COMPOSÉS

En général , tous les fourneaux destines a la combustion de substances quelconques et à donner issue aux produits de celte combustion, sont composés:

i° du foyer ; 2 0 de l’espace qui doit recevoir un vase contenant les matières soumises à un traitement quelconque, ou de l’aire sur laquelle doit s’opérer une fusion, une calcination, etc. ; 3° delà cheminée.

La première de ces trois parties principales ou le foyer, est le plus commu-

nément garnie d’une grille qui partage dans la direction de haut en bas le foyer proprement dit du cendrier ou réceptacle des produits solides de la combustion; ce cendrier a d’ailleurs pour objet d’offrir un passage à l’air qui alimente la combustion , et qu'on a d’autant plus d’avantage de faire arriver par cette voie sur le combustible, qu’il le traverse dans l’état d’inflammation de: celui-ci, tandis que, lorsque l’air est introduit par la porte du foyer, il passe en presque totalité par-dessus le combustible enflammé et va porter plus loin un courant froid qui diminue d’autant l’effet utile de la combustion.

L’aire du fourneau , ou, dans plusieurs cas, la place occupée par un vase qui, selon ses diverses appropriations, prend le nom de chaudière, d'alambic, etc. , est soumise à des rapports d’étendue ou de capacité, d’éloignement ou de rapprochement de la grille et de la cheminée, qui seront traités convenablement à leur place.

Il en sera de même de la troisième partie principale ou cheminée, que son importance et les principes physiques sur lesquels elle repose, rendent suscep-

tible d’un examen raisonné autant qu’étendu.

Des principales espèces de Fourneaux d'usines.

Les fourneaux d'usines, dans leur mode de construction, sont variables comme les emplois mêmes qu’on a dessein d’en faire.

Dans une première classe se pré sentent d’abord tous les fourneaux destinés à recevoir un appareil d’évaporation quelconque, ou qui, dans leur construction même, offrent cet appareil.

Il convient de subdiviser cette première classe: i° en fourneaux pour la ' production de la vapeur appliquée comme force motrice au jeu des machines. ,x

2 °. En fourneaux pour la production de la vapeur destinée par sa condensation ultérieure, so]t dans l’air, soit sur des corps solides, soit dans l’eau, à fournir de la chaleur qu’on veut appliquer à des usages quelconques.

5°. En fourneaux pour la vaporisation

8 généralités

de substances qui, en général, s’élèvent à une moindre température que l’eau , ou qui s’élèvent en Tapeurs à la faveur de 1 eau qui les tient en dissolution. Ce groupe de procédés embrasse spécialement tout ce qui tient à la distillation de l’alcohol, du vinaigre, etc.

4°. En fourneaux pour la vaporisation ou la gazéification de substances engagées soit dans des bases sali fiables, soit dans d’autres composés, et qui s'en trouvent expulsées par le simple effet de la chaleur appliquée aux composés, ou par l’action d’acides plus puissans par leur degré d’affinité avec la base salifiable.

Daus cet autre groupe, l’on retrouve, parmi beaucoup d’autres produits, la « distillation des huiles volatiles ou essences, d'un grand nombre d’acides minéraux, etc., etc.

Les deux groupes de produits dont il vient d’être question, sont ordinairement recueillis dans des réfrigérans où ils se condensent, mais dont il .n’entre pas dans notre plau de nous occuper. Ces opérations portent en général, dans la pratique des manufactures, le nom de distillation.

5*. En fourneaux appropriés à une évaporation de liquide qui n’a d’autre but que de concentrer des liqueurs pour les disposer à la cristallisation , ou de dessécher complètement les corps qu’elles tenaient en dissolution ou qu’elles mouillaient simplement.

Une seconde classe, également susceptible de division, nous offre tous les iourneaux qui, dans leur capacité, reçoivent des creusets ou vases quelconques contenant les matières soumises à l’action de la chaleur. Cette classe renferme principalement les fourneaux de verrerie, et les fourneaux de fusion des métaux.

Enfin, dans une troisième classe, on trouve les fourneaux de réverbère de toute espèce , destinés à la calcination et à la fusion de diverses substances; les fours à chaux; les hauts-fourneaux pour la fusion et réduction des minerais de fer et autres : une subdivision de cette dernière classe comprend les fours à porcelaine, de faïencier, de potier, etc.

Nous nous proposons de traiter spécialement ici des fourneaux de la première classe, c’est-à-dire des fourneaux

10 GÉHÉBÀLITis

destinés aux évaporations de toute es—

1 >èce, à la concentration des liqueurs, à a distillation, à la production de la vapeur comme force motrice pour les machines; enfin nous nous occuperons des appareils de chauffage pour les ateliers, tels que les calorifères (i).

Quant aux fourneaux de la deuxième et de la troisième classes, leur construction repose également sur les principes que nous établissons ici, et ils ne changent que sous le rapport de l’appropriation des formes aux usages spéciaux auxquels ils sont destinés. Il ne serait guère possible d’indiquer ces appropriations particulières sans entrer dans lesdétails des arts auxquels elles ont rapport. Nous nous bornerons donc pour ces deux classes , à renvoyer aux principes généraux que nous exposons. Cependant nous avons cru être utile en donnant par appendice la description.

(i) Dans notre petit traite sur le Chauffage domestique, publie dans Y Encyclopédie populaire, nous avons prévenu que le defaut d’espace nous forçait h renvoyer ici que nous avions à: dire des calorifères.

SUR LES FOURNEAUX. Il

accompagnée de dessins, d’un four à cuire la porcelaine et les poteries fines , en employant pour combustible le cote ou charbon de houille. Nous avons fait suivre cette description de celle d’un fourneau à carboniser la houille, que nous croyons devoir offrir de grands avantages.

CONSIDÉRATIONS SUR LES FORMES A DONNER AUX FOURNEAUX POUR EN OBTENIR LE MAXIMUM DE L’EFFET UTILE.

Chaque espèce de fourneau est susceptible de considérations qui lui sont propres. Un fourneau dans lequel est placé un vase pour l’évaporation d’un liquide, soit que cette évaporation n’ait pour but que de rapprocher les liqueurs, de dessécher les sels qui y sont dissous, ou de produire des vapeurs applicables par leur élasticité au mouvement des machines, est soumis à des principes qui ne sont pas applicables à des fourneaux qui ont une autre destination. Ici le plus

ou moins détendue à donner à une des dimensions préférablement à une autre, est presque toujours un point capital dans la construction', parce que cette étendue est en rapport avec celle de la surface du vase soumise à l’application de la chaleur; et c’est en raison directe de celle surface que l’évaporation a lieu. Il n’est donc pas du tout indifférent que le fourneau, et par conséquent le vase qu’il doit recevoir, s’étende dans un sens plutôt que dans un autre; car la chaleur n’est reçue que par la surface extérieure du vase, et la masse plus ou moins grande d’eau qu’il renferme est sans influence aucune sur l’évaporation qui , dans un tems donné , est toujours en raison composée de la surface exposée et de la quantité de combustible brûlée, supposé toutefois que, dans tous les cas, l’épaisseur du vase et la capacité conductrice du métal soient égales.

11 n’en est pas du procédé de l’évaporation des liquides comme de celui de leur simple échauffement : pour ce dernier cas , en prenant pour exemple un bain de teinture, s’il ne s’agissait que d’élever la température de la masse liquide, on poürrail construire le four-

SUR LES FOURNEAUX. l3

neau de telle sorte qu’il ne s’y brûlerait à la fois qu’une faible quantité de combustible comparativement, et l’air du foyer encore chargé de vapeurs aqueuses et des autres produits gazeux de la combustion lente, serait reçu dans des gorges ou canaux pratiqués à l’entour du vase, et, par conséquent, sur une plus grande étendue de la surface extérieure. Quand on n’est pas pressé par le tems , ce système peut être avantageusement mis eu usage; mais, dans presque tous les cas d’évaporation, l’on a besoin d’obtenir le maximum de l’effet dans le plus court espace de tems possible : on n’arrive même à toute l’économie désirable dans le combustible qu’en procurant l’évaporation de près de 100 kilogrammes d'eau par heure pour un mètre carré de surface de chauffe : d’où résulte la nécessité de brûler à la fois autant de combustible que le fourneau peut en consumer. Mais on ne peut satisfaire à cette dernière condition sans perdre nécessairement toute la chaleur qu’entraîne l'air encore très-échauffé à son passage dans la cheminée. On a donc pensé à tirer parti de cet excédant de chaleur, en pratiquant, sur le prolongement du

l4 GÉNÉRALITÉS

fourneau d’évaporation, un second fourneau dit de préparation. Dans les usines, la chaudière du premier fourneau porte le nom de réduisante , et celle du second fourneau s’appelle la préparante .

Le liquide s’échauffe considérablement et s’évapore en petite quantité dans cette dernière chaudière, d’où il passe à son tour dans la réduisante. Cet usage est assez général dans toutes les fabriques de sels divers; mais il serait peut-être beaucoup moins commun si on le raisonnait dans tous les cas qu’offre la pratique : en effet, il en est beaucoup où ce que l’on gagne d’un côté est plus que compensé par une perte d’un autre genre; si la hauteur de la cheminée n’est pas proportionnelle au trajet de la flamme qui se porte d'une chaudière à l’autre, c’est-à-dire sous la préparante en quittant le fond de la réduisante, il y a un grand ralentissement de la combustion , beaucoup d’air y échappe , et le fond des chaudières reste comme baigné dans une atmosphère qui n’a pas le degré de chaleur convenable. L’ébullition doit être la plus vive possible; mais elle ne peut être telle qu’à l’aide d’une combustion rapide, et celle-ci ne peut avoir

SUR LES FOURNEAUX. l5

lieu si le prolongement horizontal du fourneau n’est pas suivi d*une hauteur correspondante de la cheminée.

C’est bien pis encore si le trajet* au lieu d’être en ligne droite, comme celui du fond d’une chaudière a une autre, oppose des angles plus ou moins aigus et des ressauts à l’ascension de la fumée, comme cela a lieu lorsqu’on la fait cir-* culer en s’élevant en spirale tout à l’entour de la chaudière : disposition dont le vice ne peut être surmonté que par un tirage très considérable et impossible à obtenir par tout autre moyen qu’en donnant une extrême hauteur h la cheminée. Le système de circulation de la fumée sur les bords de la chaudière a d’ailleurs, malgré la précaution que l’on prend ordinairement de ménager des regards à bouchelons mobiles pour le curage de la suie au balai , le très-grand inconvénient d’occasioner. au bout d’un certain lems, une espèce d’enduit huileux et comme bitumeux qui tapisse la surface de la chaudière, y tient opiniâtrément, et s’oppose par sa nature charbonneuse, a la transmission de la chaleur, en même tcms qu’il contribue à la plus prompte détérioration du métal*

i6 généralités

C’est ici le cas de parler d’une méthode d’abord beaucoup prônée, dout on attendait les plus grands avantages, et cjui est bien loin d’avoir complètement répondu à cette attente : nous voulons dire les foyers de combustion construits en métal , et insérés dans l’intérieur même des chaudières ou vases évaporaloires, La plupart des chaudières ainsi disposées , présentent dans leur ensemble deux tuyaux concentriques, et le tube de l’intérieur sert de foyer et de conduit pour l’issue de la fumée. Sans parler de l’avantage de là légèreté et du peu de volume de l’appareil, avantage immense à bord des bateaux à vapeur, et pour les pompes à feu dites locomotives , il est certain que, par celte disposition , toute la chaleur qui s’échappe à travers les parois du foyer, se trouve utilement employée pour l’évaporation du liquide contenu dans la chaudière ou tuyau extérieur; mais il est également évident que la température du foyer restant constamment très-basse, à raison de l’évaporation à laquelle ses parois fournissent , la combustion ne doit s’y opérer qu’avec une extrême lenteur et avec tous les désa-

SUR LES FOURKEÀUX. jn

ntages que nous avons signalés plus iut pour le cas d’un faible tirage de la teminée. Celte sorte de foyers laisse ujours s’élever une épaisse fumée; ;aucoup d’air y échappe à la décompotion. Joignez à cela que l’étendue delà irface de chauffe y est nécessairement ès-bornée, et on en pourra conclure ue c’est un mode de construction absoiment à rejeter , toutes les fois qu’un esoin pressant de légèreté ne forcera as à l’adopter. Mais on en trouve queluefois une combinaison telle, que la .amme et la fumée sortant du tuyau cenral , sont forcées de passer par un foyer dus actif pratiqué à l’ordinaire sous la diaudière, où le combustible entraîné :l les gaz inflammables se brûlent. Quand :etle disposition est commodément praicable, elle offre beaucoup d’avantage.

Si les foyers placés dans l’intérieur même des chaudières offrent beaucoup d’inconvéniens, et si l’on est forcé d’en restreindre l’usage seulement aux cas où il est absolument nécessaire d’économiser la place et le poids du fourneau, tels , par exemple, que pour les fourneaux des bateaux à vapeur, et pour les appareils de locomotion, il n'en est pas absolu-

l8 GÉNÉRALITÉS

ment ainsi des canaux, de circulation de la fumée et de la chaleur que l’on peut faire passer dans l’intérieur des chaudières pour tirer tout le parti possible du combustible. Ces canaux vont porter la fumée dans la cheminée, et dans leur passage ils abandonnent sur leur surface extérieure , que l’eau baigne, une partie du calorique contenu dans l’air chaud qui sort du foyer. Il peut y avoir deux especes de disposition de ces canaux :

celle dont nous venons de parler, toute intérieure, et celle dans laquelle , soit pour ne pas diminuer la capacité de la chaudière, soit par quelque autre motif, l’on préfère les adosser à son extérieur.

Dans ce dernier cas, la surface exté* rieure de la chaudière forme seulement nne partie de la paroi des canaux .

Au premier coup d’œil , il semblerait que la circulation bien entendue des canaux de chaleur dut procurer un emploi utile de presque tout le calorique dégagé dans le foyer par la combustion. Mais nous avons établi que, pour qu’il y eut économie de combustible dans une opération d’évaporation, il fallait ne'oessai* rement, au risque de perdre de la chaleur par la cheminée, que la combustion fut

SUR JLE 3 FOURNEAUX. 19

plus vive el la plus prompte possible:

r, il ne peut y avoir de vive combusori sans un fort tirage de la cheminée; f la vitesse du courant, qui constitue le irage, étant toujours inévitablement L autant moindre que l’air qui passe par e conduit, sera moins chaud, donc, lans le cas de la circulation des canaux l'intérieur ou à l’extérieur des chau* libres pour céder au liquide une portion lu calorique de l’air et des gaz, il y a leux effets qui se contrarient continuelement. Néanmoins, si l’avantage de ces canaux de circulation n’est pas aussi considérable qu’on pourrait d’abord l’inaginer, ils offrent cependant, dans icaucoup de cas, les avantages et les désavantages étant comparés, un excès des premiers sur les seconds? et il est, par conséquent, bon d’examiner quelle peut être la meilleure disposition a donnera ces canaux de circulation, d’après les diverses circonstances dans lesquelles il s’agira d’en faire usage; car l’effet utile d un fourneau dépend en grande partie de la longueur de ces canaux , de leur forme, de leur diamètre et de leur disposition.

Les bornes de notre ouvrage ne nous.

permettent pas de rapporter tous les raisonnemens théoriques à l’aide desquels de savans physiciens sont parvenus à toutes ces déterminations; ce serait d’ailleurs sortir du plan du Manuel pratique dont nous devons nous occuper. Nous nous bornerons donc à rapporter les résultats qui ont été confirmés par l’expérience. Nous observerons seulement que, pour que l’effet du canal soit le plus grand possible, il faut que ce soit le métal même de la chaudière qui en fasse la plus grande partie , parce que la quantité de chaleur absorbée croît avec la grandeur de cette surface.

11 faut en outre considérer que l’air est très-mauvais conducteur de la chaleur, et que d’ailleurs il la communique trèsdiflicilemenl de haut en bas; d’où il résulte que les parois inférieures du canal seront toujours beaucoup moins échauffées que les parois latérales , et , à plus forte raison, que les parois supérieures.

Ce n’est donc jamais que la surface de la chaudière qui doit être prise pour former la partie supérieure ou les parties latérales du canal .

Il faut aussi observer que, pour la même étendue d’une section du canal,

>lus le contour qu'elle offrira sera grand, pins il y aura de surface qui enlèvera tl e la clialeur à l'air dans son passage.

T?ar conséquent, la forme la plus avantageuse du canal sous ce rapport, devrait être celle d'un rectangle très -- aplati , ou de deux courbes semblables parallèles. Mais il est un point où doit s’arrêter cet aplatissement, parce qu’à mesure que le diamètre de la section diminue , le frottement augmente , et qu'il finirait par ne plus y avoir de tirage dans le canal. . .

Quand la largeur du fond de là chaudière excède peu celle du foyer, il ne faut pas établir de cloisons pour faire serpenter la fumée par-dessous; car tout l’espace occupé par les cloisons est à peu près perdu pour l’effet. Il vaut mieux laisser le courant suivre librement la direction du fond de la chaudière.

Mais si le foyer est très-petit relativement à la largeur du fond de la chaudière, les cloisons deviennent nécessaires pour faire circuler la fumée sur la surface totale. Les fig. 17 et 18 indiquenlla disposition de ces chicanes . La /%. 19 offre une autre disposition qui semble meilleure.

Quand au lieu de faire circuler les canaux. sous la chaudière on la leur fait embrasser, il vaut mieux pratiquer un seul canal plus considérablequi embrasse toute la surface de chauffe. Cela est préférable à une division par petits canaux.

On en conçoit déjà la raison, d'après ce qui a été dit plus haut; les frottemens sont plus petits, le tirage est moins diminué, et d’ailleurs la surface de chauffe est réellement plus grande de tout l’espace qui serait occupé par les cloisons.

On sent aussi, sans qu’il soit besoin de le dire, que le canal de circulation ne doit pas dépasser dans sa partie supérieure le niveau du liquide contenu dans la chaudière. Toute la chaleur cédée par le courant d’air au-dessus de ce niveau serait peu utile pour réchauffement du liquide. Les vapeurs seules qui s’en élèvent acquerraient un plus haut degré de température.

On ne doit pas perdre de vue que le minimum de section des canaux de circulation doit être égal à celui de la cheminée.

L’expérience a prouvé que, dans de bons fourneaux ayant un tirage convenable, et brûlant lookilogr. de houille

l’heore, il suffit ordinairement de laisr au canal de circulation o, 18 mètres irrés.