MATIÈRES CHAUFFÉES PAR LA FLAMME

Généralités. — Tous les fours où la matière est chauffée par le contact direct de la flamme, mais reste isolée du combustible solide, comprennent essentiellement trois parties : un foyer pour brûler le combustible, un laboratoire pour contenir la matière à chauffer et enlin un appareil de tiragey cheminée, ventilateur ou autre pour obliger d*abord Tair à arriver en contact avec le combustible et ensuite la flamme produite à venir chauffer les matières élaborées. Ces trois parties des fours sont d'ailleurs absolument indépendantes ; il est possible de combiner un foyer quelconque avec un laboratoire et un appareil de tirage quelconques ; il sujffit que leurs dimensions relatives soient proportionnées.

Chacune de ces parties des fours présente des dispositions variées qui peuvent se grouper autour d*un petit nombre de types distincts dont voici Ténumération :

Foyers :

Grille pour les combustibles solides en morceaux. Foyers sans grille pour le bois.

Appareils à combustion de poussier de charbon. Injecteurs-pulvérisateurs pour combustibles liquides. Brûleurs à gaz.

Laboratoires :

Réverbères.

Chambres.

Tunnels.

Fours tournants.

appareils de tirage :

Qiernioées. <

Souffleries.

Éjecteurs.

Nous commencerons par étudier dans ce système de fours le laboratoire, parce que ses dispositions dépendent directement de la luture des matières traitées.

HérarMrM. — Le réverbère (fig. 66) est un type de four

Echtlla 100 iDm. pour I n.

Fig. 66. — Four k Téverbère pour la fu^on de la fonte.

disposé de façon k permettre aux ouvriers de remuer et de travailler pendant le chauÛage les matières traitées. Cette condition impose l'obligation de disposer les matières sur une faible épais-

434 DITRODUCTIOK A l'ËTUDE DE LA MÉTAIXUEGIE

seur, da laisser au-dessus d'elles et en dessous de la voâte du four un espace vide suffisant et enfin d'arolr des portes par lesquelles

lés ouvriers introduisent les ringards ou les pelles servant au travail. Les dimensions de ces fours sont extrêmement variables, ils sont en général d'autant plus petits que le chaufiage a besoÎQ

d'être pins uniforme, ce qui limite leur longueur à celle de la partie chaude de la flamme et que l'intervention de l'ouvrier doir être plus acdve et plus fréquente, ce qui limite leur largeur, ainsi que l'épaisseur de la couche de matière chaufiée. Les fours à puddler où le travail de l'ouvrier doit être très actif auront 1,50 m. de largeur, 2 m. de longueur et une hauteur de la voûte au-dessus de la sole variant de 0,50 m. à i m. Vers Tune de ses extrémités la sole est séparée du foyer par un petit mur de 0,20 m. sur 0,40 m. de hauteur, appelé autels et à l'autre extré« mité, elle communique avec la cheminée par un canal appelé rampant. Les fours à réchauÔer les lingots d'acier ont une longueur beaucoup plus grande qui atteint une dizaine de mètres ; la température n'a pas besoin d'être uniforme, parce que Ion introduit les lingots froids vers le rampant dans la partie moins cfaauflée et, ensuite on les approche successivement vers l'autel, c^est-à-dire vers la partie plus chauffée, d*où on les enlève pour les porter au laminoir. Souvent dans ce cas^ on incline h sole vers l'autel de façon à faciliter aux ouvriers le déplacement des lingots que la pesanteur aide à rouler vers les points les plus bas. Les fours de grillage (fig. 67) ont des dimensions plus grandes encore, leur largeur atteint 3 m. car ils présentent des portes sur les deux faces latérales pour le travail des ouvriers. Les longueurs de ces fours peuvent atteindre une vingtaine de mètres. Le travail de l'ouvrier est intermittent, il a seulement à retourner de temps en temps la matière pour renouveler son contact avec l'air et pour Tavancer progressivement vers le foyer.

Chambras. — Les fours à chambre sont constitués par de grandes chambres cylindriques ou reaangulaires, dans lesquelles on empile les matières à chauffer, quand elles ont besoin seulement de subir Faction de la chaleur sans nécessiter aucun travail de la part de l'ouvrier. U y a intérêt à augmenter la capacité de

ces chambres de façoa à rédwirç les pcilv? 4? çh^lçw par lç§

parois extérieures. Mais dette augmentation des dimensions rend très difficile lobtention d'une température uniforme, absolument nécessaire cependant pour la cuisson de certaines matières comme

le grès et la porcelaine. Ces produits céramiques fondent et se déforment» si la température est de 20<> trop élevée; ils présentent au contraire une pâte poreuse et non translucide, si h température est de 20^ trop basse. On arrive cependant à régler assez exactement la température dans de grands fours à chambre pour qu'en fin de cuisson les écarts d'un point à Tautre n'atteignent pas 10® en plus ou en moins de la température normale.

Nous avons déjà vu l'emploi de ces chambres pour la fabrication du charbon de bois. On se sert alors de chambres rectangulaires atteignant jusqu'à i.ooom' de capacité. Dans la cuisson de la porcelaine^ au contraire, les petits fours ronds de Sèvres descendent jusqu'à lo m' de capacité. Ce sont là, à peu près, les dimensions extrêmes de ce genre de fours.

Il y a une difficulté assez grande à obtenir^'dans ces chambres, une température uniforme, car les régions voisines du foyer» qui reçoivent le coup de feu, tendent à être plus chaudes que les régions situées au voisinage des conduits de sortie des fumées. On remédie à cet inconvénient en employant le chauffage à flamme renversée ; on fait arriver les flammes et gaz chauds sortant du foyer directement sous la voûte de la chambre : ils s y étalent en formant une nappe horizontale, puis on les fait descendre régulièrement à travers la chambre de chaufie en les aspirant par des ouvertures percées dans la sole inférieure de la chambre et communiquant avec une cheminée extérieure. Ce mode de chauffage est presque exclusivement employé dans tous les fours à laboratoire très vaste. Il ne suffirait pas cependant à assurer l'identité rigoureuse des températures du haut au bas de la charge ; on l'obtient dans la cuisson de la porcelaine en finissant le chauffage avec une flamme ayant juste la température maxima à obtenir. Celle-ci cesse alors d'échauffer les parties de la charge les plus chaudes et amène peu à peu les parties basses, plus froides, à la température du sommet du four. Ces échanges de chaleur sont nécessairement très lents et il faut prolonger assez longtemps cette dernière période de chauffage, et par suite dépenser pas mal de combustible pour obtenir un très faible échauffement final. Quel-

LES POUKS 437

qaefois od recourt, pour obtenir cette nniformité de la température, k un procédé plus perfectionné encore, consistant à placer à l'intérieur du four une double paroi intérieure séparée de lo cm.

Ècbella s ma. ponr 1 m.

Fig. 68. — Fout i pocceUiDc.

du massif extérieur; cette paroi est interrompue un pea avant le sommet du four (fig. 68). On envoie alors les fiammes dans le bas de cet espace annulaire où elles commencent ï chauffer la parde inférieure de la charge par transmisùoo de la chaleur à travers la

438 INTRODUCTION A l'ÉIUDE DE LA MÉTALLURGIE

paroi. Cette double enveloppe a rinconvénieat de diminuer considérablement le volume utile du four occupé par les matières à .cuire; il en résulte un accroissement de la dépense de combustible, car celle-ci est fonction des dimensions extérieures du four, beaucoup plus que de son contenu.

Tous les fours à chambre ont une marche essentiellement discontinue, il faut les laisser refroidir pour pouvoir les décharger et ensuite les recharger, contrairement aux fours à réverbère que Ton charge en pleine chaleur par les portes de travail. Ces arrêts forcés limitent la production de chaque four ; ils ne peuvent fidre plus d'une cuisson par semaine et parfois même une seulement par mois. Cela entraîne Timmobilisation d*un capital important. Mais il résulte en outre de cette intermittence de la marche des pertes de chaleur considérables, car la masse du four à chauffer est souvent plus importante que celle des objets à cuire. On peut, dans une certaine mesure, chercher à récupérer une partie de cette chaleur en faisant passer dans un four en refroidissement Tair nécessaire à la combustion d'un second four voisin en chaut* fage, et en même temps, on peut envoyer les flammes perdues encore très chaudes sortant du four en cuisson dans un four en préparation ; on groupe alors 4 fours voisins, 3 étant ainsi en marche pendant que le quatrième est en déchargement et chargement. Mais, la combinaison de ces 4 fours est assez délicate à réaliser» elle ne donne pas un temps suffisant pour les opérations du chargement et du déchargement. On a finalement adopté une solution beaucoup plus simple, consistant à prendre un four Hoffmann chauffé au gaz ; les chambres sont rangées sur deux lignes parallèles et entre elles deux court un conduit amenant le gaz combustible du gazogène. Des dispositifs variés permettent d'envoyer à volonté le gaz combustible dans telle ou telle chambre. L'air nécessaire à sa combustion arrive déjà chauffé par son passage à travers des chambres en refroidissement, et les fumées traversent des chambres en préparation avant de se rendre à la cheminée. Les conduits souterrains conduisant à la cheminée, an lieu d*être placés au milieu du massif du four, comme dans les

anciens fours Hoffmann, sont placés à droite et à gauche des deux rangées de chambres. Ce dispositif est employé surtout pour la fabrication des grés cérames et pour la cuisson des charbons électriques.

Tunnels. — Malgré tous ces perfectionnements, les fours à chambres, comme les fours à réverbère, donnent une très mauvaise utilisation de la chaleur; il est impossible de récupérer d^une façon satisfaisante la chaleur absorbée par les parois du four. Un dispositif d'un usage relativement récent, celui du four-tunnel donne une solution infiniment plus satisfaisante, au moins en théorie. Le principe en est le suivant : un long conduit horizontal présente au milieu de sa longueur un foyer pour le chauffage, autant que possible un gazogène qui envoie dans le tunnel son gaz combustible. Son gaz est brûlé dès sa pénétration dans le tunnel par le courant d*air qui entre par une extrémité du tunnel, tandis que les fumées sortent par l'autre extrémité. Il y a ainsi un courant gazeux continu traversant le tunnel dans toute sa longueur. En même temps les matières à cuire traversent le tunnel en sens inverse du courant gazeux ; elles commencent donc à se chauffer en récupérant les chaleurs perdues des fumées, puis après avoir traversé la zone de cuisson se refroidissent en cédant leur chaleur à l'air qui entre pour alimenter la combustion. La récupération peut donc théoriquement être aussi parfaite que dans un four à cuve^ sans avoir l'inconvénient du bouleversement des matières et, par suite, de leur rupture. Le point du tunnel chauffé est toujours le même, il n'y a donc pas, comme dans les autres fours à chambre, à se préoccuper de la chaleur nécessaire pour échauffer les maçonneries, dont la température reste fixe.

Ce système de four présente cependant un inconvénient, on ne peut pas donner au tunnel une section considérable en raison de l'impossibilité de déplacer des masses trop pesantes. Cette étroitesse du canal entraine des pertes de chaleur par rayonnement relativement considérables ; celles-ci en effet sont proportionnelles au périmètre du four, tandis que le poids de matière est propor-

440 INTRODUCTION A L'ÉTUDE DE LA JHèTALLURGIE

tionnel aa carré de ce périmètre. Les pertes relatives de chaleur varient donc en raison inverse des dimensions linéaires da tunnel.

Ce système de four a été appliqué d'abord au recuit du verre nécessitant une température de 500^ au plus. On plaçait les objets à recuire dans des petits wagonnets en fer, qui résistaient parfaitement à cette température. On a ensuite appliqué un dispositif semblable au chauffage des produits céramiques pour leur décoration : cuisson de la peinture et pose des émaux, qui nécessite une température d'environ 8oo<^. On employait alors des boites en fer enduites de chaux pour les protéger un peu contre Toxydation ; ces boites ne duraient pas longtemps et en l'absence de roues glissaient fort mal. On dut remplacer le tunnel reailigne par trois branches à angle droit qui permettaient de ne déplacer à la fois que le 1/3 des boites contenues dans le tunnel. Mais une solution très simple finalement découverte a permis d'utiliser dans ces fours les températures les plus élevées et d'augmenter considérablement la masse des produits déplacés et, par suite, la seaion du tunnel^ qui a pu être portée de 50 cm. jusqu'à 2 m. On emploie pour le transport et le déplacement de la matière à cuire, des wagonnets plats en fer montés sur roues et sur essieux comme des petits wagons de chemins de ter. On place sur ces wagonnets un bloc de terre réfractaire dont l'épaisseur va, dans certains cas, jusqu'à 60 cm. Tous ces blocs jointifs appuyés bout à bout les uns sur les autres forment la sole intérieure du tunnel au-dessus de laquelle passent les gaz chauds, tandis qu'un courant d'air froid passe en dessous pour refroidir les roues et les empêcher de s'abîmer par l'action de la chaleur. Il faut, pour le fonctionneipent de ce dispositif, assurer latéralement une étanchéité complète entre la plate-forme des wagons et les parois verticales des tunnels. La plaque de tôle formant le dessus des wagons est recourbée à angle droit en cornière et descend verticalement pour pénétrer dans une rainure remplie de sable, formant joint étanche. On arrive avec ce dispositif à cuire les électrodes des grands fours éleariques, employés aujourd'hui dans Telectrosidérurgie, dont la tempéra-

tare de cuisson est i.éoo", c'est-à-dire de 2oo° supérieure i la cuisson de la porcelaine et de 400* k celle des grès cérames.

Fotirt rotattta. — Il existe enfin des fours dans lesquels partie ou totalité du laboratoire est mobile; l'intérêt de cette mobilité est multiple. Cenains fours à réverbère pour la fuùoa de l'acier, comme le four Wellmann, tout en conservant la forme des fours

Fig, 69. — Four Pernod pour U fosion de l'ader.

k réverbère ordinaires, sont portés sur des chemins de roulement qui permettent de tes faire osciller tout entiers de part et d'autre de la position horizonule. Cette disposition facilite beaucoup la coulée de l'acieret surtout celle des laitiers pendant le décrassage, elle permet en même temps de produire une certaine agitation qui, en renouvelant les surfaces de contact entre le métal fondu et le laitier, hâte l'affinage ; d'autres fois le même résultat est obtenu, comme dans les fours Pernod (fig. 69) en laissant la voûte fixe ainsi que les parois latérales et portant la sole sur un axe légèrement incliné par rapport à la verticale. La sole, dans ce cas, doit bien entendu être circulaire. On obtient, par la rotation continue

de la sole le mime mouvement de brassage que dans le cas de l'oscillation au four tout entier. Enfin, quand il s'agit de chauffage à des températures moins élevées que la fusion de l'acier, comme ponr le grillage de certains minerais sulfureux, ou la tabrication du sulfate de sonde, on obtient le même brassage en faisant tourner la sole autour d'un axe vertical (fig. 70) et faisant plonger dans la matière des ringards en fer fixés à la voûte qoi creusent des sillons dans la matière entraînée parla sole. Certains

Èeballs tO nm. pour 1 m.

Fig. 70, — Four de grillage à sole rotative.

fours de grillage comme celui d'Herreshoff (fig. 71) présentent plusieurs soles semblables surperposées, ponées sur un mime axe vertical et enfermées dans une enveloppe cylindrique. La matière tombe d'une sole sur l'autre, circulant en sens inverse du courant d'air oxydant.

Mais de tous les fours mobiles, les plus importants de beaucoup senties fours constitués par des cylindres tournant autour de leur axe, la flamme entrant par une extrémité du cylindre et les fumées sorunt par l'autre. Il existe deux types bien distincts de ces fours tournants : les uns, destinés i donner avant tout un brassage énergique et très régulier d'une matière en

réactioa, fonctioDaenc d'une façon intermitteote. On les remplit par DQe ouverture méuagée dans la paroi latérale, ao moyen

Ëchella 30 nm. pour I nni.

Fig. 71, — Four HerresboS.

d'une trémie placée à la partie supérieure et on tes vide ensuite quand l'opération est terminée dans un wagon placé il ta partie

iniérieure. Le four Bruckner (fig. 72) servant au grillage des minerais de zinc eo donne un bon exemple-

L'emploi de ces fours s'est sunout répandu au débat dans l'industrie de la soude pour la fabrication du carbonate par le

Échelle 10 oini. pour 1 m.

Fig. 72. — Fonr Biûcboer.

procédé Leblanc. Cette opération présente la particularité assez curieuse que la réaction cherchée :

Na'OSO' + CaOCO'+2C = Na'OCO' + CaS + aCO*

n'est qu'une étape intermédiaire dans la transformation qui tend vers la réaction anale définitive :

Na'OSO'4-aOCO' + 2C = Na'S + CaO-l-3CO'.

II faut, pour arriver à avoir un bon rendement^ que l'opération marche en tous les points de la masse avec la même vitesse de

làçon i ce que l'on paisse rarr£ter au moment fugitif ofi tonte la sonde est carbonatée. Dans ce cas, le four tournant a l'avantage de donner une régularité de brassage et une régularité de cbauf- ' fage que l'on ne peut jamais obtenir par le travail k la main dans un four ï réverbère ï solefixe. Ce type de fourtouroant fonctionne avec son axe placé horizonulement; les diamètres des entrées et des sorties de flamme sont très inférieurs au diamètre du corps

Échelle ID mm. pour I m

Rg. 7}. — Séchoir rotatif.

du cylindre afin que la matière fondue on pulvérulente ne puisse pas venir s'échapper au dehors par les extrémités. Ces fours peuvent avoir de 4 à 6 m. de longueur, et 2 m. de diamètre iotérieur; ils sont portés par des chemins de roulement fixés sur leur enveloppe extérieure et appuyés sur des galets fixes, dispositif qui assure leur rotation autour de leur axe de figure.

Le second type des fours tournants est destiné au chauffage de matières pulvérulentes ou au moins en trop petits fragments pour que l'on puisse faire circuler facilement de l'air chaud ou des filmées au travers de la masse. Ces matières pulvérulentes sont d'ailleurs très mauvaises conductrices de la chaleur et ne pourraient pas être chaufi^ées par conductibilité i partir de leur surface libre ou des parois d'un tour qui tes renfermerait. Les fours

tournants servant à cet usage fonctionnent d'une façon continue et sont, par suite, légèrement inclinés sur l'horizontale pour permettre la circulation de la matière. On fait circuler les gaz chauds en sens inverse de la matière de façon à avoir un chauffage méthodique et à récupérer les chaleurs perdues des fumées. On peut, comme type extrême de ce genre de fours, citer d'une part les appareils de dessiccation demandant un chauffage peu supérieur à ioo<> et, d'autre part, les fours tournants à cuire le ciment Portland où la température dans la zone chaude doit atteindre 1.500®.

Les appareils dessiccateurs (6g. 73) sont essentiellement composés par des cylindres en tôle, présentant parfois à l'intérieur une lame hélicoïdale pour régler Tavancement de la matière ; la flamme arrive extérieurement au cylindre sous Textrémité par laquelle entre la matière à sécher, circule autour du cylindre» rentre par l'extrémité opposée pour ressortir vers la cheminée, du côté de rentrée des matières froides. Le passage de la flamme autour du cylindre évite les coups de feu qui seraient nuisibles pour certaines matières ahérables par un excès de chaleur. Ces appareils servent pour la dessiccation de toutes les matières naturellement humides qui sont destinées à être broyées; quelques centièmes d'humidité suffisent, en effet, pour rendre tout broyage impossible. On les emploie dans l'industrie du ciment pour le séchage des calcaires et des laitiers granulés, dans l'industrie céramique pour le séchage des argiles réfractaires. Ces appareils ont un excellent fonctionnement à condition d'être conduits avec un certain soin; mis entre les mains d'ouvriers négligents et non surveillés, ils sont rapidement détruits par les coups de feu se produisant inévitablement quand on laisse momentanément Tappareil marcher à vide ou cesser détourner.

Les fours tournants (fig. 74) à ciment atteignent aujourd'hui des dimensions extraordinaires, on en a construit ayant 60 m. de longueur et 2 m. de diamètre intérieur. II y a alors de grandes difficultés à supporter des masses aussi considérables et à les faire tourner sans écraser leurs chemins de roulement ni leurs galets porteurs. Cela complique la construction de mettre plus de deux

LES FOUKS

448 INTRODUCTION A l'ÉTUOE DE LA MÉTALLURGIE

chemins de roulement, car les déformations inévitables résultant de Taction de la chaleur exposent à ce que Tnn d'eux cesse momentanément de porter et donne alors lien à des flexions dangereuses pour le four. Il ne semble pas impossible cependant de lever cette difficulté en employant des galets montés sur des ressorts. En tous cas, pour diminuer la pression du chemin de roulement sur les galets, on double leur nombre, mais en les groupant par paire et en portant chaque paire de galets sur une sorte de balance articulée autour d'un axe, de telle sorte que la pression des deux galets d'un même groupe reste automatiquement égale. Ces fours tournants sont construits en tôle et présentent intérieurement un revêtement de 15 à 30 cm. d'épaisseur^ fait généralement aujourd'hui en briques de ciment. La faiblesse de l'épaisseur de ce revêtement entraîne nécessairement des pertes de chaleur importantes. La consommation de charbon pour cuire une tonne de ciment Portland y est de 300 kg. au lieu de 150 dans les fours coulants à' cuve, mais la conduite de ces fours est plus facile, elle donne lieu à une économie de main-d'œuvre considérable et, de plus, ces fours donnent un ciment de qualité tout à fait supérieure en raison de la régularité plus grande du chauftage et surtout du refroidissement brusque à la sortie du four, qui empêche certaines transformations chimiques nuisibles au ciment.

Consommation de combustible. — La consommation de combustible^ nécessaire pour chauffer des fours à laboratoires indépendant du foyer, dépend d'une part de la température nécessaire pour réaliser l'opération industrielle en vue et, d'autre part, des dimensions des fours ; plus leur capacité intérieure est grande, moins les pertes relatives occasionnées par le chauffage des parois et par le rayonnement extérieur sont importantes. Mais généralement pour une opération industrielle déterminée, les dimensions à donner au four se trouvent déterminées par certaines conditions inhérentes au procédé lui-même : par exemple, on ne peut, pour le puddlage du fer, employer des fours de mêmes dimen*

sions que pour la caisson de la brique ; il en résulte que dans chaque industrie, il y a un rappon sensiblement fixe entre la capacité intérieure des fours et la quantité de combustible brûlé ; le tableau suivant donne le nombre de métrés cubes du volume intérieur des fours popr i t. de houille^)rûlée à Theure.

Natnre des opérationf

Gapftcité en m* par tonne brûlée à l'heare

Brique ordinaire

Porcelaine

. . I.OOO . . . I20

Brique réfractaire

Verre à bouteille

Puddlage du fer

Fusion de l'acier au creuset .

Fusion de la fonte sur sole . .

Fusion de Tacier sur sole . •

La quantité de charbon brûlé dépend de la sur&ce de grille du foyer; voici quelques chiffres donnant le rappon entre la surface

du laboratoire et celle de la grille.

Nature des opérations

Grillage des minerais .

Fusion de cuivre . .

Fusion de la fonte . .

Puddlage du fer . . .

Fusion de Tacier sur sole

Rapport de la sarf. du laboratoire à celle de la grille.

Foyers. — Le foyer est la partie du four où l'on brûle le combustible. Dans le cas de combustibles solides et liquides, il est extérieur au laboratoire et lui est juxtaposé; dans le cas des gaz, il n'y a plus à proprement parler de foyer, l'air et le gaz débouchent direaement dans le laboratoire et y brûlent progressivement, mais il y a généralement dans ce cas un appareil producteur de gaz extérieur, généralement un gazogène, car le gaz fourni par ces appareils est le plus économique de tous les gaz combustibles. Souvent aussi il y a, en plus, des appareils destinés au chauffage de Tair et du gaz avant leur entrée dans le four. Ce chauffage

est obtenu en utilisant les chaleurs perdues des fours, suivant le principe de la récupération découvert par Sir William Siemens, procédé qui a transformé les conditions économiques du chauffage dans l'industrie métallurgique et dans la verrerie.

Nous nous occuperons exclusivement dans cette étude des foyers destinés à brûler les combustibles les plus usuels, c'est-àdire les moins coûteux : h houille ou\q coke, hbois, \t pétrole brut ou les goudrons de houille et enfin le ga^ de gazogène.

Grilles pour la houille. — Pour la combustion de la houille ou du coke en morceaux, les foyers les plus usuels se composent essentiellement d'une cuve peu profonde dont le fond est constitué par une grille à barreaux horizontaux; au-dessous de la grille se trouve le cendrier dans lequel tombe, à travers les barreaux, une partie des cendres du combustible et par lequel arrive en sens inverse, Tair nécessaire à la combustion. Les barreaux les plus simples sont à section carrée, de 30 mm. de côté, laissant entre eux un espace vide de 12 mm-, au moins dans le cas de houille en gros morceaux; avec du combustible plus fin, les intervalles vides sont réduits à 6 mm. Les barreaux carrés ont cependant Tinconvénient de s*échauâer 'rapidement au contact du charbon incandescent, ils se déforment alors, se brûlent et s'usent assez vite. On évite cet échauffement exagéré en donnant aux barreaux une section rectangulaire, dont la grande dimension est verticale ; les avantages de cette disposition résultent du fait suivant : la quantité de chaleur reçue dans l'unité de temps par un barreau dépend de Tétendue de sa surface en contact avec le combustible et est indépendant de sa hauteur. L'air froid qui pénètre entre les barreaux les reh'oidit et ce refroidissement seul empêche les barreaux de prendre la température du combustible. Ce refroidissement est d'autant plus énergique que la surface des barreciux léchés par Tair est plus considérable, c'est-à-dire que ces barreaux sont plus hauts. C'est le principe qui a été appliqué dans les becs Bunsen de laboratoires^ du type Mecker. Depuis longtemps on avait essayé d'empèche

la âammede rentrer dans les becs un peu larges au moyen d'une simple toile métallique; mais avec le mélange théorique pour la combustion complète, les fils rougissaient immédiatement et laissaient rentrer la fiamme. En remplaçant cette toile par un cloisonnement en lames de nickel de même épaisseur que les iîls, mais de 10 mm. de hauteur, on supprime complètement cet inconvénient; ces cloisons sont complètement refiroidies par le passage du mélange gazeux froid.

Èehtila 10 ma. paur t m.

FÎS- 7S' " Grille à gradins.

Pour brûler des combustibles maigres et très fins, les grilles ordinaires donnent lieu à une pêne considérable de charbon qui passe entre les barreaux et tombe dans le cendrier, consdtuanc ce que l'on appelle des escarbilles. Deux systèmes différents de foyer permettent d'obtenir la combustion de ces poussiers maigres. Les grilles k gradins (fig- 75), constituées par des lames de tôle ou de fonte placées horizontalement et disposées en retrait de façon k former une sorte d'escalier ; ces lames doivent en outre se recouvrir partiellement, la langueur du recouvrement étant à peu près le double de l'espace qui sépare les deux lames ; dans ces conditions le talus d'éboulement naturel du charbon menu n'atteint pas l'extrémité extérieure des barreaux plats, et rien ne tombe au dehors. Il faut, pour enlever les cendres, les tirer avec un crochet passé entre les barreaux. Ces grilles néan-

moins ne donnent qu'une combustion très lente et produisent pende chaleur par mètre carré de surface de chauffe parce que la finesse des grains du charbon oppose une très grande résistanceau passage de Tair.

Le second dispositif qui permet au contraire d'obtenir une combustion très active, consiste à employer comme grille une tôle perforée ; on aura par exemple 1.200 trous au mètre carré, chaque trou ayant 8 mm. de diamètre à la surface supérieure de la tôle et 20 mm. en dessous. La section offerte au passage de Tair est, à surface égale de foyer, 5 fois moindre que dans une grille i barreaux ordinaire. Il faut donc, pour avoir la même débit d'air, une pression motrice 25 fois plus élevée, ce qui nécessite l'emploi de procédés mécaniques de soufflage, mais alors, la vitesse du courant d'air est telle que les grains de charbon sont soufflés en Tair, la masse est en ébuUition constante et il est impossible au charbon menu de tomber à travers les vides.

Conduite du feu. — L'épaisseur du charbon sur la grille ne doit pas être trop épaisse, de façon à éviter la formation d'oxyde de carbone; cette épaisseur moyenne peut varier de 10 à 20 cm., suivant l'énergie du tirage. La quantité de charbon brûlé par mètre carré et par heure dépend, bien entendu, de l'intensité du tirage; par exemple, avec une dépression de 3 mm. de hauteur d'eau et une épaisseur de charbon de 8 cm. on brûlera 60 kg. par mètre carré et par heure. Avec une dépression de 10 mm. et une épaisseur de charbon de 15 cm. on brûlera 150 kg. à l'heure. Voici quelques chiffres indiquant les combustions obtenues dans des foyers servant à différentes opérations industrielles.

Chaudières ordinaires. ... 40 à 120 kg.

Fours à puddler 150 à 200

Fours de fusion de Tacier . . 200 à 400

Foyers de locomotives . . . 500 à 750

En général les chauffeurs ont la tendance de mettre une trop grande épaisseur de combustible, ce qui donne lieu à une formetion d'oxyde de carbone entraînant des pertes de chaleur. Cela

facilite il est vrai, le travail du chauâeur, car cela le dispense de recharger aassi souvent son foyer. Cette pratique fâcheuse est très fréquente parmi les chauffeurs de locomotives et c'est à cette cause que Tout doit attribuer quelques asph}rxies produites dans les tunnels.

La conduite d*un foyer à grille présente une difficulté très sérieuse résultant de la présence de cendres du combustible qui fondent et donnent des mâchefers dont l'accumulation sur la grille bouche les passages d'air et ralentit la combustion jusqu*à l'arrêter complètement. Dans les trains rapides de chemins de fer on est obligé de changer fréquemment la locomotive pour faire le décrassage du foyer. Cette opération nécessite toujours un arrêt du chauffage, parfois assez prolongé. Le procédé le plus simple, mais qui pioduit aussi l'arrêt le plus complet du chauffage consiste à jeter les feux bas, en enlevant les barreaux et faisant tomber dans le cendrier, mâchefer et charbon non encore brûlé. On préfère généralement éviter cet arrêt complet du chauffage; pour cela on rejette tout le feu sur une moitié de la grille et on nettoie la moitié rendue ainsi libre avec des crochets au moyen desquels on tire les paquets de mâchefer qu'il est impossible de faire passer entre les barreaux. Le travail fini, on ramène le charbon sur la moitié de la grille nettoyée et on refait la même opération sur la seconde moitié. Différents artifices ont pour objet de faciliter le décrassage; quelquefois par exemple, on constitue la grille avec des barreaux carrés pouvant tourner autour de leur axe de figure, et orientés en marche normale de façon à ce que un des plans diagonaux soit horizontal. Au moment du décrassage, on fait tourner le barreau de façon à mettre le côté du carré horizontal; les espaces vides entre chaque barreau sont augmentés et cela facilite le passage des petits mâchefers. D'autres fois, on emploie comme barreaux de gros tubes en fonte perforés dont la rotation permet d'écraser, comme le feraient des laminoirs, les fragments de mâchefer pour les faire tomber dans le cendrier. Les dispositifs semblables sont en nombre illimité, mais aucun d'eux ne présente une efficacité absolue et il reste toujours de

f;ros paquets de mâchefer à enlever par le travail diren de l'ouvrier.

Oliug«m«ut mécaDiqa*. — La combiistioa sur grille présente encore an autre inconvénient inhérent au procédé lui-même ; il donae un chauffage tris irrégulier et cela pour deux raisons. Au moment où le combustible vient d'être chargé, il dégage brusquement ses matières volatiles qui, ne trouvant pas une quantité

Ëcbelli 10 ain. pour I a.

Fig, 76, — Foyer fuinivure i chargeineac mécar.iqae.

d'oxygène sufSsante pour leur combustion, même si l'épaisseur de la couche n'est pas exagérée, donnent naissance à de la fumée ; ce dépât visible de carbone est toujours accompagné de la présence de quantités beaucoup plus importantes d'oxyde de carbone et d'hydrogène. Fuis la combustion avançant, l'épaisseur de la couche de combustible diminue et l'air passe en excès, la température de la flamme baisse, on a donc ainsi des variations continues et périodiques de température. D'autre pan, au moment du chargement et du décrassage, l'ouvrier doit ouvrir en grand la porte du foyer et il se précipite brusquement dans le four des torrents d'air froid, si l'on n'a pas la précaution de couper le tirage pendant cette manœuvre.

Tous ces inconvénients relatif à Firrégularité du chauffage et même au décrassage des mâchefers peuvent être évités avec des foyers mécaniques à chargement continu (fig. 76), certainement plus compliqués et plus coûteux comme frais de première installation que les grilles ordinaires, mais qui donnent une telle régularité dans le chauffage et de telles économies de combustible que l'on est surpris de voir leur usage aussi peu répandu encore dans la grande industrie. Ces foyers comprennent un distributeur automatique du charbon, l'amenant d'une façon continue à la grille, le fonctionnement de ces distributeurs nécessite l'emploi de charbon en morceaux pas trop volumineux et, si possible, de dimensions pas trop irrégulières. La grille est animée d'un mouvement continu entraînant constamment le charbon de la région froide, où il a été chargé, vers les parties les plus chaudes, jusque près de Tautel. Les goudrons et gaz combustibles qui se dégagent à l'entrée du foyer vont brûler plus loin, là où la majeure partie du combustible étant déjà disparue, il peut entrer un excès d'oxygène à travers la grille. La grille mobile nécessaire pour produire l'avancement continu du charbon, peut être disposée de bien des façons différentes ; un des types les plus simples est réalisé par l'emploi des chaînes sans fin, dont chaque chaînon est constitué par un petit barreau plat. Ces chaînons sont articulés sur d^s axes qui maintiennent leur écartement. Les brins supérieurs avancent vers l'intérieur du four, descendent un peu avant Fautel en précipitant dans une fosse les mâchefers et reviennent en dessous vers l'entrée du foyer, où ils reprennent une nouvelle charge de charbon.

Charbon pulvérisé. — Un procédé très élégant pour brûler la houille, mais dont le prix élevé limite malheureusement les applications, consiste à pulvériser la houille très fine et à la faire arriver d'une façon continue au moyen d'un distributeur dans le courant d'air lancé par un ventilateur. Il est possible alors de régler exactement les proportions de combustible et d'air^ de façon à avoir la combustion complète sans excès d'air ni de

charbon et, par soite^ de réaliser la température la plus élevée que poisse fournir le combustible. Les frais de la pulvérisation et du séchage préalable indispensable, s'élèvent à peu près à s fr. par tonne, on peut donc considérer que ce procédé majore en moyenne le prix du combustible de 20 Vo-

Le charbon pulvérulent est entraîné dans le four ayec le courant gazeux; cela occasionne certaines sujétions qui, indépendamment de la question de prix de revient, limitent les applicadons de ce mode de chauffage; il est impossible, par exemple, de l'employer dans le cas où le contact des cendres du combustible avec la matière chauffée pourrait altérer celle-ci. D'autre part, pour obtenir la combustion du charbon, il faut que celui-ci séjourne pendant un temps suffisant, assez court d'ailleurs, quelques dixièmes de seconde environ, dans une enceinte à température très élevée. Dans le cas par exemple du chauffage des chaudières à vapeur au charbon pulvérisé, on doit ménager en avant de la chaudière une chambre de combustion à parois réfractaires qui prend une température assez élevée pour permettre à la combustion de s'y achever. La majeure partie des cendres, agglomérées en petite grenaille fondue, s'accumulent dans le fond de cette chambre; une fraction moindre est entraînée à l'eut de poussière fine dans les cameaux de la chaudière. Ce mode de chauffage est surtout employé pour la cuisson du ciment dans les fours tournants, c'est même pour cet usage le seul procédé de chauffage employé en Europe.

Un point délicat dans ce mode de chauffage est d avoir un bon distributeur qui donne un écoulement régulier du charbon et permette d'en régler à volonté la vitesse. On emploie suivant les cas une vis sans fin qui prend le poussier à la base d'une trémie, le débit est alors proportionnel à la vitesse de rotation de la vis ; ou bien un distributeur à plateau tournant, placé sous une trémie conique, on règle alors le débit en avançant plus ou moins le couteau qui vient prendre le poussier sur le plateau. On se sert encore d'une sorte de panier oscillant dont le fond formé par une plaque de tôle perforée glisse sur une seconde plaque de

tôle semblable présentant des perforations en nombre égal; suivant Tamplitude de Tosciliation, les trons se découvrent plus ou moins complètement et la quantité de charbon projetée à chaque mouvement varie comme cette ouverture. Enfin dans certains appareils, une brosse cylindrique animée d'un mouvement de rotation prend dans la trémie une quantité de charbon proportionnelle à sa vitesse de rotation. Le nombre des dispositifs semblables que Ton peut imaginer est illimité. Le débit ne dépend pas seulement du mécanisme distributeur mais aussi de son alimentation par la trémie. Le débit augmente quand le charbon tend à sortir plus rapidement de la trémie. Il se produit dans l'écoulement du charbon des temps d'arrêt par suite d'une demiagglomération de la masse, suivis bientôt d'éboulements amenant au contraire un écoulement rapide ; cette irrégularité dans les mouvements est une propriété commune à tous les corps très fins. Dans les fosses d'extinction de la chaux, on voit quelquefois celle-ci se tenir en talus venicaux qui finissent par s'ébouler brusquement sur toute la hauteur du tas. Pour éviter cette cause d'irrégularités, on doit maintenir constamment le charbon de la trémie dans un certain étar d'agitation, soit au moyen de bras tournants dans la masse de poussière, soit au moyen de chocs frappés sur l'enveloppe de la trémie.

Foyers à bois. — La combustion du bois est extrêmement facile grâce à la faible proportion et à Tinfusibilité de ses cendres, à la grosseur et à la régularité des bûches dans lesquelles on le découpe. Il n'est pas nécessaire d'employer de grille comme pour le charbon, le passage de Tair à travers les morceaux pouvant se faire dans n'importe quelles conditions. Les dispositifs varient d'une industrie à Tautre. Dans la verrerie les creusets chauffés au bois sont placés sur deux banquettes séparées par une fosse de I m. de profondeur au plus, dans laquelle on lance par les deux extrémités du four les bûches de bois. L'air entre par des orifices ménagés dans le bas de cette fosse à ses deux extrémités. On tire de temps en temps avec un crochet les cendres accu-

mulées sur la sole et on les fait tomber par un trou dans une seconde fosse inférieure qui sert de cendrier. Dans les scieries on emploie souvent au chauffage des chaudièresles déchets de planches et la sciure de bois. Le foyer est une fosse cubique, communiquant par la partie inférieure avec les carneaux de la chaudière; on jette pêle-mêle par la partie supérieure les déchets de bois et la sciure, en évitant cependant de boucher les passages d'air par un excès de cette dernière. Uair aspiré descend à travers le bois et la combustion se produit dans le fond de la cuve, sous une couche de bois froid qui masque le feu.

L'emploi du bois comme combustible se prête à des dispositions de foyers^ parfois assez singulières, dont nous citerons deux exemples particuliers. Pour employer au chauffage des poêles d'appartements la sciure de bois^ très abondante au voisinage des scieries, on place au milieu d*un poêle en fonte, une bûche verticale et on tasse la sciure tout autour, puis on enlève la bûche et on met le feu dans Tespace vide ainsi ménagé ; la combustion progresse lentement à travers toute la masse de sciure et donne un chaufiage régulier. La cuisson de la porcelaine s*e$t longtemps faite au bois parce que ce combustible ne donne pas» comme la houille, des fumées nuisibles à la belle qualité du produit. On emploie encore exclusivement ce combustible à la Manufacture de Sèvres, malgré son prix bien supérieur à celui de la houille. Ces foyers au bois, ou alandiers^ sont de petites cuves cubiques analogues à celles qui servent au chauffitge des chaudières, mais de dimensions beaucoup plus petites, 0,50 m. à 0,80 m. de côté seulement. On commence le chauffage, comme pour les chaudières, en projetant pêle-mêle le bois en grosses bûches dans Talandier; la flamme diluée d'abord dans un grand excès d'air pénètre par des ouvertures ménagées dans la paroi latérale du four. Mais lorsque Ton veut, à la fin de la cuisson, obtenir la température la plus élevée nécessaire, voisine de 1.400^^, et la régulariser dans le four, on change complètement le mode de combustion du bois. On prend des bûches fendues en fragments de 4 à 5 cm. d'épaisseur, dont la longueur

soitsapérieure de quelques centimètres à la largeur deTalandier. On pose ces bois jointi& sur le sommet de Talandier, l'air se précipite dans les fentes subsistant entre chacun d'eux à cause de Tirrégularité de leur surface. Ces morceaux brûlent par la panie inférieure, qui est soumise au rayonnement intense de toute la partie intérieure de l'alandier. Aussitôt mis en place, ces bois prennent feu, puis, lorsqu'ils sont un peu plus d'à moitié consumés, ils se cassent, tombent au fond de l'alandier où ils achèveront leur combustion ; on les remplace aussitôt par de nouveaux bois frais. On peut tenir la main sur cette grille en bois, sous laquelle, à quelques centimètres de profondeur seulement, la température dépasse 1.500^. C'est là un mode de chauffage extrêmement curieux à voir fonctionner.

CombuttiblaBliqiiiiaB. — Les combustibles liquides présentent, comme le poussier de charbon et les gaz, l'avantage de pouvoir être envoyés dans le four avec un débit rigoureusement constant; cela permet, grâce à la combustion complète, sans excès d'air ni de corps combustible, d'obtenir le maximum de température, mais ces combustibles ont Tinconvénient, dans les pays non producteurs de pétrole, de coûter très cher; en France les droits sur le pétrole rendent l'emploi de ce combustible à peu près impossible pour les fabrications industrielles. Par contre, le goudron de houille et surtout les huiles lourdes, résidus de la fabrication du gaz d'éclairage, se vendent à un prix plus abordable ; peut-être pourrait-on les utiliser plus souvent qu'on ne le fait. La combustion de ces liquides, très riches en carbone, présente une assez grande difficulté, analogue à celle que présente la combustion du poussier de charbon, mais plus difficile à vaincre. Sous l'action de la chaleur, le liquide donne par simple vaporisation ou par décomposition, de grosses bulles gazeuses qui se mêlent lentement à l'air et la combustion incomplète produite au premier moment provoque un abondant dépôt de noir de fumées qui doit ensuite brûler, après s'être mélangé avec la quantité d'air nécessaire. Si ce mélange est trop lent à se pro-

duire, et que ces masses fuligineuses arrivent dans une partie du four trop refroidie, à une température inférieure à 800 ou 900**, la combustion du charbon devient trop lente et n'a pas le temps de s'achever. Il se produit alors des torrents de fumées que la cheminée déverse dans l'atmosphère, mais de plus ce noir de fumée commence à se déposer à l'intérieur du four au voisinage des coudes et des changements de section des conduits de fumées; les passages se rétrécissent, l'afâux d'air diminue, et, par suite, la formation du noir de fumée augmente de plus en plus rapidement, si bien que le four se bloque complètement et tous les conduits se bouchent hermétiquement. Cet accident, lorsqu'il commence à se produire, s'achève avec une rapidité incroyable, parfois en quelques minutes seulement. Il faut alors laisser refroidir le four pour le vider et le nettoyer ; on trouve tous les passages étroits absolument remplis par un bloc compact de noir de fumée; cette difHculté est un des obstacles les plus sérieux à 1 emploi des combustibles liquides.

Pour remédier à cet inconvénient, il faut brasser la masse gazeuse de façon à mêler le plus rapidement possible les parties charbonneuses à Tair comburant; ce brassage doit être d'autant plus énergique que le four est moins chaud et que la âamme y séjourne moins longtemps. Dans les usines à gaz on emploie souvent au chauflFagedes cornues une partie du goudron produit, pour éviter d'en mettre en vente une trop grande quantité et de déprécier ainsi les cours. Comme ces fours sont de très grandes dimensions et possèdent une température sensiblement uniforme dans toute leur étendue et un peu supérieure à i.ooo<>» la combustion s'y fait très aisément. On ménage à la partie inférieure du four, sur la paroi antérieure une ouverture pour l'entrée de l'air, de r dm* de section environ et on fait arriver le goudron en un filet continu par un tube débouchant à travers la paroi à 50 cm. environ au-dessus de cette ouverture; le chemin considérable parcouru par la âamme autour des cornues avant de redescendre aux carneaux d'échappement des fumées, donne tout le temps nécessaire à la combustion. Lorsqu'il s'agit de

LES FOUKS 461

chauffer an four de plus petites dimensions, comme un four i creuset pour fondre l'acier, on doit crier dans le courant gazeux une série de chicanes qui augmentent le brassage; de déplus, on fait arriver l'air sur le goudron en lames aussi fines

Ëeblils 90 œm. pour I m.

Rg. 77. — Four 1 pétrole.

que possible. Les figures 77 et 78 montrent quelques disposîtife employés à cet usage ; il est cependant très difficile dans ce cas d'éviter la fortnation d'unecertaiae quantité ie fumées.

Lorsqu'on emploie les combustibles liquides à chauffer les chaadières, comme cela se fait fréquemment dans les pays produaenrs de pétrole et plus rarement dans d'autres pays pour les chaudières de certains navires de guerre à grande vitesse, on est obligé, pour obtenir ane combustion rapide et une flamme très

coune, de pQlvirîser le liquide engounelettes extr^memcot fines au moyen d'appareils spéciaux. Les pulvérisateurs soqc essentiellement desappareils dans lesquels un corps gazeux, la vapeur d'eau ou l'air suivant les cas, vient frapper et entraîner avec une grande vitesse une nappe liquide très mince arrivant d'une façon continue dans le courant gazeux . La pulvérisation est d'autant plus partiitequela vitesse d'écoulement dufluide gazeux eti parsuite, sa pression, est plus grande; on emploie dans certainscas des pressions

Ech«lle 50 mm. ponr I m.

Rg- 78. — Four i pitrole.

allant jusqu'il 20 atm. Les figures 79 et 80 montrent parmi les types innombrables de pulvérisateurs essayés, les deux extrêmes comme complication. Le plus simple de tous (âg. 79) est constitué par un tube aplati laissant échapper l'air par une fente reciiligne; le liquide combustible arrive goutte 1 goutte par un tube C et tombe dans un godet B d'où il s'écoule Itbrementdevant lafenteparoùs'échappel'air.La figure 80 montre unpnlvérisateur plus perfecUonné, se prêtant mieux i l'emploi de combustibles naturellement épais comme les goudrons ou les pétroles bruts. Le liquide arrive par le branchement A, pénètre dans le tube central et vient s'écouler par l'orifice circulaire de ce tube; l'air ou la vapeur arrive par l'ajutage B et s'échappe par un orifice

LES rouss 46^

annulaire très étroit qui enveloppe le tuyau d'échappement du combustible liquide. On peut régler l'ouvertuie de cette fente au

Ëch«1l9 tOtt nm. poDr I m.

^'B- 79 ~ Brûleur i pétrole.

EchtLIa 400 mn. pour 1 ai. '

Fig. 8a. — Brûleur i pitrole.

moyen du petit volant Cdont la rotation déplace le tube central. L'emploi de vapeur d'eau diminue un peu la température de U. flamme, ce qui est d'ailleurs sans incoaTément pour les chau<

dièreSy mais sa présence contribue à empêcher la formation de noir de fumée, car elle réagit au premier moment sur le carbone en donnant de Toxyde de carbone et de Thydrogène, gaz dont la combustion peut s'achever dans des parties du foyer relativement moins chaudes.

Combustibles gazeux. — Les seuls combustibles gazeux que Ton emploie pour le chauffage des fours sont les gaz de gazogènes et les gaz de hauts-fourneaux, dont les compositions sont d'ailleurs très voisines. Les analyses ci* dessous donnent une idée de la composition moyenne de ces gaz.

Gaz Ht-fourneau Gazogène au coke Gazogène à la boidlle

Méthane . . . .

Oxyde de carbone

Hydrogène • . ,

Acide carbonique .

Vapeur d*eau . .

Azote

Le dispositif servant dans les fours à la combustion des gaz est d'une simplicité extrême; il consiste en deux orifices voisins, percés Tun près de Tautre dans une même paroi du four, Tun sert à l'arrivée du gaz combustible et l'autre à l'arrivée de l'air; suivant les dimensions du four on juxtapose un certain nombre de brûleurs semblables, comprenant chacun leurs deux orifices, l'un pour le gaz et l'autre pour l'air. La section de ces orifices détermine pour une pression donnée du gaz la quantité qui en «st brûlée dans l'unité de temps. On peut, bien entendu, brûler la même quantité de gaz avec une seule ouverture de grande dimension ou un grand nombre d'ouvertures de petites dimensions. Dans les deux cas le débit du gaz et. par suite, la quantité de chaleur apportée aux fours dans l'unité de temps restent alors les mêmes, mais cependant cette différence dans la disposition des orifices amène une modification très importante de la flamme, elle en

change la longueur. Beaucoup de petits orifices de sortie du gaz alternant avec des orifices d'écoulement pour Tair, donneront une flamme beaucoup plus courte qu'un seul grand orifice pour le gaz et un pour Tair. La distance qui sépare les orifices d'air et de gaz, le parallélisme plus ou moins complet des deux courants gazeux, enfin la vitesse d'arrivée du gaz, influent également sur la longueur de la flamme. Or, cette longueur de la flamme a une très grande importance pour maintenir une répartition convenable de la température dans les difl^érentes parties d'un four. Pour la fabrication de Tacier, où Ion cherche à obtenir une température uniforme, la longueur de la flamme doit être notable-* ment supérieure à la longueur du four, c'esi-i-dire que la combustion s'achève en dehors du four. Il n'est guère possible de donner de règles précises pour définir les dispositions des orifices d'entrée de gaz et d'air capables de donner une flamme de longueur donnée; on procède par tâtonnements en s'aidant de la connaissance que Ton a du fonctionnement de fours analogues. Lorsqu'il s'agit de construire des fours de dispositions très spéciales et nouvelles, les plus habiles constructeurs commettent souvent de lourdes erreurs dans la disposition des brûleurs.

Récupération des chaleurs perdues. — Le grand intérêt du chauff^age au gaz, qui donne l'explication de son emploi si général dans l'industrie métallurgique, est qu'il se prête à l'application des procédés de récupération des chaleurs perdues, inventés il y a un demi-siècle par Sir William Siemens. Nous avons donné plus haut la théorie de cette opération (page 163), nous dirons seulement ici quelques mots des dispositifs employés pour réaliser cette récupération.

Il existe deux dispositifs différents permettant de faire passer sur l'air froid arrivant au four une partie de la chaleur emportée par les fumées. Le plus simple à concevoir et le premier employé consiste à se servir d'une sorte de calorifère, constitué par des tuyaux dans lesquels circule l'air à échauff'er et autour desquels passent au contraire les fumées. Les premiers appareils (fig. 81)

466 INTRODUCTION A l'i'.TUDE DE LA MÉTALLURGIE

de chr.uffage de l'air des hûuts-fourDcaux à l'aide de la chaleur disponible dans les gaz sortant par le gueulard était de simples

tuvaux en fonte en forme d'U renversé, enfermés dans une chambre en miiçonnerie où passaient les produits de la combustion d'une partie des j^^z riches en oxyde de carbone dégages

par le hiut-foumsau. Ces appareils ne permettaient guère de chauffer Tair au-dessus de 400^; la température des tuyaux doit naturellement être notablemmt plus élevée pour pouvoir céder à Tair de la chaleur. Le chaudage de Taira 400^ suppose une température des tuyaux voisine de 6oo^. C'est la limite de ce que peuvent supporter des tuyaux en fonte appelés à faire un service un peu prolongé. La surface des tuyaux doit être alors de 3 m* par I m* d'air à chauffer par i seconde.

Pour obtenir des températures plus élevées, on a essayé dans certains cas de remplacer les tuyaux en fjnte par des tuyaux minces en terre cuite, mais ceux ci se fendent rapidement et permettent alors le mélange de l'air et des fumées. Dans des expériences comparatives faites à la Compagnie parisienne du Gaz, on avait été frappé de voir la température très basse à laquelle sortaient les fumées avec ce système de récupérateurs, 400^ au lieu de 700* avec les récupérateurs Siemens. Au premier moment on avait cru k une meilleure récupération de la chaleur, inexplicable d'ailleurs car elle n'était accompagnée d'aucune économie de combustible. Uae étude plus précise de ces appareils montra que les famées contenaient 50 Vo de leur volume d'air aspiré à ja cheminée par les fentes des poteries. La température était plus basse parce que un mélange à volumes égaux d'air froid et de f uméeschaudes possède nécessairement une température intermédiaire entre celles des corps mêlés, sans qu'il y ait pour cela plus de chaleur cédée à Tair entrant réellement dans le four.

Oa n'est arrivé à un fonctionnement satisfaisant des récupérateurs par transmission de chaleur à travers les parois enterre cuite, qu'en donnant à ces parois une très grande épaisseur et en même temps des formes très simples, ne se prêtant pas facilement aux fissures. Dans l'industrie du gaz, où ce mode de récupération possède aujourd'hui la faveur générale, en dehors de la O^ Parisienne, on constitue le récupérateur par des cloisons planes et verticales en briques réfractaires, d une dizaine de centimètres d'épaisseur, laissant entre elles des espaces vides où circulent les fumées et l'air. Les compartiments destinés à l'entrée de Tair et à

4£8 INTRODUCTIOM A l'ÉTUDE DE LK MÉTALLURGIE

la sortie des fumées altemeni ainsi dételle sone que chaque con-

duit réservé à l'air se trouve placé entre deux conduits de fumée. Des chicanes horizontales placées dans chacun de ces comparii-

ments assurent la montée régulière de l'air ou la descente des famées. On chauffe ainsi Tair dans les fours à gaz à la température de 700^ avec des fumées sonant du four à i.ooo^. Malgré la lenteur des échanges de chaleur à travers des parois aussi épaisses, on obtient une récupération satisfaisante en raison de Texcès considérable de chaleur dont on dispose dans les fumées, quand on ne fait porter la récupération que sur l'air secondaire. On a entre les deux parois servant à la transmission de la chaleur un écart de température de 300^ au sommet et de 600^ à la base. Ces récupérateurs ne permettent pas cependant d'obtenir régulièrement le chauffage de Tair aux températures supérieures à 8oo<>. A ces températures les parois en maçonneries arrivent rapidement à se fendre et k se déjeter, ce qui amène la destruction du récupérateur.

RégénéraUiirt Siemens. — Le système de beaucoup le plus généralement employé, et même exclusivement dans le cas des fours à température élevée comme les fours à acier et les fours de verrerie» est celui qui a été dès le début préconisé par Sir William Siemens pour ses fours à fondre Tacier (fig. 82). Il consiste essentiellement à faire passer les fumées chaudes dans de grandes chambres appelées récupérateurs qui sont remplies d'empilages de briques réfracuires. Les fumées cèdent à ces briques leur chaleur. Les fumées arrivent par le sommet des récupérateurs dételle sorte que les briques en ce point prennent la température la plus élevée. Il se fait un échange méthodique des températures et les fumées sortent relativement très froides, vers 300® par exemple. On fait ensuite passer Tair froid par les mêmes chambres, mais en le faisant arriver par le bas des récupérateurs, de façon à récupérer méthodiquement la chaleur emmagasinée. Ce remplacement d'un courant de fumées par un courant d*air s'obtient facilement au moyen de Tinversion simultanée de deux valves. Les récupérateurs des fours à acier sont toujours associés par paire ; pendant que les fumées passent dans Tune des deux, Tair et le gaz passent par la seconde. Au moment de l'inversion les deux groupes de récupérateurs changent simultanément de fonction; celui qui recevait

470 INTRODUCTION \ l'ÈTUDE Dli L\ MÉTALLURGIE

de la chaleur des fumées commence au contraire à céder de la

Fig. 84. - Appareil Cowper.

chaleur au gaz combustible et k l'air; réciproquement pour le second récupérateur de l'autre paire. Il n'y a au contraire qu'un

472 INTRODUCTFON A l'ÈIUDE DE LA MÉTALLURGIE

seul récupérateur de chaque côté, quand on se contente de réchauffer Tair et pas le gaz.

Avec ces récupérateurs appliqués à la distillation de la houille, on obtient, en chauffant seulement Tair, la même température d'entrée de Tair dans le four, 700®, qu'avec les récupérateurs par transmission de chaleur. Dans les fours à acier dont les fumées sortent à 1.600° on peut chauffer Taîr k i.ooo^et le gaz combustible venant du gazogène à i .200°. Latempérature du gaz est un peu plus élevée que celle de Tair parce que ce gaz arrive déjà chaud du gazogène, soit à une température comprise entre 600® et 300®, suivant que le gazogène est au voisinage immédiat du récupérateur ou lui est relié par le siphon refroidisseur de Siemens.

Les deux figures 83 et 84 représentent, la première un four à acier du système Biedermann et Harvey, dans lequel la récupération porte seulement sur Tair secondaire, comme dans les fours à distiller la houille et un appareil à chaufferie vent des hauts-fourneaux du système Cowper. Le gaz combustible venant du hautfourneau brûle dans un grand conduit vertical placé sur le cc^té de l'appareil et les flammes une lois arrivées au sommet redescendent à travers les empilages en briques qui remplissent les 4/5 de la section de Tappareil.

Oalool d*na réoapératoar. — Nous donnerons à titre d*exemple la marche à suivre pour le calcul d*un appareil Cowper semblable. La même méthode s'appliquerait bien entendu à tout autre appareil de récupération.

Les trois grandeurs à déterminer sont :

i^ Le poids de briques à employer;

2** La surface libre à donner à Tempilage des briques;

3® La quantité de gaz à brûler.

Soit une quantité donnée de coke brûlée à l'heure égale à 10 1., ce qui correspond à un grand haut- fourneau àallure rapide. Nous supposerons que le chauffage du récupérateur dure deux heures et le chauffage du vent une heure.

Le poids de briques à employer dépend des facteurs suivants :

i^De la quantité d'air à chauffer. — Elle est, pour i kg. de coke, i 75 Vo de C réel de 3 m\ soit 3 »<^ kg. ; par suite, pour 10 1., de 30.000 m', soit 39 t. ;

2^ De la chaleur spécifique relative de Pair et des briques entre o et 800®. — Les chaleurs spécifiques de ces deux corps sont identiques et égales à 0.2s cal. -kg. pour i kg. de chaque corps;

^'^ Delà chute de chaleur admise pour les briques entre deux inversions. — On admet généralement une chute de chaleur de 100" pour la surface des briques, ce qui ne correspond qu'à une chute de chaleur moyenne de 50* pour toute la masse des briques, parce que rintérieur de la brique ne suit que très lentement les variations de températures superficielles en raison de la faible conductibilité calorifique des matières, tant briques que poussières accumulées à la surface.

Par conséquent, pour échauffer Tairde o*»à 800** avec une variation de 50° de la température des briques, il faudra un poids de ces dernières égal à 16 fois le poids d*air, soit, pour 39 t. d'air, 624 1. de briques, c'est-à-dire un poids égal à 62 fois celui du charbon brûlé. Mais comme deux appareils sont en chauffage pendant que Tun est en refroidissement, il faut au total un poids triple de briques réfractaires, soit, en nombre rond dans l'ensemble des appareils, 180 fois le poids du combustible brûlé entre deux inversions de Tair, c'est-à-dire en une heure.

La densité apparente des briques est sensiblement égale à 2 et le volume du vide dans les empilages est sensiblement égal à celui du plein, de telle sorte que le volume utile des appareils à vent chaud doit avoir un nombre de mètres cubes égal au poids en tonnes des briques contenues.

L'appareil de la figure 84, de 25 m. de hauteur et 5,40 m. de diamètre intérieur renferme 400 t. de briques y compris Tépaisseur superficielle de Tenveloppe qui concourt également àla récupération, et peut être évaluée à 3 cm.

La surface libre à donner aux briques doit, à priori, dépendre à la fois de leur coefficient de conductibilité et en même temps du coefficient de transport de la chaleur du. gaz à ces mêmes briques.

Le coefficient de conductibilité intérieur des briques réfractaires est, d'après les expériences de M. Wologdine, de 0,004 cal.-g. par centimètre carré de section et centimètre d'épaisseur pour i® de différence de température. Pour une brique de i dm' pesant 2 kg. chauffée seulement par deux des faces extrêmes et pour une différence de température de ioo<* entre la surface et le centre, on trouverait que la quantité de chaleur transmise au centre, c'est-à-dire à 5 cm de profondeur serait, en une heure, de 60 cal. environ, quand il en faudrait seulement 50 pour élever de 100^ la température de toute la brique. Par conséquent la différence de température entre le centre et la surface ne devrait atteindre qu'une valeur bien inférieure à 100^.

Le coefficient de conductibilité des briques ne permet donc pas de rendre compte de Técart signalé plus haut entre la température superficielle des briques et la température moyenne de la masse. Cette différence résulte du dépôt sur les briques des poussières apportées par les gaz du haut- fourneau, la conductibilité de ces poussières est environ dix fois moindre que celle des briques.

Le second facteur dont dépend la surface à donner aux briques est la vitesse d'échange de la chaleur entre les gaz chauds et les briques. On admet que pour une différence de 250® entre la température des gaz et celle de la surface des briques l'échange de chaleur peut être de 650 cal. -kg. par mètre carré et par heure. Les dimensions des briques de construction ordinaires, soit 5,5 X 1 10 X 220 donnent une surface plus que suffisante. On prend souvent même des briques plus épaisses de 7,5 cm. d'épaisseur. Dans cette dernière hypothèse» un récupérateur renfermant 400 t. de briques présente une surface libre de contact avec les gaz de 5.000 m'.

Le calcul de la quantité de gai à brûler dépend des trois facteurs suivants :

I® Chaleur d'échauffement de Tair, soit, pour 39 t. à 800®.

39 000 X o>25 X 800 =: 7.800.000 cal. kil.

2<* La quantité de chaleur perdue par rayonnement de TappareU qui peut être évaluée à 15% de la chaleur fournie à Tair, soit :

I 150.000 cal. kil.

30 Du pouvoir calorifique du gaz combustible fourni par le hautfourneau ;

4® Enfin de la chaleur sensible emportée par les fumées provenant de la combustion de ce gaz à la sonie du récupérateur.

La température de sortie de ces fumées est en moyenne de 3 50" et elles emportent un tiers de la chaleur disponible dans la combustion du gaz.

Tous calculs faits, on trouve qu'il faut brûler 22.600 m* de gaz, soit plus de la moitié du volume total de gaz produit par la combustion des 10 t. de coke à l'heure, laquelle peut être évaluée à 42.000 m'.

Appareils de tirage. — Le passage de l'air à travers la masse de combustible et à travers tous les conduits et passages étranglés, que la fiamme doit traverser pour se rendre au four et être ensuite évacuée au dehors, nécessite une pression motrice parfois importante, généralement comprise entre 10 et 100 mm. d'eau pour les fours industriels les plus usuels. Cette pression motrice est obtenue au moyen d'appareils spéciaux placés tantôt sur le parcours de Tair avant son arrivée au foyer, tantôt sur le parcours des fumées après leur sortie du four. Les premiers appareils procèdent par soufflage et les seconds par aspiration.

Pour souffler lair on emploie des ventilateurs ou des éjecteurs à vapeur. Nous avons déjà parlé de ces appareils à l'occasion des gazogènes et nous n y reviendrons pas ici. Pour aspirer les fumées on peut employer des procédés variés : par exemple des ventilateurs) il faut alors que les fumées ne soient pas trop chaudes, aient une température inférieure à 600** et l'on doit en outre prendre des précautions spéciales pour le refroidissement des paliers du ventilateur. On peut encore employer plus facilement, mais avec un rendement mécanique moindre encore, des éjecteurs

actionnés par ua jet de vapeur ou mieux par de l'air lancé au moyen d'un ventilateur, sous une pression un peu forie, i mètre d'eau par exemple (iîg. 85). Mais le plus souvent on emploie des

Fig. 8;. — Ëjecteur pour chaudières ik vap«ar consommant 10 tonnes i l'beure d'une houille tri) cendreuse.

cheminées dont le fonctionnement ne coûte que l'intérêt du capital engagé et n'expose pas, comme les machines à des arrêts accidentels. Ce sont les seuls appareils de tirage que nous étudierons

Cheminées. — Les cheminées produisent une dépression qui résulte de la différence de poids entre les gaz chauds de la cheminée et une égale hauteur de Tair froid qui entoure cette cheminée. Calculons d'abord le tirage statique, c'est-à-dire la dépression qui existerait au bas d'une cheminée remplie de gaz chauds et fermée par la partie inférieure.

Cette dépression H, exprimée en mètres d'eau a pour valeur

H = L.-Ll..^n L.-LlL.^ZL- (50)

i.ooo 273 -j-0 i.ooo 273 + /

ou

formules dans lesquelles les lettres ont les significations suivantes :

1,3, valeur approchée du poids en kilog. de i m* d*air à 0° et 760 mm. (valeur exacte 1,293). 1,3/1000 est donc la densité de l'air par rapport à Teau.

d densité des fumées par rapport à l'air. On peut la prendre égale à I. car la présence simultanée de CO* et de H*0 produit une compensation à peu près exacte. La densité réelle des fumées ne dépasse pas 1,05 et est généralement moindre.

L, hauteur de la cheminée en mètres.

/ température moyenne dans la cheminée. Cette température est sensiblement constante dans les cheminées en briques peu conductrices de la chaleur. Elle peut varier d'une centaine de degrés du bas au haut des cheminées en acier.

0, température de Tair extérieur à la cheminée.

Le tableau suivant donne les résultats du calcul de cette dépression exprimée en millimètres d'eau pour une température extérieure de 15°, pour des hauteurs variables de cheminées ainsi que des températures différentes des fumées.

Hauteur de U chemiDée en mètres

Tempérfttare den

fumées 23 50 75 ifO

Infinie 30,7 61 5 92,2 125

Le tirage tend vers une limite finie, quand la température croît à rinfini. Le tirage serait alors égal au poids de la colonne d'air extérieure à la cheminée.

On voit donc que l'effet utile d'un même accroissement de température des fumées décroît très rapidement k mesure que la température des fumées est déjà plus élevée.

L'accroissement de tirage pour 100° est le suivant aux diflférentes températures :

Températures moyennes. 50** 150** 300* 5000

Accroissement du tirage. 33 mm. 20 mm. ii mm. 6 mm.

Débit. — La dépression produite parles cheminées n'a en réalité d'intérêt que par la circulation des gaz qu'elle produit, par la grandeur du débit des fumées évacuées à l'extérieur. On fait parfois un calcul théorique basé sur la supposition que les fumées prennent dans la cheminée la vitesse due à la totalité de la dépression. Ce calcul est dépourvu d'intérêt, car une cheminée ne se présente jamais sous la forme d'un tubi librement ouvert par les deux bouts, sans aucun obstacle à la circulation des gaz. Cest là une supposition contradictoire avec l'objet même des cheminées. Leur emploi a pour seul but de faire circuler les gaz à travers des conduits plus ou moins résistants, d'abord à travers la masse de combustible, puis par les carneaux se rendant au four et ensuite à la cheminée ; les coudes et frottements contre les parois opposent un obstacle considérable à la circulation des gaz.

On démontre que ces différentes résistances peuvent être remplacées par un orifice unique en mince paroi à travers lequel le débit restera constamment égal à celui de l'appareil réel, quand on

fait changer la dépression motrice à la base de la cheminée. On rappelle Torifice équivalent.

Soit s sa section en mètres carrés et 0,67 le coefficient de contraction de la veine gazeuse ;

T la température des gaz au moment de leur écoulement par le dit orifice.

Les densités de Tair et des fumées sont toujours supposées égaks entre elles.

On a pour la vitesse V en mètres par seconde à travers Torifice:

V— / T, 273-hT I.OOO , .