Étude expérimentale et modélisation de l'arc électrique dans le procédé de refusion var

par Pierre Chapelle

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de Denis Ablitzer.

Soutenue en 2001

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Le comportement de l'arc électrique dans le procédé de refusion var conditionne les distributions d'énergie et de courant électrique au sommet du lingot, ainsi que le transport des espèces volatiles dans la phase gazeuse. Une étude expérimentale de l'arc électrique est menée sur un four var industriel instrumenté, lors de la refusion d'un alliage de zirconium. Des observations par vidéo rapide synchronisées avec l'enregistrement à haute fréquence de la tension d'arc permettent de décrire le comportement de l'arc électrique et ses interactions avec les mécanismes de transfert des gouttes de métal liquide de l'électrode au lingot. Un diagnostic, résolu spatialement, du plasma d'arc par spectroscopie d'émission optique permet de déterminer la proportion relative et la température d'excitation des différentes espèces de particules composant le plasma. A partir des résultats expérimentaux obtenus et de l'analyse de la bibliographie relative aux arcs sous vide crées entre deux électrodes solides, nous proposons une démarche de modélisation de l'arc électrique, basée sur une représentation de l'arc comme un ensemble de clusters identiques et indépendants. Dans ce travail, nous nous focalisons sur la description d'un cluster unique, qui combine deux modèles : un modèle cinétique de la formation du plasma dans la région adjacente a la cathode et un modèle hydrodynamique bidimensionnel a deux fluides du jet de plasma en expansion sous vide dans l'espace interélectrode. Le modèle ainsi construit donne accès à la composition du plasma (degré d'ionisation, distribution du nombre de charge des ions) et permet de calculer les grandeurs macroscopiques (densité, vitesse et température) des différentes espèces du jet de plasma, ainsi que la densité de courant électrique et la densité de flux d'énergie cédées par le jet à l'anode. En particulier, le pourcentage de la puissance électrique du cluster transmis par le jet de plasma au bain liquide anodique, prédit par notre calcul (environ 24%), est en bon accord avec la valeur donnée dans la littérature.


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Informations

  • Détails : 1 vol (170 p.)
  • Annexes : 115 ref.

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  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
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