Brevet FR2388452A1 — publié le 19781117

La'présente invention concerne la métallurgie et -tout par ticulièrement se rapporte aux dispositifs d'alimentation des fours à plasma d'arc. L'invention est applicable aux fours å plasma d'arc. On connaît un dispositif d'alimentation de four & plasma d'arc comportant une conduite de gaz disposée de façon coaxiale avec une électrode, ladite conduite de gaz se présentant sous la forme d'un cylindre métallique creux dont 11 extrémité inférieure reçoit par fixation une électrode. Ce dispositif d'alimentation de four à plasma d'arc est doté d'un dispositif d'amenée de flux vers la zone de fusion permettant d'amener le flux par portions ou en continu, et aussi d'un ensemble de fixation de l'électrode à la conduite de gaz, composé de deux demi-accouplements et d'un collier de serrage. Le dispositif d'alimentation indiqué ci-dessus assure l'amenée de gaz et de flux à travers la cavité de la conduite de gaz et de l'électrode vers la zone de fusion. L'alimentation en énergie électrique se fait à travers la conduite de gaz. Cependant, dans ce dispositif d'alimentation connu ont lieu d'importantes pertes d'énergie électrique résultant du fait que l'a linentation en courant électrique de l'électrode n'est pas assurée de façon fiable. L'absence de refroidissement de la conduite de gaz met hors service avant terme cette conduite, étant donné les brusques chutes de températures * la température de liquides lors de la fusion et la température ambiante lors du chargement du four. L'ensemble de fixation de l'électrode à la conduite de gaz utilisé n'assure pas une bonne étanchéité de la jonction de ltélectrode à la conduite de gaz, car le réchauffement des pièces de cet ensemble de fixation pendant la fusion provoque la rupture de l'étanchéité de la jonction. La présente invention a pour but de fournir-un dispositif d'alimentation destiné aux fours à plasma d'arc ayant une conception qui permette d'assurer une alimentation fiable de l'électrode en énergie électrique, un refroidissement adéquat de tous les éléments et une parfaite étanchéité de la jonction de ltéleçtrode å la conduite de gaz. La solution consiste en ce que dans un dispositif d'alimentation de four à plasma d'arc, comportant-une conduite de gaz disposée de façon coaxiale a' l'électrode du four à plasma-d'arc, un ensemble de fixation de l'électrode à la conduite de gaz constitué de deux demi-accouplements et d'un collier de serrage, et un dispositif d'amenée de flux dans la zone de fusion, d'après l'invention, il est prévu un élément conducteur de courant électrique réa- lisé sous forme d'un cylindre creux coaxial à la conduite de gaz,et un bottier abritant ltélément conducteur de courant électrique et la conduite de gaz, et, de plus, le dispositif d'alimentation est pourvu d'une bride sur laquelle sont fixés le bottier et le dispositif d'amenée de flux vers la zone de fusion et qui présente des conduits d1amenée de gaz et d'eau et un conduit d'amenée de flux. Il est-avantageux que la longueur de la conduite de gaz dépas se la dimension linéaire du boftier, d'une grandeur inférieure à deux fois le diamètre de la conduite de gaz. I1 est également rationnel de munir l'ensemble de fixation de ltélectrode à la conduite de gaz d'un diaphragme réalisé sous la forme d'un tronc de cone à parois minces et placé å l'intérieur des demi-accouplements entre le boîtier et l'électrode, et de joints d'étanchéité dont l'un se trouve entre le bottier et le diaphragme et l'autre entre l'électrode et le diaphragme. Le système d'alisentation des fours à plasma d'arc, objet de l'invention, permet d'assurer des régimes de fonctionnement stables des fours à plasma d'arc et de rendre moins coûteuse la refusion des métaux et des alliages. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels : - la Fig. 1 représente une vue d'ensemble en coupe longitudinale d'un dispositif d'alimentation des fours à plasma d'arc conforme â l'invention; - la Fig. 2 représente une vue partielle en coupe longitudinale d'un ensemble de fixation de l'électrode à la conduite de gaz conforme i l'invention. Le dispositif d'alimentation des fours à plasma d'arc com- porte un bottier 1 (figure 1), réalisé sous la forme d'un cylindre creux ayant un évidement extérieur 2 dans sa partie inférieure. En passant par un joint d'étanchéité 3, le bottier 1 s'introduit dansla chambre de fusion 4 du four à plasma d'arc L'électrode 5 est fi xée sur l'évidement extérieur 2. Réalisée sous la forme d'un élément autonome refroidi à l'eau, la conduite de gaz 6 est disposée coaxia liement au boîtier 1. Entre la conduite de gaz 6 et le bottier 1 est placé de façon coaxiale à la conduite de gaz 6 un élément 7 conducteur de courant électrique, réalisé sous la forme d'un cylindre creux. L'extrémité supérieure de l'élément 7 se trouve en contact très sûr avec une bride 8 et l'extrémité inférieure dudit élément 7 avec le boîtier 1. Dans sa partie inférieure, l'élément 7 conducteur de courant électrique possède des orifices 9 disposés suivant une circonférence et prévus pour assurer un refroidissement rigoureux du bot- tier 1. La conduite de gaz 6, l'élément 7 conducteur de courant électrique et le bottier 1 sont fixés à la bride 8 à l'aide d'une cartouche 10 et d'une douille 11. La cartouche 10 est constituée par un cylindre creux comportant un évidement extérieur 12 destiné à la fixation du boîtier 1. La bride 8 présente un conduit 13 d'amenée de l' eau de rèfroidissement, un conduit 14 d'amenée de gaz et un conduit 15 d'amenée de flux.Sur la bride 8 sont fixés un dispositif 16 d'amenée de flux et une barre 17 d'amenée de courant électrique. L'ensemble de fixation de l'électrode 5 à la conduite de gaz comporte des demi-accouplements 18, 19 disposés sur le boîtier 1 et sur l'é- lectrode 5, et un collier de serrage 20 que l'on place sur les demiaccouplements 18, 19. L'ensemble de fixation comporte aussi un diaphragme élastique 21 réalisé sous la forme d'un tronc de cane etagé à parois minces qui est-dispose à l'intérieur des demi-accouplements 18, 19 entre le boîtier l et 11 électrode 5.Un joint d'étanchéité 22 est intercalé entre le diaphragme 21 et le boitier l, et un autre joint d'étanchéité 23 sépare le diaphragme 21 et l'él?ctrode 5. La conduite de gaz 6 (figure 2) dépasse la face inférieure du bottier 1 d'une valeur L qui n'excède pas deux fois le diamètre d de la conduite de gaz 6, afin d'assurer un assemblage très étanche de l'électro- de 5 et de la conduite de gaz 6. Le dispositif d'ållmentation de four à plasma d'arc fonctionne de la façon suivante. Pendant la preparation du four à la bu- sion, la fixation de l'électrode 5 (figure 1), servant.de-générateur de plasma à basse température, à la conduite de gaz 6 s'effectue comme suit. Ltextrémité supérieure de l'électrode 5 reçoit le joint d'étanchéité 23, sur lequel on place coaxialement-à l'électrode 5, le diaphragme élastique 21.~Ensuite, on enfile sur l'extrémité de la conduite de gaz 6 qui fait saillie au-delà de la face du boiter 1, le joint d'étanchéité 22, et l'on met sur le bottier 1 le collier de serrage 20.Ceci fait, on met 1'électrode 5 en contact avec la conduite de gaz 6 par l'intermédiaire du diaphragme élastique 21. On fixe les demi-accouplements 18, 19 sur l'évidement extérieur 2 du boî- tier 1 de manière à ce quils puissent accrocher ltélectrode 5. Ensuite, le collier de serrage 20 vient se placer sur les demi-accou pliements 18, 19 pour serrer sous l'action d'un effort les demi-accou- pliements l8, 19 qui, en se déplaçant sur l'éviderent en forme de co- ne du boîtier 1, rapprochent l1élecftode S de la conduite de gaz 6. Grâce à la déformation élastique du diaphragme 21, on réalise une é- tanchéité très fiable de la jonction de l'électrode 5 et de la coR- duite de gaz 6. La partie de la conduite de gaz 6 (figure 2) faisant saillie au-delà de la face inférieure du bottier 1 et ne dépassant pas deux fois le diamètre de la conduite de gaz 6, permet de rendre étanche de façon très sure la jonction de l'électrode 5 (figure 1) et de la conduite de gaz 6 par utilisation de l'ensemble de fixation. Allonger encore davantage la partie saillante de la conduite de gaz 6, c est-à-dire au-delà de la limite indiquée précédemment, n'est pas rationnel en raison du fait qu'à la fin de la fusion, la conduite de gaz peut subir une légère fusion. Ensuite, on effectue le chargement du flux granuleux dans le dispositif 16 d'amenée de flux. Après avoir créé le vide dans la chambre de fusion - 4, rendue préalablement zetan- che, on y laisse passer le gaz de composition donnée à travers le conduit 14 et la conduite de gaz 6.En vue d'obtenir une decharge plasma à haute fréquence, l'alimentation de l'électrode se fait par 11 intermédiaire de la barre 17, de la bride 8, de ltélément 7 conducteur de courant électrique, de la partie inférieure du boîtier 1 et des demi-accouplements 18, 19. A mesure que s'effectue la consomma- tion de l'électrode 5, cette dernière descend grade à un déplacement du dispositif d'alimentation.Pendant la fusion, tous les éléments, faisant partie du dispositif d'alimentation sont refroidis par l'eau arrivant dans le dispositif d'alimentation à travers le conduit 13 ménage dans la bride 8 et la cartouche 10. Lors de la fusion, le conduit 14 et la conduite de gaz 6 sont utilisés pour amener le gaz for nuant le plasma1 et le dispositif 16 sert pour faire venir le flux, qui passe par le conduit 15 et la conduite de gaz 6. Une fois la fusion arrivee à son terme, oh coupe le courant électrique, on arrête l'amenée de gaz formant le plasma et 1 'amenée de flux, on supprime l'étanchéité de la chambre de fusion 4 et l'on enlève le reste de l'électrode S. Pour retirer l'électrode 5 de la conduite de gaz 6, on dégage le collier de serrage 20, on retire les demi-accouplements 18, 19 et l'on enlève le reste de l'électrode 5. Le dispositif d'alimentation des fours a plasma d'arc objet de l'invention est simple; il est d'exploitation et d'entretien faciles et permet d'augmenter la productivité des fours, d'assurer la stabilité des régimes de leur fonctionnement et de diminuer les pertes d'énergie électrique. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'alimentation de four à plasma dlarc, comportant une conduite de gaz disposée de façon coaxiale à l'électrode du four à plasma d'arc, un ensemble de fixation de l'électrode à la conduite de gaz constitué de deux demi-accouplements et d'un collier de serrage, et un dispositif d'amenée de flux dans la zone de fusion, caractérise en ce qu'il comporte un élément (7) conducteur de courant électrique réalisé sous la forme d'un cylindre creux coaxial à la conduite de gaz et d'un boîtier (1) abritant l'élément conducteur de courant électrique et la conduite de gaz (6), et en ce que ce dispositif d'alisentation est pourvu d'une bride (8) sur laqueile sont fixés le bottier et un dispositif (16) d'amenée de flux vers la zone de fusion et qui présente des conduits (14, 13) d'amenée de gaz et d'eau et un conduit (15) dtaxenée de flux. 2 - Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, Ca- ractérisé en ce que la longueur de la conduite de gaz (6) depasse la dimension linéaire du boîtier (1), d'une grandeur inférieure à deux fois le diamètre de la conduite de gaz. 3 - Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que 1 'ensemble de fixation de 1' électrode à la conduite de gaz comporte un diaphragme (21) réalisé sous la forse d'un tronc de cone à parois minces et placé à l'intérieur des demi- accouplements (18, 19) entre le boîtier (1) et l'électrode (5), et des joints d'étanchéité (22, 23) dont l'un (22) se trouve entre le boîtier (1) et le diaphragme (21) et l'autre (23) entre l'électrode (5) et le diaphragme (21).