CHAPITRE III

8<I9. Prodaeiiou ei mesure de réneri;le éleeirique. —

Le régime d'un courant est défini par Tintensité (exprimée en ampères)^ la force électromotrice (en volts), et la résistance du circuit (en ohins). Entre ces trois quantités existe la relation ri = e. Le produit ei = 7n* exprime la puissance du courant, ou Ténergie développée en une seconde. Si cette énergie n'est pas employée à produire des effets mécaniques ou des décompositions chimiques, elle se traduit par un dégagement de chaleur équivalent, lequel a pour effet d'élever la température des conducteurs, jusqu'à ce que les pertes par rayonnement compensent la chaleur produite. Ce principe est connu sous le nom de loi de Joule,

Le produit ei représente la puissance en umtts et le travail par seconde en joules ; pour ramener ces unités électriques aux unités mécaniques usuelles, il faut introduire le facteur g :

— représentera le travail par seconde en kilogrammètres, -— r la chaleur développée par seconde en grandes calories,

— la puissance en chevaux.

En industrie, on emploie d'ordinaire comme mesure de puissance le kiloivatt. Un cheval-vapeur équivaut à 736 watts. Si Ton tient compte du rendement, on peut admettre qu'en transformantrénergie électrique en énergie mécanique ou en chaleur, un kilowatt ne donnera pas beaucoup plus d'un cheval de puissance. Ainsi, un kilowatt-heure fournira en pratique de 600 à 700 calories utilisables.

Si, au contraire, on emploie des moteui's à vapeur pour produire l'électricité, il faudra environ deux chevaux pour produire un kilowatt utilisable, soit 859 calories par heure ; c'est-à-dire qu'un

(1) Les figures de ce chapitre sont en général empruntées à M. Ninet.

cheval-heure, après la double transformation, donnera environ 430 calories. Suivant les^ installations, la consommation de charbon varie en. général entre 2 et 5 kilogrammes par kilowattheure; elle descend exceptionnellement à l^ç5 dans les installations puissantes les mieux établies marchant à Tallure la plus favorable.

Avec des forces hydrauliques, suivant le rendement des moteurs et la distance où le courant doit être envoyé, on peut compter entre 300 et 300 calories utilisables par cheval-heure disponible à la chute. La puissance réelle de la station génératrice pourra représenter environ 73 7o de la puissance théorique de la chute : il y aura une perte de 5 à 10 7o dans la transmission, et de 15 à 20 Yo dans l'utilisation à Tusine.

Dans de bonnes conditions, on peut avoir le kilowatt aux bornes de l'usine à 80 ou 100 francs par an.

La loi de Joule est applicable à chaque portion du circuit, c'est-à.-dire que si la résistance entre deux points donnés est ?*, il s'y développera, par seconde, une quantité de calories égale à i'r

Il en résulte qu'en augmentant la résistance on peut concentrer une grande production de chaleur sur un très faible espace ; c'est ainsi qu'un fil métallique fin, qui offre une grande résistance, peut rougir et fondre même par un courant très faible.

810. Réi;tine de Tare ToUaïque. — Si le circuit est interrompu en un point, la résistance développée est énorme : le courant traverse Tespace vide sous forme d'arc voltaïqtie. On fait généralement jaillir l'arc entre deux charbons écartés de 1 à 5 centimètres. Le charbon positif entre en ébullition : la température maxima est donc celle de Tébullition du carbone. On Tévalue à plus de 3.000®, mais il n'y a aucun moyen précis de la déterminer.

La température réelle ira en diminuant autour du charbon, et celle des matières placées sur le trajet dépendra d'un équilibre entre la production de chaleur et les causes de perte par conductibilité et rayonnement; elle augmentera avec les dimensions de l'arc. Avec des arcs assez volumineux, on arrive à fondre les corps les plus réfractaires et à réduire tous les oxydes métalliques.

La distance des électrodes peut être augmentée quand il y a

m CHAPITRE III. — CHAUFFAGE PAR L'ÉLEGTRÎCltÈ

dans rintervalle des corps solides ou des vapeurs métalliques qui diminuent la résistance ; mais elle restera toujoui»s en dessous de iO centiiuètpes. Les dimensions transversales doivent être en rapport avec l'intensité du courant: celle-ci peut varier pratiquement entre 5 et 40 ampères par centimètre carré de section de l'anode. La température sera d'autant plus élevée que la densité du courant (rapport de l'intensité à la surface) sera plus forte : mais aussi Tusure des électrodes augmentera. On dépasse rarement une densité de 20 ampères; cependant M. Moissan est allé à 80 pour le traitement des oxydes les plus réfractaires.

Le charbon positif s'use deux fois plus vite que le négatif; celui-ci peut donc avoir une section plus faible. Cette différence disparaît quand on emploie des courants alternatifs. L'usure totale des deux charbons peut varier entre 3 et 8 centimètres de longueur par heure; elle dépend beaucoup de leur qualité et du mode de fabrication.

La production de Tare développe une force contre-électromo-

trice d'environ 35 volts. L'intensité réelle sera donc i=

Pour un conducteur ordinaire, la résistance peut se calculer en multipliant par un facteur constant, qu'on appelle la résistance spécifique, le rapport de la longueur à la surface, exprimées en centimètres ; mais pour l'arc, elle dépend de la température, de la densité du courant, des substances qui se trouvent entre les électrodes. Elle varie en sens inverse de la densité, et on peut admettre pratiquement que, pour des densités ordinaires, le

rapport est compris entre 8 et 12. Mais il peutdescendre

à 1 pour des appareils de faible puissance et s'élever à 30 pour des appareils très puissants.

Les voltages pratiquement employés varient entre 50 et 120.

311. Chaafrai;e par réslsiaiiee. — Si au lieu d'un espace vide, on intercale dans le courant un espace occupé par une matière solide ou fondue, plus ou moins conductrice, le courant passera sans produire d'arc : on pourra employer des voltages plus faibles. On obtiendra, suivant la résistance et la densité du courant, toutes les températures voulues. A dimensions égales, la densité du courant devra croître à peu près proportionnellement à la température pour un corps donné, et en raison inverse de la racine carrée de la résistance des diflérents corps. Ainsi un

tiHAPÎTRE III. — CHAUFFAGE PAR L'ÉLECTRICITÉ Sli

courant de 1.000 ampères par centimètre carré portera le charbon à une température voisine de 2.000 degrés, tandis qu'il en faut 10.000 pour porter le cuivre à 1.000^.

819. Clawiifleailon de« fours éle«iriqacfii. — Les fours électriques peuvent se rattacher, comme les fours ordinaires, à deux types différents, suivant que le chauffage est direct ou indirect, c'est-à-dire que Télectricité traverse l'espace occupé par les matières à échauffer, ou bien qu'elle chauffe un vase clos où ces matières sont contenues. Dans les deux cas, on peut distinguer deux procédés de chauffage : 1^ par Tare voltaïque, lorsque le circuit est interrompu et que le courant traverse des espaces vides; 2*^ par résistance, lorsque le courant traverse sans interruption, soit la charge même du four, soit son enveloppe. Le premier procédé donne des températures plus élevées, indis en général un moins bon rendement.

313* Foarfl à arc. — Les fours à arc ont été les premiers avec lesquels on a cherché à réaliser des applications industrielles, et le premier exemple a été le creuset Siemens, essayé pour la fusion des métaux.

L'arc jaillissait entre un charbon et le métal à fondre, contenu dans un creuset en graphite. Le courant, comme dans les lampes à arc, était réglé par l'action d'un solénoïde.

On peut rattacher au même mode de chauffage le procédé employé parfois pour le recuit local des métaux, ou pour la soudure. La pièce métallique est reliée avec le pôle négatif, et on approche du point k chauffer un charbon relié au pôle positif par un càblc flexible. C'est ainsi que dans les plaques de blindage trempées, on recuit les points où doivent être forés des trous de boulons.

La plupart des fours à arc employés aujourd'hui comportent deux électrodes D, D', placées face à face, entre lesquelles on verse les matières à chauffer. Ces électrodes ont une direction légèrement plongeante et pénètrent dans une cuve prismatique peu profonde, fermée à la partie supérieure par un couvercle mobile (fig. 151). Les parois peuvent être en briques réfractaires, garnies à Tintérieur d'une brasque de charbon et de chaux. Dans les fours de petites dimensions, les parois sont formées de blocs de chaux.

S72 CHAPETRE ill. - CHAUFFAGE PAR LliLEGTRECITÉ

Dans les fours où l'on traite de petites quantités, comme celui de M. Moissao (fig. 152), les charges sont placées dans un petit

Fig. iSl. — Four Crampfon.

creuset en charbon que l'on relire ensuite pour couler les matières Tondues. Dans les fours industriels, les charges sont versées directement sui' les élecirodes, et les produits se rassemblent au-dessous.

Fig. (52.— Four Moissan.

L'arc passe & travers la charge même, ce qui augmente la conductibilité de l'espace intermédiaire et permet de lui donner des dimensions un peu plus grandes. Mais comme cette conductil>iUté est variable, il faut faire varier en même temps la distance des élecirodes mobiles. On doit donc observer Sx chaque instant te voltmètre et l'ampère-mètre pour régler le courant. On dispose aussi, à cet effet, de rhéostats k résistances variables que l'on peut intercaler dans le circuit.

La marche de ces fours est souvent discontinue, c'est-à-dire qu'on les vide après chaque opération. On peut la rendre semicontinne quand les produits sont fondus et qu'on peut les extraire par un trou de coulée : le rendement est alors meilleur.

Le rendement calorifique est assez difficile à apprécier, parce qu'il se produit en même temps des réductions par le charbon. Ku général l'usure des électrodes correspond au moins à la quantité de charbon nécessaire pour réduire les oxydes de la

charge. Il y a certainement une perte de chaleur importante par suite de l'oxyde de carbone et des vapeurs de toute sorte qui s'échappent à haute température.

On a parfois donné aux fours à arc la forme de cuves à marche continue (four Stassano, fig. 153) ; les matières chargées

Fig. 153.

Four élcclrique Slassano.

à la partie supérieure s'échauffent au contact des gaz et des vapeurs dégagées, et viennent se fondre entre les électrodes, placées au-dessus du creuset. Ce serait un moyen de mieux utiliser la chaleur ; mais on a de la peine à obtenir une marche régulière, à moins que les substances à traiter ne soient tout à fait infusibles. Les charges sont exposées à se ramollir trop tôt, à s'agglomérer et à former voûte au-dessus de l'arc électrique, de sorte que la descente s'arrête.

Dans le creuset Siemens, le rendement ne dépassait pas 35 à 40 0/0. Dans des fours plus grands, il s'élève peut-être à 50 ou 60.

Par suite de la présence du carbone en ébuUition, l'atmosphère de l'arc électrique est forcément réductrice. Aussi ces fours servent-ils surtout à la réduction des métaux, et les charges qu'on y traite sont en général des mélanges d'oxydes et de charbon pulvérulent. En raison de la haute température obtenue, ils conviennent pour réduire les métaux réfractaires, comme le chrome, le tungstène, etc. Mais pour les métaux plus fusibles, cette température deviendra excessive et entraînera de grandes pertes par volatilisation ; il vaut mieux avoir recours aux procédés d^électrolyse dont nous allons parler.

îU GilAPÎTBE III. - CHAUFFAGE PAR L'ÉLKCTRIGIÎÊ

Ces métaux réfractaires sont rares, et la seule application industrielle importante du four à arc est jusqu'à présent la fabrication du carbure de calcium.

St4. Fours à résUtenoe. — Les procédés de chauffage direct par résistance sont ceux où le courant passe, sans interruption, à travers la matière à chauffer. Celle-ci peut être fondue ou solide. Le dernier cas ne peut être réalisé qu'avec les corps conducteurs comme les métaux ou le charbon. Mais tous les corps deviennent plus ou moins .conducteurs quand ils sont fondus.

Lorsque le courant traverse ainsi un bain à haute température, il se produit toujours une décomposition électrolytique, qui met les métaux en liberté et les transporte à la cathode. Aussi ces fours s'appliquent spécialement à ce que Ton appelle Te'/ec/rolyse par fusion ignée. Ils peuvent servir à Textraction de tous les métaux, et sont employés en pratique lorsqu'il s'agit d'un métal impossible ou difficile à réduire par le charbon. Ils seront préférables aux fours à arc toutes les fois qu'on n'aura pas affaire à des corps trop réfractaii'es, exigeant des températures extrêmes. Leur mode de marche exclut l'emploi des courants alternatifs.

La décomposition chimique produit une force de polarisation e, de sorte que la force électromotrice disponible est e — e, et Tin-

tensité est i = L'énergie dépensée est ei ; elle se décompose en deux parties : ei, employé à produire les réactions, et {e — e) i, transformé en chaleur. La production du métal sera proportionnelle à l'intensité.

Dans un four donné, les pertes de chaleur varieront peu. Il y a donc intérêt à augmenter la production et par suite l'intensité, et à diminuer la résistance. D'autre part, les pertes varient en raison directe de la température et en raison inverse des dimensions des fours. Il y a donc intérêt à modérer la température et à employer de grands appareils. Les fours industriels devront recevoir plus de 100 kilowatts, et s'il est possible 200 ou 300, ce qui correspondra à plusieurs milliers d'ampères.

Il y a toujours usure des électrodes : cette usure est très variable et dépend beaucoup de la fabrication des charbons; dans de bonnes conditions, on peut l'estimer en moyenne à un kilogramme par 60 kilowâtls-heure.

Le four (lîg. 154) se compose en général d'une cuve prismatique. Le haut de la cuve peut être en maçonnerie, ou en tôle si le fer n'est pas attaquable par le baïn employé. La sole, qui sert

Fig. 154. — Four Borchera.

de cathode, est garnie de brasque : la communication avec le circuit se fait eu dessous, par de larges pièces métalliques; on peut employer des pièces en acier ou en bronze, refroidies par un courant d'eau. Le courant arrive par des cylindres en charbon suspendus au centre du four et formant anode.

On amorce l'appareil en approchant les électrodes assez pour faire jaillir l'arc; on peut aussi les réunir par un petit cylindre de 'charbon qui devient incandescent. Aussitôt qu'il y a un peu de matière fondue, le courant la traverse facilement et on peut relever l'anode .

A partir de ce moment le travail devient continu. On verse les

charges autour de Tanode : elles descendent et viennent se fondre un-dessous, pour former une couche de scories liquides. Le métal précipité par Télectrolyse se rassemble sur la sole, d*où on peut l'extraire par un trou de coulée.

Cette couche de métal fondu forme la surface de la cathode, et on doit maintenir Tanode à quelques centimètres au-dessus. De cette distance et de la résistance du bain dépendra à chaque instant l'intensité du courant.

Lorsque le produit n*est pas coulé, on peut rendre le creuset mobile en le plaçant sur un chariot que Ton retire à la fin de l'opération (fig. 155). La marche est alors discontinue.

Fiff. i55. — Four à creuset mobile.

C'est le cas de certains fours à carbure de calcium.

Le rendement de ces fours peut dépasser 75 0/0. La chaleur est produite au sein même de la masse, et si le four est assez grand, les parois ne s'échauiFent pas trop. La température sera réglée à volonté par Tintensité du courant ; en général elle est beaucoup plus faible que dans les fours à arc. La partie supérieure du bain étant relativement froide, il y a peu de volatilisation, à moins que la réaction même n'ait pour effet de dégager des substances volatiles à Tanode.

Un point important est d'obtenir avec des mélanges convenables une scorie bien fusible et possédant le minimum de rédstance électrique. On abaisse ainsi la température nécessaire, et on améliore le rendement.

Les fours à résistance fonctionnent eji général à plus faible voltage que les fours à arc : on dépasse rarement 25 à 30 volts, et souvent on descend à 10 ou 15. Comme l'emploi des dynamos à ces faibles tensions n'est pas avantageux, on mettra souvent plusieurs fours en série, de manière à avoir une différence de potentiel totale d'au moins 50 à 60 volts. La densité de courant sera assez modérée : elle pourra atteindre 3 ou 4 ampères par

centimètre carré pour les températures élevées (1 ,800**), — ampère pour les températures moyennes (800<>.)

Le chauffage par résistance solide est employé pour le travail et la soudure des métaux. Il n'y a pas besoin de fours. Le courant passe directement à travers la pièce de métal, le contact étant assuré par deux pinces de chaque côté de la partie qu'on veut chauffer.

Ce système se prête à une bonne utilisation de la chaleur: il a l'avant'ige d'être très commode et rapide.

Vu la faible résistance des métaux, il faut des courants de très grande intensité et de faible voltage. On emploie des courants alternatifs avec transformateurs.

815. — Foar« à ehauflaiie Indirect — Les fotu's à chauffage indirect sont des fours à vases clos, où l'enveloppe seulement est chauffée par Télectricité. Ils peuvent servir aux fusions non réductrices, à l'affinage des métaux réfractaires.

M. Moissan emploie à cet effet un tube en charbon, incliné, dont la partie centrale est placée au milieu de rare. La charge est introduite par le haut du tube, les matières fondues s'écoulent à l'autre bout.

MM. Girard et Street ont établi, sur le même principe, des modèles de fours à tube vertical permettant le traitement des matières pouvant entrer en fusion (fig. 156 et 157).

Ce four ne peut avoir qu'un rendement calorifique faible : il vaut mieux chauffer l'enveloppe par résistance, quand la température à atteindre n'est pas trop élevée.

Les fours de ce dernier système ont servi surtout pour des études de laboratoire. Ainsi, pour étudier le recuit des métaux et réaliser des températures bien régulières, M, Charpy a employé un tube formé de deux feuilles en carton d'amiante, entre lesquelles s'enroule une spirale de fils de platine que le ppurant porte à l'incandescence ; le tube peut î*ecevoir un moq-

■ Yement de rotation qui rend la température plus uniforme. On peut remplacer le lit de platine par un ûl de nickel pur.

Fig. 136 et 157. — Fours Girard el Street.

On atteint dans ces fours la température de 1 .500". On peut aller jusqu'à 2.000 en employant des tubes de cbarbonque le courant traverse directement. Il faut naturellement des courants de grande intensité, car la température dépendra de l'équilibi-c entre les pertes par rayonnement et la cbaleur produite par résistance.

La partie cbauffée doit être entourée d'une seconde enveloppe en briques réfractaires, destinée à diminuer le rayonnement.

D'après des observations faites par MM. Linde et Rothe sur un four à tube de tO mm. de diamètre et de 62 cn\. de longueur, entouré de fil de nikel de 2 mm., et de deux tubes concentriques en terre, la résistance élant de 0,5 ohm à la température ordinaire, on a observé le rapport suivant entre les températures développées et l'énergie consommée en watts ; 200" 60w

On peut rapprocher de ces fours

celui de M. Borchers (lig. 158).

OÙ la matière h cliauffer, au lieu d'être placée dans une enveloppe incandescente, eiilouri' une tige où passe le courant, C'est un

. CHAUFPàGE PAR L'ÉLECTRICITÉ

chauffage indirect par Fintêrieur de la masse.. On obtient ce résultat en réunissant deux gros charbons par un charbon beaucoup plus mince. La densité du courant dans le petit charbon

Fig. 158. — Four Borchers.

doit être de 1.000 ampères par centimètre carré pour les températures élevées. Un courant de 12 volts et 120 ampères peut cbaufTer k 1.800' une tige de 4 millimètres de diamètre sur 4 centimètres de longueur. C'est un procédé très logique au point de vue du rendement, car on recueille ainsi toute la chaleur qui se perdrait par le rayonnement, et l'utilisation théorique pourrait être parfaite. Mais il y aurait sans doute de grandes diflicultés matérielles h chauffer ainsi de grandes masses, et nous ne croyons pas que ce système ait encore reçu d'applications industrielles.'

SIS. Faura mixtea. — L'électricité étant un moyen de chauffage coilteux, loutes les fois qu'il s'agit de températures modérées il serait logique de ne lui demander que le coup de feu final et de soumettre à l'action du courant des matières déjà échauffées par les procédés ordinaires.

Tel est le but des fours mixtes. M. Minet a proposé à cet effet divers types d'appareils intéressants, permettant d'utiliser les gaz combustibles de hauts fourneaux ou les gaz brûlés des fours métallurgiques.

Le four (fig. lo9) est formé d'une chambre centrale A avec trou de coulée T où se produisent les opérations; des chambres de chauffe D, D, sont séparées de ,\ par des cloisons en matières réfractaires, dont la nature dépend des matières traitées. Sous ces chambres D, D et communiquant avec elles par desnrificosj

280 CHAPITRE lll. — CHAUFFAGE PAR L'ELKCTHlCITft

se trouvent deux séries de cameaux : les uns CC servent au passiige des gaz de hauts fourneaux, les autres C'C à l'arrivée

Fig. 1S9. — Four mixte sjsième Mioet.

des gaz riches ou pauvres employés; des entrées d'air permettent de produire la comhustion complète de ces gaz.

Avant de pénétrer dans les cameaux C,C, les gaz des hauts fourneaux passent dans les galeries BB. Les charbons E servent d'électrodes.

On peut modifier la marche du four suivant les températures à obtenir.

Températures jusqu'à 500*. — Les gaz circulent dans B,B et D,D, et agissent par leur chaleur sensible.

Températures de 500" à 900". — Les gaz circulent dans B,B sans combustion, et une partie passe par C,C pour venir brûler dans D,D.

Températures de 900" à l.oOO*. — Les gaz circulent dans B,B sans combustion, une partie passe par C,C et vient bn\Ier dans D,D ; les gaz riches ou pauvres provenant d'usines à gaz ou de gazogènes viennent dans C'.C pour briller ensuite dans D,D.

Températures de 1,500° à 3.500°. — Comme ci-dessus avec, en plus, passage du courant dans les électrodes E,E.

Ce four mixte permet d'obtenir ainsi une échelle variée de . températures, suivant les réactions à effectuer.

Si Y, — Comparaison avee les procédés de ehaaffaiie ordinaires. — Un cheval-heure équivaut théoriquement à 635 calories ; aux bornes des fours électriques il pourra en donner 530 à 600, ce qui mettrait le prix des 1000 calories électriques entre un et deux centimes avec des forces hydrauliques, entre dix et vingt centimes avec des moteurs à vapeur.

Avec de bonnes houilles à 14 fr. la tonne, ce qui est un prix moyen dans le voisinage des bassins houillers, les 1000 calories coûteront fr. 002 ; le prix de la calorie électrique sera donc cinq à dix fois celui de la calorie produite par combustion, et si on emploie la vapeur comme force motrice, le rapport s'élèvera à cinquante ou cent.

Pour qu'il y ait parité, il faudrait, dans le cas le plus favorable, que le prix du charbon s'élevât au-dessus de 70 francs dans une région où Ton dispose de chutes d'eau.

Mais pour établir une comparaison rationnelle, il faut tenir compte du rendement pratique. Le rendement du four électrique peut être de 60 à 80 0/0. Celui d'un four métallurgique ordinaire dépasse rarement 20 0/0 (si on laisse de côté les fours h cuve où l'utilisation est meilleure) ; il diminue à mesure que les dimensions du four deviennent plus faibles, et que la température à produire est plus élevée. Pour la fusion de l'acier en creuset il s'abaisse à moins de 5 0/0; un kilogramme de bon coke produit à peine 200 calories utiles. En comptant le coke à 30 fr., les 1000 calories utiles reviendront h 15 centimes tandis que les 1000 calories électriques reviendront à 3 centimes avec des forces hydrauliques. Même en produisant l'électricité avec des moteurs à vapeur, il y aura presque parité, et on pourra préférer ce moyen de chauffage à cause des commodités qu'il présentera dans certains cas.

En fait, jusqu'à présent, l'emploi industriel de l'électricité comme agent de chauffage reste limité aux fabrications qui sont impossibles, ou tout au moins très difficiles, dans les fourneaux ordinaires, comme celle de l'aluminium, du carbure de calcium, et accessoirement des ferro-siliciums ou ferro-chromes très riches. On peut prévoir qu'il s'étendra à quelques autres opérations exigeant des températures très élevées et de fortes dépenses de combustible, comme la fabrication du ferro manganèse.

Dans l'élaboration des métaux, on emploie l'électricité avec

succès pour la soudure, c'est-à-dire pour une opération discontinue, portant sur de faibles poids, où Ton recherche la commodité plutôt que Téconomie.

Dans ces conditions, l'électricité peut reprendre Tavantage, car les fours métallurgiques ne sont économiques qu^à condition d'avoir de grandes dimensions et de travailler d'une manière continu'e : tout arrêt est une cause de pertes. Le rendement de ces fours devient donc très mauvais quand il s'agit de faibles productions et que les arrêts sont fréquents, tandis que celui des fours électriques reste à peu près le même.

Dans le cas de la soudure, il faut à peu près 2.000 kilograramètres pour chauffer au blanc un centimètre cube de fer, ce qui correspondra, avec un bon moteur, à unp dépense de charbon de 1 k. 5 p'ar kilogramme de métal. Dans les grands fours à réchauffer, on ne dépense pas plus de 200 à 300 k. par tonne ; mais dans les fours où Ton réchauffe de petites pièces, la consommation monte à 600 ou 800, et il n'est pas douteux qu'elle puisse s'élever au double quand la marche est souvent interrompue. D'autre part le chauffage électrique est bien plus rapide, il occasionne moins de déchets et il peut se localiser exactement sur les points à souder, tandis que dans les fours on chauffe inutilement une fraction plus considérable des pièces. Ainsi l'électricité peut devenir moins coûteuse. -

Si au contraire il s'agit de grandes productions, Télcctricitc ne pourra pas lutter en général avec les moyens de chauffage ordinaires, d'autant plus qu'elle se prête très difficilement aux chauffages de grandes enceintes. Son emploi se limitera alors à la production des températures exceptionnelles. Toutefois, on pourra songer à l'employer comme adjuvant, dans les fours mixtes, pour donner le dernier coup de feu.

319. Fabrieation des ebarbons. — Pour l'électro-métallurgie par voie sèche et par voie humide, le charbon est à peu près le seul corps employé comme électrodes, sauf dans les cas où il se trouverait attaqué, comme dans la fabrication du chlorate de potassium. Le charbon est en effet la seule matière qui remplisse les conditions nécessaires pour le maintien d'un arc voltaîque puissant.

La qualité des charbons employés doit être appropriée à l'usage spécial auquel ils sont destinés. C'est ainsi que les charbons

pour l'éclairage doivent être denses, homogènes, purs, présenter^eu d'usure et être bons conducteurs.

Pour l'électro-métallurgie par voie sèche, it faut surtout que le charbon soit compact et résistant aux causes d'usure physiques et chimiques.

Les divers charbons employés sont des agglomérés formes de poudre de charbon (coke, charbon de cornue, anthracile pur), et d'une matière agglutinante (gomme, mélasse, goudpon, ou brai).

Le mélange doit être moulé sous une pression très forte et autant que possible à la presse hydraulique. Le produit est cuit à haute température.

On fabrique ainsi des cylindres d'environ t m. 50 de longueur et de 1 à 4 décimètres carrés de section : pour des sections plus fortes, il vaut mieux en réunir plusieurs en faisceaux.

Les charbons d'électrode coiUaient autrefois 1 fr. le kil. ; leur prix a diminué de moitié,, et, dans une usine qui les fabrique elle-même, on peut les avoir entre fr. 25 et fr. 30.

On peut augmenter la résistance des charbons en les cuisant à une température extrême, par chauffage électrique. Le four Girard et Street construit spécialement pour cet usage se compose d'un bloc f de matière réfractaire en un ou plusieurs morceaux, percé de deux canaux à angle droit: l'un sertâ introduire le charbon c à traiter, l'autre donne passage à deux tiges de charbon « et è servant à la formation de l'arc (fig. 160).

Fig. 160. — Four Girard el Streel.

Le charbon à traiter c passe dans des tubes f/ et ^ au travers de presse-étoupes. Des galets donnent au charbon c un mouvement d'avancement continu, dont la vitesse dépend du résultat que l'on désire obtenir.

11 y a deux arcs formés, Tun entre b et c, l'autre entre a et c. Dans d'autres fours, il n'y a qu'un seul arc.

Si on le désire, l'opération peut s'efTcctuer dans une atmosphère de gaz quelconque, les presse-étoupes assurant l'étanchéité.

L'usure des charbons â et A étant très lente, le réglage des arcs se fait à la main.

Le charbon obtenu par ce procédé est environ 25 fois plus résistant aux agents chimiques que les charbons ordinaires ; la conductibilité électrique est augmentée dans le rapport de 4à i ; la densité est également augmentée ; enfin l'usure du charbon dans Tare est la moitié de celle des charbons ordinaires. Il contient environ 80 0/0 de graphite.

A 19. Ktude et «urvcillance des fears élcHBtriqaeii. —

Pour contrôler la marche des fours électriques, on installe sur le circuit un ampèremètre qui indique 1-intensité, et en dérivation sur les bornes du four un voltmètre qui indique la diflFérence de potentiel. On doit faire les observations régulièrement. Pour Tétude théorique, il est utile de mesurer la température, avec un couple logé dans un tube assez long pour pénétrer dans la région la plus chaude du four ; dans la marche courante, on se contentera d'apprécier la température d'après Téclat des produits coulés et la fluidité du bain.

Le produit ei représentera l'énergie développée dans le four.

Si E est la force électro-motrice aux bornes de la dynamo, -—

représentera le rendement de l'installation électrique et permettra de calculer les pertes d'énergie dans le circuit extérieur. Quant aux pertes dans le four, on pourra les calculer si on connaît les chaleurs spécifiques des matières à échauffer, leur température finale, les chaleurs de fusion et les chaleurs correspondantes aux réactions chimiques. On aura alor$ la quan-

Q tité Q de chaleur réellement utilisée, et le rapport —X 4.200

*' ^ ei

donnera le rendement du four.

Dans les fours à résistance solide, on pourra mesurer les pertes par rayonnement en les faisant fonctionnera vide : Ténei^ie nécessaire pour les maintenir à température constante équivaudra alors à la chaleur perdue.

Pour régler la température, on peut : soit intercaler dans le circuit extérieur des résistances variables, soit faire varier la résistance du four en modifiant la distance des électrodes. Ce dernier moyen est évidemment préférable, car toute résistance supplémentaire augmente les pertes d'énergie. Il est cependant indispensable d'avoir des rhéostats pour compenser les variations de résistance^ qui sont parfois très fortes dans les fours à arc, surtout au début et à la fin des opérations. Mais dans le régime normal, l'installation électrique et la puissance des machines doivent être étudiées pour réduire au minimum la résistance des conducteurs.

Dans les fours à résistance solide, l'emploi des rhéostats permet seul de régler la température.

Dans les fours à arc et dans tous ceux où il se produit des réactions chimiques, il se développe une force contre-électromotrice, où force de polarisation s, eton a la relation : e = n + s. La détermination exacte en est souvent difficile. La résistance r varie avec la température et avec l'intensité. Si on néglige ces variations, en faisant deux expériences avec des intensités différentes, on aura deux équations permettant de calculer r et s. On n'aura ainsi qu'une approximation.

Si on fait plusieurs expériences, en les combinant deux à deux, on obtiendra autant de valeurs diflFérentes de la constante s. On fera alors des essais en introduisant, dans toute la série des équations qui traduisent chaque expérience isolée, une même valeur de e. Chaque équation donnera ainsi une valeur de r correspondant à une valeur de i. On pourra construire la courbe des variations de r en fonction de i : on cherchera par tâtonnements quelle est la valeur de s qui donne la courbe la plus régulière. Toutefois, il ne faut pas oublier que s peut varier un peu avec la température.

Si on fait varier la distance d et la section s des électrodes, on

peut poser approximativement ;• == ro X — , ^'o étant la résis-

tance spécifique du bain : on pourra la déterminer en faisant plusieurs expériences dans des conditions variables.

La recherche du régime le plus avantageux sera délicate. Il y a presque toujours avantage à réduire le potentiel et la température, autant que le permet l'opération à réaliser. Toutefois il y aura dans cette voie une limite pratique à chercher par t<\lon-

286 CHAPITRK IIÏ. — CHAUFFAGE PAR L'ÉLECTRICtTÉ

nements. En effet, quand' on diminue la température, la résistance du bain augmente, ce qui est un inconvénient. D'autre part, quand on diminue le potentiel et l'intensité, le rendement électrique s'améliore, mais la production décroît et les frais généraux deviennent plus lourds. Il y a donc un moyen terme à rechercher, et le régime qui donnera le moindre prix de revient dépendra sooveni des circonstances locales.

Il sera toujoure avantageux de réduire le potentiel et la température nécessaire, en cherchant la composition du bain qui correspondra au minimum de résistance et au maximum de fluidité.

Il sera bon, dans les fours à électrolyse, d'observer la température extérieure des cuves et celle de la surface du bain : il est toujours utile de les réduire dans la mesure du possible. Ces observations détermineront les dimension^ les meilleures à donner aux cuves et la hauteur à donner au bain. En effet, la température extérieure baissera quand on augmentera ces dimensions par rapport à la section des électrodes.

Notons que dans la conduite pratique de ces fours, il est très important de surveiller et d'entretenir avec soin tous les contacts entre les différentes pièces qui composent le circuit, notamment entre les électrodes et les câbles. La propreté et la perfection de ces contacts sont indispensables pour éviter des augmentations de résistance et des pertes d'énergie.

390. Alumlnotbermie. — L'aluminothermie est un procédé qui permet de réaliser des températures élevées, et de préparer divers métaux à Tétat pur; la chaleur est fournie par l'oxydation de Taluminium.

L'aluminium ne brûle pas directement à Tair, mais il peut brûler indirectement en décomposant les oxydes des autres métaux. Sauf les métaux alcalins et alcalino-terreux, tous les métaux peuvent être déplacés de leurs oxydes par Taluminium : cette réaction donne lieu à un grand dégagement de chaleur, et se produit très rapidement quand les deux corps sont intimement mélangés ; elle peut même se faire avec explosion pour les oxydes faciles à réduire.

Ce principe a d'abord été utilisé pour la réduction du manganèse ; puis M. Goldsmidt en a fait un procédé général de chauffage et de réduction des métaux, sans intervention du carbone.

dHAPITRÉ ni, — CHAUFFAGE PAR L'ÉLECTRiCltÉ 28?

L'aluminium est pris en poudre fine, ou de préférence sous forme de sciure ou de grains fins réguliers, et mélangé avec le sel à réduire dans les proportions théoriques définies par Téquatioa chimique, et qui, pour le chrome, par exemple^ est la suivante :

Au début, M. Goldschmidt efTeciuait Tamorçage de la réac; tion, en un point donné de la masse, en y produisant une température élevée par un jet de flamme approprié ; cette réaction se propageait ensuite rapidement des divers côtés du points d'inflammation. Depuis, M. Goldschmidt a rendu l'opération plus facile en employant, pour mettre la réaction en train, un mélange formé de poudre d'aluminium et de poudre de bioxyde de barium : une simple allumette approchée d'un fil de magnésium enfoncé dans cette amorce suffit à provoquer la réaction, l'un sur l'autre, des deux corps qui la composent ; la chaleur dégagée devient tout de suite considérable et détermine une réaction rapide dans toute la masse.

De grandes précautions doivent être prises dans la préparation du mélange de l'aluminium et de l'oxyde métallique à réduire, afin que ce mélange soit bien homogène ; Taluminium ayant une grande affinité pour les métaux, M. Goldschmidt conseille d'employer un léger excès d'oxyde pour assurer Toxydation complète et empêcher la formation d'alliage d'aluminium.

Dans la préparation de Tamorce d'allumage, il faut employer de Taluminium réduit en poudre impalpable, le mélange avec le bioxyde de barium devant être aussi intime que possible : les proportions de matières employées sont de gr. 6 d'aluminium pour 2 gr. 5 de bioxyde de barium.

Le creuset dans lequel s'efiectue l'opération doit être de préférence en plombagine, et garni intérieurement de magnésie comprimée à la presse hydraulique. On y place une certaine quantité du mélange à traiter jusqu'au quart environ de la hauteur du creuset, puis on projette sur ce mélange quelques grammes de poudre d'allumage qu'on enflamme avec une allumette : la chaleur dégagée amorce aussitôt l'oxydation, et la masse commence rapidement à entrer en fusion. Lorsque la surface du mélange est devenue liquide, on projette petit à petit dans le bain de nouvelles quantités du mélange d'oxyde métallique et

d'aluminium préparé, jusqu'à épuisement de la préparation ; M. Goldschmidt dit pouvoir obtenir par cette méthode 100 kg. de chrome pur en 25 minutes : dans la préparation de ce métal, la température des matières en réaction dépasserait d'après rinventeur 3.000 degrés. Le chrome et le manganèse sont obtenus à un grand degré de pureté à l'usine de la société d'électrochimie de Saint Jean-de-Maurienne, et à celle d'Essen,par ce procédé.

M. Goldschmidt utilise aussi les températures élevées qu'il obtient de la façon que nous venons d'indiquer pour braser et souder les métaux. A cet effet il prépare un mélaïige« qu'il nomme <( thermite », composé d'aluminium en grains assez fins et d'oxyde de fer bien pulvérisé, et il l'enflamme dans un creuset au moyen de poudre d'allumage ; les pièces à braser ayaat été bien nettoyées, puis rapprochées au moyen de tirants à vis, on coule le métal fondu dans une sorte de moule formé d'une enveloppe en tôle garnie de terre réfractaire et embrassant les extrémités des tuyaux. Il coule d'abord du creuset un peu de corindon liquide, qui se solidifie au contact du métal froid et protège ce dernier contre une température trop élevée ; le métal coule ensuite et la chaleur quïl dégage amène la fusion, et par suite le soudage des bouts de tuyaux en contact.

Le mélange réducteur et la couche de corindon s'enlèvent facilement lorsqu'on retire le moule.

Ce procédé a été aussi appliqué avec succès au soudage des rails de tramways.

L'aluminothermie peut être considérée comme un moyen indirect d'utiliser l'énergie électrique, puisque raluminium se prépare par l'électrolyse par fusion ignée. Il est donc évident, a priori^ que le système sera plus coûteux que le chauffage électrique; mais, dans certains cas, il pourra être plus commode parce qu'il n'exige ni fours ni appareils, et, pour la préparation des métaux réfractaires, il ofire l'avantage de les réduire par l'aluminium, sans y introduire de carbone.