Classification et inventaire des fours industriels courants dans l'industrie des poudres

Les fours industriels font référence à des équipements thermiques qui utilisent la chaleur générée par la combustion de combustibles ou la conversion de l'énergie électrique dans la production industrielle pour fondre, fondre, cuire (calciner), chauffer, cornue, gazéifier, etc., des matériaux ou des pièces. Il existe de nombreux types de fours industriels aux usages divers. Dans la métallurgie, l'industrie chimique, les métaux non ferreux, les matériaux de construction, les machines, l'industrie légère, la céramique avancée et d'autres industries, différents fours industriels sont utilisés à différentes fins industrielles. Habituellement, un four spécifique possède plusieurs caractéristiques. Par conséquent, le même four a différents points de classification et plusieurs méthodes de classification et méthodes de dénomination. Par exemple, un four de frittage continu est à la fois un four de frittage et un four continu.

Dans les fours industriels, les sources de chaleur courantes comprennent les combustibles solides, les combustibles liquides, les combustibles gazeux et la conversion de l'énergie électrique. Ces sources de chaleur se répartissent généralement en deux catégories lors de leur formation : celles existant sous forme de flamme et celles existant sous forme non-de flamme. Par conséquent, en fonction de la source de chaleur, les fours peuvent être classés en deux types : les fours à flamme et les fours électriques.

1. Fours à flamme

Un four qui utilise la flamme de la combustion du combustible comme source de chaleur est appelé four à flamme. La flamme à l'intérieur du four peut entrer directement en contact avec le matériau à chauffer, avec des températures généralement inférieures à 2 000 degrés. Lors de la combustion, la paroi du four rayonne de la chaleur et reflète partiellement la chaleur projetée, jouant ainsi un rôle crucial dans l'échange thermique. Cependant, parfois, pour éviter l'oxydation du matériau (pièce à usiner), la flamme doit être séparée du matériau, la chaleur de la flamme étant indirectement transférée au matériau à travers une cloison. Les fours à flamme peuvent être utilisés à la fois pour chauffer et faire fondre des matériaux.

Un four à chaleur descendante à haute température-est un type de four à flamme composé de trois parties : le corps du four (rond ou rectangulaire), l'équipement de combustion et l'équipement de ventilation. En fonctionnement, du combustible est ajouté à la grille de la chambre de combustion, de l'air est introduit dans le cendrier, passe à travers la grille et brûle avec le lit de charbon. La flamme et les produits de combustion sont éjectés des buses formées par le déflecteur et les parois du four vers le haut du four, puis réfléchis vers le bas et évacués dans le conduit de fumée par les trous d'aspiration, les conduits de dérivation et le conduit principal. Lorsque la flamme traverse les produits, sa chaleur est transférée aux produits par convection et rayonnement.

Les fours à flamme se caractérisent par une fusion rapide et un rendement élevé, mais ils souffrent également d'un faible rendement thermique et d'une pollution environnementale due aux gaz d'échappement.

Par conséquent, l’utilisation de fours à flamme doit garantir :

(1) combustion complète du carburant dans des conditions de charge thermique spécifiées ;

(2) processus de combustion stable, capable de fournir en continu de la chaleur au four ;

Actuellement, les fours à flamme sont couramment utilisés dans la céramique traditionnelle, la céramique industrielle, les produits en verre, les matériaux réfractaires, le frittage de nouveaux matériaux et le traitement thermique des métaux.

2. Fournaises électriques

Les fours électriques convertissent généralement l’énergie électrique en énergie thermique grâce à des éléments chauffants électriques. Sur la base de la méthode de génération actuelle, ils peuvent être divisés en cinq catégories : les fours à résistance, les fours à induction, les fours à arc électrique, les fours à faisceau d'électrons et les fours ioniques. Puisqu’il n’y a pas de combustion de carburant, il n’est pas nécessaire d’avoir recours à des équipements de ventilation tels que des systèmes d’alimentation en air et d’échappement. Leur structure est simple, ils occupent une petite surface et les produits à l’intérieur du four ne sont pas affectés par les fumées ou les cendres. Les fours électriques peuvent également atteindre des températures supérieures à 2 000 degrés, ce qui est difficile à atteindre avec les fours à flamme. La température et l'atmosphère sont également plus faciles à contrôler et à surveiller avec précision, ce qui permet d'obtenir des produits cuits de haute-qualité. Ils sont souvent utilisés pour la production et le traitement de matériaux spéciaux de haute -qualité, tels que les matériaux d'anode en graphite artificiel pour les batteries lithium-ion.

Cependant, pour garantir une répartition uniforme de la température sur la section transversale du four-, la taille de la section transversale-est généralement limitée. Par conséquent, les fours électriques ne sont pas adaptés à la cuisson de produits de grande taille à parois épaisses-, et leur rendement est relativement faible. De plus, l'équipement électrique auxiliaire des fours électriques est plus complexe et la consommation d'éléments chauffants électriques est plus élevée, ce qui entraîne des coûts d'équipement et d'exploitation plus élevés.

Les fours industriels sont des équipements thermiques essentiels dans des industries telles que la métallurgie, la chimie, les matériaux de construction, la céramique, le verre, l'électronique et l'alimentation. Classés par processus industriel, ils peuvent être classés en fours de frittage, fours de déliantage, fours de calcination, fours de séchage, fours de graphitisation et fours de vulcanisation. Dans l'industrie céramique avancée, les fours de déliantage et les fours de frittage sont des équipements thermiques couramment utilisés dans le processus de production.

1. Four de déliantage

Les nouvelles céramiques incorporent souvent une quantité importante de liants et de plastifiants organiques lors du formage, tels que la cire de paraffine dans le moulage sous pression à chaud et l'alcool polyvinylique lors du formage au rouleau et du moulage en bande, ce qui entraîne une porosité interne élevée. Le frittage direct fait fondre, décomposer et volatiliser une grande quantité de matière organique dans le corps céramique, entraînant une déformation, une fissuration et une adhérence du corps, affectant le rendement et la conductivité thermique du substrat. De plus, la teneur élevée en carbone de ces matériaux organiques, lorsqu’il n’y a pas suffisamment d’oxygène pour créer une atmosphère réductrice, a un impact négatif sur la qualité du frittage. Par conséquent, avant la cuisson, le corps en céramique est généralement placé dans un four de déliantage et cuit à une température inférieure à celle utilisée pour le frittage afin d'éliminer la matière organique, garantissant ainsi que le produit répond aux exigences de forme, de taille et de qualité.

2. Four de frittage

Le corps vert en céramique de déliantage peut être fritté dans un four de frittage. Dans le four de frittage, en raison de la température élevée, les particules solides du corps vert céramique se lient entre elles. Les grains grossissent, la porosité et les joints de grains diminuent progressivement et, grâce au transfert de masse, le volume global diminue, la densité augmente et, finalement, un corps fritté polycristallin dense doté d'excellentes propriétés mécaniques se forme.

Pendant le processus de frittage, la température et la durée de frittage sont les facteurs les plus importants affectant le frittage de la céramique. Ils déterminent en grande partie la taille et la répartition des grains dans la céramique. L'atmosphère de frittage et la pression de frittage dans le four peuvent affecter le nombre de pores à l'intérieur de la céramique, affectant ainsi le degré de densification. Par conséquent, ces paramètres dans le four de frittage doivent être contrôlés et surveillés avec précision pendant le frittage pour garantir que le produit fritté ne se fissure pas ou ne se déforme pas.

En plus des fours qui effectuent séparément les processus de déliantage et de frittage, les fours intégrés peuvent souvent être utilisés avec des profils de température prédéfinis-pour répondre aux besoins de production intégrée de plusieurs processus.

Dans le processus de fabrication des produits, les fours industriels fonctionnent principalement selon deux modes : continu et intermittent (ou périodique).

1. Fours intermittents
La particularité des fours intermittents est que la chambre du four n’est pas divisée en zones de température. Les matériaux sont chargés manuellement dans le four par lots pour être chauffés ou fondus. Une fois le processus de chauffage ou de fusion terminé à l’intérieur du four, les matériaux sont déchargés manuellement par lots. La charge du four ne bouge pas à l’intérieur du four et la température du four change avec le temps. Les types courants comprennent les fours à fosse, les fours à caisson, les fours à cloche et les fours à navette.

① Four à cloche
Un four à cloche se compose généralement d’une cloche, d’une base et d’une structure de levage. L'élément chauffant est installé sur la paroi intérieure de la cuve du four. Sa caractéristique est que lorsque l'ébauche est cuite et refroidie à une certaine température, la cloche peut être rapidement transférée sur une autre base pour commencer la cuisson des ébauches dans un autre four. Il est donc très approprié pour le frittage de composants facilement endommagés lors du mouvement. D'une manière générale, il présente de bonnes performances d'étanchéité, une température et une atmosphère stables et uniformes à l'intérieur du four, une faible perte de chaleur et une efficacité thermique élevée.

② Four à caisson

Comme son nom l’indique, un four à caisson ressemble à une forme de boîte, avec des éléments chauffants répartis le long de la paroi intérieure de la chambre du four. Lors de la production, les ébauches sont placées sur une plaque support puis cuites ensemble au centre de la chambre du four. Une fois qu'un lot d'ébauches est cuit, ils sont retirés du four pour que le lot suivant soit chargé et cuit. Les fours à caisson sont très polyvalents et adaptés au traitement thermique de pièces uniques et de petits lots de formes diverses. Cependant, en raison de la mauvaise étanchéité de l’ouverture et de la porte du four, les pertes de chaleur sont importantes, entraînant une répartition inégale de la température. La température près de la porte du four est inférieure à la température au centre de la chambre du four, de sorte qu'il ne peut généralement pas fonctionner à pleine capacité, ce qui entraîne une faible efficacité de production. Ce problème peut être résolu en ajoutant des éléments chauffants à la porte du four ou en installant un ventilateur.

③ Four à fosse

La plupart des fours à fosse ont une structure circulaire et les pièces sont chargées verticalement dans le four pour être chauffées à l'aide de grues spécialisées ou d'autres outils. Le corps du four est construit avec-fibre réfractaire à haute température, ce qui réduit les pertes de chaleur et économise de l'énergie. Son efficacité thermique et ses performances d'étanchéité sont supérieures à celles des fours à caisson, mais il n'est pas aussi pratique à utiliser et à entretenir.

④ Four navette

La structure du four navette ressemble à une boîte d'allumettes. Pendant le fonctionnement, les ébauches à cuire sont poussées dans le four par des wagons de four. Après le tir, ils sont retirés dans la direction opposée pour décharger les flans tirés. Parce que les wagons du four se déplacent d'avant en arrière dans le four comme une navette, on l'appelle four navette. La structure unique du four navette le rend bien-adapté à la production de petits- lots et multi-variétés, offrant une grande flexibilité dans les méthodes de production et la planification. De plus, le chargement, le déchargement et le refroidissement partiel des produits finis peuvent être effectués à l'extérieur du four, améliorant ainsi les conditions de travail et raccourcissant le temps d'exécution du four. Cependant, étant donné que les wagons du four entrent et sortent constamment du four, les pertes de stockage et de dissipation de chaleur sont importantes, ce qui entraîne des températures de gaz de combustion élevées et une consommation de chaleur élevée. Cet inconvénient est généralement atténué par l'ajout d'un dispositif de récupération de chaleur perdue.

2. Fours continus

Dans un four continu, la température en différents points du four reste relativement constante dans le temps. Le corps vert passe séquentiellement à travers les sections de préchauffage, de haute -température et de refroidissement du four à une vitesse contrôlée, complétant ainsi le processus de frittage. Ce type de four de frittage permet un frittage continu et ininterrompu, est très simple à utiliser et présente une efficacité thermique élevée, ce qui se traduit par de grands volumes de production et une qualité de produit uniforme. Cependant, il nécessite des investissements importants et son régime thermique n’est pas facile à ajuster, c’est pourquoi il est principalement utilisé pour des produits à haut rendement et avec une variété de produits relativement limitée. Les fours continus courants dans l’industrie des poudres comprennent les fours tunnel et les fours à rouleaux.

① Four tunnel

La structure d'un four tunnel ressemble à un long tunnel droit, avec des chariots roulant sur des rails posés au fond du tunnel. L'équipement de combustion est situé au milieu du four tunnel, formant la zone de cuisson à haute température. Un ventilateur ou une cheminée à tirage induit est installé à l'avant du four pour guider les gaz de combustion à haute température de la zone de cuisson vers la tête du four, préchauffant le corps vert à cuire, formant la zone de préchauffage. À la queue du four, de l'air froid est généralement insufflé pour refroidir les produits cuits, formant ainsi la zone de refroidissement. Étant donné que la majeure partie de la chaleur perdue provenant des gaz de combustion à haute température dans la zone de cuisson peut être utilisée, elle est plus économe en énergie que les fours intermittents. Cependant, une partie de la chaleur est encore perdue car un refroidissement est nécessaire à la queue du four.

② Four à rouleaux

Un four à rouleaux place le produit directement ou indirectement sur des rouleaux rapprochés. Chaque rouleau est entraîné par une chaîne via un pignon à son extrémité, provoquant une rotation continue des rouleaux. Cette rotation des rouleaux transfère le produit de la tête du four vers la queue du four. La différence de température pendant le préchauffage, la cuisson et le refroidissement étant extrêmement faible, le temps de production est très court. De plus, les fours à rouleaux ont une bien meilleure étanchéité à l’air que les fours tunnel, ce qui se traduit par une meilleure efficacité énergétique. Cependant, cela présente également un inconvénient : la cuisson de produits à haute-réduction de température nécessite des rouleaux de haute-qualité. Des rouleaux en carbure de silicium sont généralement utilisés pour gérer efficacement la cuisson de produits céramiques à haute température jusqu'à 1 350 degrés.

③ Four à poussoir

Le fond d'un four à pousser est pavé de rails posés avec précision en briques réfractaires robustes. Un mécanisme de poussée pousse les plaques réfractaires contenant les ébauches de céramique dans le four, en passant successivement par la zone de préchauffage, la zone de cuisson et la zone de refroidissement. Parfois, pour réduire les frottements, des billes de céramique peuvent être placées sous les plaques réfractaires. Parce que les principes et les avantages des fours pousseurs sont similaires à ceux des fours à rouleaux, les fours pousseurs sont limités par la capacité portante des plaques réfractaires et ne sont généralement pas très longs, allant de quelques mètres à vingt mètres de longueur. Ils sont généralement utilisés pour la cuisson de poudres à haute -température ou de céramiques spéciales, et leur production quotidienne n'est pas importante.

Grâce aux progrès technologiques et à la mise en œuvre continue de politiques de protection de l'environnement, les fours industriels évoluent de modèles bas de gamme-vers des modèles haut de gamme-. Ils sont passés d'une production et d'une qualité faibles, d'une consommation de carburant élevée, d'une intensité de travail élevée, de basses températures de cuisson et d'une incapacité à contrôler l'atmosphère, à une production et une qualité plus élevées, une consommation de carburant plus faible, des températures de cuisson plus élevées, une atmosphère contrôlable, ainsi qu'une mécanisation et une automatisation. Outre les classifications mentionnées ci-dessus, les fours peuvent également être classés par température (haute-température, moyenne-température et basse-température) et par système de travail (systèmes de travail radiaux, à convection et en couches). Les entreprises de production peuvent choisir des fours industriels appropriés en fonction des exigences spécifiques de leur produit en matière de technologie de transformation, d'atmosphère et de rendement afin d'améliorer l'efficacité de la production et la qualité du produit.