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RÉSUMÉ
Les fours électriques à résistances sont les équipements électrothermiques industriels les plus connus et les plus répandus, présents dans un grand nombre de procédés. Encore de nos jours, ils font l’objet de perfectionnements, comme l’amélioration de la durée de vie des résistances et l’élaboration de nouveaux isolants thermiques. L’article détaille les caractéristiques spécifiques des fours à résistance, dont la nature et les performances des résistances, le transfert entre les éléments chauffants et la charge. Ces équipements sont robustes et fiables, faciles à mettre en œuvre, ils présentent de plus une efficacité énergétique élevée.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Marianne LE BOULCH : EDF Division Recherche & Développement
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Claude OBERLIN : Ingénieur Sénior SEE
INTRODUCTION
Le four électrique à résistances est sans doute le plus connu des appareils électrothermiques. Son utilisation industrielle remonte en effet au début des années 1920 et sa technique n’a cessé de se perfectionner depuis. Le principe de ce type de four est extrêmement simple : il est constitué d’une enceinte chauffée à l’aide de résistances électriques, très bien calorifugée pour réduire le plus possible les déperditions thermiques. La charge à chauffer est placée dans cette enceinte. Le four à résistances est un équipement à chauffage indirect, la chaleur produite par effet Joule par les résistances est transmise à la charge par rayonnement et convection. Dans cet article, l’accent a été mis surtout sur les caractéristiques spécifiques des fours à résistances, en particulier la nature et les performances des résistances comme corps de chauffe, la mise en œuvre des résistances, le transfert thermique entre les éléments chauffants et la charge, et l’exploitation et la conduite de ces fours. La robustesse et la fiabilité de ces équipements, leur facilité de mise en œuvre, la simplicité de maintenance et leur efficacité énergétique élevée font que les applications industrielles sont fort nombreuses, il n’est guère de secteur industriel qui n’y fasse appel.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
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D 5 910 — Fours électriques à résistances. Présentation générale (le présent article) ;
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D 5 911 — Fours électriques à résistances. Technologies de mise en œuvre ;
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D 5 912 — Fours électriques à résistances. Applications industrielles ;
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Doc. D 5 913 — Fours électriques à résistances « Pour en savoir plus ».
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Puissance des fours à résistances
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2. Échanges thermiques résistances/charge
Dans la plupart des fours électriques industriels, le flux de chaleur est la résultante d’échanges thermiques par conduction, rayonnement et convection et qu’il convient d’évaluer le plus précisément possible. Les principales règles régissant ces modes de transfert thermique sont décrites dans les paragraphes suivants. Pour plus de détails, le lecteur pourra se reporter aux articles [BE 8 200] Transmission de l’énergie thermique – Conduction, [A 1 540] Notions de transfert thermique par convection, [BE 1 544] Transfert thermique par convection – Annexe IV, [A 1 520] Rayonnement thermique des matériaux opaques et [B 8 215] Rayonnement thermique des matériaux semi-transparents.
2.1 Transmission par conduction
Ce mode de transmission de la chaleur ne joue, sauf cas particulier, pratiquement aucun rôle dans l’échange thermique entre la résistance et la charge à traiter. En revanche, la conduction thermique conditionne :
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la transmission d’énergie à l’intérieur de la charge et intervient dans l’égalisation de sa température ;
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les pertes thermiques par les parois du four (en particulier, au niveau du passage des connexions d’alimentation électrique des résistances).
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