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NOTE DE L'ÉDITEUR
Les normes NF EN 60519-1 de septembre 2015 et NF EN 60519-8 de janvier 2006 citées dans cet article seront remplacées par les normes NF EN IEC 60519-1 et -8 (C79-631 et -638) : Sécurité dans les installations destinées au traitement
électrothermique et électromagnétique
- Partie 1: Exigences générales
- Partie 8 : Exigences particulières pour fours de refusion sous laitier électroconducteur (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2006 (Juillet 2020).
RÉSUMÉ
Un four électrique à résistances, le plus répandu des équipements électrothermiques, est constitué d’une enceinte (chambre de chauffe) entourée de matériaux à caractère réfractaire permettant de réduire les pertes thermiques ; de résistances électriques disposées en voûte, en sole ou sur les parois latérales de l’enceinte, couplées à un système de régulation de température ; et de la charge à traiter. L’article dresse tout d’abord une présentation technique de chacun des constituants. Il présente ensuite les avantages et inconvénients de ce type d’équipements.
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Lire l’articleAuteur(s)
-
Marianne LE BOULCH : EDF Division Recherche & Développement
-
Claude OBERLIN : Ingénieur Senior SEE
INTRODUCTION
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 pour les faire évoluer afin de mieux répondre aux besoins exprimés par les industriels utilisateurs. Un four à résistances est essentiellement constitué :
-
d’une enceinte (laboratoire ou chambre de chauffe) réalisée à partir de matériaux à caractère isolant ou réfractaire dont le rôle est de réduire les pertes thermiques par transmission vers l’extérieur. Elle varie par sa forme, par le moyen de manutention de la charge ou son type d’exploitation ;
-
de résistances électriques disposées en voûte, en sole ou sur les parois latérales (pariétales) de l’enceinte. Leur alimentation est assurée soit directement par le réseau, soit par l’intermédiaire d’un ou plusieurs transformateurs ; un système de modulation de la puissance y est associé, piloté par un système de régulation de température ;
-
de la charge à traiter, caractérisée par sa forme, sa nature et sa température initiale.
L’article décrit en détails les différents constituants (enceinte, résistances électriques, alimentation électrique de puissance, systèmes de régulation), donne quelques éléments essentiels sur les conditions d’exploitation, les avantages et les limitations d’utilisation d’un four électrique.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
-
– Fours électriques à résistances. Présentation générale ;
-
[D 5 911] – Fours électriques à résistances. Technologies de mise en œuvre (le présent article) ;
-
– Fours électriques à résistances. Applications industrielles ;
-
– Fours électriques à résistances « pour en savoir plus ».
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Avantages et limitations des fours électriques à résistances
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5. Évolution des fours électriques à résistances
Les fours à résistances, dont l’emploi est très ancien, continuent à connaître de nombreuses améliorations : utilisation de nouveaux matériaux pour la fabrication des résistances, amélioration des matériaux existants, mécanisation poussée, régulation plus fine… Trois types d’évolution paraissent toutefois particulièrement importants :
-
le développement de fours à résistances à haute densité de puissance et à haute température, ces deux caractéristiques étant partiellement liées ;
-
le développement de fours à faible inertie thermique ;
-
le développement des fours sous vide.
5.1 Fours à haute densité de puissance
Dans de nombreux traitements thermiques, la vitesse de chauffe peut devenir un critère majeur, le four à résistances se trouve en état d’infériorité (manque de « nervosité ») par rapport à un four à combustible.
Dans les fours, avec ou sans brassage d’atmosphère, les échanges thermiques se font par convection et par rayonnement. Au-delà de 500-700 ˚C, suivant le type de four, le rayonnement devient prépondérant. Pour des températures supérieures, le rayonnement intervient pour plus de 90 % dans le flux thermique reçu par la charge (flux direct à partir des résistances ou flux transmis par réflexion sur les parois du four). Accroître les performances des fours à résistances, c’est donc essentiellement augmenter le transfert d’énergie par rayonnement en améliorant les conditions de ce transfert, en agissant sur les trois paramètres suivants : température maximale des résistances, émissivité résultante ε r (dépendant des émissivités respectives du four et de la charge), émissivité des résistances.
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La température des résistances, son évolution pendant le cycle de chauffe et son contrôle représentent les facteurs déterminants dans le développement des fours à résistances à haute densité de puissance ; deux tendances s’affirment :
-
l’emploi de résistances non métalliques émettant à haute température ...
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