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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 – 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. Applications industrielles ;
-
– Fours électriques à résistances « pour en savoir plus ».
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Résistances électriques
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7. Exploitation des fours électriques à résistances
Pour exploiter dans les meilleures conditions des fours électriques à résistances, trois points doivent être suivis tout particulièrement :
-
l’établissement correct du bilan thermique du four afin de déterminer la consommation spécifique, c’est-à-dire la consommation rapportée à l’unité utile produite : tonne ou kilogramme de pièces, pièce unitaire type ;
-
la détermination des meilleures conditions d’exploitation pour réduire le coût spécifique de l’unité produite ;
-
la politique d’entretien du four électrique.
7.1 Bilan thermique
La méthode d’établissement du bilan thermique d’un four est relativement simple ; après avoir choisi le type d’installation pour lequel le bilan doit être étudié, il faut dresser un inventaire complet de :
-
tout ce qui entre dans le four ;
-
tout ce qui sort du four : ce qui entre et ce qui sort du four est à prendre au sens le plus large des termes (matières et produits divers, émissions, absorptions et rejets divers, tant en gaz ou vapeurs qu’en énergie) ;
-
tout ce qui se passe dans le four. Ce qui se passe dans le four doit être analysé tout aussi méthodiquement : changement d’état, cracking, transformation d’énergie mécanique en énergie thermique, etc. Certaines transformations physico-chimiques peuvent demander une grande consommation d’énergie (vaporisation d’eau résiduelle, par exemple).
Lors de cette analyse, une règle stricte est à observer : aucun poste ne doit être jugé, a priori, négligeable. Bien entendu, l’analyse des phénomènes est d’abord conduite en régime établi, stable : le four est en équilibre, la production est constante, etc.
Il est courant d’établir plusieurs bilans prévisionnels, en fonction des différentes conditions d’exploitation courantes ; il est préférable d’estimer les différents postes en fonction de ces conditions : pertes en fonction de la température, consommations annexes en fonction de la température, mais aussi de la cadence de travail, etc.
Sauf cas exceptionnel, un four n’est pas soumis à une exploitation continue et régulière. Les changements de rythme d’exploitation n’entraînent pas de difficultés...
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