Bibliographie & annexes
Présentation
English
RÉSUMÉ
Les fours et les étuves se rencontrent dans un grand nombre de secteurs industriels mais principalement dans l'industrie des métaux, des matériaux et des céramiques. Le choix des équipements et des fonctions des fours et étuves dépend des applications et des besoins de l'utilisateur. Les aspects énergétiques et les modélisations avec un logiciels approprié permettent de les comprendre et de les maîtriser. Les modes de conduite de ces outils de production sont en rapport avec les besoins et les contraintes thermiques.
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Gérard PANIEZ : Ingénieur des Arts et Métiers - Société française d'études énergétiques
INTRODUCTION
Les fours et les étuves se rencontrent dans un grand nombre de secteurs industriels mais principalement dans l'industrie des métaux, des matériaux et des céramiques.
On distingue, entre autres, les fours de fusion et de traitement thermique des métaux, les étuves et tunnels de cuisson de produits alimentaires, les séchoirs de produits agricoles, les fours rotatifs de cimenterie et les fours de fusion de verre.
On parle généralement de fours pour les traitements de métaux et de matériaux à une température supérieure à 300 oC environ ; le terme d'étuve est réservé aux traitements des produits organiques et minéraux à une température inférieure à 300 oC et, en particulier, aux traitements par la vapeur d'eau. On peut trouver d'autres termes tels que : enceinte, chaîne, cuve, bain, réacteur, etc., mais l'étude thermique de ces équipements est semblable à celle des fours (terme le plus usité dans ce dossier).
Les fours discontinus sont appelés aussi fours intermittents ou fours à charge et les fours continus appelés fours tunnels ou fours à passage.
L'énergie utilisée peut être de l'électricité, du fuel lourd (FL) ou domestique (FOD), du gaz naturel ou du gaz de pétrole liquéfié (GPL) ; les brûleurs sont généralement disposés sur les parois latérales pour le traitement thermique et sur la voûte pour la fusion et le maintien à la température du métal liquide. Mais le chauffage peut se faire aussi par émetteur infrarouge, par induction électromagnétique ou par micro-ondes.
Des formules de calcul simples, permettant de déterminer le rendement et la consommation spécifique d'un four, sont généralement suffisantes pour un prédimensionnement ou pour établir un coût d'exploitation énergétique ; pour une meilleure précision de calcul, il peut être utile de faire une modélisation avec un logiciel approprié. Si le problème posé est difficile (nouvelle conception de four, produit à traiter délicat, exigence de température précise, etc.), cette modélisation est nécessaire pour démontrer la faisabilité d'un projet et pour optimiser les paramètres de fonctionnement au démarrage de l'installation.
Dans le cadre d'un investissement pour installer un nouveau four ou pour modifier un four existant, il est nécessaire de calculer les échanges thermiques et de définir un cahier des charges fonctionnel.
Indépendamment de la qualité du matériel, les conditions d'exploitation du four ou de l'étuve vont influencer ses performances.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1997 par Gérard PANIEZ
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Dimensionnement
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3. Constitution du four
3.1 Différents fours
3.1.1 Fours de fusion de métaux
-
Haut-fourneau et cubilot (fabrication de fonte)
Ils sont constitués par une paroi verticale cylindrique ou conique. La charge est enfournée par le dessus avec du coke. L'air de combustion, insufflé par des tuyères, est parfois préchauffé par procédés électriques (résistances ou torche à plasma) ou par récupération d'énergie sur les gaz chauds. Le métal liquide coule par un orifice situé en partie basse.
-
Four rotatif
Il est composé d'un cylindre isolé, horizontal (ou légèrement incliné), mobile autour d'un axe de rotation avec des ouvertures au sommet et à la base du cylindre pour le chargement, la coulée et le passage de brûleur (fixe).
-
Four à creuset
Il est constitué d'un creuset, en matériau métallique ou céramique (selon la température), entouré d'un équipement de chauffe qui provoque la fusion de la charge déversée à l'intérieur. L'ensemble du four contenant le creuset peut être pivotant pour vider le liquide après fusion. L'équipement de chauffe peut se composer soit d'un ou plusieurs brûleurs, soit de résistances électriques, soit d'un inducteur.
3.1.2 Fours de traitement thermique des métaux
Le four de traitement thermique à charge est constitué :
-
d'une partie inférieure appelée sole (fixe ou mobile) sur laquelle repose la charge (pièces à traiter) ;
-
d'une partie supérieure appelée voûte ;
-
de parois comportant en général plusieurs épaisseurs de nature différente ;
-
d'une porte à guillotine (ou deux plus rarement) ;
-
d'un système de chauffage (brûleurs ou résistances électriques) généralement accroché aux parois mais aussi dans certains cas, à la voûte ou à...
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Constitution du four
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ALIPRANDI (G.) - Principe di Ceramurgia et Technologia Ceramica (matériaux réfractaires et céramiques techniques). - Éditions Septima, Paris, 612 p. (1979).
-
(2) - Le gaz dans l'industrie. Association technique de l'industrie du gaz en France. - Paris, 68 p. (1984).
-
(3) - DOUSPIS (M.) - Les brûleurs industriels à gaz. - DETN – Gaz de France, 160 p. (1984).
-
(4) - Brûleur céramique régénératif. - Bulletin d'information. Hotwork Continental SA, 13 p. (1984).
-
(5) - GAUTERET ® - Les résistances électriques de chauffage. - Éditions Sorel SA, Paris, 118 p. (1971).
-
(6) - HENNING (P.) - Modélisation des fours industriels à gaz naturel. - Gaz d'aujourd'hui, no 3 (1995).
- ...
ANNEXES
TMG Thermal (MAYA) diffusé par SIGMEO http://www.sigmeo.com
NISA/3D-FLUID diffusé par Cranes software Inc. http://www.nisasoftware.com
Phoenics de CHAM Ltd. Wimbledon UK http://www.cham.co.uk/whousesphoenics.php
FLUX 2D diffusé par Cedrat http://www.cedrat.com
Fluent édité par la société ANSYS http://www.ansys.com
HAUT DE PAGE
Eurotherm, Europeen Thermal Sciences Conference http://www.eurotherm2012.com
Congrès Français de Thermique http://www.congres-sft.fr/2013/
GIFA, METEC, THERMPROCESS & NEWCAST ; salon international de la fonderie et procédés métallurgiques à Dusseldorf Allemagne http://www.gifa.com/
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