Dans l’industrie aérospatiale, les fours industriels jouent un rôle essentiel dans le processus de fabrication et de remise à neuf des pièces. Qu’il s’agisse de recuire le métal pour renforcer la pièce et soulager les contraintes, de sécher la peinture et de durcir les composites, ou de dépridier les pièces pour adoucir et réhabiliter les composants lors de la maintenance et de la réparation, poser les bonnes questions peut être la clé d’un fonctionnement efficace et à faible coût des fours industriels aérospatiaux.
1. Que dois-je savoir sur la consommation d’énergie des fours industriels?
Depuis environ 100 ans, le gaz naturel est utilisé pour chauffer les fours industriels. Traditionnellement, l’air était placé dans un brûleur et soufflé à l’autre extrémité du four avec des ventilateurs ou des ventilateurs. L’air chaud entourait le produit quelle que soit sa taille ou sa forme, qui a finalement été chauffé à la température moyenne du four. En général, les fours industriels peuvent chauffer le produit jusqu’à environ 1 000 F, avec des températures de fonctionnement typiques de l’ordre de 180 F, 450 F et 500 F.
Le gaz avec de l’air chauffé et en circulation, connu sous le nom de convection, est bon pour chauffer rapidement un four entier et pour chauffer un produit de forme irrégulière, en particulier par lots, car l’air pénètre dans ses recoins. Mais beaucoup d’énergie est perdue par le chauffage de l’ensemble du four, par l’air chauffé sortant de l’avant ou de l’arrière du four et par l’alimentation de ses ventilateurs ou ventilateurs. Même avec des brûleurs modulateurs, le chauffage au gaz est essentiellement un processus all-on ou all-off, ce qui est inefficace car le chauffage de l’ensemble du four est nécessaire même pour les petites pièces.
2. Quelle est la forme la plus efficace de chaleur de four industriel?
Alors que les gens supposent que les fours industriels alimentés au gaz coûtent moins cher que l’électricité, l’électricité peut en fait être moins chère et plus efficace. Aujourd’hui, l’un des moyens les plus efficaces de chauffer un four industriel consiste à utiliser une énergie électrique infrarouge invisible, qui ne nécessite pas de chauffer l’ensemble du four, et qui n’a pas de ventilateurs, de ventilateurs ou de pièces mobiles, ce qui le rend totalement silencieux. L’énergie infrarouge se produit dans le spectre électromagnétique transmettant de la chaleur lorsque le produit absorbe la lumière, qui est invisible car elle est inférieure au spectre de la lumière visible.
« Le gaz est comme un dragon cracheur de feu; il fait chaud en ce moment, mais n’a pas l’efficacité énergétique, la finesse et le contrôle de l’infrarouge électrique », explique Jesse Stricker, président d’Intek Corp., un syndicat, concepteur et fabricant basé sur MO de fours industriels, de chauffages, d’éléments chauffants, de systèmes de contrôle de processus et d’équipements de manutention. « L’infrarouge électrique est particulièrement efficace sur les surfaces exposées telles que le séchage de la peinture et le durcissement des composites, ainsi que pour les systèmes de traitement thermique en ligne industriels en continu tels que les convoyeurs à bande ou à monorail. »
En raison de l’efficacité énergétique de l’infrarouge électrique, il a également été adopté pour les applications de chauffage des locaux. Par exemple, certains de nos radiateurs infrarouges électriques ne peuvent fonctionner que sur 700 watts, mais fournissent la même chaleur utilisable qu’une unité conventionnelle de 1500 watts qui utilise un ventilateur, un ventilateur et des serpentins de chauffage. 700 watts, c’est environ la moitié de la puissance requise d’un sèche-cheveux standard. Étant donné que la faible puissance en watts consomme moins de courant, le branchement de plusieurs appareils de chauffage est moins susceptible de déclencher des disjoncteurs électriques, ce qui est un problème courant avec les appareils de chauffage moins efficaces.
L’un des moyens les plus simples de réduire les besoins énergétiques des fours industriels, de concentrer la chaleur et d’optimiser les performances consiste à utiliser des radiateurs infrarouges électriques modulaires zonés. Comme les blocs Lego, ces modules de chauffage infrarouge électriques, généralement de tailles 12 « x 24″, 12″x 36″ ou 12″x 48 », deviennent des éléments structurels du four. Parce que certains comprennent des cintres intégrés, des supports de montage et des connexions de fil, ils peuvent être conçus pour fonctionner individuellement pour de petites surfaces, assemblés pour de plus grandes surfaces, et peuvent être suspendus au plafond ou fixés au mur pour un chauffage efficace.
Les fours à convoyeur à bande ou les fours à convoyeur monorail souvent utilisés en aérospatiale peuvent également fournir un autre élément de contrôle. Les zones de chaleur individuelles peuvent être équipées de commandes séparées, permettant un chauffage plus important et plus cohérent du produit sur une base automatisée et mains libres.
« Si une entreprise aérospatiale chauffe un composant plus petit, il n’est pas nécessaire de chauffer tout le four », explique Stricker. « Au lieu de cela, il est plus efficace de chauffer uniquement les zones de chaleur nécessaires du four. »
« Pour une efficacité et une flexibilité maximales du four, les radiateurs infrarouges électriques peuvent fournir des zones de chauffage presque illimitées qui peuvent être allumées ou éteintes selon les besoins », explique-t-il. « De haut en bas, d’avant en arrière, chaque pied d’un chemin de four à convoyeur peut être zoné pour une efficacité de chauffage maximale et continue du processus, surveillée par un thermocouple dans chaque zone. Pour s’adapter aux différentes pièces traversant le four heure par heure, des contrôleurs intelligents peuvent également être utilisés pour assurer la tolérance et la cohérence de la température. »
Un autre avantage du chauffage infrarouge électrique est qu’il est très précis et réglable, ce qui peut aider à fournir les tolérances de température strictes souvent requises dans l’aérospatiale. Étant donné que la longueur d’onde infrarouge est en corrélation avec la température et l’absorption d’énergie dans chaque produit à certaines longueurs d’onde, les fabricants peuvent ajuster la chaleur pour qu’elle corresponde à la longueur d’onde d’un substrat dans le four pour une efficacité énergétique et des performances accrues du four.
3. Comment puis-je optimiser la conception du four pour mon processus industriel?
Les acheteurs regardent souvent les fours industriels « standard », mais la plupart se retrouvent avec une sorte de solution personnalisée pour répondre à leurs besoins spécifiques, que ce soit pour une couverture plus élevée ou plus large, ou des éléments chauffants avec des cotes de tension ou de puissance spéciales. Heureusement, de telles améliorations de conception peuvent souvent être obtenues avec l’infrarouge électrique pour peu ou pas de coût supplémentaire.
Des éléments chauffants personnalisés peuvent être utilisés pour améliorer les performances des fours industriels. Par exemple, les éléments chauffants en verre ou en céramique peuvent être utilisés pour des applications à haute température, le caoutchouc de silicone flexible pour des températures plus basses, la profondeur du boîtier augmentée pour permettre une isolation supplémentaire ou l’isolation du boîtier à double paroi utilisée pour une installation murale.
Dans l’industrie aérospatiale, certains concepteurs et constructeurs de fours personnalisés peuvent même combiner des types de fours, tels que la convection de gaz et l’infrarouge électrique à bon escient. Parce que la chaleur augmente, les fours typiques sont plus chauds en haut qu’en bas, ce qui peut être une préoccupation dans l’industrie aérospatiale où des tolérances constamment serrées sont requises.
« Alors que de nombreuses entreprises aérospatiales spécifient encore des fours à convection au gaz, d’autres ajoutent des infrarouges électriques pour contrôler indépendamment les zones de température de leur four », explique Stricker. « Pour équilibrer la température de toutes les zones du four à un degré ou deux, par exemple, ils peuvent être utilisés pour chauffer le fond du four plus que son sommet. »
4. Dois-je acheter un nouveau four si le mien est inefficace ou sous-performant?
Une fois qu’un four industriel dépasse sa durée de vie utile, il perd son efficacité, ce qui peut augmenter les coûts, retarder la production ou compromettre la qualité du produit. Mais avant de remplacer l’ensemble du four par une nouvelle unité, déterminez d’abord si une rénovation ou une mise à niveau du four fonctionnera.
Parfois, les réparations peuvent être aussi simples que l’installation des pièces de rechange requises telles que l’isolation à haute température, les borniers en porcelaine, les commandes de chaleur ou les éléments chauffants.
Même lorsque la réparation est plus étendue, la solution peut être considérablement moins coûteuse que l’achat d’un nouveau four.
» La mise à jour des éléments chauffants ou des éléments chauffants industriels peut souvent améliorer les performances du four selon ses spécifications d’origine ou même les améliorer », explique Stricker. » Certains fabricants de fours conçoivent des modules qui résoudront un problème de performance, tout en étant assez faciles à installer. Il est également possible de passer d’une technologie plus ancienne comme la convection de gaz à une technologie moderne comme l’infrarouge électrique. »
Lorsque la réparation, la modernisation ou la mise à jour d’un four industriel ne sont plus un moyen rentable d’améliorer ses performances, il est temps d’acheter un nouveau four.
Intek Corp. est basé à Union, MO. Pour plus d’informations visi www.intekcorp.com .
Del Williams est un rédacteur technique basé à Torrance, en Californie.