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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.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
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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Modélisation des fours électriques à résistances
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3. Régulation des fours électriques à résistances
Les fours à résistances permettent d’obtenir une grande précision de température qui dépend de la chaîne de régulation. Dans la pratique, il faut néanmoins distinguer :
-
l’indication de température, information provenant d’une mesure permettant une action appropriée (par un opérateur ou par un système de régulation). Il faut préciser quelle température doit être prise en compte : température de la charge (généralement difficile à mesurer), température de l’enceinte du four, température des résistances. La précision des mesures de température conditionne la précision de la régulation ;
-
la régulation proprement dite de la température obtenue par un système automatique pilotant cette température en fonction de son écart avec une consigne. La modélisation apporte une aide précieuse pour optimiser le système de régulation par la connaissance du « modèle thermique » du four à réguler ;
-
la sécurité conduisant à l’arrêt de chauffe si la mesure de température atteint une valeur limite prédéterminée. Une sécurité ne doit jamais être mise hors service.
Dans cet article, nous ne décrirons que succinctement la chaîne de régulation d’un four électrique. Pour plus de détails, le lecteur se reportera dans le traité Génie énergétique à l’article [BE 9 590] Automatisme et régulation des équipements thermiques.
3.1 Constitution d’un système de régulation
Le schéma type d’un système de régulation d’un four comprend :
-
un ou plusieurs capteurs de température ;
-
un régulateur (organe calculant l’écart entre mesure et consigne et élaborant un signal de commande adapté, utilisé pour piloter la puissance électrique) ;
-
une unité de puissance délivrant l’énergie aux résistances en fonction du signal de commande élaboré par le régulateur.
Le...
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