DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention a pour objet une nouvelle torche à plasma qui est refroidie à l'eau et particulièrement bien conçue pour percer un matériau réfractaire.

L'invention a également pour objet une méthode utilisant cette torche à plasma pour ouvrir un trou de coulée fermé par un bouchon dans une paroi d'un four, comme, par exemple, un four à métal, un four à arc ou un haut fourneau.

BREVE DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR

Il est de pratique courante de prévoir un ou plusieurs trous dits "de coulée" à la base d'un haut fourneau, d'un four à arc ou de tout autre type de four à métaux, pour permettre la récupération, généralement dans une poche de coulée, des métaux en fusion obtenus après le traitement dans le four. Ces trous de coulée prévus dans la paroi des fours sont habituellement de forme cylindrique et utilisés lorsque le four est de structure rigide et ne peut donc pas être incliné pour verser le métal en fusion.

Bien entendu, après chaque étape de récupération du métal en fusion, il convient de reboucher le ou les trous de coulée pour éviter que la crasse ou le laitier ne soit également versé avec le métal dans la poche de coulée. Ceci est habituellement fait à l'aide d'un bouchon constitué d'un mélange de glaise, composé d'alumine, de silice et de graphite. Cette pâte est extrudée sur la forme d'un boudin généré et poussé dans le trou au moyen d'une extrudeuse dont la buse est alignée avec le trou à boucher.

Pour obtenir une bonne obturation du trou, il convient que la paroi interne de celui-ci soit adéquatement calibrée de façon à ce que son diamètre soit

identique au diamètre du boudin qui y est extrudé. Cette bonne calibration implique que l'ouverture du trou de coulée après chaque opération du four soit faite de façon très précise. II existe actuellement quatre méthodes couramment utilisées pour ouvrir les trous de coulée des fours.

La première de celles-ci consiste à "forer" le trou à l'aide d'une perceuse pneumatique. Cette méthode qui est exclusivement mécanique, a le double avantage de ne pas nécessiter d'eau et obtenir un trou bien calibré. Toutefois, cette première méthode a l'inconvénient de n'être utilisable que lorsque le trou de coulée est de faible profondeur, et seulement dans le cas où la température est modérée. En outre, les frais d'entretien de l'équipement sont très élevés car, en pratique, le foret à l'extrémité de chaque perceuse est habituellement détruit ou sérieusement endommagé lorsqu'il entre en contact avec le métal en fusion.

La seconde méthode qui est souvent utilisée en combinaison avec la première méthode décrite ci-dessus, consiste à fondre le bouchon à l'aide d'une lance à oxygène. Cette lance qui est habituellement formée d'un tuyau d'acier est insérée dans le trou de coulée et alimentée par un mélange d'oxygène et de poudre de fer. L'oxydation de la poudre de fer avec l'oxygène injecté dans la lance génère une quantité appréciable de chaleur qui fond le bouchon. Cette seconde méthode est relativement peu coûteuse mais elle a l'inconvénient majeur de conduire à un perçage non uniforme car la réaction entre le fer et l'oxygène ne s'effectue pas de façon contrôlée dans le trou. Il en résulte que des cavités sont souvent générées dans les parois du trou de coulée, ce qui affecte de façon substantielle et négative la calibration de ce dernier. Un autre inconvénient de cette seconde méthode est qu'elle est pratiquement

impossible à automatiser.

La troisième méthode utilisée couramment pour ouvrir des trous de coulée consiste à fondre le bouchon au moyen d'un arc électrique généré entre une électrode de graphite reliée à la source de courant électrique du four, et le bouchon. En pratique, cette troisième méthode est inefficace pour ouvrir des trous de petit diamètre, notamment lorsque ces trous sont profonds. En outre, la matière formant le bouchon doit être suffisamment conductrice pour permettre un transfert d'arc. Enfin, l'arc n'est jamais adéquatement dirigé, ce qui affecte la calibration du trou.

La quatrième méthode pour ouvrir les trous de coulée consiste à désagréger le bouchon au moyen de balles de zinc. Cette quatrième méthode est certainement bien adaptée pour ouvrir des trous de coulée d'une façon extrêmement "propre" puisque la désagrégation du bouchon est obtenue par vaporisation spontanée des balles de zinc qui entrent dans le trou. Toutefois, les trous ainsi ouverts doivent avoir une certaine profondeur et être à une température relativement élevée avant même d'amorcer la désagrégation. En outre, il y a de très grands risques de ricochets.

Il est très important que l'ouverture de n'importe quel trou de coulée soit faite de façon uniforme et reproductible pour que le diamètre du trou reste bien calibré. Les méthodes utilisant une lance à oxygène ou un transfert d'arc électrique ont tendance à élargir le fond du trou, car la source de chaleur utilisée pour fondre le bouchon n'est pas dirigée et la dimension de la zone de fusion n'est pas contrôlée. Ceci conduit à une mauvaise retenue du bouchon subséquemment inséré dans le trou, ce qui peut à son tour conduire à des fuites majeures et dangereuses. En outre, il se peut que le trou soit tellement agrandi qu'il ne soit plus possible de

stopper le métal en fusion coulant de celui-ci avec un bouchon, ceci obligeant d'arrêter le four pour réparer le trou de coulée.

Le brevet des Etats-Unis No. 4,289,949 cédé à SINTEF décrit en détail les inconvénients ci-dessus mentionnés des méthodes couramment utilisées pour ouvrir des trous de coulée, et suggère d'utiliser une torche à plasma pour remédier à ces inconvénients. La torche à plasma proposée dans ce brevet comprend une électrode centrale et une électrode externe qui sont faites en un matériau non fusible et/ou sublimable, constituant un système continuellement consommable. L'électrode externe est façonnée comme un tube dans lequel l'autre électrode façonnée comme un tuyau ou comme une tige est coaxiallement montée. Des moyens sont prévus pour injecter un gaz dans le passage annulaire défini par les deux électrodes jusque vers les extrémités avant de celles-ci où une décharge électrique se produit à. l'extrémité de l'électrode intérieure. La torche à plasma décrit dans le brevet de SINTEF est principalement destinée à chauffer un métal en fusion. Bien que son application pour ouvrir des trous de coulée soit décrite dans le mémoire descriptif , aucun exemple d'une telle application ou de tests qui auraient pu être effectués, ne sont donnés.

En pratique, il est connu que des électrodes faites en graphite ou en carbure de silicium sont particulièrement fragiles et que le moindre choc sur les électrodes peut les briser et rendre la torche inopérante. il est également connu que l'utilisation de deux électrodes tubulaires coaxiales ne permet pas d'augmenter la longueur de l'arc en augmentant le débit de gaz, car l'espace entre les électrodes demeure toujours le même et la tension d'opération est habituellement trop basse tout comme l'est la puissance transférée au gaz plamagène. En

conséquence, pour obtenir une puissance adéquate, le courant doit être très élevé et l'érosion des électrodes est importante.

Il est en outre connu que lorsqu'on utilise deux électrodes coaxiales faites en matériau consommable, il n'est pas possible d'obtenir un jet de plasma dont le contour externe est bien défini, bien que ceci soit une nécessité pour ouvrir des trous de coulée de façon précise et reproductible. En fait, la Demanderesse ne connaît pas actuellement de torche à plasma qui soit adéquatement conçue pour ouvrir des trous de coulée dans un four à métal. Ceci s'explique parce qu'aucune des torches à plasma refroidies à l'eau actuellement disponibles sur le marché est construite pour pouvoir être insérée dans un trou de coulée. Une telle insertion de la torche dans le trou est nécessaire pour fondre le bouchon jusqu'à la profondeur voulue, de façon à réduire la durée de perçage et s'assurer que le bouchon soit fondu d'une façon précise. Toutefois, la majorité des torches actuellement disponibles sur le marché ne peuvent supporter la chaleur intense qui existe à l'intérieur d'un trou de coulée. En conséquence, leur insertion dans un tel trou peut conduire à des fuites d'eau au niveau des joints d'étanchéité se trouvant à l'avant des torches, dans la région où la fusion du bouchon a lieu.

En outre, dans les torches existantes, il peut y avoir des dépôts de matière fondue sur le point d'attache de l'arc à l'électrode frontale, ce qui conduit à des opérations irrégulières et à une diminution de la durée de vie d'électrode.

RESUME DE *INVENTION La présente invention a pour objet une torche à plasma de structure perfectionnée laquelle est refroidie à l'eau et dont la structure est particulièrement bien

adaptée pour supporter les conditions extrêmes d'opération, telles que celles rencontrées dans un trou de coulée.

L'invention a également pour objet une méthode pour ouvrir un trou de coulée fermé par un bouchon dans une paroi d'un four, laquelle méthode utilise la torche à plasma perfectionnée selon l'invention et élimine la plupart des inconvénients des méthodes connues ci-dessus rappelées. La torche à plasma perfectionnée et refroidie à l'eau selon l'invention est particulièrement bien conçue pour percer un matériau réfractaire. Elle est donc particulièrement bien adaptée pour ouvrir un trou de coulée dans un _o four _f et ce de façon reproductible et précise. Cette torche a des électrodes qui sont refroidies à l'eau et une pointe conçue de telle sorte que l'extrémité avant de la torche puisse supporter de très hautes températures sans fuite d'eau.

Plus particulièrement, la torche à plasma selon l'invention a un corps constitué par un long manchon creux fait en acier inoxydable, dont la surface extérieure est recouverte d'une couche de céramique telle que de l'alumine, du zirconium ou de la magnésie, déposée par pulvérisation par plasma. Cette couche de protection joue un rôle important d'isolant du point de vue thermique et électrique. En effet, elle protège les composants internes de la torche de la chaleur. Durant le perçage, cette couche protectrice empêche aussi le dépôt de matière en fusion sur la surface de la torche. En outre, grâce à cette couche, les pertes de chaleur dues au système de refroidissement à l'eau de la torche, se trouvent réduites, et la température intérieure du trou demeure alors plus haute, ceci rendant plus facile l'évacuation des matières en fusion et, de là, l'ouverture du trou plus rapide. Lorsque le manchon d'acier inoxydable formant le

corps de la torche est à une tension électrique supérieure à celle du bouchon, cette couche de céramique joue également le rôle d'isolant électrique, empêchant la formation d'un arc qui pourrait frapper et endommager la surface externe de la torche.

L'extrémité avant de la torche est conçue pour entrer dans le trou de coulée au fur et à mesure que celui-ci est ouvert. Cette extrémité avant comprend une paire d'électrodes creuses qui sont coaxialement disposées dans le prolongement l'une de l'autre et sont refroidies à l'eau. Ces électrodes qui sont de préférence faites en alliage de cuivre, peuvent être reliées à une source de courant continu à haute tension. Un arc électrique est formé au moyen d'une pulsation de haute tension entre des électrodes, et la colonne d'arc est allongée par un gaz plasmagène injecté de façon à tourbillonner dans les trous centraux des électrodes, ce gaz se trouvant chauffé par l'arc à une très forte température.

Le trou central de l'électrode avant est conçu de façon à ce que le point d'attache de l'arc à cette électrode avant soit près de la pointe de la torche ou sur cette pointe, pour un débit de gaz donné. A cette fin, le trou central de l'électrode avant est façonné comme une tuyère dont sort un jet de gaz plasmagène de contour extérieur bien défini et de vélocité axiale suffisante pour éviter le dépôt de matière fondue à même la région de cette électrode où l'arc est attaché.

Ce jet de gaz plasmagène de fort moment est capable de fondre et désagréger n'importe quel matériau réfractaire d'une façon extrêmement rapide et d'évacuer les gouttelettes de matière fondue avec les gaz d'échappement.

La torche selon l'invention est avantageusement conçue de façon à ce qu'un seul joint torique soit nécessaire à l'extrémité avant de la torche pour sceller

hydrauliquement celle-ci. Ce joint torique est protégé de la chaleur extérieure par deux petites canalisations d'eau s'étendant de l'un et l'autre côtés de celui-ci, et par la couche de céramique déposée par pulvérisation plasma sur la surface extérieure du manchon. A cet effet, l'électrode avant est avantageusement conçue pour former la pointe de la torche et pour avoir, à l'avant, un diamètre extérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur du manchon de façon à ce que les gaz sortant du trou soient légèrement déviés et ne viennent donc pas en contact avec l'extrémité avant du manchon creux, où se trouve le joint torique.

Un circuit distribue de façon égale un courant d'eau déminéralisée pour assurer un bon refroidissement de la région où l'arc est attaché et celle où se trouve le joint torique à la pointe de la torche.

La torche est en in conçue de façon à permettre un démontage très rapide de l'électrode avant pour inspecter le joint torique et ainsi permettre un remplacement rapide des deux électrodes en cas d'érosion.

La torche à plasma selon l'invention qui est notamment destinée à ouvrir d'une façon à la fois reproductible et précise, un trou de coulée fermé par un bouchon dans une paroi d'un four. Cette torche à plasma est du type comprenant:

- un manchon creux fait en acier inoxydable, ce manchon ayant une surface extérieure cylindrique et une extrémité avant ouverte;

- une paire d'électrodes creuses avant et arrière montées coaxialement à l'intérieur du manchon creux, l'électrode avant étant positionnée à L'extrémité avant de la torche pour ainsi former la "pointe" de celle-ci et étant pourvue d'un trou central?

- une bague, dite d'espacement, électriquement isolante, cette bague étant montée coaxialement dans le

manchon creux entre les deux électrodes;

- des moyens connus en soi, montés à l'intérieur du manchon creux pour relier les électrodes à une source externe de courant électrique de façon à générer un arc électrique entre les électrodes, cet arc ayant un point d'attache sur chaque électrode;

- des moyens également connus en soi disposés à l'intérieur du manchon creux et connectables à une source externe de gaz plasmagène ayant une fourchette de débit donnée, pour injecter un gaz plasmagène à l'intérieur des électrodes entre ces dernières; et

- des conduites d'eau connectables à un circuit de circulation d'eau externe pour amener un courant d'eau de refroidissement à l'intérieur du manchon creux sur toute la longueur de celui-ci jusqu'à son extrémité avant de façon à refroidir extérieurement les électrodes avant et arrière ainsi que la bague d'espacement tout en refroidissant aussi l'intérieur de la surface externe du manchon creux. La torche à plasma selon l'invention dont la structure de base vient d'être décrite, est caractérisée en ce que:

- elle comprend un recouvrement de protection constitué par une couche de céramique déposée par pulvérisation par plasma sur la surface externe du manchon creux;

- l'électrode avant de la torche a une extrémité avant pourvue d'une portion arrière cylindrique dimensionnée de façon à s'ajuster dans l'extrémité avant du manchon creux, et une portion avant également cylindrique s'étendant en travers de. ladite extrémité avant du manchon creux, cette portion avant cylindrique formant la pointe de la torche et étant dimensionnée de façon à s'étendre raάialement légèrement à l'extérieur de la surface externe du manchon creux tout autour de ce

dernier de façon à ce que le gaz plasmagène quittant le trou de coulée soit légèrement dévié et ne vienne donc pas en contact avec l'extrémité avant du manchon creux;

- le trou central de l'électrode avant est dimensionné et façonné de façon à générer un jet de gaz plasmagène de contour bien défini et de grande vélocité axiale à l'intérieur de la fourchette de débit donnée, et ainsi assurer (a) que le point d'attache de l'arc à l'électrode avant soit près de la pointe de la torche ou sur cette pointe; (b) que, de là, le dépôt de matière fondue soit évité sur cette pointe; et que, simultanément, l'énergie du jet soit suffisante pour désagréger et fondre le bouchon et tout en évacuant les matières fondues d'une façon très rapide et efficace; - un seul joint torique est utilisé à l'extrémité avant de la torche pour sceller hydrauliquement celle-ci, ce joint torique s'étendant autour de la portion arrière de l'extrémité avant de l'électrode avant; et

- des canalisations d'eau ouvrant dans les conduites d'eau et faisant partie intégrante de celles-ci sont prévues à l'intérieur du manchon creux et dans la portion arrière de l'extrémité avant de l'électrode avant, ces canalisations s'étendant tout autour du joint torique à l'intérieur et à l'extérieur de celui-ci pour refroidir suffisamment ce joint de façon à éviter qu'il ne surchauffe.

La haute température et la haute vélocité du jet de plasma généré dans la torche à plasma selon l'invention la rend particulièrement utile pour ouvrir des trous de coulée dans un temps extrêmement court.

L'invention propose donc aussi une méthode pour ouvrir un trou de coulée fermé par un bouchon dans une paroi d'un four, laquelle consiste à fondre et désagréger le bouchon fermant le trou de coulée tout en évacuant simultanément la matière fondue qui se forme au moyen du

jet de gaz tourbillonnant à haute température générée par la torche à plasma perfectionnée selon l'invention.

Du fait que le jet de plasma généré par la torche selon l'invention a un contour extérieur bien défini, le trou de coulée se trouve ouvert d'une façon très précise. Les torches à plasma sont des outils qui sont connus pour produire un flux important de gaz à très haute température au moyen d'un arc électrique généré entre deux électrodes. Ce type d'équipement inclut la torche à plasma proprement dite, une alimentation électrique de puissance, qui est habituellement de courant continu; une alimentation en gaz plasmagène, un circuit d'eau de refroidissement pour le corps de la torche; et un panneau de contrôle. Un des principaux avantages des torches à plasma est le fait qu'elles peuvent être démarrées et stoppées instantanément, sans aucune inertie thermique. Il en résulte que lorsque la torche est en dehors de toute source de chaleur, les alimentations électrique et en eau peuvent être stoppées simultanément sans que cela cause de dommage à la torche.

Tel qu'indiqué précédemment, les bouchons utilisés pour fermer les trous de coulée consistent habituellement en une pâte faite d'un mélange d'alumine (40%), de silice (40%) et de graphite (20%), ce dernier matériau les rendant électriquement conductrices à haute température. Lorsque l'air est utilisé comme gaz plasmagène comme c'est habituellement le cas, l'oxygène atomique contenu dans le jet de plasma réagit avec le graphite du bouchon et assure une combustion de celui-ci, laquelle génère une chaleur supplémentaire appréciable. Le chauffage chimique du bouchon joue donc un rôle important dans l'opération d'ouverture lorsque l'on utilise une torche à plasma. Bien entendu, on comprendra que si l'on utilise de l'oxygène pur comme gaz plasmagène à la place de l'air, on

augmentera de façon substantielle la vitesse de fusion du bouchon.

En ce qui concerne la vitesse de perçage, la chaleur et la température de fusion de la pâte utilisée pour former le bouchon sont des facteurs plus importants que la quantité du carbone de cette pâte. En fait, la torche à plasma peut être utilisée pour percer des bouchons ne contenant aucun carbone. D'autre part, si la concentration en carbone est supérieure à 20%, le point de fusion du bouchon se trouve augmenté et la quantité de carbone présente devient trop grande par rapport à la quantité d'air injectée, ce qui peut réduire de façon importante la vitesse du perçage.

Pour accélérer au maximum la fusion du bouchon, on peut chauffer celui-ci par conduction électrique. Tel que mentionné précédemment, lorsque le bouchon est chauffé à haute température, il devient électriquement conducteur. En conséquence, il devient possible de créer un arc entre la pointe de la torche et le bouchon si ce dernier est relié au circuit électrique de la torche.

A cet effet, et selon un mode de réalisation préféré de l'invention, un autre arc peut être superposé à l'arc généré par la torche à plasma, en reliant l'électrode avant de la torche et une électrode en contact avec le métal se trouvant dans le four, à une source auxiliaire de courant électrique (alternatif ou continu) qui peut être constituée par la source de courant électrique du four.

Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la torche à plasma peut être électriquement reliée au four telle que décrite précédemment de façon à pouvoir être utilisée de façon hybride, c'est-à-dire aussi bien en mode arc non transféré qu'en mode arc transféré. Dans un tel cas, lorsque la torche se trouve suffisamment près du bouchon, il devient possible de transférer l'arc

directement au bouchon.

Si l'on utilise une torche à haute puissance et que l'on place cette torche en face du trou de coulée durant l'opération d'ouverture parce que, par exemple, son diamètre ne lui permet pas d'être inséré dans le trou lorsque le bouchon se désagrège et fond, la distance entre la pointe de la torche et le bouchon augmentera au fur et à mesure que ce dernier fondera et se désagrégera. Dans un tel cas, un gaz de tension basse tel que de l'argon, pourra être ajouté à l'air ou à l'oxygène introduit dans la torche pour réduire au maximum la tension d'arc.

Dans ces divers modes de réalisation, le courant transféré ou auxiliaire passe à travers le bouchon et favorise sa fusion par effet Joule. En outre, le courant d'arc transféré ou auxiliaire peut être mesuré et cette mesure utilisée pour automatiser la mise en oeuvre de la méthode.

L'automatisation de l'ouverture d'un trou de coulée est un facteur très important pour opérer la torche à plasma d'une façon extrêmement précise et pour obtenir une bonne reproduσtibilité de mise en oeuvre. A cet effet, la torche à plasma peut être montée sur un rail de guidage et déplacée en avant et en arrière au moyen d'un vérin hydraulique ou de tout autre moyen analogue. Mises à part les caractéristiques qui sont nécessaires au bon fonctionnement de la torche à plasma (tension d'arc, courant d'arc et débit de gaz plasmagène), d'autres caractéristiques peuvent être utilisées pour contrôler la mise en oeuvre de la méthode. Ces autres caractéristiques sont les suivantes:

- position (XY) et inclinaison. (0) de la torche, qui doivent être ajustées de façon à ce que l'axe longitudinal de la torche coïncide précisément avec l'axe longitudinal du trou de coulée; - position (Z) de la pointe de la torche par

rapport à la surface extérieure du mur du four;

- différence de température entre l'eau de refroidissement entrant dans la torche et l'eau de refroidissement quittant la torche, laquelle différence peut être suivie pour détecter toute surchauffe de la torche lorsque celle-ci se trouve insérée dans le trou de coulée, et utilisée pour commander le retrait de la torche par simple mouvement arrière rapide le long du rail dès qu'une surchauffe est détectée; - intensité du courant transféré ou du courant auxiliaire passant dans le bouchon, la mesure de cette intensité étant utile pour contrôler la position de la pointe de la torche par rapport au bouchon, pour contrôler la progression lente de la torche dans le trou de coulée, et pour détecter la fin de la mise en oeuvre de la méthode lorsque le métal commence à couler.

Toutes ces informations peuvent être transmises à un ordinateur ou un automate programmable capable de contrôler l'opération de la torche et son déplacement durant l'ouverture du trou de coulée.

L'utilisation de la torche à plasma perfectionnée selon l'invention pour ouvrir des trous de coulée permet avantageusement de combiner tous les avantages des méthodes connues précédemment mentionnées, tout en rendant plus facile la robotisation et l'automatisation de la méthode. Lorsque la torche à plasma selon l'invention est utilisée, la fusion et la désagrégation du bouchon s'effectue par impact du jet de gaz projeté à haute température et à grande vitesse, et la matière fondue qui se forme, se trouve soufflée à l'extérieur du trou par ce même gaz à haute vitesse quand il s'échappe du trou.

Les principaux avantages de la méthode pour ouvrir un trou de coulée avec la torche à plasma perfectionnée selon l'invention sont les suivants: - obtention d'un jet de plasma de contour coaxial

bien défini, permettant de fondre et désagréger le bouchon sans endommager les parois du trou de coulée;

- reproductibilité de la méthode permettant une robotisation aisée; - éjection simple et rapide de la matière fondue par le jet de gaz à haute vitesse;

- choix du gaz plasmagène pour brûler chimiquement la pâte utilisée pour former le bouchon, laquelle contient du graphite; - possibilité de transfert de l'arc sur le bouchon lorsque ce dernier est suffisamment chaud;

- possibilité d'utiliser des torches à plasma de 100 KW à 2.5 MW pour certaines applications particulières; et - excellente calibration du trou percé, même si celui-ci est profond, sans formation de cavités, du fait que la torche à plasma génère un jet de plasma très bien défini ayant toute l'énergie nécessaire pour fondre et désagréger le bouchon, sans que ce jet de plasma ne soit en contact avec la paroi du trou durant l'opération.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative qui va suivre de plusieurs modes de réalisation préférés de celle-ci, faite en se référant aux dessins annexés. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

- la Fig. 1 est une vue de côté en coupe partielle de l'extrémité avant d'une torche à plasma perfectionnée selon l'invention;

- la Fig. 2 est une vue schématique montrant l'équipement expérimental utilisé en laboratoire par la société demanderesse pour simuler l'ouverture d'un trou de coulée et tester la torche à plasma illustrée sur la Fig. 1;

- la Fig. 3 est une vue schématique en coupe d'un autre équipement expérimental utilisé en laboratoire par

la société demanderesse pour ouvrir un trou de coulée dans un four contenant 30 cm d'acier liquide;

- la Fig. 4 est une vue schématique de la torche à plasma illustrée sur la Fig. 1, utilisée en mode à arc non transféré, la torche étant déplaçable en translation dans le trou de façon à ouvrir ce dernier;

- la Fig. 5 est analogue à celle de la Fig. 3, montrant la torche à plasma de la Fig. 1 opérant en mode hybride, la torche étant déplaçable en translation à l'intérieur du trou de coulée pour ouvrir ce dernier;

- la Fig. 6 est une schématique d'une torche à plasma à haute puissance selon l'invention, fonctionnant en mode hybride, la torche à plasma étant placée à l'entrée du trou et demeurant fixe durant toute la mise en oeuvre de la méthode;

- la Fig. 7 est une vue schématique d'une torche à plasma selon l'invention, fonctionnant avec un arc superposé généré par une source auxiliaire (alternative ou continue) qui peut être la source de courant du four, la torche étant déplaçable dans le trou pour ouvrir ce dernier; et

- la Fig. 8 est une vue schématique d'une torche à plasma de haute puissance, fonctionnant avec un arc superposé généré par une source de courant auxiliaire qui peut être la source de courant du four, cette torche étant placée à l'entrée du trou et demeurant fixe durant toute la mise en oeuvre de la méthode.

Dans ces figures, les éléments ayant le même usage ont été identifiés par les mêmes références numériques dans un but de simplicité, même si ces éléments ont parfois des structures ou dispositions différentes. DESCRIPTION DE PLUSIEURS MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION La Fig. 1 est une vue de côté partielle de l'extrémité avant d'une torche à plasma perfectionnée

selon l'invention, laquelle est notamment destinée à ouvrir des trous de coulée.

La torche 1 telle qu'illustrée sur la Fig. 1 a la forme générale d'un cylindre qui peut avoir 2 mètres de long. Elle comprend un corps creux ou manchon 51, fait en acier inoxydable, dont la surface extérieure est recouverte d'une couche de céramique 53 déposée par pulvérisation par plasma. Cette couche 53 agit comme isolant électrique et thermique. L'extrémité avant 55 de la torche est conçue pour entrer dans le trou de coulée à ouvrir tel qu'il sera expliqué ci-après. Cette extrémité avant 55 contient deux électrodes creuses 57, 59 faites en alliage de cuivre. Ces deux électrodes sont coaxialement disposées dans le prolongement l'une de l'autre dans le manchon et sont refroidies à l'eau. Elles sont également reliées par des moyens connus en tant que tels, à une source de courant à haute tension de sorte à être l'une et l'autre dans des polarités inverses. L'électrode avant 57 est de préférence utilisée comme cathode et celle à l'arrière 59 comme anode. Ces deux électrodes sont électriquement isolées l'une de l'autre au moyen d'une bague isolante 61 faite en céramique. Dans l'espace laissé entre les électrodes, un gaz plasmagène est injecté tangentiellement à travers des trous 64 prévus dans une bague 63 d'injection conçue pour générer un tourbillon de gaz, laquelle bague 63 est positionnée près de la bague d'espacement 61 de façon à ainsi générer un courant tourbillonnant extrêmement fort dans le trou central 65 de l'électrode avant 57.

En usage, un arc électrique est formé entre les électrodes 57 et 59 par une pulsation de haute tension, puis est ultérieurement allongé et entraîné en rotation par le tourbillon de gaz généré tel qu'expliqué précédemment, de façon à ce que le point d'attache de

l'arc puisse tourner.

Selon une caractéristique importante de l'invention, le trou central 65 de l'électrode avant 57 est façonné comme une tuyère de façon à ce que le point d'attache avant 67 de la colonne d'arc 69 soit près de la pointe 65 de la torche pour une fourchette donnée de débit de gaz. Cette colonne d'arc 69 est illustrée en pointillé sur la Fig. 1. Pour éviter que l'arc ne reste attaché au même endroit et ainsi augmenter la longueur et la durée de vie des électrodes, la pression d'entrée du gaz plasmagène peut être variée de façon périodique à l'intérieur de la fourchette donnée.

Grâce à la forme en tuyère du trou central 65 de l'électrode avant 57, le jet de gaz plasmagène s'échappant de la torche a une forme et un contour bien défini, de même qu'une forte vélocité axiale. Cette forte vélocité et la pression dynamique du jet protègent la torche des dépôts de matières fondues dans la zone d'attache de l'arc durant le perçage dans un matériau réfractaire. En opération, le jet de plasma de forme bien définie permet de fondre et désagréger n'importe quel matériau réfractaire d'une façon très rapide et précise, et d'évacuer les gouttelettes de matières fondues avec les gaz lorsque le jet s'échappe du trou percé. Comme il est connu dans ce domaine particulier, les électrodes 57, 59 et les bagues 61, 63 sont montées dans le manchon 61 de manière à laisser un espace dans lequel de l'eau déminéralisée peut être circulée telle qu'illustrée avec des flèches, le long d'un circuit défini par une pluralité de cloisons cylindriques ou de déflecteurs 71, 73, 75 attachés les uns. aux autres ou aux électrodes. Avantageusement, ces cloisons et déflecteurs peuvent être façonnés et reliés comme il est connu en soi, pour diriger le courant d'eau de refroidissement à l'intérieur de la torche depuis l'extrémité arrière de

celle-ci jusqu'à son extrémité avant, de la retourner vers l'extrémité arrière pour refroidir extérieurement l'électrode arrière 59, les bagues d'espacement et d'injection 61 et 63 et, l'électrode avant 57 avant de refroidir, au retour, la surface interne du manchon 51.

Une caractéristique particulièrement originale de la torche à plasma refroidie à l'eau selon l'invention est que son électrode avant 57 a une extrémité avant 77 pourvue d'une portion arrière cylindrique 79 qui est dimensionnée de façon à pouvoir s'ajuster dans l'extrémité avant 81 du manchon 51. L'électrode avant 57 a également une portion avant qui s'étend en travers de l'extrémité avant du manchon et forme la pointe 55 de la torche. Cette portion avant 83 a de préférence une surface frontale conique 85 telle qu'illustrée sur la Fig. 1, qui est dimensionnée de façon à s'étendre radialement légèrement à l'extérieur de la surface externe du manchon 51 sur une courte distance (d), tout autour de ce dernier. Ceci permet au gaz plasmagène quittant le trou de coulée d'être légèrement dévié et de ne pas venir en contact avec l'extrémité avant du manchon 51.

Cette disposition particulière permet d'utiliser de façon sécuritaire un seul joint torique 87 à l'extrémité avant de la torche 1 pour sceller hydrauliquement celle-ci. Ce seul joint torique 87 est disposé dans une rainure externe s'étendant tout autour de la portion arrière 79 de l'extrémité avant 77 à l'électrode avant 57. Le joint 87 est également protégé de toute surchauffe au moyen de canalisations d'eau 89, 91 faisant partie intégrante des conduites d'eau de refroidissement, lesquelles canalisations consistent en des fentes annulaires prévues dans la portion arrière de l'extrémité avant 77 de l'électrode 57 et dans l'extrémité avant 81 du manchon 51, ces fentes étant coaxiales au joint torique 87 et disposées à l'intérieur et à

l'extérieur de celui-ci.

Il convient de mentionner que cette disposition est particulièrement intéressante dans la mesure où elle facilite l'entretien de la torche en permettant un démontage très rapide de l'électrode avant 57 pour inspecter le joint torique 87 et les électrodes 57 et 59, et ainsi en donnant accès aux autres éléments structurels de la torche 1.

Tel qu'il est connu de l'état de la technique illustré sur la Fig. 2, la torche à plasma 1 fait partie intégrante d'un équipement plus complet incluant une alimentation électrique en courant continu 21, un circuit externe de circulation d'eau 22, une source de gaz plasmagène 23 et un panneau de contrôle (non illustré) . La Fig. 2 illustre de façon schématique l'équipement expérimental qui a été utilisé en laboratoire par la société demanderesse pour optimiser la structure de la torche 1, tester son endurance et vérifier son efficacité pour ouvrir un trou de coulée. Les essais ont été effectués sur des bouchons 5 similaires à ceux utilisés dans les fours à arc électrique. Chaque bouchon 5 était inséré dans un trou 3 jouant un rôle de trou de coulée, percé dans un mur 7 fait de brique d'alumine de haute densité. L'interface entre le bouchon 5 et la brique était cimentée avec un mortier de haute densité pour rendre la structure la plus similaire possible à celle du mur d'un vrai four, si ce n'est bien sûr que l'extrémité interne du bouchon n'ait pas exposée à un métal chaud. Pour protéger le personnel ainsi que l'équipement des projections de gouttelettes fondues extrêmement chaudes, le mur 7 et la .torche 1 ont été installés dans une cabine et les fumées étaient évacuées au moyen d'un système de ventilation.

La torche 1 a été montée sur un support ajustable 17 et alignée sur l'axe longitudinal du trou de coulée 3.

La torche 1 a été démarrée et sa puissance de sortie ainsi que son alimentation en gaz plasmagène ont été ajustées au niveau voulu. En pratique, la température du jet de gaz plasmagène est de l'ordre de 5 000 ^* C, c'est-à-dire deux fois la valeur de la température de fusion du bouchon, qui est habituellement de l'ordre de 2 000 ^* C à 1 500 ^β C.

La torche 1 a été lentement avancée vers le bouchon 5. Lorsque la tête de la torche 1 s'est trouvée à une distance de quelques centimètres du bouchon 5, ce dernier a commencé à fondre et les gouttelettes de matériau fondu expulsées par le gaz plasmagène de la torche commençaient à voler dans toutes les directions. La torche 1 a alors été déplacée lentement vers l'avant de façon à entrer à l'intérieur du trou de coulée et ainsi continuer à fondre et désagréger le bouchon 5.

Il a été trouvé que lorsque la torche 1 est à l'intérieur du trou de coulée, elle doit être retirée de celui-ci à intervalle régulier pour permettre à la matière fondue d'être évacuée du trou et éviter toute surchauffe excessive du corps de la torche. Si la torche demeure trop longtemps à la même place à l'intérieur du trou de coulée, une surchauffe excessive de la paroi interne du trou peut survenir et conduire à un agrandissement non désiré du diamètre du trou de coulée.

Il en résulte que l'insertion de la torche à l'intérieur du trou doit être faite lentement et par étape. A la fin de chaque étape d'insertion, la tête de la torche doit être retirée rapidement du trou et positionnée en face de la sortie de celui-ci pour permettre au jet de gaz plasmagène de souffler à l'extérieur les gouttelettes de matière fondue qui se sont accumulées dans le trou. Ceci effectué, la torche peut être réintroduite dans le trou, jusqu'à sa position antérieure, et son avance lente peut alors être

poursuivie. L'ouverture du trou de coulée peut ainsi être effectuée par une suite de mouvements alternatifs de la torche vers l'avant et vers l'arrière jusqu'à ce que le bouchon soit totalement éliminé. La température de l'eau de refroidissement à la sortie de la torche est un paramètre qui peut être utilisé pour déterminer quand la torche doit être retirée du trou.

Il a été noté que lorsque la tête de la torche est à l'intérieur du trou, la température de l'eau de refroidissement à la sortie de la torche peut augmenter de l'ordre de 10"C, si on compare cette température à celle mesurée lorsque la torche est placée juste à la sortie du trou. Une différence de température prédéterminée peut donc être choisie comme valeur de référence pour automatiquement sortir la tête de la torche du trou de façon à éviter la surchauffe des pièces de cette torche et un endommagement de la paroi du trou.

En pratique, presqu'une centaine d'essais ont été effectués. Durant ces essais, des bouchons ont été fondus et désagrégés d'une façon très rapide, avec beaucoup d'efficacité et aucun dommage n'a été remarqué sur les parois internes du trou dans lequel le bouchon a été inséré.

Des essais ont été effectués dans les conditions d'opération suivantes:

Composition chimique de la pâte du bouchon: 20% C

40% Al _a 0 ₃ 40% Si0 ₂

Puissance de la torche à plasma: 100 W

Courant d'arc: 200 A

Tension d'arcr 500 V

Efficacité de la torche: 70% Débit du gaz plasmagène: 170 à 280 1/min

Diamètre de la torche: 7,5 cm

Longueur de la torche: 200 cm

Diamètre du bouchon: 8,9 cm

Profondeur à atteindre: 200 cm

Durée d'opération moyenne: 9,2 min

Vitesse moyenne de perçage: 2,2 cm/min

Différence de température maximum pour l'eau de refroidissement: 15 ^* C

Les essais qui ont été effectués sur des bouchons plus gros (de l'ordre de 12 cm de diamètre) avec une torche plus puissante ont donné des résultats similaires.

Puissance de la torche à plasma: 200 k

Courant d'arc: 400 A

Tension d'arc: 500 V

Efficacité de la torche: 70%

Débit de gaz plasmagène: 500 1/min

Diamètre de la torche: 10 cm

Longueur de la torche: 20 cm

Diamètre du bouchon: 12 cm

Profondeur à atteindre: 20 cm

Durée d'opération moyenne: 8.8 min

Vitesse de perçage-: 2.2 cm/min

Le temps nécessaire pour ouvrir un trou de coulée est pratiquement proportionnel à la quantité de bouchons à fondre, et inversement proportionnel à la puissance du jet de plasma.

Durant les essais ci-dessus mentionnés, cela a pris environ une minute pour ouvrir le trou. Il convient de se rappeler toutefois qu'au début de chacun de ces essais, le bouchon 5 et le mur 7 étaient à la température

de la pièce. On peut toutefois comprendre que dans les conditions habituelles d'opération d'un four contenant du métal fondu à une température supérieure à 1 000 ^β C, le temps nécessaire pour ouvrir un trou de coulée devrait être réduit de façon substantielle, probablement à moins de 5 minutes.

Durant quelques essais, une plaque de fer a été placée en arrière du bouchon 5 et reliée à l'alimentation électrique de la torche pour vérifier la possibilité de transférer l'arc au bouchon lorsque ce dernier est chaud. Ces essais ont réussi et ont permis de vérifier le bon fonctionnement de la torche à plasma dans un mode hybride tel qu'il sera expliqué ci-après.

La Fig. 3 montre un autre ensemble expérimental qui a été utilisé en laboratoire. Dans ce mode particulier de réalisation, la torche à plasma 1 a été utilisée pour ouvrir un trou de coulée 3 dans le mur 7 d'un "vrai" four à métal 9 rempli d'un bain 11 d'acier fondu. La torche était guidée axialement par une unité de déplacement linéaire opérée hydrauliquement, comprenant une poutre 15 montée sur une table de support 17 déplacée hydrauliquement.

Un trou 3 ayant un diamètre de 8.9 cm a d'abord été ouvert avec la torche 1 à travers le mur 7 du four 9. Ce mur comprenait une couche extérieure d'acier de l'ordre de 1/2 cm d'épaisseur, une couche intermédiaire épaisse d'un matériau réfractaire contenant 90% d'alumine, de l'ordre de 10 cm, et une couche intérieure épaisse de carbone, de l'ordre de 7,5 cm. Le trou 3 était bouché avec une pâte identique à celle utilisée précédemment.

400 kg d'acier ont été fondus dans le four 9, en utilisant une technique de transfert d'arc pour ce faire. La hauteur du métal dans le four était de l'ordre de 30 cm. La torche 1 a été démarrée et le trou a été ouvert tel que décrit précédemment. Après 3 à 5 minutes, la flamme de plasma a touché le bain de métal liquide 11. De fines gouttelettes de métal ont été expulsées du trou 3 avec les gaz sortant de ce dernier, ceci montrant que le bouchon 5 avait complètement fondu. La torche a alors été retirée du trou pour permettre à l'acier liquide de couler

dans une poche 19.

Durant le procédé, le gaz s'échappant de la torche

1 et du trou 3 a été ramassé dans une hotte 20 et analysé à l'aide d'un analyseur de point de rosée 25 pour détecter la présence d'eau et sonner une alarme pour stopper la procédure de perçage dans le cas de fuite.

Les conditions d'opération ont été les suivantes:

Puissance de la torche:

Tension d'arc:

Courant d'arc: Débit de gaz plasmagène:

Diamètre du bouchon:

Longueur du bouchon:

Durée d'opération:

Vitesse de perçage:

Comme on peut le noter, la vitesse de perçage se trouve approximativement doublée lorsque de l'acier en fusion se trouve en arrière du bouchon 5 et chauffe ce dernier. Les figs 4 à 8 illustrent diverses façons de mettre en oeuvre la méthode selon l'invention pour ouvrir un trou de coulée 3 dans un four à métal 9 au moyen de la torche à plasma 1 précédemment décrite.

La Fig. 4 montre la torche à plasma 1 fonctionnant en mode arc non transféré pour ouvrir un trou de coulée 3 fermé par un bouchon 5 dans un mur épais 7 (de l'ordre de 30 cm ou plus) d'un four 9 contenant un bain 11 de métal en fusion. La torche 1 est coaxialement disposée le long de l'axe longitudinal du trou de coulée et reliée à une source de courant continu 21. La torche 1 qui est cylindrique est déplacée axialement dans le trou de coulée

3 au fur et à mesure que le bouchon est fondu et désagrégé par le jet de plasma 13 sortant de la tête de la torche.

A cette fin, la torche 1 est fixée à une poutre 15 montée sur un support 17 qui est ajustable pour aligner la

torche 1 coaxialement au trou. La poutre 15 peut comprendre un vérin hydraulique ou tout autre moyen analogue pour déplacer la torche le long d'un rail de guidage fixé au support 17. Un écran de protection 26 est disposé sur la poutre 15 pour protéger le personnel ainsi que les tuyaux d'alimentation de la torche de la chaleur et des projections de gouttelettes de matériaux fondus. Habituellement, trois tubes sont reliés à la torche: un pour alimenter celle-ci en électricité et en eau; un de sortie pour l'électricité et l'eau; et un pour l'alimentation en gaz.

Le perçage du bouchon est effectué en déplaçant la torche 1 par étape selon un mouvement de va-et-vient en avant et en arrière à l'intérieur du trou de coulée 3 tel qu'il a été expliqué précédemment. Lorsque le bouchon 5 est totalement fondu, une petite quantité de métal en fusion commence à couler dans l'espace se trouvant entre la surface extérieure de la torche et le mur du trou de coulée 3, ce qui conduit à la projection de gouttelettes de métal fondu qui se trouvent entraînées par le gaz plasmagène quittant le trou. A ce moment, la pression exercée par la flamme de plasma 13 protège la tête de la torche 1 du métal fondu et agit comme un bouchon gazeux qui maintient le métal fondu à l'intérieur du four. La torche 1 est alors retirée rapidement du trou

3, pour permettre au métal fondu de couler à l'extérieur du four.

Comme la torche à plasma est refroidie à l'eau, il existe toujours un risque d'une fuite d'eau. Tel qu'il a été précédemment indiqué, la pointe 55 de la torche a été conçue de façon à éviter toute fuite d'eau et plus de 30 essais ont été effectués avec succès avec la même torche en laboratoire sans aucun problème. Il a également été trouvé que la vitesse d'érosion des électrodes était tout à fait acceptable, la durée d'opération estimée d'un même jeu d'électrodes étant de l'ordre de 100 heures.

En opération, une vérification périodique doit être -faite pour observer l'usure des électrodes. Toutefois, le risque d'une fuite est minime puisque, au début, toute fuite d'eau qui pourrait le cas échéant se

produire serait forcément petite, a puisque l'eau, dans un tel cas, est instantanément transformée en vapeur à cause de la très haute température d'opération de la torche 1. Tel qu'expliqué précédemment, un dispositif 25 peut être prévu pour analyser d'une façon quasiment permanente la composition du gaz s'échappant du trou de coulée de façon à détecter la présence éventuelle de vapeur d'eau et, de là, indiquer la présence d'une fuite dans le système de refroidissement de la torche. Lorsqu'un tel dispositif est utilisé et qu'une fuite d'eau est détectée, la torche doit être rapidement sortie du trou et l'alimentation en électricité et en eau doit être arrêtée immédiatement. Bien entendu, ceci peut être fait de façon automatique en réponse à un signal du dispositif 25.

La Fig. 5 montre un montage très similaire à celui illustré sur la Fig. 4, si ce n'est que la torche à plasma est reliée en mode hybride de façon à pouvoir opérer en mode arc non transféré et arc transféré. Pour cette raison, les diverses pièces d'équipement qui sont illustrées sur cette figure -et sont similaires aux pièces d'équipement déjà illustrées sur la Fig. 4, ont été identifiées avec les mêmes références numériques. La torche à plasma utilisée dans cet autre montage est reliée à une source de courant 21 qui comprend un premier sous-circuit 27 pourvu d'une résistance variable 37 refroidie à l'eau pour opérer la torche à plasma en mode arc non transféré, et un second sous-circuit 29 incluant le bouchon 5, le' bain de métal fondu 11 et une électrode 31 en contact avec le métal dans le four pour opérer la torche en mode arc transféré. Le but de la résistance 37 est de faciliter le transfert de l'arc sur le bouchon. La valeur de cette résistance est typiquement 0,5 ohm.

Le courant total I de la source de courant se divise en un courant non transféré i _nt circulant dans la résistance 37, et un courant transféré i _t circulant dans le bouchon 5 via l'arc transféré. La torche est opérée de la même façon que sur la

fig. 4 si ce n'est que l'intensité des courants I et i _t est mesurée en 33 et 35 et utilisée pour contrôler le déplacement axial de la torche. Ces mesures de courant sont instantanées si on les compare à toute autre mesure qui peut être faite de la température de refroidissement, laquelle autre mesure a un temps de réponse d'environ une seconde lorsque la tête de la torche est sujette à surchauffe. Bien entendu, les valeurs de i _t et i _nt dépendent de la position de la pointe de la torche par rapport au bouchon. Lorsque la torche 1 est éloignée du bouchon 5, i _t est égal à 0 et I est égal à i _nt . Lorsque la torche est près du bouchon, i _t est différent de 0. Les valeurs typiques mesurées durant les essais pour un courant total de 400 A ont été i _t =100 A et i _nt = 300 A. En opération, la torche 1 est déplacée vers le bouchon 5, éventuellement à l'intérieur du trou 3, jusqu'à ce qu'un courant transféré i _t soit détecté. La torche est avancée à nouveau mais à basse vitesse pour ajuster et maintenir l'intensité .du courant transféré i _t à une valeur maximale. Lorsque la température de l'eau de refroidissement à la sortie de la torche 1 atteint sa valeur maximale prédéterminée de, par exemple, 30 ^β C pour une température de 15"C à l'entrée, la torche 1 est retirée rapidement du trou et positionnée en face de celui-ci pour permettre au jet de plasma de souffler à l'extérieur du trou le matériau fondu qui s'y est accumulé. A ce moment, la torche opère seulement en mode à arc non transféré, puisque la pointe de la torche 1 est trop loin du bouchon 5. Après quelques secondes ou lorsque la température ^' de sortie de l'eau de refroidissement redescend à, par exemple, 25 ^β C, la torche 1 est réintroduite dans le trou et replacée à sa position antérieure. Son déplacement vers l'avant est alors repris et contrôlé par la mesure du courant transféré i _t . Lorsque le bouchon est complètement fondu, l'arc transféré vient en contact avec le bain de métal liquide et le courant transféré i _t atteint une valeur élevée qui peut être utilisée comme un signal pour retirer la torche 1 rapidement du trou et achever la mise en oeuvre du procédé.

Cette méthode pour ouvrir un trou de coulée est particulièrement facile à automatiser. Il convient de mentionner cependant qu'une large partie de l'énergie électrique fournie à la torche se trouve perdue dans la résistance refroidie 37. En outre, le temps nécessaire pour ouvrir le trou de coulée est substantiellement plus long que lorsque l'on utilise la méthode illustrée sur la Fig. 4.

La Fig. 6 montre un autre mode de réalisation utilisant une torche à plasma l' de forte puissance (2.5 MW) fonctionnant en mode hybride, tel qu'il a déjà été expliqué sur la Fig. 5. Dans ce mode particulier de réalisation, le diamètre de la torche l' (de l'ordre de 16 cm) est plus grand que celui du bouchon 5. Il en résulte que la torche l' ne peut être insérée dans le trou 3. Avec une telle torche l', le jet de plasma 13' est plus long axialement que dans le cas de la torche à plasma 1 de plus faible puissance. Malgré ceci, il devient néanmoins nécessaire de transférer l'arc au bouchon 5 pour compléter la fusion de ce dernier.

Au début, la torche l' est disposée en face du trou de coulée 3 et demeure fixe dans cette position durant toute la mise en oeuvre du procédé. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux dans la mesure où il limite le stress thermique appliqué à la pointe de la torche l'. En effet, dans ce cas particulier, la fusion et la désagrégation du bouchon sont essentiellement obtenues par l'augmentation de la longueur de l'arc.

En opération, la torche l' est allumée et placée à quelques centimètres du centre du bouchon 5 qui commence à fondre. Au fur et à mesure que le bouchon 5 chauffe, il devient de plus en plus conducteur et l'arc commence à se trouver transféré au bouchon. Dès qu'un courant transféré i _t est détecté en 35, un interrupteur 41 est ouvert pour déconnecter la résistance 37. La torche l' opère alors uniquement en mode arc transféré. A ce moment, aucune perte de puissance n'a lieu dans la résistance 37 et tout courant délivré par la suite de courant continu 21 circule à travers le bouchon qui se trouve alors efficacement chauffé par conduction.

Au fur et à mesure que le bouchon fond et que le matériau fondu est éliminé par le jet de plasma de forte inertie, l'arc s'allonge progressivement. Pour permettre cet allongement de l'arc, un mélange d'argon et d'oxygène peut être utilisé comme gaz plasmagène.

La Fig. 7 montre un autre mode de réalisation de l'invention, utilisant une torche à plasma telle que déjà utilisée sur les modes de réalisation illustrés sur les Figs 4 et 5, fonctionnant avec un arc superposé. Cet autre mode de réalisation est très similaire à celui de la Fig. 4, si ce n'est qu'une source de courant électrique auxiliaire 39 est ajoutée pour superposer un arc sur l'arc de la torche à plasma 1, entre la tête de cette torche 1 et le bouchon 5. Cette source de courant électrique auxiliaire 39 peut être une source de courant alternatif telle qu'illustrée, ou une source de courant continu. Elle peut même être la source de courant du four électrique.

La façon dont ce mode de réalisation peut être mis en oeuvre est très similaire à ce qui a déjà été décrit en se référant à la Fig. 5. Là encore, le courant d'arc auxiliaire est mesuré et utilisé pour contrôler le déplacement de la torche 1 dans le trou 3. Lorsque la tête de la torche est éloignée du bouchon, le courant transféré i _t circulant dans le bouchon 5 sera nul. Lorsque la torche 1 est proche du bouchon, un arc est généré entre la torche 1 et le bouchon, et le courant transféré réglé au moyen de la source de courant auxiliaire.

Dans le mode hybride, ou en mode à arc superposé le manchon externe de la torche 1 a un potentiel supérieur à celui du bouchon 5. C'est alors que la couche de matériau céramique déposée par pulvérisation par plasma sur la surface du manchon joue un rôle important d'isolant électrique, dans la mesure où il empêche un arc de frapper cette surface et d'endommager la torche- Dans un tel cas, la flamme de plasma de la torche 1 fournit un choix préférentiel pour l'arc auxiliaire qui demeure alors confiné dans la région entre l'électrode avant et le bouchon. Ce mode de réalisation utilisant un arc superposé

a l'avantage d'être facile à automatiser. En effet, un court circuit peut être détecté sur la source de courant auxiliaire notamment lorsque le bouchon est complètement fondu, et être utilisé pour retirer rapidement la torche 1 du trou et stopper la mise en oeuvre du procédé.

La Fig. 8 montre la torche à plasma l' de forte puissance déjà illustrée sur la Fig. 6, mais utilisée avec une superposition d'arc tel qu'illustré sur la Fig. 7. Dans ce dernier mode de réalisation, le circuit électrique comprend un premier sous-circuit comprenant une source de courant continu 21 destinée à opérer la torche, et un second sous-circuit relié à une source de courant auxiliaire 39, incluant une électrode 31 en contact avec le bain de métal. Lorsque le bouchon 5 chauffé par la flamme de plasma devient conducteur, un arc se forme entre la tête de la torche et le bouchon, lequel se superpose à l'arc de la torche à plasma.

La torche l' est disposée en face du trou et demeure fixe durant tout le procédé. Au fur et à mesure que le bouchon fond, le matériau liquide s'accumulant dans le trou se trouve éliminé rapidement par la forte vélocité du jet de plasma. Comme la torche l' demeure à 1'extérieur du trou 3, la torche subit un stress thermique très limité. En outre, au fur et à mesure que le bouchon fond, la longueur de l'arc auxiliaire augmente. Il devient alors utile d'injecter un mélange d'argon et d'oxygène comme gaz plasmagènes pour réduire la tension de l'arc auxiliaire.

Bien entendu, d'autres modifications pourraient être apportées aux divers modes de réalisation ci-dessus mentionnés, sans pour autant sortir de l'esprit de l'invention tel que défini dans les revendications qui suivent.