oo
I 5oo 1 .370 supérieur à 1..S00
supérieur à i.5oo 1 .220 1 . 0.60 1 . 395 1.470 1 . 370 i.iGo I .i65 1.220 1 .280 I .o3o i.i5o 1 .290 I .Soc 1.178 i.23o 1.265
cendre à une température supérieure de 200^ à celle de la définition française.
On mesure les températures par comparaison avec des montres de S^[er, qui sont vendues tout étalonnées, avec des points de fusion espacés de 20 à 25^ dans l'intervalle de éoC à i 8oo<^. Elles sont composées d*un mélange en proportion convenable de sable quartzeux pur, feldspath, carbonate de chaux et kaolin.
Le tableau précédent donne la proportion et le point de fusion des cendres de quelques houilles (i). En général les cendres des charbons gros sont plus fusibles que celles des charbons maigres à courte flamme.
Le tableau ci-dessous donne la composition de quelques-unes des cendres du tableau précédent :
Origine de U houille
Cessons
Trescol
La Levade . .
Blanzy
Montrambert Menu-Pontil .
Anîche
Si o>
Fe«0»
MgO
so»
ToUl
Composition. — La composition moyenne des cendres oscille autour des chiffres suivants :
SiO* 54 MgO I
Fe*0' . 8 SO» I
CaO 2
Soufre. — Pour les applications, deux éléments : le soufra et le phosphore sont très importants à prendre en considération, en raison de leur action très nuisible dans la métallurgie du fer. G)mme il a été dit plus haut, le soufre existe souvent dans la
(i) H. Le Chatelier et Chantepie. Étude sur la fusibilité des cendres' de combustibles. {Bulletin de la Société d'Encouragement, février 1902.)
houille à Tétat de pyrite, sa proportion variant de i à 2 0/0 ; mais il existe parfois aussi, comme dans le lignite, à Tétat de combinaison organique. En distillant la houille pour la transformer en coke, ou élimine avec les matières volatiles une panie du soufre, mais il en reste toujours près de la moitié dans le coke obtenu; il est alors à Tétat de sulfure FeS, mais se transforme à la longue en sulfate au contact de Tair humide.
Plx>sphore, — Le phosphore existe dans les cendres de houille en quantité beaucoup moindre que dans les cendres de bois, mais en raison de la teneur plus élevée en cendres, la proportion du phosphore, relativement au poids total du combustible, est plus élevée. Elle varie sensiblement dans un même gisement comme la proportion des cendres, c'est-à-dire que la proportion de ce corps rapportée au poids des cendres est à peu près constante, mais d'un gisement à lautre, la teneur en anhydride phosphorique des cendres varie de 0,2 à 2 0/0, ce qui peut donner dans là fonte au haut-fourneau, de 0,05 à o>i 0/0 de phosphore. Pour la fabrication des fontes employées au Bessemer acide, il faut que la teneur en anhydride phosphorique des cendres soit la plus faible possible.
Préparations. — On soumet généralem.cnt, à la sortie de la mine, la houille à différentes préparations ayant pour but den faciliter l'usage : le classement, le lavage et Y agglomération.
Le classement par grosseur est très avantageux, la combustion des morceaux d^égale grosseur, sans poussier, étant beaucoup plus facile. D'autre part, la grosseur la plus convenable varie suivant Tusage auquel est destinée la houille. Dans les gazogènes, par exemple, on emploie des morceaux de la grosseur du poing, et pour les fours à chaux on préfère la grosseur des grains de café. Le classement s'opère dans des trommels^ cylindres tournants à axe incliné en tôle perforée, ou sur des grilles dont les barreaux oscillent et permettent aux morceaux, de dimension inférieure à l'espace qui les sépare^ de passer au travers. Le charbon sur ces grilles avance lentement et se sépare sans qu'on ait à
craindre la pulvérisation qui résulte des chocs inhérents à l'emploi des trommels. On préfère cependant en général les tables à secousses, en tôle perforée, d'un entretien plus facile.
Parfois avant d'opérer le classement on soumet les plus gros morceaux à un concassage entre des pointes, au moyen de roues dentées ou de mâchoires disposées de façon à éviter, autant que possible, la production de poussier ; ceci ayant pour but de faciliter l'opération du triage et d'augmenter la proportion de la grosseur moyenne, la plus avantageuse pour la vente.
La seconde opération est le triage ou \t lavage, qui a pour objet de réduire d'une façon notable la proponion des cendres. On peut, eneff^iît, par ces opérations, réduire de moitié leur teneur initiale ; cela tient à ce que la majeure panie des cendres est interposée sous forme de lamelles de schiste et ne fait pas panie intégrante du combustible.
Pour les gros morceaux, on emploie le triage à la main ; on fait circuler le charbon au moyen d'une toile sans fin, devant des trieurs, femmes ou enfants, qui enlèvent à la main les morceaux de schiste et les morceaux de charbon trop barrés par ces schistes. Pour les matières plus fines, menu et poussier^ la séparation se fait par des procédés mécaniques, au moyen de courants d'eau qui séparent la houille et le schiste d*après leur différence de densité. La séparation est d'autant plus complète que les grains sont plus fins, au moins jusqu'à une certaine limite ; aussi, quand cette finesse n'a pas d'inconvénients, comme pour la fabrication du coke ou des agglomérés, on fait un demi-broyage du charbon avant de l'envoyer au lavoir.
Chaque centre minier emploie pour la désignation des différentes grosseurs des nomenclatures particulières, correspondant d'une façon générale aux quatre divisions : gros, mi-gros, menu et poussier dont les dimensions sont environ : pour le poussier, o à 5 mm. : 5 à 50 pour le menu, 50 à 150 pour le mi-gros et au delà de 150 pour le gros.
Les quelques exemples suivants montrent les variétés de noms employés dans cette classification :
202 INTRODUCTION A L*ÈTUDE DE LA MftTALLURGIE
Gros : gailletterie, grêlons, cassés, œufs.
Mi-gros : tètes de moineaux, grèlassons, dragées.
Menu : noisettes, braisettes, etc.
Quand on ne fait aucune séparation, le chariK>n est dit toutvenant ou industriel; il renferme toutes les grosseurs, depuis le gros jusques et y compris le poussier. En réalité^ il arrive fréquemment que le charbon vendu comme tout-veoant est seulement un mélange de gros et de poussier, ce qui facilite le placement toujours difficile de cette dernière catégorie; on en enlève les mi-gros dont la vente est la plus avantageuse.
La majeure partie des charbons gras, les deux tiers environ de la production dans les mines du Nord et du Pas-de-Gilais sont ainsi vendus à Tétat industriel^ avec la garantie d*une certaine proportion de morceaux, 25 à 50 0/0 suivant les marchés, ne traversant pas une grille à barreaux espacés de 30 mm. De ï industriel 20-25 ^/^ est du tout-venant laissant de 20 à 25 0/0 de résidu sur la grille en question.
Dans les bassins houillers de la Belgique et de l'Angleterre, les conditions de vente sont analogues, mais la définition de la grille n'est pas la même.
Une petite quantité de charbon maigre est également vendue ï Tétat tout-venant, dans les mêmes conditions que le charbon gras. Il est alors destiné à être mêlé, pour le chaufiage des chaudières, au charbon gras, car il ne pourrait brûler seul sur une grille.
Le plus souvent, le charbon maigre est classé en grosseurs bien régulières ; voici une division très généralement employée :
Plus de 80 mm. gailletterie
De 80 à 50 gailleiin
De 50 à 30 tète de moineau
De 30 à 20 braisette
De 20 à 10 grain
Moins de 10 fine
La tendance actuelle est de faire des classifications de plus en plus nombreuses, de façon à livrer du charbon de grosseur abso-
lument uniforme, condition très favorable au bon emploi du combustible. Cenaines mines du Nord subdivisent encore les grains et les fines de la façon suivante :
De 20 i 1 3 grain pour gazogène
De 13 à 5 grain pour four à chaux
De 5 à o poussier
On peut également faire au-dessus de la gailleterie une catégorie de gros, ayant plus de 150 mm. mais ce n'est pas là une dimension de vente courante.
Pour utiliser le poussier des charbons maigres, qui ne peuvent donner de coke par suite de Tabsence de pouvoir agglomérant, c'est-à-dire, anthracites et charbons contenant jusqu'à 15 0/0 de matières volatiles, on fabrique des agglomérés artificiels, par addition de brai, dans la proportion de 10 0/0 environ du poids de la houille.
On agglomère également les poussiers gras, bien qu'ils puissent être brûlés directement, pour en faciliter la manutention et simplifier le service des chaudières.
Ces agglomérés ont la forme tantôt de grosses briquettes employées pour le chauffage des locomotives, untôt de boulets servant au chauffage domestique. L'agglomération est obtenue en chauffant le mélange de brai et de charbon jusqu'à température de fusion du brai et comprimant la masse chaude sous une pression énergique dans des moules métalliques. La solidification du brai après refroidissement donne une masse dure qui peut être brûlée dans les foyers comme des morceaux de charbon. Le braest employé comme agglomérant de préférence au goudron ordinaire parce qu*au heu de distiller complètement sous faction de la chaleur, il laisse un résidu solide d'agglomérant de coke.
Les agglomérés doivent satisfaire pour la vente à trois conditions définies par les marchés : teneur en cendres maxima, teneur en matières volatiles minima et degré de cohésion, mesuré par désagrégation dans un cylindre tournant.
204 INTRODUCTION A l'ÈTUDE DE LA MfeTALLURGIE
Prix de revient. — Le prix de revient de la houille en France varie de lo à 12 francs, se décomposant ainsi :
Main d'œuvre ouvrière.
Fourniture de matières .
Frais généraux et divers
Total.
Les deux tiers de la mnin-dœuvre sont dépensés au chantier pour Tabatage, le boisage et la mise en place des remblais.
La moitié des fournitures de matières se rapportent aux bois employés pour le soutènement dans les chantiers et galeries.
Ce prix de revient se rappone au charbon brut. Le lavage pour diminuer h teneur en cendres majore ce prix de revient de 2 francs soit 20 0/0. moitié pour les frais directs de lopération et moitié pour le déchet résultant de l'enlèvement des pierres avec un peu de charbon, de 10 0/0 environ de la quantité envoyée au lavage. Enfin Tagglomération entraine une dépense de 6 à 7 francs.
Le prix de vente a été en moyenne, en 1908 sur le carreau de la mine, de 16 francs, et, au lieu de consommation, de 24 francs.
En 1908 la consommation de houille en France a été de 55 millions de tonnes, représentant une valeur de 1,3 milliard de francs. Cette production et cette consommation exprimées en millions de tonnes se décomposent ainsi :
Prodoction
Production nationale Importation . . .
Exportation . .
Total. .
Consommation
Métallurgie .
Chemins de fer Mines . . .
(jaz d'éclairage Domestique .
Divers. . .
Total
COMBUSTIBLES LIQUJDES NATURELS
Constitation. — Les combustibles liquides naturels sont constitués par les pétroles. On laissera de côté ici les huiles végétales qui sont employées à l'éclairage et au graissage, mais ne servent jamais de combustibles industriels à cause de leur prix de revient trop élevé.
Les pétroles sont des mélanges d'une infinité de carbures différents, appartenant soit à la série du méthane et Je formule générale C'*H-'» + * (pétroles d'Amérique), soit à la série de Téihylène et de formule C" H*" (pétroles de Russie).
Les deux centres principaux de l'exploitation sont Tun sur les bords de la mer Caspienne et l'autre aux États-Unis. On trouve les pétroles à des profondeurs variables et on les extrait par des puits fonctionnant comme puits artésiens ou à Taide de pompes d^épuisement.
Lepouvoircalorifique des pétroles brutsest voisin de lo 500 Cal., c'est-à-dir^e notablement plus élevé que celui des houilles. On soumet très fréquemment avant emploi, le pétrole à la distillation pour séparer les carbures de volatilité différente. En France, en particulier, le pétrole n'est jamais employé à l'état brut. Il existe toute une série de classifications de ces produits distillés suivant les pays et les usages. £n France, on distingue principalement Tcssence minérale, le pétrole lampant et les huiles lourdes qui servent au graissage. Les noms doimés à ces produits varient avec les pays et c'est là une source de confusion assez fréquente. L'essence minérale, par exemple, est appelée benzine en Allemagne et ligroïne ou naphte en Angleterre. Les pétroles lampants portent en France des noms variés (luciline, oriflamme, sixoléine, etc.).
Les huiles lourdes sont aussi appelées oléonaphtes,
La distillation fractionnée du pétrole brut d'Amérique permet de séparer les différents carbures de formule C"H*" + * dont les
propriétés et les usages varient avec Texposam n de la formule générale, comme l'indique le tableau suivant :
Température
Produits obtenus
Vdears de n
DeDfit«
au-dessous de 47* de 47 à 70»
de 70 à i20« de 120 à iSo** de i5o à 280' de 280 à 4oo«
Produits gazeux
Ethers de pétrole
Essences minérales
Pétroles lampants
Huiles lourdes
I à 4 5 et 6
7 et 8
10 et II ■
au-dessus de 1 1
On obtient ensuite la paraffine et la vaseline et si Ton va plus loin, il reste le coke de pétrole. Après condensation les divers produits distillés sont soumis à une épuration chimique destinée à détruire certains corps étrangers : on traite par l'acide sulfurique, puis on lave à l'eau et on neutralise par la soude.
La distillation des pétroles de Russie est analogue, mais il reste une plus grande proportion de résidus, les fna:(puts, qui sont employés pour le chauffage des locomotives.
La distillation s'opère en Amérique dans des chaudières cylindriques en tôle placées horizontalement à 2 m. environ au-dessus des foyers contigus. On emploie en Russie une cornue unique, où l'on charge de façon continue de nouvelles quantités de liquide brut.
Les éthers et essences s*évaporent à Tair et forment un mélange détonant, propriété que Ion met à profit dans les moteurs à explosion, mais qui présente un certain danger pour les usages domestiques, danger qui n*est pas à craindre avec les pétroles lampants.
Le tableau suivant, emprunté aux études de M. Mahler, rapproche la composition et le pouvoir calorifique d*un certain nombre de combustibles liquides, y compris l'huile de colza et le goudron de houille donnés comme termes de comparaison :
Les huiles de schiste mentionnées dans ce tableau sont extraites
des schistes bitumineux. On les trouve en abondance dans la région d*Autun et à Péchelbronn.
Gombaftible
Pétrole brut d'Amérique
Pétrole brut du Caucase
Essence minérale de pétrole. . . .
Pétrole lampant
Huile lourde de pétrole
Huile de schiste de Péchelbronn . .
Huile de schiste
Huile de goudron
Goudron de houille .
Huile de colza.
ii»7
Poavoir ralorifiqa«
II 100 Cal, lO.Soo 1 1 090 II .o5u 10 900 »
Emploi. — Les combustibles liquides ont un double avantage : celui de ne pas présenter de cendres, ce qui évite Tencrassement des foyers et celui de pouvoir être amenés au foyer d'une manière continue et très fégulière au moyen de robinets qui règlent leur écoulement. De cette façon, une fois les proportions convenables d*air et de combustible admises dans le foyer bien réglées, le chauffage se continue indéfiniment dans les mêmes conditions. La combustion des liquides présente néanmoins une grave difficulté résultant de ce que le liquide, admis en bulles plus ou moins grosses, se vaporise en donnant des masses volumineuses de vapeur dont il est difficile d'obtenir le mélange complet et rapide avec la quantité d*air nécessaire à la combustion totale. Avec les carbures d'hydrogène des goudrons et pétroles, on est exposé de la sorte à la formation de fumées abondantes qui encrassent alors rapidement les appareils et même les obstruent complètement. On arrive à empêcher leur formation en employant, pour les fours^ des chambres de combustion de très grandes dimensions et, quand cela n'est pas possible, pour le chauffage des chaudières, par exemple, un brassage énergique par jets de vapeur ou d'air comprimé lancés sous des pressions s'élevant parfois jusqu'à 20 kg., ce qui donne des flammes très courtes de i à 3 m. de longueur.
:o8 INTRODUCTION A l/ÉTUDE DE LA MÉTALLURGIE
Les combustibles gazeux n'existent à Tétat naturel qu'aux États-Unis où certains terrains pétrolifëres dégagent d'une taçon continue des gaz combustibles formés en majeure partie de méthane, premier terme de la série des carbures saturés des pétroles. Ces gaz tiennent, en Pennsylvanie, de 8$ à 95 0/0 de Qniiin-^î et le reste d*azote; à Pittsburg, de 75 à 85 0/0 de C»H*« + 2 Qi le reste d'hydrogène et d'azote. Les carbures désignés ici sous la formule générale QH*""^* sont en réalité .composés de 90 0/0 de méthane CH* et 10 0/0 d'éthane C-H*. Ces gaz sont plus faciles à brûler que les liquides.
Il n^y a pas lieu pour l'Europe de se préoccuper de combustibles de cette nature, bien que dans certaines mines on ait tenté d^utiliser les dégagements de grisou: On a même proposé de laisser les mines inexploitées pour se borner à recueillir le grisou qui se formerait, en oubliant que le dégagement du grisou se ralentit rapidement dès qu'une exploitation continue ne met plus à nu de nouvelles surfaces de houille. Dans une mine très grisouteuse en exploitation intensive, le dégagement du grisou par 24 heures peut s'élever jusqu'à 50.000 m*.
