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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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Échanges thermiques résistances/charge
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1. Généralités
Une des propriétés les plus remarquables de l’électricité comme source d’énergie thermique est son caractère protéiforme : elle est, en effet, mobilisable sous des formes très diverses en fonction du mode de transmission de l’énergie électrique. Les procédés électrothermiques peuvent être divisés en deux grandes catégories :
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le chauffage indirect où la transmission d’énergie de la source vers le récepteur (corps à chauffer) obéit aux lois usuelles de la thermique ;
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le chauffage direct où le récepteur, parcouru par un courant électrique, est lui-même le siège du dégagement de chaleur, les échanges ultérieurs de chaleur s’effectuant selon les lois de la thermique classique.
Le tableau 1 dresse la liste des différentes technologies électrothermiques se répartissant entre ces deux familles.
Le choix dans l’industrie d’une installation de chauffage pour élaborer ou traiter des produits passe toujours par un bilan technico-économique complet permettant de comparer les différents procédés techniques applicables. Le fait de se contenter trop souvent de comparer uniquement les coûts énergétiques du processus de chauffage peut condamner a priori l’utilisation de l’énergie électrique. Or les nombreux procédés électrothermiques adoptés par les industriels continuent à se développer néanmoins grâce aux facteurs suivants : très bon rendement énergétique, augmentation de la productivité, amélioration des conditions de travail, qualité élevée et constance des produits fabriqués, moindre pollution de l’environnement, prix de revient compétitif…
Les fours électriques à résistances constituent les équipements électrothermiques industriels les plus connus et les plus répandus. Ils continuent à faire l’objet de nombreux perfectionnements, fruits d’efforts soutenus de recherche et développement : amélioration de la durée de vie des résistances, élaboration de nouveaux isolants thermiques, mécanisation et automatisation des fours électriques, régulations plus fines.
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Principe de chauffage des fours à résistances
La puissance électrique P (W) dissipée dans l’élément...
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