, se déplace dans le sens vertical vers la lingotière avec la conduite 8 de gaz, cette opération étant assurée à 11 aide de tige 4 du mécanisme 5. A la fin de la fusion, après la refusion totale du plasmotron 2, on arrête ltadmission de gaz plasmagène et on met hors circuit la source 16 d'alimentation. Pendant la refusion, le surplus de gaz qui se forme dans la chambre 1 à la suite de l'amenée du gaz plasmagène, est évacué dans l'atmosphère à l'aide de valve 14. Une fois la fusion terminée, on supprime I'étanchéité de la chambre 1 et on retire le lingot 15 de la lingotière 7. La conception du four à plasma d'arc qui vient d'être décrit est plus simple par rapport & la conception du type connu. La fabrication de ce four à plasma d'arc est moins coûteuse. De plus, la mise en oeuvre de la refusion à plasma d'arc ne nécessite pas de développement de nouveaux équipements coûteux, car il est possible d'utiliser les fours à arc sous vide existants. A cet effet, il suffit de les compléter par un système d'alimentation en gaz plasmagène, par un flexible de gaz, un plasmotron sous forme d'une électrode consommable creuse et une conduite de gaz que l'on dispose entre la tige et le plasmotron. REVENDICATIONS 1 - Four à plasma d'arc, destiné à la refusion de métaux et d'alliages et comportant une chambre munie d' orifices et ayant à l'intérieur un plasnotron sous forme d'électrode consommable com- portant une cavité débouchante axiale, ledit plasmotron étant relié à une tige refroidie par eau et faisant partie d'un mécanisme de déplacement vertical du plasmotron, cette tige pénétrant à l'intérieur de la chambre par un des orifices de celle-ci, une lingotière refroidie par eau, recevant le métal liquide qui s'y accumule et co uni- quant avec la chambre desservie par un système d'alimentation en gaz plasmagène tandis que la tige refroidie par eau et la lingotière é également refroidie par eau, sont connectées à une source d'alimentation, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un flexible d'amenée de gaz disposé å l'intérieur de la chambre et dont une extrémité sort à ltextérieur en passant par un autre orifice ménagé dans ladite chambre pour être branché sur un système d'alimentation en gaz plasmagène et dont l'autre extrémité communique avec la cavité débouchante axiale du plasmotron. 2 - Four suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une conduite de gaz, réalisée en matériau conducteur de l'électricité sous forme d'un flasque de raccordement et fixée à l'intérieur de la chambre entre la tige refroidie par eau et le plasmotron, l'entrée de ladite conduite de gaz communiquant avec le flexible de gaz et sa sortie étant reliée à la cavité débouchante axiale du plasmotron.