Dimensionnement
Thermique des fours

BE9510 v2 Article de référence

Dimensionnement
Thermique des fours

Auteur(s) : Gérard PANIEZ

Date de publication : 10 janv. 2013 | Read in English

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - Usages des fours et étuves

1.1 - Secteurs d'activité concernés et applications par secteur

Tableau 1
1.2 - Besoins de l'utilisateur

2 - Classification des fours et des étuves

2.1 - Classification par fonction
2.2 - Classification par groupe

Figure 1 - Four à sole élévatrice Figure 2 - Four à cloche cylindrique Figure 3 - Four à sole mobile Figure 4 - Four à pousseuse
2.3 - Classification selon le mode de chargement

3 - Constitution du four

3.1 - Différents fours

Figure 6 - Four rotatif de cimenterie
3.2 - Charge et manutention de la charge
3.3 - Atmosphère
3.4 - Matériaux composant les parois, la sole et la voûte

Tableau 2
3.5 - Chauffage par combustion

Figure 7 - Brûleur autorécupérateur Figure 11 - Brûleur jet Figure 12 - Brûleur de veine d'air
3.6 - Chauffage par résistances électriques
3.7 - Chauffage par émetteurs infrarouges
3.8 - Chauffage par induction électromagnétique
3.9 - Chauffage par micro-ondes
3.10 - Équipements auxiliaires

4 - Dimensionnement

4.1 - Bilan thermique

Figure 20 - Bilan énergétique
4.2 - Pertes par une paroi
4.3 - Énergie accumulée dans une paroi
4.4 - Pertes diverses

Tableau 3 Tableau 4
4.5 - Échanges thermiques avec la charge
4.6 - Modélisation
4.7 - Cahier des charges

5 - Exploitation

5.1 - Préchauffage
5.2 - Défournement. Enfournement
5.3 - Cycle thermique
5.4 - Régulation de température
5.5 - Conduite du four
5.6 - Entretien

Bibliographie & annexes

Présentation

RÉSUMÉ

Les fours et les étuves se rencontrent dans un grand nombre de secteurs industriels mais principalement dans l'industrie des métaux, des matériaux et des céramiques. Le choix des équipements et des fonctions des fours et étuves dépend des applications et des besoins de l'utilisateur. Les aspects énergétiques et les modélisations avec un logiciels approprié permettent de les comprendre et de les maîtriser. Les modes de conduite de ces outils de production sont en rapport avec les besoins et les contraintes thermiques.

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Auteur(s)

Gérard PANIEZ : Ingénieur des Arts et Métiers - Société française d'études énergétiques

INTRODUCTION

Les fours et les étuves se rencontrent dans un grand nombre de secteurs industriels mais principalement dans l'industrie des métaux, des matériaux et des céramiques.

On distingue, entre autres, les fours de fusion et de traitement thermique des métaux, les étuves et tunnels de cuisson de produits alimentaires, les séchoirs de produits agricoles, les fours rotatifs de cimenterie et les fours de fusion de verre.

On parle généralement de fours pour les traitements de métaux et de matériaux à une température supérieure à 300 ^oC environ ; le terme d'étuve est réservé aux traitements des produits organiques et minéraux à une température inférieure à 300 ^oC et, en particulier, aux traitements par la vapeur d'eau. On peut trouver d'autres termes tels que : enceinte, chaîne, cuve, bain, réacteur, etc., mais l'étude thermique de ces équipements est semblable à celle des fours (terme le plus usité dans ce dossier).

Les fours discontinus sont appelés aussi fours intermittents ou fours à charge et les fours continus appelés fours tunnels ou fours à passage.

L'énergie utilisée peut être de l'électricité, du fuel lourd (FL) ou domestique (FOD), du gaz naturel ou du gaz de pétrole liquéfié (GPL) ; les brûleurs sont généralement disposés sur les parois latérales pour le traitement thermique et sur la voûte pour la fusion et le maintien à la température du métal liquide. Mais le chauffage peut se faire aussi par émetteur infrarouge, par induction électromagnétique ou par micro-ondes.

Des formules de calcul simples, permettant de déterminer le rendement et la consommation spécifique d'un four, sont généralement suffisantes pour un prédimensionnement ou pour établir un coût d'exploitation énergétique ; pour une meilleure précision de calcul, il peut être utile de faire une modélisation avec un logiciel approprié. Si le problème posé est difficile (nouvelle conception de four, produit à traiter délicat, exigence de température précise, etc.), cette modélisation est nécessaire pour démontrer la faisabilité d'un projet et pour optimiser les paramètres de fonctionnement au démarrage de l'installation.

Dans le cadre d'un investissement pour installer un nouveau four ou pour modifier un four existant, il est nécessaire de calculer les échanges thermiques et de définir un cahier des charges fonctionnel.

Indépendamment de la qualité du matériel, les conditions d'exploitation du four ou de l'étuve vont influencer ses performances.

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VERSIONS

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Version archivée 1 de juil. 1997 par Gérard PANIEZ

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-be9510

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4. Dimensionnement

Les formules de calcul simples rappelées aux paragraphes 4.1 , 4.2 , 4.3 , 4.4 et 4.5 sont généralement suffisantes pour un prédimensionnement ou pour établir un coût d'exploitation énergétique ; pour une meilleure précision de calcul, il peut être utile de faire une modélisation avec un logiciel approprié (§ 4.6 ). Si le problème posé est difficile (nouvelle conception de four, produit à traiter délicat, exigence de température précise, etc.), cette modélisation est nécessaire pour démontrer la faisabilité d'un projet et pour optimiser les paramètres de fonctionnement au démarrage de l'installation.

4.1 Bilan thermique

L'établissement du bilan thermique d'un four a pour but de déterminer son rendement et sa consommation spécifique, c'est-à-dire la consommation rapportée à l'unité utile produite : tonne ou kilogramme de pièces, pièce unitaire type, etc. Cela suppose la connaissance la plus précise possible de tous les flux entrant et sortant du four (matières et produits divers, énergies diverses, etc.) et une bonne interprétation des phénomènes thermiques dont le four est le siège.

L'établissement du bilan doit se faire en deux temps :

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