AVEC LA HOUILLE, ET DE CEUX DES FOURS A RÉCHALFFEK II FER
Les gaz que M. Ebelmen a exaDiinés provcnai<>i]t d'n'< four à puddier dans lequel 1094 kilogrammes de fonte donnaient 1000 kilogrammes de fer puddlé, eu consommas* 960 kilogrammes de houille menue de Kive-de-Gier.
La couche de combustible s'élevait, au-dessus de la griilr, de o", ao à o", a5 ;
Après i5 minutes, ao minutes. 35 miiittict
Acide carbonique i3,09 16, 7.3 >5,45
Oxyde de carbone 0,18 i ,49 o»4^
Hydrogène » o,36 o,oi^
Oxygène 49^^ OjC/5 2,47
Azote 8^992 80,96 8i,5o
Air échappé à la combustion. 22 4*5 1 1 «5
La combustion parait être moins complète dans un four a réchauffer que dans un four à puddier; car M. Ebclaien a a obtenu les résultats suivants, la grille étant couverte d'un*: couche de o*^, 25 à o"*, 3o de combustible :
Acide carbonique 12, 44 t5,55 17»^
Oxyde de carbone 7,52 4»^^ ^*^
Hydrogène 3,o4 0,86 0,08
Oxygène.. 0,20 0,81 o,S5
Azole 76,80 78,53 81 ,o3
Air échappé à la combustion pour 100 vol. 1 3,9 3,9
Les proportions des gaz sont très* variables aux diverse»
époques de Topération, par la raison surtout de la variation
d'épaisseur de la couche du combustible placé sur la grille.
I^a condition la pltis favorable à la production delà cha*
{ «Si ) leur 5erajl la conversion coBtplète du carbone i*i de i'iiydrogène de la houille en acide carbonique et en eau, au moyen delà totalité de Toxygène atmosphérique; car Toxyde de carbone, produit après cet acide carbonique par Taction de ce dernier sur le carbone, est une cause de refroidissement, . comme Test encore Tair qui échappe a la combustion dans une proportion qui a varié, pour loo volumes, depuis 2a jusqu'à I . On peut en Gxer la moyenne de 7 à 8. Avec cette moyenne, il n*y a pas de combustible dans Tair des cheminées, mais au-dessous il pourrait y en avoir.
La fumée noire qui apparaît quelques secondes après la charge du four, provient de la décomposition de carbures d'hydrogène volatils par la haute température de Tintérieur du four.
Si pour 100 volumes d*air il peut y en avoir u2 qui échappent à la combustion dans un four à puddler, cette quantité est bien inférieure à celle que M. Péclet a trouvée dans Tair dégagé du foyer des chaudières k vapeur ; car il admet que cette quantité varie de moitié à un tiers, suivant que le tirage est ordinaire ou fort.
§ V. — De l'emploi des gaz provenant des combustibles
SOLIDES sans valeur OU DE PEU DE VALEUR. — ThÉORIE DE LA CARBOftIISATlON DU BOIS PAR LE PROCÉDÉ ORDINAIRE DES FORÊTS.
Une conséquence qui se présente immédiatement à l'esprit de toute personne qui croit aux avantages de l'emploi du gaz combustible des hauts fourneaux, est sans doute la conversion, en gaz inflammable, de combustibles solides de peu de valeur. Le premier auteur qui ait parlé de Tutilité de celte conversion parait être M. Karsten; il appela lattenlion des métallurgistes sur ce sujet au commcnrcnieni de l'année 184 1 , et au mois d'octobre dv celle même année, M. Ebolmcn se livra à des essais dont il donna les résultais
dans le Mémoire qu'il commnnii|ua à rAcadémie le a4 j vier 1842. En rendant compte de ce travail, nous iusîstimes sur Topportunité qu'il y avait è poursuivre ce georf d^application \ il nous reste à exposer comment M. Kheliarw s'est acquitté de cette tâchC) en soumettant à ses recherche* le charbon de bois, le bois, la tourbe et le coke^
Mais, avant d'aller plus loin, il faut voir combien il Ji de chaleur perdue lorsqu'on brûle le bois ou la houille soi la grille d*un foyer annexé aux fours k réverbère aerrant : refondre la fonte ou à réchauffer le fer.
Ce désavantage tient à deut circonstances princi* pales :
I®. La première est la difficulté de brûler contpIétemeDt le combustible avec le minimum d'air atmosphérique* dr façon  le convertir en acide carbonique et en eau, et a obtenir ainsi le maximum de température qu'il est possibk de produire avec Toxygène mêlé d'azote. Si la couche do combustible est mince et le tirage rapide, il ne se formera que de Taoide carbonique et de Teau, mais il pourra y avoir de l'air qui n'aura pas pris part k la combustion; si la couche du combustible est épaisse, l'acide carbonique se transformera en oxyde de carbone « en donnant lieu k un abaissement de température. Ajoutons qUe, suivant M. Pédet. dans les cas ordinaires, la moitié de Tair échappe au com'* bustible, et que, dans les cas les plus favorables, la fractioo
n'est pas moindre que de 7 à 7*
a^. La seconde circonstance est l'éloignemenl du foyer de la matière qu'il s'agit de chauffer. Les gaz excipients de la chaleur, après avoir échauffe cette matière et la voûte du four, doivent avoir évidemment, a leur sortie^ une tempe-» rature ^u moins égale a celle qu^on veut qu'ils communiquent. Cette circonstance explique donc bien la perte de
•^ de chaleur dans les fours à réverbère servant k refondrr
la foule, et de ^^ dans les fours à réchauflur le fer. C'est
donc principalement par leurs cbeminëes que se perd la chaleur; à la vérité, lorsqu'on veut chauflfer de Teau, on
peut en employer--^ sur les •^-- environ qu'elles laissent * * -^ loo loe ^
dissiper.
Cela posé, les avantages de Teraploi des combustibles gazeux dans les fours à réverbère seront démontrés quand on considérera que leur combustion s'opère dans un espace très-limité, très^près de leur entrée dans le four-, qu'il est facile de régler le courant d'air nécessaire à leur conversion complète en acide carbonique et en eau, et que la combustion s'opérant sous pression, la chaleur qui reste au courant gazeux après qu'il a produit son effet sur la matière à chauffer, peut être employée à élever la température des tuyaux qui amènent dans le fourneau l'air et les gaz combustibles destinés à s'y enflammer.
Ces considérations prouvent bien Futilité de toutes recherches qui tendront à substituter l'usage des combustibles gazeux à celui des combustibles solides dans les fours à réverbère.
Dans ses premières recherches, M. Ebelmen transformait en gaz inQauimable des combustibles de peu de valeur placés sur la grille d'un foyer au-dessous de laquelle affluait de l'air sec; ou, s'il faisait usage d'air et de vapeur d'eau, celle-ci arrivait par une ouverture située au-dessus de la grille. Si ces manières d'opérer étaient préférables k la conversion en gaz et en charbon des combustibles chauffés dans des cornues ou des cylindres, cependant elles avaient des inconvénients réels. C*est la raison pourquoi M. Ebelmen a préféré de charger un fourneau de combustible, et d'y faire passer, dans un temps donné, la quantité d'air convenable pour réduire l'acide carbonique et l'eau en oxyde de carbone et en hydrogène.
A. Examen des gaz produits avec le charbon de bois.
Le charbon de bois dont M. Ebelmen a fait usage éui* la braise et les menus des halles auxquels on ajontait i^'/ defoudants par hectolitre de combustible. Le générateur, dont la forme intérieure ressemblait à celle d^un haut foorneau, recevait l'air des deux tuyères. Les gas cooibustibkarrivaient, avec une température de 4oo^, dans un four réverbère, où ils étaient brûlés par un courant d*airchauL' de 290 à 3io". Quatre heures après qu^ils avaient été enflammés, des barreaux de fer se trouvèrent chaafies au blanc soudant, conséquemment on pouvait les forcer, k« souder et les étirer. On brûlait par heure dans le généraleur 3 hectolitres de braise pesant 54 kilogrammes.
M Ebelmen a trouvé les compositions suivantes au ga/ provenant du générateur chargé successivement de braîsiet de fraisil tamisé :
BralM. Fraisil.
Acide carbonique. . • 0,4^
Oxyde de carbone. . 33,63
Hydrogène a, 55
Azote 63, 37
La plus grande quantité de Teau hygrométrique du charbon était dégagée hors du fourneau. L'acide carbonique provenait de la distillation que le charbon subissait avant d'être brûlé, et d'une petite quantité de carbonate de chau\ qui y éuit mêlée. En6n Thydrogène résultait de la déconiposition de la vapeur d'eau mêlée & l'air atmosphérique, et surtout de la distillation du charbon ^ nous disons suriout. parce que la braise, plus hydrogénée que le fraisil, en a donné plus que ce dernier. Mais si l'on voulait faire usa^i* do fraisil non tamisé, il serait nécessaire de ne le brûlci qiir sérhc; car s'il retenait une quantilc* notable d*hunii-
( '85 ) dîlé) il pourrait occasionner des explosions dangereuses dans le fourneau.
Deux circonstances extrêmes peuvent se présenter dans un four à réverbère, relativement à la proportion de l'air et des gaz inflammables : ou Pair est en excès, ou bien ce sont les gaz combustibles.
Excèf d'air. Début d'air.
Acide carbonique 16,89 16,71
Oxyde de carbone o ,45 ^ 9 77
Hydrogèue 0,00 0,4^
Oxygène 2,63 0,00
Aiote 80, o3 77» 10
La première analyse démontre la possibilité de brûler presque complètement les gaz inflammables avec un très-léger excès d*air atmosphérique.
Les expériences dont nous venons de parler ont conduit à établir dans les usines de la compagnie d'Audincourt trois générateurs de gaz qui marchent aujourd'hui avec régula* rite en alimentant chacun un four à réverbère. L'un d eux sert au réchauffage des t6les fines ; on y passe 3oooo kilogrammes de tôle par mois, en consommant 720 hectolitres de fraisil. Au moyen des deux autres, on peut porter au blanc soudant, c'est- a-dire à la température la plus élevée que Ton développe dans les foyers métallurgiques, des trousses composées de barres de fer plates et pesant de 3oo à 5oo kilogrammes; ces trousses servent à la fabrication de la grosse t6le. En brûlant, dans chaque générateur annexé à chacun de ces deux fours, 90 à 100 hectolitres (1600 à 1800 kilogrammes) de braise et de fraisil par vingt*quatre heures, on passe dans le même temps, dans chaque four, de 38oo k 4000 kilogrammes de tôle. La fabrication des grosses tôles d'Audincourt est fondée entièrement, depuis son rtablissement dans ces usines, sur l'usage des générateurs de gaz alimentés par des combustibles de faible ou de nulle Y a Tour pour ainsi dire.
Lorsqu^on fait arriver dans un générateur dont la lujèrtr est portée au rouge blanc, de la vapeur d'eau sans que Tair cesse d'y affluer, la température de cette tuyère s^abaisôc au rouge^ et les scories qui pouvaient être à l*éuit liquide, dans le voisinage, deviennent pâteuses. La propriété refroidissante de la vapeur est donc incontestable .
Voici la composition des gaz qui s'échappent d'un générateur, suivant que la combustion s y ppère avec de Tair m-i ou de Pair mêlé de vapeur d eau.
Air sec. Air et vapeur.
Acide carbonique o,'4> 5,5o
Oxyde de carbone 33, o4 27,30
Hydrogène.....* 4i4^ i4»oo
Azote . ..• 62 ,12 53 y 3o
Il n'est pas douteux, d'après la première analyse, que 1^ vapeur d'eau, en se portant sur le carbone, produit immédiatement de l'acide carbonique.
B. Examen des gaz produits a^c le bois.
La conversion du bois en gaz, dans un générateur semblable k celui où Ton avait opéré celle du cbarbon, a été uue occasion de reconnaître Texactilude de plusieurs observations importantes citées plus haut, ainsi que nous le dirons bientôt.
Les gaz produits avec de gros rondins de 0^,12 de longueur, et dont les trois quarts étaient d'essences dures, avaient au plus 1 25^ à leur sortie du fourneau; ils brûlaient avec une flamme éclatante, parce qu^ils renfermaient un carbure d*hydrogène parmi des produits liquides dont le poids s'élevait par litre de gaz sec, et k la pression de o»,76o, de o«',445^ * o«',5i5.
Voici la composition des gaz , abstraction faite de ces
produits liquides :
a baurety 9 heures, la b. après la
mise au feu.
Acide carbonique ... • 9*55 6,67 7»8o
Oxyde de carbone .... 39 , 45 32 , a i 3», 59
Hydrogène 9f46 10,39 10, i3
Azote 5iy54 50,72 49^4^
Les gaz puisés k o*^, 45 au*dessus de la tuyère ne conte* naient pas de matière condensable ^ ils étaient formés de
Acide carbonique 0,49
Oxyde de carbone. .. 33,70
Hydrogène* • i ,81
Aaote 64 ,00
Cette dernière analyse démontre que tout ou presque tout Toxygène atmosphérique s'est porté sur le carbone, et que dès lors les choses se sont passées dans la région inférieure du fourneau comme si celui-ci eût été alimenté avec du charbon. Cela posé, Tacide carbonique produit d'abord a été bientôt converti en oxyde de carbone \ dès lors une partie de la chaleur développée par la combustion directe du-carbone> ayant disparu pour constituer Toxyde de car* bone, la colonne ascendante n'ayant pu conserver de cha«leur sensible que celle qui est représentée par la propor** tion de Toxyde gazeux quelle renferme, la carbonisation du bois n^a pu être opérée que par elle \ et il est de tonte évi-. dence qu'elle l'a été comme si le bois eût été chaufié dans une cornue.
Si maintenant nous rappelons que la température des gaz à leur sortie du générateur n'est que de i25 degrés, nous verrons pourquoi M. Ebelmen a posé en principe que /a chaleur nécessiure à réduire en charbon le bois séché
simplement à tair, est à très-peu près égale à ceU<: *ju donnerait ce même charbon , 5 7/ était réduit par te fiaz oxygène en oxyde de carbone. Celle conclusion est împorlanie par lejourqn^ellejelle sur la question de Femplot du bois dans la métallurgie en général et dans celle dn fr : en particulier.
EfiecUvemenl, qu'un haut fourneau travaille à l'j.r froid et au bois simplement sécbé h Tair, aussitôt qc« Toxygène de la colonne ascendante sera changé en 03cyde d carbone, celle-ci n'ayant que la chaleur nécessaire à la car • bonisation du bois de la colonne descendante, il est évideti. qu'il n'en reste plus pour expulser Teau et l'acide carl>onique du minerai et du fondant, et porter les matières a I^ température nécessaire à la désoxydation du fer par l*oxYd'> de carbone, à la liquéfaction du fondant et de la fonte. Si Ion objectait à cette conséquence que la chaleur sensîbl< ou thermomélrique se distribue indistinctement entre !« bois, le minerai et le fondant, et non entre le bois seulement, nous répondrions qu'il y aurait bientôt dans le fourneau ^ au-dessus de la région où l'acide carbonique vient dt se convertir en oxyde de carbone, une limite à laquelle le bois, le fondant et le minerai cesseraient d^être échaufl<^. et que cette limite s'abaissant de plus en plus vers la tuyère, il y aurait un moment où le bois y parviendrait sans ètr\* réduit en charbon; il ne pourrait plus y avoir d'action mutuelle entre le minerai, le fondant et le combustible. La conséquence à laquelle nous venons d'arriver donne l'explication de la suppression du bois vert dans la plupart dt>> usines do la Franche-Comté, et la nécessité, si l'on voulait on continuer l'usage, de chauffer l'air assez fortement pour compléter la quantité de chaleur indispensable à la carbonisation du bois, à la réaction de Foxyde de carbone et du minorai, à la liquéfaction du fondant et de la fonte.
