COKE

Principe de Im fAbrieation. — Quand on soumet les houilles à Taction de la chaleur, certaines d'entre elles, dites houilles grasses, se ramollissent vers 340°, avant de se décomposer notablement et se soudent alors en une masse plus ou moins compacte ; il n y a pas fusion complète, mais seulement ramollissement partiel.

La distillation commence un peu au dessus de cette température; il se dégage d'abord de Teau, des carbures volatils, puis, au fur et à mesure que la température s*él6ve. des gaz de plus en plus abondants et de moins en moins carbures, formés, à partir de 900^^, d'hydrogène à peu près pur. La distillation est pratiquement achevée vers 1.000° ; souvent, on ne pousse pas la distillation jusqu'à son achèvement complet, dans la fabrication du gaz d'éclairage, par exemple, et le coke obtenu renferme encore quelques matières volatiles. Ce coke, obtenu au dessous de 900° possède^ à cause de sa teneur en hydrogène, un pouvoir calorifique plus élevé, utilisable lorsque le coke sen au chauffage domestique. Pour le haut-fourneau, au contraire, il est préférable d'employer un coke entièrement distillé et fabriqué par suite à la plus haute température.

Les houilles les plus convenables pour la fabrication du coke renferment de 18 à 22 0/0 de matières volatiles; plus la proportion de ces matières est £iible, plus le rendement en coke est élevé ; Tavantage est évident, mais aussi, lorsque cette proportion devient trop faible, les houilles n'ont plus un pouvoir agglomérant suffisant. On se limitait autrefois à l'emploi de ces houilles, mais leur abondance dans les gisements ne répondant pas à la consommation croissante du coke^ on a été obligé d'employer des houilles de composition plus variable et Ton va aujourd'hui

depuis 17 jusqu'à 32 0/0 de matières volatiles. On peut même employer des houilles ne tenant pas plus de 14 0/0 de matières volatiles, mais à la condition de les mêler avec des houilles grasses en s'arrangeant pour avoir alors un mélange qui renferme en moyenne de 25 à 26 0/0 de matières volatiles.

Facteurs diTers de la qualité du ooke. — La qualité des cokes dépend, en dehors delà qualité de la houille et de la température de cuisson qui sont les deux facteurs essentiels, d'un certàm nombre d'autres circonstances importantes à prendre en considération.

La vitesse d'échauffement joue un rôle notable dans le résultat final. La distillation lente passe pour donner des cokes plus durs parce que les goudrons ont le temps de se décomposer dans la masse incandescente et de la cimenter plus complètement par un nouveau dépôt de charbon. Par contre, cette lenteur de la distillation élève le prix de revient, en diminuant le rendement des appareils.

Le broyage préalable de la houille augmente beaucoup la dureté: et la compacité du coke. Pratiquement il est impossible de faire de bon coke métallurgique sans broyer le charbon. C'est là une • opération assez difficile, car elle doit être faite après lavage, sur des matières encore humides, renfermant environ 10 0/0 de leur poids d'eau. Ce broyage se fait dans des appareils du genre des broyeurs Carr. La finesse obtenue est telle que 80 0/0 en moyenne du charbon passe à travers un tamis à toile de 2 mm. d'ouverture. La dépense de force est d'environ 3 chvx-heure par tonne de houille broyée.

Voxydaiion des houilles à l'air modifie considérablement leur pouvoir cokéfiant ; il semble que la fixation d oxygène se pone précisément sur la matière fusible dont le rôle dans Tagglomération est prépondérant. On doit employer le charbon le plus rapidement possible après son extraction de la mine; c*est une raison pour placer les fours à coke sur les houillères.

On a cherché par l'addition de cenaines matières étrangères à

augmenter artificiellement le pouvoir agglomérant de la houille. Des recherches assez complètes poursuivies dans ce sens par M. Hennebute (i) n'ont conduit jusqu'ici à aucun résultat bien concluant, mais elles ont été le point de départ d'autres études intéressantes sur la transformation des goudrons en brai propre à la fabrication des agglomérés. Certaines matières oxygénéees, le sucre, par exemple, ont la propriété, en se décomposant sous l'action de la chaleur, d'abandonner une quantité considérable de leur carbone sous une forme solide, agglomérée et très dure. Les goudrons au contraire, soumis à l'action de la chaleur, distillent en ne laissant que très peu de carbone fixe. M. Hennebute avait supposé qu'en fixant de Toxygène sur les goudrons, on pourrait les transformer en matière se comportant comme le sucre, et dont le prix de revient serait assez bas pour permettre leur addition à la houille, dans la fabrication du coke. Ces prévisions ne se sont pas vérifiées, l'oxygène ne se fixe pas sur les goudrons aux températures de 200"^ à 300^, où il commence à réagir, mais, il enlève de Thydrogène, en laissant des carbures beaucoup plus condensés, semblables, peut-être mêmes identiques, à ceux du brai et pouvant le remplacer dans la fabrication des agglomérés.

Un des plus grands perfectionnements réalisés dans la fabrication du coke, a été Temploi de la compression. La masse de charbon pulvérulente soumise à la distillation se ramollit insuffisamment^ pour permettre à tous les grains de se coller les uns contre les autres sur toute leur surface. Ils se soudent seulement par des points de contact isolés, dont Tétendue tend encore à diminuer par le boursoufflement qui accompagne la décomposition. La compression de la matière en augmentant les points de contact et en s*opposant au gonflement accroît considérablement la solidité des cokes ; nous verrons que cette solidité est une de leurs qualités les plus essentielles.

Cette compression a d'abord été obtenue en augmentant la

(i) Congrès des Mines et de la Métallurgie de Liège (1907).

2^4 INTRODUCTtON A L'ÉTUDE DB LA HëTALLUKGtE

hauteur Ju charbon soumis à la distillation et en renfermant dans

Fig. 17. — PiloDDeuse électrique de l'atelier de la Felguera (I^pigne).

(,Bul. Hoc. lad. J/iiu, LXXXIX (ISIrtl.

des cornues élevées ; en premier lieu les fours verticaux AppoU et plus tard, les fours belges, à cornues horizontales, dont on a

progressivement augmenté la hauteur. En diminuant en même temps Tépaisseur de la masse de charbon entre les parois solides, on s'oppose par i'arcboutement résultant du frottement contre les parois, au gonflement de la masse en décomposition. On est arrivé aujourd'hui à avoir des cornues de 0,50 m. seulement de largeur pour 2 m. de hauteur ; pour certains charbons même, on réduit encore la largeur des cornues.

Cette action utile des parois a par contre l'inconvénient de soumettre le four à des efforts considérables qui tendent à le disloquer et Ton doit, suivant la nature des charbons, modifier certains détails de construction. Les houilles les plus maigres, qui sont aussi les moins molles pendant la distillation, sont celles qui exercent les efforts les plus considérables contre les parois.

Allant plus loin encore dans cette voie de la compression, on a depuis quelques années essayé d'employer la compression mécanique du charbon avant son introduction dans le four. On le pilonne dans des caisses en tôle avec des appareils semblables à celui de la figure 27 de façon à faire des sortes de gâteaux que Ton pousse ensuite à l'intérieur du four. Cette compression préalable en augmentant le nombre des points de contact entre les grains de charbon et diminuant les vides restés entre eux donne un coke plus dense ; ce procédé de compression est avantageux pour les houilles riches en matières volatiles qui tendent à donner un coke trop poreux. A première vue il serait plus avantageux encore pour les houilles maigres, à faible pouvoir agglomérant, dont il durciraitle coke, mais dans ce cas on s'exposerait à avoir des pressions trop énergiques contre les parois des fours et aies disloquer.

Propriétés du coke. — Le coke se présente sous forme de masses prismatiques provenant de la rupture par retrait du gâteau pendant sa formation à température élevée II présente une couleur grise, avec un aspect brillant semi métallique, d'autant plus accentué qu'il provient de houilles plus grasses. Il est toujours criblé de bulles et de cavités intérieures de telle sorte que la densité de morceaux de coke ne dépasse guère i quand celle

du carbone compact est voisine de i,8. Le coke en morceaux, dans une capacité de grand volume, comme un wagon, pèse au mètre cube de 300 à 350 kg. pour les cokes légers, de 400 à 450 kg. pour les cokes durs.

L a composition chimique du coke est en général représentée par les chiffres suivants :

Carbone fixe 80 à 82 0/0

Mat ères volatiles 2 à 3

Cendres 10 à 12

Eau hygrométrique 4^5

Voici des analyses de coke faites par M. Malher sur des cokes métallurgiques ou préparés au laboratoire :

Analyse élémentaire,

Bta Pouvoir

Origine G H 0 + Az hygrosc. Cendres calorifique

Grand Combe. . 89273 0.212 2,215 0,500 7,800 7.010

Commentry . . 92,727 0,444 2,629 » 4,200 7 665

Anzin .... 9i»582 0.633 ^-5^5 * » 3 200 7.787

Pennsylvanie. . 91.036 0,685 2,146 0,233 5,900 7.528

J::alyse élémentaire abstraction faite des cendres.

Origine G H 0 + Az Pouvoir cal.

Grand Combe , . . 97-353 0,231 2,416 7920

Commentry. , . . 96,792 0,463 2.745 8.001

Anzin 97'709 o>654 1*637 8.044

Pennsylvanie • . . 96,984 o 730 2,286 8 036

Cette présence constante d'hydrogène et d'oxygène dans le coke donne immédiatement Texplication des quelques particularités observées dans l'essai des houilles pour matières volatiles. En se reportant aux tableaux donnés plus haut pour les anthracites, on voit que la proportion de matières volatiles dégagées par calcination est inférieure au poids total de corps gazeux enfermés dans la houille primitive. Cela explique également la variation dans la proportion totale des matières volatiles, dans le cas de

houilles riches en éléments volatils, quand on change quelques détails des conditions de Tessai ; il peut rester dans le coke plus ou moins d'éléments gazeux. Ce n*est pas du reste la seule raison des variations de la teneur en matières volatiles, la proportion de carbone volatilisé avec Thydrogène et l'oxygène change également avec les conditions de lexpérience.

Il s*agit là de la composition du coke séché à Tair, mais à la sortie des fours, en raison du grand excès d'eau employé pour Textinction, la proportion d'eau retenue par le coke est beaucoup plus considérable. Elle peut s*élever en moyenne à 5 0/0. Aussi, quand on achète du coke, est-il indispensable de bien spécifier dans quelles conditions le poids sera mesuré. Le coke au déchargement du four, le coke séché par un séjour prolongé à Tair et enfin le coke séché à 300° correspondent à des quantités de matières combustibles notablement différentes.

La résistance à l'écrasement par centimètre carré des bons cokes, varie de 90 à 180 kg., c'est là une propriété très importante à prendre en considération. Elle est intéressante, en ellemême et indirectement par sa corrélaxion avec la compacité.

Il est indispensable pour le haut fourneau d'avoir un coke assez dur pour résister à Técrasement sous les pressions considérables qu'il supporte, car la hauteur delà charge est généralement comprise entre 20 et 30 m. D'ailleurs, des matières solides ne peuvent se toucher que par des points de contact limités sur lesquels les pressions, par unité de surface se trouvent considérablement augmentées. Enfin, pendant la descente de la charge, le coke est soumis à des frottements, qui tendent à faciliter sa désagrégation. Or, la présence de matières fine< oppose un obstacle presque absolu à la marcbe des hauts*fourneaux, la résistance au passage de Tair croit extraordinairement vite à mesure que les passages qui lui sont offerts diminuent de section, d'autant plus que pendant la descente de la charge, il se produit un tassemeot qui fait glisser les petits grains entre les plus gros morceaux et tend à réduire de plus en plus les vides.

La dureté est en relation avec la compacité^ ou absence de

porosité ; la dureté est d'autant plus grande qu*il y a moins de vides ou que ces vides sont mieux isolés les uns des autres. Cette question de la porosité du coke a, d'autre part, une très grande imponance au point de vue de la quantité consommée dans le haut-fourneau pour la production d'un poids donné de fonte. Le coke brûle dans deux régions distinctes : devant les tuyères où il fournit la chaleur nécessaire à la fusion des laitiers ; en ce point, la compacité n'a pas d'importance, car la quantité de coke brûlée est rigoureusement proportionnelle au volume d'air souiflé, et vers la partie supérieure du haut-fourneau, où le coke se trouve en contact avec de l'acide carbonique, provenant d'une part de la décomposition de la castine, sous Taction de la chaleur, et d'autre part, de la réduction de l'oxyde de fer par l'oxyde de carbone. Cet acide carbonique tend à volatiliser une nouvelle quantité de carbone dépensé ainsi en pure perte en régénérant de Toxyde de carbone. Cette production supplémentaire d'oxyde de carbone constituait autrefois une perte sèche, car on laissait brûler les gaz à la sortie du gueulard ; aujourd hui où Ton utilise les gaz dans les moteurs, la perte est moindre, mais elle n'est pas nuile, car il serait bien plus économique de fabriquer ce gaz dans un gazogène avec de la houille à moitié prix du coke. Cette action de Tacide carbonique sur le coke n'est pas instantanée et est d'autant plus complète que le coke est moins compact.

Il y a encore^ indépendamment de la question u'économie de combustible, intérêt à éviter la formation d'oxyde de carbone dans la partie moyenne du haut-fourneau, parce que ce gaz, lorsque la proportion en devient trop forte, se décompose à nouveau au sommet du haut fourneau en donnant du carbone pulvérulent, qui obstrue le haut-fourneau, et s'oppose au passage des gaz en donnant lieu à des irrégularités de marche, à des explosions et inconvénients de toutes sortes.

La question de la dureté et de la compacité du coke est donc «de toute première importance et les métallurgistes peuvent payer notablement plus cher, en y trouvant encore leur bénéfice, un coke dur et très résistant à Tacide carbonique.

- Le coke renferme toujours, en dehors des cendres proprement dites, deux impuretés dont la présence est extrêmement nuisible dans la métallurgie du fer : le soujre et le phosphore.

Nous avons indiqué précédemment les limites extrêmes entre lesquelles ces deux corps varient dans les houilles : i à 2 o/o de soufre, dont moitié environ reste dans le coke et o,oi à o.i de phosphore dont la totalité reste dans le coke. Après carbonisation, le soufre du coke se trouve entièrement à Tétat de sulfure de fer, mais celui-ci s*oxyde à la longue au contact de Tairde telle sorte que du coke anciennement fabriqué renferme à la fois des sulfates solubles et du sulfure, mais au point de vue de Temploi, les deux formes du soufre sont aussi nuisibles, elles repassent toutes deux pendant la combustion à Tétat d'acide sulfureux. Dans le haut fourneau le soufre se partage entre le fer et le laitier, la majeure panie passant dans le laitier quand il est très basique et en proportion suffisante. Dans les cubilots, où le coke est employé pour la seconde fusion de la fonte, la majeure partie de son soufre s'échappe avec les gaz chauds, mais une partie est toujours fixée par le mttal; chaque fusion enrichit donc la fonte en soufre.

La totalité du phosphore passe au haut-fourneau dans la fonte. L'inconvénient de ce phosphore est plus ou moins grand, suivant les usages de la fonte ; il est très nuisible pour la fonte Bessemer, un peu nuisible pour la fonte de moulage mécanique, avantageux au contraire pour la fonte Thomas.

En tout cas, dans Tanalyse d'un coke, le dosage du soufre et du phosphore est aussi indispensable que la détermination du poids total des cendres.

O. Simmersbach indique, comme condition \ exiger d'un bon coke :

Soufre moins de i o/o

Phosphore — o,oi o/o

Eau — 40/0

Cendres — 9

Résistance à Técrasemenl supérieure à 80 kg. par i cm*. Poids de i m' après dessiccation à 100® entre 400 et 450 kg.

Fabrication. — La fabrication du coke est devenue une opéra* tion industrielle courante^ du jour seulement où le coke a été employé dans les hauts-fourneaux à la fabrication de la fonte. Cette innovation est due à un ingénieur anglais, Dudley, et remonte à Tannée 1619; auparavant on employait exclusivement le charbon de bois.

Cette fabrication est passée par une série d'étapes successives dont nous allons d'abord indiquer en quelques mots les grandes lignes. Au début, la carbonisation de la houille se faisait en tas^ à Tair, exactement comme la carbonisation du bois, mais depuis une époque déjà très reculée, on commença à faire cette distillation dans des fours fixes. Ces premiers fours étant du type dit jours à boulangers, à cause de leur forme intérieure en voûte surbaissée, appelés encore beehive ovens (fours à alvéoles), à cause do mode de groupement de ces fours entre eux, rappelant dans une certaine mesure, les alvéoles des ruches d'abeilles. Ces fours sont encore très répandus aujourd'hui dans certains pays, notamment en Angleterre et aux Étals-Unis ; on prétend parfois que leur coke est plus dur et donne un meilleur rendement au haut-fourneau, que celui des fours modernes plus perfectionnés.

En 1856, une transformation complète de la fabrication du coke a été réalisée par l'emploi des fours à cornue horizontale imaginés par Knab à Commentry puis perfectionnés par Carvès à Saint-Éticnne et par Coppée en Belgique ; ils sont généralement connus sous le nom de fours belges; en 1886, une nouvelle évolution de la fabrication a commencé avec les fours Semet-Solvay disposés pour recueillir un certain nombre de sous-produits de la distillation de la houille : goudron, ammoniaque et gaz combustible, matières qui étaient employées auparavant au chauffage et dont l'excédent était perdu dans Tair sans recevoir d'emploi.

Enfin, dans ces dernières années, Tapplication du principe de Siemens, relatif à la récupération des chaleurs perdues, a constitué un dernier progrès en permettant de réduire la quantité de gaz brûlés pour le chauffage des fours et d'en laisser par suite une

plus forte proportion disponible pour les usages extérieurs, chauffage des chaudières ou moteurs à fçaz.

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Fig. 28. — Schéma du fonctionaemeat d'un four à coke ordinaire.

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Fig* 29. — Schéma du foQCtioanemeat d'un four à récupératio.i de sous proauits.

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Fig. 30. — Schéma du fonctionnement d'un four à récupération de sous-produits et

régénération de chaleur.

M. Bousquet dans une conférence faite en 1907 à l'institut chimique de l'Université de Nancy a donné une série de croquis

schématiques montrant d'une façon parlant aux yeux cette évolution du four à cornue. Nous reproduisons ici les trois diagrammes empruntés à la conférence de M. Bousquet. Le premier correspond à l'utilisation des chaleurs sensibles perdues au moyen de chaudières placées contre les fours en avant de la cheminée, de façon à recueillir une partie de la chaleur des fumées avant de les rejeter à Tair libre. Le second diagramme représente Tutilisation des sous-produits, goudrons et eaux ammoniacales, les gaz étant tous renvoyés au four et les chaleurs perdues disponibles employées comme précédemment au chauffage direct des chaudières. Enfin, le troisième diagramme représente les dispositions modernes dans lesquelles une partie du gaz est envoyée directement aux moteurs à gaz et les chaleurs perdues des fumées des fours sont employées à échauffer l'air de combustion, ce qui diminue d*autant la combustion du gaz dans ces fours (fig. 28, 29, 30).

Nous aurons dans les pages suivantes l'occasion de faire de nombreux emprunts à cette conférence de M. Bousquet, ainsi qu'à une communication sur le même sujet, faite en 1909 devant la Société des Ingénieurs civils par M. Cuvelette, ingénieur au corps des Mines, directeur adjoint des mines de Lens.

Four à boulanger. — Le four à boulanger (fig. 31) présente une forme sensiblement hémisphérique, ou plus exactement cylindrique sur une certaine hauteur avec une voûte hémisphérique comme couverture. Son diamètre varie de 2 à 4 m. et sa hauteur de 1,30 à 2 m. Une ouverture à la partie supérieure de la voûte permet reilfournement du combustible qui est chargé sur une hauteur de 0,50 à i m.

Le charbon chargé dans le four encore chaud dune opération précédente se met immédiatement à distiller ; une ouverture ménagée dans la porte de déchargement donne accès à une quantité limitée d'air qui vient brûler une partie des gaz combustibles au dessus de la masse de charbon. Leur combustion échauffe la voûte et celle-ci à son tour échauffe par rayonnement la masse de combustible. La carbonisation obtenue par ce procédé est néces-

CARfiOKISATION DES COMBUSTIBLES

2î4 INTRODUCTION A l'ÉTUDE DE LA MÉTALLURGIE

sairement très irrégutière, la partie supérieure est plus fortement chauffée que la partie inférieure en contact avec la sole; on a souvent, au voisinage de celle-ci, des ïncuits appelés pieds noirs. Par contre, ce mode de chauSage obligeant tous les gaz et vapeurs dégagés par la houille à traverser la couche supérieure la plus chaude, provoque une décomposition plus complète des carbures volatils et donne, au moins dans la couche supérieure, un coke très dur et de qualité tout à fait supérieure. L'admission d'air i l'intérieur du four a l'inconvénient de provoquer la combustion d'une partie du coke ; le déchet de ce chef, peut s'élever de lo à 15 0/0.

Hg. }i. — Four belge. Coupe maivcrsale.

Une fois la distillation achevée, on ouvre la porte de déchargement et l'ouvripr vient avec un crochet en fer tirer dehors la masse de coke incandescente, pendant que d'autres ouvriers placés à côté de lui arrosent le coke au fur ei à mesure de sa sortie, pour l'éteindre. C'est là un travail très pénible pour les ouvriers ei partant très ccùteux.

Fc or belge. — Les fours dits du type belge (fig. 32 et 33) sont constitués par une grande cornue horizontale dont les parcis

sont formées d'une maçonnerie creuse à travers laquelle circule la

ClUtBONISATION DES COMBUSTIBLES 235

fiamme provenant de la combustion des gaz de la distillation de la houille. L'air s'est tn£l£ au gaz qu'après h sortie de ce dernier de la cornue; il ne peut donc y avoir aucune combusrioQ anticipée du coke, d'où un premier avantage de ces fours. Un second avantage non moins considérable est de se prêter au déchargement mécanique et de réduire ain» considérablement les dépenses .de main d'œuvre. Le chargement se &it, comme dans les fours i boulanger, au moyen d'ouvertures percées

^V- H- ~ ^^"^ belge. Coupe longiiodinile.

dans la voûte de la cornue ; elles sont au nombre de trob sur sa longueur. Pour le déchargement, on enlève deux pones qui forment les fonds à chaque extrémité de la cornue et une machine à vapeur vient chasser le gâteau de coke, au moyen d'un bouclier présentant à peu près la section intérieure de la cornue et commandée par une crémaillère. Le gâteau de coke à sa sortie est arrosé à la lance par des ouvriers qui se placent de chaque cd:é ou simplement par des pommes d'arrosoir débitant une quantité d'eau proportionnée à la vitesse de sortie du gâteau.

Pour obtenir l'extinction rapide du coke, il faut désagréger le gâteau, de façon à faciliter la pénétration de l'eau jusqu'au centre. Ce travail était d'abord fait 1 la main, au moyen de grands ringards tenus par des ouvriers. On obtient plus économiquement

le même résultat^ en faisant sortir le gâteau de coke, non pas sur une surface plane, mais sur une surface inclinée où il glisse par son propre poids, en s'effondrant au fur et à mesure qu'il arrive sur la pente. Il reçoit à ce moment son arrosage et tombe au bas de la pente dans des wagons métalliques qui remportent pendant que Texcès d'eau d'imbibition s*évapore, sous Taction delà chaleur centrale des fragments.

Dans le premier type des fours Coppée^ les parois de la cornue étaient percées de trous verticaux, au sommet desquels des ouvertures laissaient entrer Tair nécessaire de la combustion. Les flammes descendaient à travers des canaux verticaux, pour se rendre par un conduit souterrain à une cheminée commune à un massif de fours; chaque massif de fours comprenait 12 à 18 cornues semblables, réunies en un seul bloc, par des armatures métalliques puissantes.

Le nombre des types de fours à coke existant aujourd'hui est extrêmement considérable, chaque fabricant, instruit par son expérience personnelle, a aJopté certains détails particuliers et tous ces four^ ont naturellement des noms différents, au milieu desquels il est assez difficile de se reconnaître, car ils ne différent le plus souvent que par des détails insignifiants.

Les plus importantes modifications apportées au type primitif de Coppée ont été les suivantes : au début, les parois creuses de la cornue servaient en même temps de pieds-droits, pour supporter la voûre de ces cornues. Lorsque les parois qui constituent la partie la plus faible du four avaient besoin d'être réparées, il fallait démolir tout le four et enlever les voûtes. Dans les fours Semet-Solvay on essaya de les supporter par des pieds-droits indépendants, sur les deux faces desquels sont placées des poteries creuses servant à la circulation des flammes. Le remplacement de ces poteries peut donc se faire sans toucher au massit du four. Ce système est aujourd'hui abandonné.

La disposition verticale dw's conduits de flamme fut abandonnée à son tour et remplacée par une disposition horizontale où le réglage des flammes était plus facile. Les conduits horizontaux,

OÙ le gaz combustible circule, étaient disposés en chicane avec des admissions d*air successives, de fnçon à obtenir une combustion progressive et une température aussi uniforme que possible. Cette disposition horizontale permettait d'installer aux deux extrémités de chaque conduit des regards facilement accessibles et rendait beaucoup plus facile la surveillance de la combustion. Mais aujourd'hui, les procédés de contrôle plus méthodiques employés dans les usines, la perfection plus grande des détails de construction des fours, permettent d'obtenir un chauflFage très régulier avec les conduits verticaux et l'on est revenu à l'emploi de ceux-ci car ils ont l'avantage de donner au four plus de stabilité et de nécessiter moins de réparations. Ils permettent d'obtenir un chauflFage plus énergique et plus uniforme de la paroi, de mieux cuire les deux têtes du gâteau de coke en chauffant davantage les extrémités des pieds -droits vers lesquels en peut diriger une plus grande quantité de gaz. La perte de charge à la circulation des gaz est moins grande et Ion peut employer une moindre dépression motrice. Ils sont par cela même plus étanches, la dépression dans les carneaux étant moindre.

Les dimensions de ces fours sont arrivées à se fixer d'une façon sensiblement uniforme. La cornue a lo m. de longueur, la distance d'axe en axe de deux cornues voisines est de i m., la largeur intérieure de la cornue varie de 0.55 m. pour les charbons gras à 30 0/0 de matières volatiles, jusqu'à 0.35 m. pour les charbons maigres à 16 0/0 de matières volatiles. La largeur la plus habituelle est de 0,53 m., pour les charbons à coke normaux à 22 0/0 de matières volatiles. Il faut donner à la cornue une certaine conicité pour permettre le déchargement mécanique; elle est en général de 0,06 m. d'une extrémité à l'autre de la cornue. Pour les charbons riches en matières volatiles, on pourrait presque réduire à o la conicité, pour les houilles très maigres, il faut aller jusqu'à 0,10 m.

La charge d'un four des dimensions indiquées ici, peut être de 7,5 t. et la distillation dure 36 heures. La production de coke

est donc de 5 t. par 24 heures. La température dans les conduits de flamme est de 1 100* à 1200°.

Les quantités de chaleur disponibles dans la combustion des matières volatiles données par la houille sont bien supérieures à celles qui sont nécessaires pour la carbonisation, comme le montrent les chiffres suivants empruntés à la conférence de M. Bousquet.

Chaleur disponible dans la combustion des gaz et vapeurs fournis par la distillation de i kg. de houille à coke à 22 0/0 de matières volatiles 1.400 Cal.

Voici d*autre part les quantités de chaleurs nécessaires pour la distillation de i k. de houille. La chaleur attribuée aux matières volatiles est celle qu'elles emporteraient à Tétat sensible si les gaz se dégageaient au dehors du four, au lieu d'être immédiatement brûlés dans les carneaux.

Perte par rayonnement du four 246

Emportée par le coke incandescent .... 1 36

Emportée par les matières volatiles chaudes . 180

Théoriquement disponible 839

Total. . . . 1.400

La chaleur inutile pour la carbonisation, et par conséquent disponible, représente donc les 60 0/0 de la chaleur totale que peut fournir la combustion des matières volatiles..

On ne brûle pas complètement dans les carneaux du four les matières combustibles, parce que si on le faisait on aurait une température beaucoup trop élevée qui mettrait rapidement les fours hors de service sans donner de meilleur coke. On doit donc limiter l'entrée de l'air et les fumées renferment encore beaucoup de gaz combustibles : elles sortent de plus du four à une température élevée, voisine de ïooo°, aussi s'enflamment-cUes à la sortie delà cheminée, au contact de l'air extérieur, en donnant au sommet des cheminées ces larges flammes qui signalent i grande distance dans la campagne les installations de fours i coke.

On utilise parfois les chaleurs sensible et latente ainsi empor-

tées par la fumée en accolant des chaudières à l'extrémité de chaque massif de four. Mais la dispersion des chaudières, nécessitée par cette organisation, n'est pas très avantageuse.

RéoupératioD des ■omprodnits. — Un progrès considérable a été réalbé en limitant la température, non pas, par réduction de la quantité d'air, mais par suppression d'une partie des gaz combustibles, pris directement aux fours, l'excédent étant employé à d'autres usages. Si ce progrès n'a pas été réalisé plus tôt, c'est que cette récupération d'une partie des produits combustibles exige des installations très complètes et partant très coûteuses, compensant en partie l'avantage économique résultant des quantités de chaleur rendues ainsi disponibles.

En fjit, on ne laisse pas une partie des gaz aller directement dans les carneaux de combustion, en enlevant seulement du four la partie inutilisée, mais on complète les fours à coke par une véritable usine à gaz, de tous points 'semblable à celles qui sont destinées à la fabrication du gaz d'éclairage, c'est-à-dire où tous les gaz sont refroidis, les goudrons et eaux ammoniacales condensés et recueillis. Le gaz refroidi est partagé en deux parties, l'une est renvoyée aux (ours à coke pour leur chauflfage, et l'autre est utilisée, soit à chauffer des chaudières, soit plutôt aujourd'hui à actionner des moteurs à gaz. Mais pratiquement la quantité de gaz ainsi disponible est sensiblement nulle avec la houille à 22 0/0 de matières volatiles. Elle pourrait s'élever à 2 o 0/0 avec une houille à 30 0/0 de matières volatiles.

Les sous-produits recueillis ainsi sont, pour un four cuisant 5 t. par 24 heures, et par tonne de houille à 22 0/0 de matières volatiles :

Sulfate d'ammoniac 8 à 10 kg.

Goudron 20 à 25

Benzol 3^5

Le gaz obtenu dans ces fours à coke présente un pouvoir calorifique inférieur (chaleur de combustion pour eau vapeur) de 4.000 Ql., moindre que celui du gaz d'éclairage proprement dit^

qui est de 5.000 Ql. Cette différence tient à ce que, par suite de la température plus élevée des fours, le gaz est plus riche en hydrogène et par suite plus pauvre en méthane, une partie de ce dernier gaz ayant été décomposée par la chaleur ; or, le pouvoir calorifique du méthane est, à volume égal, 4 fois plus grand que celui de Thydrogène. Enfin ce gaz renferme une proportion importante d'azote provenant des rentrées d'air résultant de ce que le four marche généralement en dépression. Voici la composition moyenne du gaz de four à coke :

Acide carbonique 3

Oxyde de carbone 6

Méthane 20

Hydrogène 58

Carbures non saturés 1.5

Azote 10

Oxygène 1.5

Total 100,0

Ces chiffres se rapportent aux résultats obtenus à Lens et donnés par M. Cuvelette dans sa conférence devant la Société des Ingénieurs civils; on arrive aujourd'hui en soignant la marche des fours à diminuer les rentrées d'air et à réduire la teneur en azote et oxygène à la moitié de la valeur donnée au tableau d'analyse. Nous reproduisons également, d'après le même auteur, un tableau graphique donnant la comparaison de la composition des différents gaz combustibles industriels (fig. 34).

L'importance de la récupération d'une partie du gaz combustible s'est beaucoup accrue depuis le développement des grands moteurs à gaz qui donnent pour la production de la force motrice une bien meilleure utilisation de ce combustible, que les anciennes machines à vapeur; la consommation de gaz à pleine charge est de 0,625 m' par cheval effectif et par heure. La consommation serait double avec une machine à vapeur; il ne faudrait pas en conclure cependant que les avantages des deux modes d'utilisation du gaz varient dans le même rapport, car il faut faire entrer

en ligne de compte les frais d'installation et d^entretien des machines, beaucoup plus élevés dans le cas des moteurs à gaz. L'emploi du gaz des fours à coke dans les moteurs donne lieu à deux difficultés : la présence des goudrons très nubibles par Tencrassement des soupapes nécessite une épuration très complète, semblable à celle que Ton exige pour le gaz d'éclairage; on arrive à ne laisser dans le gaz que 0,02 gr. de goudron par mètre cube. Le soufre, également très nuisible par l'altération des métaux, doit être abaissé au moins jusqu'à 0,2 gr. par mètre cube et même si possible à 0,1 gr. Enfin, la forte proportion d'hydrogène dans ce gaz tend à le rendre plus facilement inflammable et à faciliter les inflammations anticipées.

Réoupération de la chaleur. — Les fours à récupération de sous-produits perdent encore toute la chaleur latente emportée parles fumées sortant des fours à i.ooo^. On peut l'employer au chauflfage de chaudières, mais il est plus avantageux de l'utiliser dans les fours mêmes en appliquant le principe de la récupération de Siemens. Les tumées sont envoyées dans des récupérateurs, grandes chambres garnies de briques réfractaires qu'elles échaufient, puis ensuite on fait passer dans les mêmes chambres l'air servant à la combustion des gaz de chauffage. On a le double avantage de récupérer une certaine quantité de chaleur ce qui diminue d'autant la quantité de gaz combustibles à brûler dans le tour et porte la proportion de ces gaz disponibles jusqu'à 30 0/0 et même, dans le cas de houille riche en matières volatiles, à 50 0/0 du volume total des gaz produits par la distillation pouvant dans un moteur à gaz fournir 50 chvx. En outre, l'air arrivant déjà chaud, vers la température de 400^, brûle beaucoup plus facilement les gaz combustibles qui reviennent froids de l'usine à gaz où ils ont été épurés et séparés de leurs goudrons et des eaux ammoniacales. On échauffe d'ailleurs un peu ces gaz avant de les brûler en les faisant circuler avant leur mise en contact avec l'air dans des conduits chauffés par le voisinage du four.

Les récupérateurs peuvent être disposés de deux façons diffé-

Ils i s

rentes. Tantôt on les place directement sous les cornues où se fait la distillation, chaque cornue ayant ainsi sa chambre propre de récupération. Cest le cas des fours Koppers (fig. 35 et 36). Le massif du four est divisé en deux parties par un plan horizontal au niveau de la sole des cornues. La partie inférieure comprend les régénérateurs et la partie supérieure le four proprement dit. La séparation horizontale est percée de carneaux par lesquels les gaz passent du four aux récupérateurs et réciproquement. Des robinets commandés par un câble métallique qu'actionne une dynamo permet de renverser toutes les demi-heures, le sens des courants gazeux. La capacité des régénérateurs est de 5,5 m* par cornue offrant une surface de régénération de 80 m' envi ron.

Dans le second type de fours d'Otto (fig 37 et 38) les régénérateurs sont disposés longitudinalement de part et d*autre d e la batterie de fours. Ils sont reliés à un canal horizontal, passant sous chaque cornue et metunt en relation les conduits où se fait la combustion dans la paroi des cornues, avec les récupérateurs. Une seule vanne d'inversion permet dans ce cas de renverser le sens du courant gazeux.

L'emplacement logique des régénérateurs est sous les fours, les galeries de réglage étant rejetées sur les côtés. La difficulté est alors de rendre facile Taccès et le nettoyage des busettes de gaz combinées avec les carneaux verticaux. Les dispositions adoptées pour lever cette difficulté varient à l'infini. Koppers place d^s regards à la partie supérieure; CoUin et Carvès ont une arrivée distincte de gaz par trois ou quatre carneaux et la rejettent su r le côté. La répartition du gaz risque alors de n'être pas réguliè re entre les différents carneaux. Otto au contraire avec ses régénérateurs rejetés sur le côté, et sa galerie sous le four facilite, au moins en théorie, Taccés des brûleurs, mais pratiquement la température est tellement élevée dans cette galerie enveloppée par le four et les régénérateurs que son accès est presqu*impossible à moins d'une ventilation spéciale très énergique. Par contre, on augmente le volume des maçonneries, par suite les frais de

Fig, j5, — Coupe locgiiuùinale.

Fig 36. — Coupe transversale.

CARBO-fISATION DES COMBUSTIBLES 24$

premier établissement et on maltiplie les pertes de chaleur par rayonnement et conductibilité. Cette disposition cependant facilite les réparations éventuelles. En somme les avantages et inconvénients des différents systèmes se compensent i peu près.

Coupe pw 1« fotir

Fig. î7 et 58.

Pria d« ravlent. — Le prix de revient du coke comprend le prix d'achat de la houille ou le pris attribué i cette houilles! la fabrication est faite par les houillères elles-mêmes, les frais d'a< moriissemeni et d'entretien des fours et enfin les frais directs de fabrication.

Les frais de construction du four proprement dit sont pour le four à boulanger 700 fr. ; pour le four belge 3.000 fr. ; pour le four i récupération des sous-produits 6.000 fr. et pour le four complet avec récunération de chaleur 10.000 fr. Les frais d'ins-

tallation de l'usine à récupération dessous-produits peuvent s'élever à 10.000 frcncs par four et ceux de l'installation de Tatelier de broyage à 5.000 fr.

Les frais directs de fabrication peuvent se décomposer comme suit pour la distillation d'une tonne de coke :

Frais de surveillance 0,90

Broyage et mélange des houilles . . . 0.32

Chargement 0,45

Carbonisation 0,68

Divers . 0.53

Total 2.88

N'entrent pas dans ces chiffres la valeur de la houille distillée, Tintérèt du capital, ni les frais de récupération des sous-produits.