Behaviour of the eletric arc and melting of the consumable electrode in a VAR furnace

Autor: El Mir, Hafid
Přispěvatelé: Laboratoire de Science et Génie des Matériaux et de Métallurgie (LSG2M), Université Henri Poincaré - Nancy 1 (UHP)-Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National Polytechnique de Lorraine, Jean-Pierre Bellot, UL, Thèses
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2005
Předmět:
Zdroj: Autre. Institut National Polytechnique de Lorraine, 2005. Français. ⟨NNT : 2005INPL040N⟩
Popis: The present study is aimed to improve our knowledge of the electric arc in the Vacuum Arc Remelting VAR process, as weil as characterize the cathode melting stage. The first step consisted in investigating, thanks to an experimental modulus, the behaviour of the electric arc during the remelting of zirconium alloys, for various operating conditions. High speed video camera observations have put in evidence the influence of the cathode tip shape and the effect of applying an external magnetic field on the movement of the clusters of cathode spots. Besides, infrared thermography measurements show qualitatively that the electrode height thermally affected by the arc is very sm ail and depends on the melt rate. The goal of the second part of this work is the development of a numerical model to simulate the motion of clusters of spots at the tip of the cathode. Coupling this approach with the simulation of the behaviour of a plasma jet emitted by a single cluster, previously established in LSG2M, enables calculating the power distribution at the VAR ingot top as a function of process parameters (current, electrode geometry and external magnetic field). ln a third step, a thermal model of the consumable electrode during melting has been written, assuming a 2D axisymmetrical geometry. Using the operating parameters as model inputs, it predicts in particular the melting rate value and evolution of the cathode tip shape. The model was validated through simulating the three successive remeltings of a zirconium alloy, following an industrial processing route.
La présente étude vise à améliorer notre connaissance de l'arc électrique établi dans le procédé de refusion à l'arc sous vide VAR, ainsi qu'à caractériser la fusion de la cathode dans ce procédé. La première étape consistait à observer, à l'aide d'un module expérimental, le comportement de l'arc électrique pendant la refusion d'alliages de zirconium, pour différentes conditions opératoires. Les observations par vidéo rapide ont mis en évidence l'influence de la forme de la base de la cathode et l'effet de l'application d'un champ magnétique externe sur le déplacement des clusters de spots cathodiques. Par ailleurs, les mesures par thermographie infrarouge montrent qualitativement que la hauteur de l'électrode affectée thermiquement par l'arc est très faible et dépend de la vitesse de fusion. La deuxième partie de ce travail a pour objectif le développement d'un modèle numérique pour représenter le déplacement des clusters à la base de la cathode. L'association de cette démarche et de la simulation du comportement du jet de plasma émis par un cluster isolé, mise au point précédemment au LSG2M, permet de calculer le profil de puissance électrique fournie au lingot VAR en fonction des conditions opératoires (intensité du courant, géométrie de l'électrode, champ magnétique externe). Dans une troisième étape, un modèle du comportement thermique de l'électrode consommable en cours de fusion a été développé dans une géométrie 2D axisymétrique. A partir des paramètres opératoires, il permet de prédire notamment la vitesse de fusion et l'évolution de la forme de la base de la cathode. Ce modèle a été validé globalement grâce à la simulation de trois refusions consécutives d'un alliage de zirconium, selon une gamme industrielle de production.
Databáze: OpenAIRE
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