Statistique Production de ia fonte en France, en

Fonte Fonte de moulage,

d'affinage. ou moulée en r* fusion. Totaux.

Ponte aa coke 1476 203 tonnes 455607 tonnes. 1 931 810 tonnes.

— au bois 11779 1941 13720

— mixte 2178 22452 24630

Totaux 1490160 480000 1970160

Dans cette industrie, le département de Meurthe-et-Moselle tient la tète avec 1 083 705 tonnes, c'est-à-dire avec une production dépassant ceUe de tous les autres départements réunis. Le département qui occupe le deuxième rang (Nord) fournit seulement 235584 tonnes; celui qui se trouve en troisième (Pas-de-Calais), 86 710 tonnes.

Production du fer en France, en 1890.

Au point de vue du mode de fabrication, la production du fer se résume ainsi :

Puddlé 678147 tonnes.

Affiné au charbon de bois 12353

Obtenu par réchauffage de vieux fers et riblons. . 132860

Ensemble 823360

Par rapport k la nature des produits, ces mêmes totaux se décomposent de la façon suivante :

Rails 141 tonnes.

Fers marchands et spéciaux 696583

Tôles 126636

Total égal 823360

Les départements qui contribuent pour la plus large part k la fabrication de ces «[uantités de métal sont : le Nord, la Haute-Marne^ les Ardennes, Saône-et-Loire, Meurthe-et-Moselle, la Loire, la Seine, TAllier, etc.

Production de Vacier en France, en 1890. Fondu au foyer Ressemer 337102 tonnes. J

Fondu au four Siemens-Martin 191590

Acier

Puddlé et de for{?o 17327 ;

Cémenté 1288

Fondu au creuset 13734

Obtenu par réchauffage de vieil acier. . . 5 156

Ensemble 566197

i^hit^t ci'deMODi eiprimcnl le nombre de lannes obtr^nues sous chaqae fonne

sle:

Rsils 173930 tonnes.

Aciers marchanda 28**84

TJles 107T83

Total éga] 566197

890, snr le nombre de tonnes de rails d'acier tabrlqnées, 171 IdS ont élâ obteins les foyers Beisener, et 873S seulement dans les fours à r^ierbtre. Le P*ïlis, le Nord, Meurthe-et-Moselle, les Laddes, le Gard, SaAne-et-Loire, sont les :nienls qui donnent des rails, princjpoux centres de prodaciion de l'acier sont :

Nord 918(9 tonnes,

Saûne-el-Loire 6*02*

Heurtbe-et-HoselIc 61 988

Loire 57918

Pat-de-Calais *999*

Gard 354*8

Landes. 348SO

Ardennes 256St

grande partie de l'acier Bessemer est obtenue par la déphospboratioD de fontes oreuses surTanl la méthode Thoma9-Gi1 christ (p. 751). Cela est surtout Treî en t-et-Hoselle, dans les Ardennes, dans SaAne-el-Loire.

rraclion de t'acier Siemens-Martin, dans ce dernier déparlement encore, ainsi ins ceux dn Douba et du Jura, prOTienl éguti^ment de fontes phosphoreuses i d'après le procédé de Percy C. Gilehrist et de Sjdnej Gilchrisl Thomas, iroduction de l'acier brut, sons forme de simples lingots, se chiffre par tonnes en 1890 ; soll 4*1801 tonnes de lingots Bessemer et 24* 190 tonnes de Siemens-Martin.

uantité de ces lingots ou aciers bruts qui a êl& transformée en produits nurse trouve comptée dans les lotaui, notés plus haut, des aciers outrés.

Production métallurgique du monde entier. Fontes.

Angleterre 8*15000 tonnes en 1889

Etats-Unis 7720000 — 1889

AUemagoc 4000000 — 1888

France 1B70000 — 1890

Autriche- Hongrie 750000 — n

Belgique 710000 — "

Russie 550000 —

Sufede *75000 — »

Espagne 133000 — »

Italie 27000 — »

Aciers. Production totale en 1884 : 6 millions de tonnes.

En 1818. Vers 1868-09. Vers I881-8Î.

tnce 15000 tonnes. ]10000 tonnes. 418000 tonnes.

gleterre 40000 SOOOOO 2100000

its-Dnls X 8000 (1) 2200000 (!)

lemagne » » SOOOOO

, Emploi de la chaleur perdne des toars métallar^qites. La chalerdue dans ces fours se compose de celle provenant de ce que les

■ar lo procédé Beisemer seulement.

gaz peuvent ne pas être complètement brûlés, et de celle due à la température de ces gaz. Lorsque les gaz sont complètement brûlés et a une haute température, comme dans les fourneaux à réverbère, les fours à puddler et à réchauffer, pour utiliser la chaleur perdue il suffît de placer, le plus près possible du four, afin de diminuer le refroidissement, une chaudière à vapeur, sous laquelle on fait circuler les gaz. Quand les gaz ne sont pas complètement brûlés, comme dans les hauts fourneaux, les cubilots, les fours à coke, on commence par brûler ces gaz en faisant arriver dans leur masse la quantité convenable d'air divisé en lames minces ou en jets d'un petit diamètre. Les gaz brûlant avec une longue flamme, on doit éviter dans ce cas les chaudières tubulaires, qui s'opposeraient à la combustion complète en éteignant la flamme. Voir : De Vutilisation de la chaleur dans les fourneaux des usines métallurgiques j par Gruner {Annales des mines ^ t. VIII, 1875).

587. Les gaz des hauts fonrneanx (556) peuvent être employés pour les fours à réchauffer et à puddler, et pour le chauffage à 300" de Fair envoyé aux tuyères et celui des chaudières des machines soufflantes.

A la partie supérieure du haut fourneau, on dispose une trémie métallique en forme de tronc de cône à bases ouvertes; c'est dans cette trémie qu'on jette les chargements du haut fourneau, et dans l'espace qui la sépare de la cuve viennent se réunir les gaz. La trémie doit contenir encore un peu de matière quand on fait une nouvelle charge. Pour les hauts fourneaux d'un grand-diamètre au gueulard, Thomas et Laurens ont fermé le dessus de la trémie à l'aide d'un couvercle dont les bords plongent dans une rigole remplie d'eau qui règne sur tout le pourtour du haut de la trémie. Ce couvercle peut se lever facilement. Les chaudières se placent au niveau du sol, et les gaz sont amenés du gueulard par un tuyau vertical. Le tirage de la cheminée doit être faible, afin qu'il ne dérange pas l'allure du haut fourneau. Les chaudières doivent contenir de grands volumes d'eau et de vapeur, pour obvier aux irrégularités de production et de combustion des gaz. Quelquefois les gaz arrivent sous la chaudière par une large fente horizontale ou par un tuyau aplati à son extrémité , et l'air extérieur vient librement en dessous brûler la nappe de gaz; mais, par de bonnes dispositions de foyers, on peut avoir un excès de gaz pour chauffer les étuves, griller les minerais, dessécher le bois, etc.

Quand la température doit être suffisante pour le chauffage des chaudières à vapeur et de l'air d'alimentation des hauts fourneaux, Thomas et Laurens font arriver les gaz, seulement poussés par la pression intérieure du haut fourneau, dans une caisse placée dans la voûte recouvrant l'espace qu'occuperait la grille dans les foyers ordinaires, et de cette caisse les gaz s'échappent en lames minces inclinées, entre lesquelles l'air extérieur arrive également en lames minces de môme direction que les premières. On a ainsi un foyer à flamme renversée, disposition avantageuse.

Pour les foyers à haute température (chauffage des fours métallurgiques), Thomas et Laurens font arriver les gaz dans une caisse en fonte

dont la paroi en contact avec le foyer est légèrement inclinée avec la verticale, et percée d'un grand nombre de trous par lesquels les gaz entrent dans le foyer en jets légèrement plongeants. L'air arrive dans une caisse en fonte placée derrière la première, et se rend dans le foyer par des petits tubes en fer qui traversent la caisse à gaz et le lancent en Jets intérieurs et concentriques aux jets de gaz. L'air est fourni par une machine soufflante et se trouve à la pression de 0"^»15 à 0"^y20 d*eau ; la pression des gaz est 0",03 à O^^^OG d'eau. L'air, en traversant des tubes en fonte chauffés par la chaleur perdue du four (591), est amené à la température de 300 à 400*; les gaz sont chauffés à 200 et 300*.

Dans les foyers à gaz, près de l'arrivée des gaz sous la chaudière, on dispose un petit foyer destiné à les allumer et à entretenir leur combustion. Avant rallumage et après chaque interruption de chauffage, on fait écouler les gaz par un tuyau latéral, afin d'éviter les explosions dans les carneaux. Il est prudent de munir l'extrémité du tuyau d'accès des gaz de larges soupapes de sûreté se soulevant en dehors , ou mieux de soupapes à eau disposées dans les caisses servant au nettoyage des gaz.

Les gaz sortant du gueulard des hauts fourneaux de Glairval et d*Audincourt, marchant au charbon de bois, sont composés, en poids, de 0,1835 d'acide carbonique, 0,2224 d'oxyde de carbone, 0,0041 d*hydrogène, et 0,5730 d'azote (d'après Ebelmen). La puissance calorifique de ces gaz est alors (539) :

La chaleur nécessaire pour élever de 1* la température du gaz résultant de la combustion est (488) :

Pour l'acide carbonique du gaz ayant la combostioa .... 0,1835x0,216 = 0,0396

Pour razote du gaz ayant la combustion 0»5730 X 0,244 = 0,1398

Pour l'acide carbonique formé à la combustion 0,3494x0.216 = 0,0754

Pour la yapcur d'eau 0,0360x0,475 = 0,0171

Pour l'azote introduit par l'air 0,4256x0,244 = 0,1048

Pour la totalité du gaz 0,3767

La température des gaz après la combustion est donc, en supposant qu'il n'y a aucune déperdition de chaleur, et que la combustion s'effectue avec la quantité d'air rigoureusement nécessaire :

655, 43 iw zAo

Pour les gaz d'un haut fourneau au coke, on obtiendrait les mêmes résultats. D'après Ebelmen, les gaz d'un haut fourneau de Vienne, au coke et de 11 mèlres de haut, contiennent 0^37, 0,33, 0,32 et 0,25 d'oxyde de carbone, selon qu'ils sont pris à 0",62 au-dessus des tuyères, à 4"',36 au-dessus de ces tuyères, k 1 mètre au-dessous du gueulard et au gueulard. La température des gaz au gueulard varie de lOO"" à 200* ou

de 360"* à 400% selon que le haut fourneau marche au charbon de bois ou au coke. Ces températures augmentent rapidement du gueulard aux tuyères.

D'après Thomas et Laurens, une machine à vapeur & détente et condensation de la force de 18 chevaux, dont la chaudière était chauffée par les gaz d'un haut fourneau au charbon de bois, a donné de bons résultats, la section de la cheminée et des carneaux étant de 28 décimètres carrés, la hauteur de la cheminée 8 mètres, et la surface de chauffe calculée sur une production de 15 à 17 kilog. de vapeur par mètre carré.

Le haut fourneau de Niederbronn fournit, par l'emploi de ses gaz, la vapeur à une machine de Woolf de 12 à 15 chevaux, qui conduit une soufflerie, et la vapeur produite étant à 2,5 atmosphères, les 200 kilog. de charbon de bois brûlés par heure ont donné 284700 calories en vapeur produite, c'est-à-dire un effet utile de 20 p. 100 et une puissance de 20 chevaux (591). Voir : Étvde sur les hauts foumeauxj par Gruner (^Annales des mines ^ t. Il, 1872).

588. Gaz d'un cubilot (557). D'après Ebelmen, les gaz recueillis au gueulard d'un cubilot de 3 mètres de hauteur, marchant au coke, renferment 0,09 à 0,14 d'oxyde de carbone, 0,09 à 0,19 d'hydrogène carboné, 0,0038 à 0,116 d'hydrogène, 0,71 à 0,75 d'azote. Adoptant les moyennes de ces nombres, on trouve que la puissance calorifique des gaz est à peu près les 2/3 de la puissance calorifique du combustible employé.

589. Dans un four à coke, par suite de la température des gaz sortant du four, et de ce que le tiers environ de ces gaz n'est pas brûlé, la perte totale de chaleur est les 0,40 de la chaleur que la houille soumise à la carbonisation est susceptible de produire. En plaçant la chaudière très près du four pour éviter le refroidissement des gaz, et en terminant de brûler ces gaz en faisant arriver dans leur masse une quantité convenable d'air divisé en jets, la puissance de la chaudière, ses dimensions et celles de la cheminée sont les mêmes que si l'on brûlait sur une grille les 0,40 de la houille soumise à la distillation. Le tirage de la cheminée ne doit pas être assez grand pour changer en rien l'allure des fours; car le coke se brûlerait en partie, il deviendrait léger et perdrait une de ses qualités essentielles. Par certaines dispositions, on peut régler convenablement l'arrivée de l'air et le tirage.

590. Fours à puddler et à réchauffer (586). Un four à puddler consomme moyennement 85 kilog. de houille à l'heure, et un four à réchauffer de 100 à 110 kilog. La section de la cheminée de ces fours est ordinairement d'un décimètre carré pour une consommation de 4 kilog. à 4^,5 de houille à l'heure (542 et 544), et la section de la grille, de 4 décimètres carrés pour la même consommation (742).

Quand un four à puddler ou à réchauffer est muni d'une chaudière à vapeur, il faut, d'après Grouvelle, que la section de la cheminée et des carneaux soit d'un décimètre carré pour une consommation de 3 kilog. à 3^,30 de houille à l'heure. D'après M. Lucas-Championnière, il y aurait

-çnnr

utilité à augmenter cette section : car, au-dessus de 3 kilog. par décimètre carré, le tirage et le travail souffrent toujours; aussi doit-on porter la section à un décimètre carré pour 2^,7 de houille. La hauteur de la cheminée varie de 12 à 45 mètres, même quand il y a une chaudière. Pour les fours à réchauffer, il convient également d'adopter les proportions précédentes, en ayant égard à la plus grande consommatioQ de charbon.

La surface de chauffe peut être la même que si le charbon était brûlé directement sous la chaudière. 11 résulte aussi que la production des chaudières placées à la suite des fours k réchauffer est de 4 à 5 kilog. de vapeur à 5 atmosphères, par kilogramme de houille brûlée, et que celle des chaudières placées à la suite des fours à puddler est de 3 kilog. à 3^,5; mais, d'après Péclet, ces dernières produisent de 4 à 5 kilog. de vapeur par kilogramme de houille, et chaque mètre carré de surface de chauffe fournit de 16 à 18 kilog. de vapeur à l'heure (voir plus loin: Chaudières).

On peut compter, ajoute Grouvelle , qu'un four à réchauffer consommant 110 kilog. de houille produit environ 520 kilog. de vapeur à l'heure, et qu'un four à puddler en produit à peu près 300 kilog. pour 90 kilog. de houille brûlés sur la grille; ce qui correspond à une force de 25 chevaux pour le premier four et de 15 pour le second, en admettant que la machine soit à détente sans condensation et consomme 20 kilog. de vapeur par cheval. Pour une machine à détente et condensation consommant 15 kilog. de vapeur environ par cheval, la puissance est de 30 à 35 chevaux pour le four à réchauffer et de 20 chevaux pour le four à puddler. Cet auteur admet de plus que deux fours à réchauffer, travaillant en échantillons différents, donnent de la vapeur en quantité largement suffisante pour leur travail au laminoir, et que le four à puddler suffit également au travail du cinglage, soit au marteau, soit au laminoir.

D'après Thomas et Laurens, sur un feu d'affinerie marchant au charbon de bois, et produisant de 22 à 24 tonnes de fer par mois, on peut placer une chaudière à vapeur ayant 16 mètres carrés de surface de chauffe, et produire de 150 à 180 kilog. de vapeur à l'heure, même en plaçant entre le four à affiner et la chaudière un petit four destiné à commencer le chauffage de la fonte à affiner, ou à chauffer le fer à étirer,

591. Chauffage du vent des fours métallurgiques. Extrait d'une notice sur les appareils à air chaud, par Gruner {Annales des mines, t. If, 1872). Aujourd'hui il est des hauts fourneaux, dans le Cleveland surtout, dont le vent est porté à 600 et 800^ Tant que la température du vent ne doit pas dépasser 600% on peut se servir d'appareils en fonte pour le chauffer, pourvu qu'on leur donne une section et une surface de chauffe suffisamment étendues. Mais lorsqu'on veut atteindre 7 à 800°, il faut des appareils en terre rélractaire Coioper-Siemens et Whitwell, fondés sur le principe de la chaleur régénérée (592).

Appareils en fonte. Lorsqu'on n'a à chauffer que de faibles quantités.

de \ent, 20 à 30 mètres cubes, par exemple, par minute et par appareil, on peut faire passer toute la masse de vent au travers d'une seule ligne de tuyaux d'une grande longueur, ou bien diviser le volume total en 8, 10, 12 parties égales, et ne faire circuler chacune de ces fractions qu'au travers d'un tube relativement court. On doit donner aux conduits une section assez grande pour que la vitesse du vent n'y dépasse pas certaines limites. A l'origine, dans les appareils à tuyau unique, cette vitesse atteignait souvent, mesurée à froid^ 20 à 25 mètres par seconde, soit 30 à 35 mètres dès que le vent se trouvait chauffé vers 150 à 180°. C'est trop; la perte de pression est alors considérable. Lorsqu'on veut chauffer le vent jusqu'à 300% on ne devrait jamais aller au delà de 10 mètres (à froid), et même seulement à 5 ou 6 mètres lorsque la température doit s'élever à 5 ou 600°. On doit proportionner la surface de chauffe à la température et à la masse de vent. Au début, les surfaces, comme les sections, étaient insuffisantes. Les premiers appareils Taylor n'avaient que O'^'jSO à 0"î,60 de surface de chauffe par mètre cube de vent à chauffer par minute. Dans ces conditions, on arrive difficilement à 200°.

Tous les appareils destinés aux températures de 300 à 350° ont une surface de chauffe de i"î,00 à "^',50 par mètre cube à chauffer par minute. Mais, pour réaliser sans embarras des températures de 500 à 600°, il faut arriver à 4 et même 5 mètres carrés ; c'est le chiffre adopté dans les appareils modernes du Cleveland. Ainsi les hauts fourneaux d'At/resome reçoivent 150 à 160 mètres cubes chauffés par 800 mètres carrés, soit 5 à 5°'ï,30 par mètre cube pour des températures de 600 à 620°.

La vitesse du vent et la surface de chauffe une fois arrêtées, il faut choisir entre les deux systèmes ci-dessus indiqués : un courant unique ou des conduits multiples, ou bien une sorte de système mixte. On a surtout recours à ce dernier mode lorsque la masse de vent est considérable, tandis qu'on se sert de l'un des deux premiers systèmes lorsque le volume par minute et par appareil ne dépasse pas 30 mètres cubes.

Les appareils-types Wasseralfingen et Calder sont généralement employés dans ce dernier cas : le premier surtout en Suède et en Westphalie; le second, en Angleterre et en France; on nomme aussi ce dernier : appareil à siphons, à pistolets, etc., selon les formes particulières des tubes de fonte.

L'appareil de Wasseralfingen se compose de tuyaux horizontaux, reliés par des coudes; le second, de tuyaux verticaux, ou fortement inclinés, dont les bouts inférieurs sont implantés dans les tubulures de deux caisses horizontales, dont l'une reçoit l'air froid, tandis que l'autre sert de réceptacle au vent qui vient de se chauffer dans les tuyaux divisés.

Au Pouzin, en 1857, pour chauffer le vent a 290°, on se servait de l'appareil Wasseralfingen à conduit unique. Ce conduit avait 0~,20 de diamètre intérieur et 36 mètres de longueur; la surface de chauffe était de 30 mètres carrés pour 25 mètres cubes de vent, soit 1"*ï,20 par mètre cube; à froid, la vitesse du vent était de 13 mètres par seconde.

A la Voulte, od faisait usage de l'appareil Galder à 9 siphons verticaux de chacun 7 mètres de longueur et 0",40 de diamètre intérieur. La surface de chauffe était également d'environ ^ mètres carrés pour 25 mètres cubes de vent, par appareil et tuyère.

Les tuyaux horizontaux, pour ne pas fléchir sous leur propre poids, ne peuvent avoir plus de % mètres de longueur. Chaque tuyau exige deux joints, soit 36 au Pouzin pour 18 à la Youlte; il en résulte des chances de fuite. Pour tous les appareils à air chaud en fonte, on ne peut employer que des joints h embcîtemeni^ avec ciment formé d'un mélange de limaille de fonte et d'argile humectée d'acide acétique. Les appareils à tuyaux horizontaux ne peuvent être chauffés qu'au gaz; en se servant d'un foyer à houille, les tuyaux de la rangée inférieure seraient promptement brûlés. Enfin, les tubes horizontaux ont l'inconvénient de se couvrir plus facilement de poussière, et d'exiger pour ce motif des nettoyages plus fréquents. On remédie à cet inconvénient, et l'on augmente en même temps la résistance à la flexion en donnant aux tubes une section aplatie, le grand axe étant vertical ; c'est la forme adoptée en Westphalie. La forme méplate a l'avantage d'agrandir la surface de chauffe, à* itesse égale de vent. C'est la raison qui Ta fait adopter dans les appareils à tuyaux multiples, malgré le frottement plus grand qui en résulte.

Deux conditions restent encore à remplir pour avoir un bon appareil à air chaud. 11 faut adopter le chauffage mèlhodiqucy et augmenter la section des tuyaux proportionnellement au volume dilaté du vent.

Le chauffage méthodique (IH)^ c'est-à-dire la marche inverse des gaz qui chauffent et des corps que l'on veut chauffer, peut être mieux réalisé dans l'appareil Wasseralfingen que dans le système Calder. On fait entrer l'air froid par le tuyau le plus élevé et sortir l'air chaud par le bout le plus voisin du lieu de combustion des gaz. Quant à la section graduée des tubes, on peut facilement la réaliser dans les deux appareils : dans celui de Wasseralfingen^ en augmentant le diamètre des tuyaux inférieurs, ou en les bifurquant, ainsi que cela se voit dans quelques usines du pays de Siegen; dans celui de Calder y en donnant aux siphons un profil légèrement conique. Mais cette double condition du chauffage méthodique et des sections graduées se réalise surtout bien dans quelques appareils du système mixte.

Appareil mixte à tube unique. On trouve deux exemples de ce système dans les usines du Cleveland, celles d'Ayresome et de Newport, Le vent se partage entre plusieurs appareils, composés chacun d'une caisse horizontale rectangulaire munie de tubulures reliées de deux en deux par des tubes en fl. Dans la caisse horizontale, entre les deux tubulures de chaque siphon se trouve une cloison transversale. 11 en résulte que le même air est obligé de parcourir successivement tous les siphons implantés sur la même caisse. Ces siphons, qui constituent au fond un système à tuyau unique, sont à section méplate, afin d'augmenter la surface de chauffe. Cette section reste constante d'un bout à l'autre de l'appareil, quoiqu'il eût été facile d'appliquer ici le précepte des tubes

à section croissante. Une même enceinte renferme deux tels appareils, indépendants l'un de l'autre, à caisses parallèles et à siphons inclinés latéralement de manière qu'au sommet ceux d'un appareil s'appuient contre ceux de l'autre. Le foyer à gaz est placé entre les deux appareils d'une même enceinte, du côté par où sort le vent chaud, en vue de réaliser le chauffage méthodique.

A l'usine d'Ayresome, il y a 6 foyers ou 12 appareils, de sorte que la masse d'air à chauffer se partage en 12 courants distincts, qui ne se confondent que dans le conduit général menant aux tuyères. Chaque siphon a 4",80 de hauteur, ou 9~,60 de développement; un appareil en renferme 7; par suite, la longueur totale du conduit est de 67 mètres. La section intérieure mesure 0'^,44 sur 0",08, soit 0"*',0352. Le périmètre correspondant est de 1",04, ce qui donne comme surface de chauffe 1,04 x 67 = 69"î,48.

Le volume à chauffer est de 150"*' pour les 121 appareils, soit 12"%5

par appareil simple et par minute, ou 0"%2t08 par seconde, ce qui donne

0 208 comme vitesse du vent froid ' = 5~,90, ou environ 18 à 20 mètres

dans le dernier siphon, que le vent abandonne à la température de

600 à 620^ La surface de chauffe par mètre cube et minute est

j-i-- = 5"%50. Mais chaque appiareil doit pouvoir chauffer au besoin

44 mètres cubes par minute (168 mètres cubes pour l'ensemble), ce qui ramène la surface de chauffe à 5 mèlres carrés.

A l'usine de Newport, il y a 9 appareils doubles par haut fourneau, dont 8 constamment en marche. Le vent se partage donc en 16 courants. Le volume total étant de 200~*, chaque conduit en reçoit par

nîinute -j^ = 12"*%50, comme à Ayresome. Mais chaque appareil ne

renferme que 6 siphons au lieu de 7, ce qui réduit la longueur totale du parcours à 58 mètres, chaque tube recourbé ayant la même hauteur qu'à l'usine d'Ayresome. La section intérieure est moins aplatie; elle mesure 0",42 sur 0",10 ou 0"«,0420. Le périmètre est, comme à Ayre* some, de 1",04, d'où une surface de chauffe, par appareil, de 60 mètres

carrés; soit, par mètre cube et par minute, jâ-^= 4"'«,80. C'est un peu

moins qu'à Ayresome, mais aussi on se borne à chauffer le vent à 590**,

0 208 au plus 600'. La vitesse du vent, mesurée à froid, atteint r~.-^ = 4",95.

On voit que les appareils de ces deux usines, en ce qui concerne la vitesse du courant et la surface de chauffe, sont dans de bonnes conditions ; mais on pourrait les améliorer en leur appliquant, en outre, le chauffage méthodique et l'accroissement progressif des siphons.

Appareils mixtes à conduits multiples. Un appareil mixte, à chauffage méthodique, formé de tuyaux multiples à section croissante, se trouve installé à Bessèges, à l'usine de la Rochette de Givors, à Terre-Noire, etc.

Un appareil, brûlant 30 tonnes de coke par %i, heures, se compose de

36 tuyaux verticaux, à cloisons intérieures, dressés sur deux caisses rectangulaires encastrées horizontalement dans la maçonnerie de la sole du four; chaque tube vertical est de section méplate ou ovale, ayant intérieurement 0",40 sur 0",20. La cloison intérieure laisse au sommet du tube une communication libre entre les deux moitiés. La longueur des tuyaux verticaux est de 2"',90. Le fourneau lui-même mesure intérieurement 5",35 en longueur, 3",50 en largeur et 3~,90 en hauteur, celle-ci étant comptée du bas des caisses et comprenant la couverture du four; les murs du pourtour ont O'^jiS d'épaisseur. Le vide intérieur des caisses rectangulaires a 0",60 de hauteur sur autant de largeur; ces caisses sont divisées en deux, dans le sens de leur longueur, par une forte paroi venue de fonte, sur laquelle viennent s'appuyer les cloisons intérieures des tuyaux verticaux. La première caisse, dont la longueur est de 5",25, porte 20 tuyaux, espacés de 0"*,26 d'axe en axe. La seconde caisse, placée parallèlement à la première et à sa gauche, mesure 4",80; elle porte 16 tuyaux. L'air froid pénètre par le bout d'avant dans le compartiment de gauche de la première caisse; ce compartiment est lui-même divisé en deux par une cloison transversale placée après le 9* tube; l'air passe du compartiment de gauche dans celui de droite en parcourant simultanément ces 9 premiers tubes; de ce dernier compartiment, qui est sans cloison transversale, l'air passe dans la partie postérieure du compartiment de gauche en traversant simultanément les 11 tuyaux suivants. Après ce double trajet, l'air arrive par un tuyau dans le compartiment de droite de la deuxième caisse, où il est chauffé une troisième fois, en se rendant, par les 16 derniers tuyaux, dans le compartiment de gauche de cette deuxième caisse. De là le vent chaud s'écoule enfin vers la tuyère par le tuyau porte-vent.

Les gaz du haut fourneau brûlent sur une grille placée dans la partie antérieure du fourneau, en avant de la seconde caisse, puis circulent au travers du fourneau, en sens inverse de la marche du vent, pour venir à la cheminée placée à côté de la grille. Le chauffage, on le voit, est réellement méthodique, et le vent passe par des tuyaux à section totale croissante. La surface de chauffe intérieure de chaque tube est de 2",80, ce qui fait 100*^80 pour les 36 tuyaux. Pour les 30 tonnes de coke par 24 heures, le volume de vent par minute est de 70 mètres cubes, soit une surface de chauffe de 1"«,45 par mètre cube. La température du vent est de 375'. La vitesse à froid, dans les 9 premiers tuyaux, est de 6*^,50; par suite, celle du vent chaud, dans les 16 derniers siphons, reste au-dessous de 10 mètres. Toutes ces conditions sont favorables à une bonne marche.

Ce système, où un appareil unique fournit le vent chaud à toutes les tuyères, est préférable au mode ancien, d'après lequel chaque tuyère a son appareil spécial. Ce dernier arrangement n'offre que l'avantage d'un trajet plus court entre la tuyère et l'appareil à air chaud. Un grand appareil utilise mieux la chaleur, fournit aux diverses tuyères un vent également chaud et permet de réduire les frais de construction. On

peut même ajouter qu*un grand appareil intervient en quelque sorte comme régulateur de la chaleur. Les variations brusques dans la nature des gaz réagissent d'autant moins sur la température du vent, que la masse de briques dont se compose le four est plus considérable. Sous tous ces rapports, Tappareil de Bessèges mérite la préférence sur ceux de Newport et d'Ayresome. Mais, comme régulateurs de chaleur, on doit surtout signaler les appareils en briques Siemens (592).

Appareils en terre réfractaire. Lorsqu'on veut dépasser 600*, il faut substituer la terre réfractaire à la fonte; mais comme Fargile cuite est peu conductrice de la chaleur, on ne peut s'en servir avec avantage sous forme de tuyaux, même s*il était possible de les rendre parfaitement étanches. Il faut donc avoir recours au principe des fours Siemens. M. Cowper a le premier réalisé ce mode de chauffage, en 1860, dans l'usine de MM. Cochrane et C% à Ormesby (Cleveland). En 1865 M. Withwell, maître de forges à Stokton on Tees, construisit un appareil basé sur le même principe. Chaque appareil, Cowper ou Withwell, est renfermé dans une vaste tour cylindrique, rendue étanche, comme les régulateurs à vent, par une enveloppe de feuilles de tôle de O~,O07 à 0",008 d'épaisseur. La surface intérieure est garnie d'un mur en briques réfractaires qui doit protéger la tôle et conserver la chaleur. On remplit cette vaste enceinte de briques réfractaires qui doivent tour ^à tour absorber, puis céder la chaleur. Pour chauffer le vent, il faut deux appareils identiques : dans l'un d'eux, on chauffe les briques* tandis que les briques chaudes de l'autre abandonnent au vent la chaleur précédemment absorbée. Toutes les heures, ou toutes les deux heures, on intervertit le jeu du double appareil, comme dans les fours Siemens ordinaires. Il faut donc que les briques emmagasinent assez de chaleur pour chauffer le veat au même degré, pendant ce laps de temps d'une ou deux heures; d'où il suit que la surface de chauffe et la masse des briques doivent être beaucoup plus grandes dans les appareils nouveaux que dans les anciens, et cela malgré la chaleur spécifique élevée de l'argile, qui est presque double de celle de la fonte. Tandis que les surfaces de chauffe des appareils en fonte sont de 0"î,50 dans les plus anciens, et de 5 mètres carrés dans les plus modernes, par mètre cube de vent à chauffer par minute, on trouve dans l'appareil Whitwell 7 à 8 mètres carrés, et dans le four Cowper-Siemens jusqu'à 18 et 20 mètres carrés. Le poids des briques, par mètre cube de vent k chauffer par minute, est de 3000 kilog., lorsque, dans les appareils formés de tuyaux, on trouve au maximum 1000 kilog. de fonte, et le plus souvent, dans les appareils ordinaires, pas au delà de 3 à 400 kilog. Enfin, la vitesse du vent doit être moins considérable dans les appareils en terre réfractaire, à cause de la moindre conductibilité de l'argile pour la chaleur.

On ne trouve, en effet, pour la vitesse à froid que 1",50 à 2 mètres dans le four Whitwell, et seulement 0"',15 à 0",20 dans le four Cowper- Siemens. Cette différence de vitesse entre les deux appareils est d'ailleurs rachetée par une différence énorme dans l'étendue du parcours.

Ce dernier est de 60 mètres dans le four Wbitwell, contre i6 mètres, ou même 8 à 9 mètres, dans l'appareil Gowper. Les deux appareils diffèrent surtout l'un de l'autre par le mode d'arrangement des briques qui remplissent l'enceinte. Dans le four Whitwell, elles forment un grand conduit unique^ une sorte de long serpentin à branches verticales; dans le four Cowper, un nombre considérable de canaux étroits^ relativement courts. On peut donc assimiler le premier au système Wasseralfingen, le second à l'appareil Galder.

Gruner cite un appareil Gowper-Siemens destiné à chaufiTer 150 à 180 mètres cubes d'air par minute vers 800', et un appareil Whitwell pour chauffer 100 mètres cubes par minute vers 750 à 800% pour une production d'environ 40 tonnes de fonte par 24 heures.

592. Fours Siemens et Ponsard (Traité de métallurgie^ par Gruner). Au lieu de tubes en fonte pour le chauffage de Taîr (587, 591), on peut se servir de briques réfractaires pour transmettre la chaleur par conductibilité. Mais, à cause de la porosilé des briques et des nombreux Joints, on ne peut réaliser des canaux étanches, dès que la pression de l'air devient forte. Leur emploi est forcément borné au cas où l'air est amené dans les foyers par simple aspiration. G'est le principe des fours Boëtius, Ponsard^ etc., principe mentionné par F. Siemens dans son premier brevet anglais, du 2 décembre 1856.

Le four Boëtius est un générateur à doubles parois, entre lesquelles, circule l'air, qui doit plus tard brûler les produits du gazogène. On utilise ainsi, dans ce foyer pour le chauffage de l'air de combustion, la chaleur qui se perd^ dans les foyers ordinaires, par transmission directe, au travers des parois.

Le procédé Ponsard consiste à faire passer les produits de la combustion par une série nombreuse de carneaux parallèles, reliant le laboratoire à la cheminée. Ces carneaux sont à minces parois et isolés les uns des autres par des conduits semblables, que parcourt, en sens inverse, l'air aspiré par le foyer. On utilise ainsi, par voie de chauffage méthodique, une partie de la chaleur qui, dans les fourneaux ordinaires, se dissipe en pure perte par les cheminées. (Voir dans les Mémoires de la Société des Ingénieurs civils (1874) une étude de M. S. Périsse, sur le four Ponsard.)

La seconde classe d'appareils de chauffage des gaz dont on se sert dans les usines métallurgiques, est fondée sur le principe de la régénération de la chaleur (Siemens). Ils se composent de deux conduits multiples en briques réfractaires, que quatre valves font parcourir tour à tour^ en sens inverse, par les gaz brûlés à leur sortie du four, et qui cèdent leur chaleur avant de se rendre à la cheminée, et par l'air, qui l'enlève à son tour aux parois du canal avant de venir, chaud qu'il est alors, brûler les gaz qui sortent du gazogène pour entrer dans le four. C'est le chauffage méthodique dans toute sa rigueur (p. 766). Un des conduits multiples s'échauffe ou se refroidit pendant que respectivement l'autre se refroidit ou s'échauffe, effet qu'on obtientà l'aide des valves. En donnant à ces conduits une longueur suffisante, et aux gaz chauds une

IIÉTALLURGIE. FONDERIES. 771

vitesse faible, on peut abandonner ceux-ci presque froids, tandis que

Tair, que Ton se propose de chauffer, parcourt de proche en proche des

régions graduellement plus chaudes.

Les appareils de chauffage sont de deux sortes* selon que Tair et les

gaz, qu'il s*agit de chauffer, soni.k faible ou à haute tension. Lorsque la tensioii est faible, on peut se contenter de chambres ou

de conduits en briques réfractaires ordinaires; lorsqu'elle est forte, il

faut renfermer le système entier dans une enveloppe étanche, en tôle de

fer; c'est le cas du vent comprimé des machines soufflantes. Le premier mode suffit, lorsque l'air ou les gaz, que Ton veut chauffer,

sont simplement aspirés par une cheminée, ou faiblement poussés par

un ventilateur de vitesse modérée.

Le principe de la régénération de la chaleur a été appliqué, pour la

première fois, en 1860, au chauffage du vent à haute pression, par

M. Cowper, dans l'usine d'Ormesby (Cleveland) (591). Le gazogène Siemens est à air libre, avec plan incliné pour faciliter

la descente du combustible, et grille en gradins, élément important de

la réalisation pratique du chauffage au gaz. Siemens emploie, dans

certains cas, une grille inférieure, qui existe toujours dans le gazogène

ordinaire Ponsard.

L'une des applications les plus importantes des fours Siemens est

leur emploi pour la fabrication de l'acier (568). 593. M. Boistel (Société des ingénieurs civils^ 16javril 1875), indique

ainsi les recherches de Siemens :

Au sujet du récupérateur, MM. Siemens ont essayé une disposition

suivant laquelle l'air est seul chauffé par échange de température à travers des cloisons réfractaires; mais ils ont été conduits à l'éloignement des gazogènes, et à l'inversion des courants, qui est un régulateur de la répartition de la chaleur dans toute la capacité du four. On peut citer à l'appui les fours de glaceries, qui ont une longueur intérieure de plus de 1 1 mètres, et les fours d'Ebbw-Vale, qui ont 6™,50 et huit portes, et dans lesquels on réchauffe 72 tonnes de lingots Bessemer en 24 heures, avec une consommation de houille de 175 kilog. par tonne d'acier.

Il n'est plus un seul four destiné à la fabrication des glaces qui ne soit chauffé par les procédés Siemens; l'application de ces procédés s'est moins répandue dans la fabrication du verre à vitres et des bouteilles. Cependant le nouveau mode de fusion et de fabrication du verre, sur la sole d'un four, et d'une façon continue, donne sur les anciens procédés une économie de 50 à 70 p. 100. D'après Siemens, le départ du silicium et du carbone de la fonte, dans le puddlage ordinaire, est entièrement dû à l'action des oxydes de fer fluides contenus dans le bain, et ce bain s'augmente d'une quantité équivalente de fer mécanique, réduit de ces oxydes. Elle prouve qu'on peut puddler sur une sole en silice. L'emploi de l'hématite pour le garnissage des-soles a pour effet d'obtenir une quantité de fer supérieure au poids de la fonte, si l'on a soin de fournir au bain une proportion suffisante d'oxyde. Il y a, dans les fours à puddler ordinaires, un écart considérable entre la quantité théorique

et celle produite réellement. Gela tient à la facilité d'absorption du soufre, et de Toxygène par le fer à Tétat d*éponge; remploi des fours Siemens réduit de beaucoup cet écart. Malgré la présence de chaudières placées sur les fours, on obtient une économie journalière de 65 francs par fonr des nouveaux procédés sur les anciens.

Les fours à réchauffer le fer donnent une économie de 3 à 5 p. iOO sur les déchets, et de 50 p. 100 sur le combustible.

LTi .

DISTILLATIOI. FAIIICATIOI DE L'ALCOOL, DO SUCIE