fois son poid

6 ou 7. t

Le coke doit ctre considéré comme produisant , à poids égal^ à peu près autant de chaleur que le charbon de bois, du moins lorsqu'il ne contient que très-pcu,de matières terreuses.

Si l'on veut déduire des expériences les plus exactes des notions utiles pour la pratique , il faut comparer les quantités de chaleur mesurées dans le calorimètre à glace , qui sont un maximum ou une limite dont on ne peut espérer eje s'approcher de très-près avec les effets calorifiques produits par l'unité de poids d'un combustible brûlé dans un fourneau : on verra par là de combien l'effet utile est éloigné de la limite théorique. C'est ainsi que l'on a reconnu que les fourneaux d'évaporation , construits avec le plus de soin et établis sur les meilleurs principes, laissoient encore perdre un tien de la chaleur développée dans leur intérieur ; d'au-

1res, moins biéïi disposes, n'en mettent à profit que la moitié ou seulement les deux cinquièmes.

De F air et de son action dans les fourneaux,

§. 1 .' r Pour brûler complètement un corps combustible , il est nécessaire de satisfaire à plusieurs conditions, dont les principales sont de maintenir ce corps à une température suffisamment élevée, et de lui proourer en même temps le contact de l'air atmosphérique souvent renouvelé : si Ton veut produire une combustion rapide, il faut une température plus élevée et un renouvellement plus fréquent de l'air, c'est-à-dire, un courant plus rapide.

Lorsque le combustible est en masse , on augmente les surfaces qu'il doit présenter, et par conséquent le nombre de ses points de contact avec l'oxigène atmosphérique, en le divisant en morceaux tels qu'il reste entre eux, lorsqu'ils sont accumulés dans le foyer, des interstices sufTisans pour la circulation de l'air; car un combustible réduit en poussière brûle plus diflicilement que lorsqu'il est seulement concassé, parce qu'il ne satisfait pas à cette dernière condition. La disposition du combustible est aussi une circonstance importante, suivant son espèce : ainsi le bois refendu brûle bien sur un foyer plat, tandis que la houille et le charbon demandent d'être placés sur une grille. 11 est également indispensable , pour produire une haute température dans un foyer, d'y accumuler la plus grande quantité possible de combustible dans l'espace le plus resserré, et d'y * faire passer, dans un temps donné, le plus d'air que l'on pourra. Le rapprochement des morceaux de combustible l'un de l'autre est un avantage sous le rapport de l'augmentation de leur température par l'irradiation réciproque de la chàicur, lorsqu'on a pris les moy ens convenables pour que le courant d'air n'en soit pas aCToibli notablement. On atteint ce double

but de la manière la plus avantageuse, en faisant traverser le foyer rempli de combustible par un courant d'air qui est poussé dans le fourneau par une machine et avec une compression suffisante.

En général , il faut faire passer dans un foyer une quantité d'air atmosphérique beaucoup plus grande que celle qui seroit rigoureusement nécessaire pour brûler le combustible, si tout l'oxigène qu'il contient étoit absorbé. La mobilité de l'air, sa dilatation par la chaleur, et en outre l'action de ce» lui qui est projeté par les machines soufflantes ou aspiré par les cheminées, ne permettent jamais un long contact, nonseulement jd'une molécule avec les mêmes parties de combustible, mais non 'plus un long séjour du même air dans le foyer : K il en résulte nécessairement qu'il sort des fourneaux beaucoup d'oxigène qui n'a point trouvé d'occasion favorable pour entrer en combinaison. Plus on veut brûler rapidement le combustible, c'est-à-dire, plus on veut élever la température d'un foyer, plus il faut augmenter le courant d'air en vitesse et en volume ; il n'y a d'autres limites que celles résultant du refroidissement que produit inévitablement le renouvellement de l'air, et qui, à un certain point, l'emporte sur l'accroissement de chaleur qu'on attend d'une circulation plus prompte.

Lorsque l'on connoit la composition d'une substance combustible, on peut aisément calculer, d'après la théorie chimique, quelle seroit la quantité d'oxigène exactement nécessaire pour en opérer la combustion complète $ on en déduiroit encore plus facilement celle de l'air atmosphérique qli'il faudroit employer en supposant que tout l'oxigène qu'il contient (21 centièmes) fût absorbé. On tronveroit ainsi que , pour une partie de bois sec, on doit employer au moins 2,20 d'air atmosphérique, et pour une partie de houille, 4,40 parties d'air. Mais, comme nous l'avons dit, cette quantité calculée est un minimum et seroit tout-à-fait insuffisante *

l'expérience fait voir qu'il convient de faire passer dans, les foyers où l'on veut déterminer une combustion fort active, trois fois autant d'air qu'il seroit rigoureusement nécessaire; de sorte que, pour le bois, on en fait entrer dans le foyer environ dix, et pour la houille vingt fois son poids.

Nous reviendrons incessamment sur les dispositions qui ont pour but de mettre le combustible en contact avec l'air, et les moyens dont on fait usage pour introduire de l'air comprimé dans les fourneaux, ou, en général', pour y produire un renouvellement rapide de l'air.

§. -2. L'air agit essentiellement, dans les fourneaux, en raison de l'oxigène libre, qu'il contient dans la proportion d'un cinquième environ; les quatre autres. cinquièmes paroissent sans action chimique, et n'avoir qu'une influence passive ou mécanique sur les opérations. Ainsi l'oxigène atmosphérique produit la combustion, mais non pas à beaucoup près aussi rapidement ni aussi complètement qu'il le feroit s'il n'étoit point délayé dans quatre fois son volume de gaz azote. Enfin, ce dernier gaz, témoin inutile de la combustion, en diminue encore les effets en emportant du foyer une quantité de chaleur proportionnée à la température même de ce foyer et à la quantité considérable d'air qu'il faut employer pour brûler rapidement les corps combustibles.

L'oxigène de l'air exerce son action, toujours très-énergique dans les hautes températures, sur les métaux qui se trouvent souvent mêlés avec le combustible dans les fourneaux : c'est ainsi que le fer, le plomb, l'étain, le zinc, le cuivre, etc., réduits à l'état métallique par le contact des combustibles dans les fourneaux, sont souvent ramenés à ' celui d'oxide par le courant d'air servant à la combustion. On ne diminue cet inconvénient , qui ne sauroit être écarté complètement, qu'en opérant dans des vases fermés ou creusets, et dans les fourneaux, qu'en entretenant dans leur intérieur, comme on le fait ordinairement, une certaine quan-

76 chapitre n.

tité de verre terreux ou laitiers destinés à euvelopper les globules métalliques et aies préserver ainsi de Toxidation lorsqu'ils viennent à traverser le courant d'air à l'endroit où jl est introduit dans le foyer, c'est-à-dire, où il est le plus oxidant. Par exemple, dans la fonte des minérais de fer on dispose ses mélanges de manière qu'il y ait toujours environ le double en volume de laitiers relativement au fer métallique.

Ces laitiers servent en outre à recouvrir les métaux réduits et fondus dans les bassins ou creusets, où on les laisse rassemblés pour qu'ils se purifient par le repos.

Au reste, quelque chose que l'on fasse, toutes les fois que l'air pénètre dans les fourneaux où i' on réduit des oxides métalliques, on doit s'attendre qu'il y aura une succession de réductions et d'oxidations, dont il s'agit seulement d'assurer le résultat définitif : pour remplir ce dernier objet, on soustrait à l'action du courant d'air le métal obtenu, en plaçant le creuset qui le reçoit au-dessous de l'orifice d'entrée de l'air et par cela seul peu exposé à son action, et en tenant le métal constamment recouvert de laitiers, qui, plus légers, se tiennent à la surface du bain.

§. 3. L'action de l'air atmosphérique est due , ainsi que nous l'avons reconnu tout à l'heure , aux affinités très-énergiquesetfort multipliées de l'oxigène libre qu'il renferme, et le gaz azote, en délayant le gaz oxigène, diminue son action à peu près comme s'il étoit dilaté de manière à occuper un volume quintuple de celui qu'il auroit s'il n'y avoit point de mélange. On peut ainsi se faire aisément une idée de la diminution de l'action produite par un volume donné de ce gaz ; mais ceux qui voudroient pénétrer plus avant dans cette matière, trouveront des faits analogues dans les recherches de M. Davy sur la production de la flamme.

II y a encore d'autres actions de l'air ou , pour mieux dire , des courans d'air dans les fourneaux, les unes mécaniques,

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les autres chimiques, en même -temps : Jl est bon de les,conjj/. noitre et de les apprécier, quoique lest effets en soient bien moins généravx et bien moins importons que ceux qui sont, dus à l'oxigène qu'il contient.

M. Gay-Lussac a fixé l'attention des chimistes et des métallurgistes sur quelques effets de l'air relativement a la vaporisation des métaux, et il ne faut pas négliger cette influence dans l'examen des phénomènes des fourneaux; c'est pour cela que nous allons les rappeler en peu de mots:. «Ce « seroit envain , » dit M. Gay-Lussac, dans le tome I. er des Mémoires d'Arcueil, « que l'on voudroit distiller du zinc dans « un vase n'ayant qu'une légère communication avec l'air « et également chauffé dans tous les sens , si la température « n'étoit pas suffisante , pour le faire bouillir. Un mélange « d'oxide de zinc et de charbon donneroît pourtant, dans « les mêmes circonstances , un très-beau zinc métallique; On « sait aussi que, pour faire des fleurs de zinc, il faut, indé-

« pendamment de l'oxidation, un courant d'air au-dessus de « la surface du métal. Le plomb, l'antimoine, le bismuth « fument beaucoup à une chaleur rouge dans des creusets « ouverts et paroissent par conséquent très-volatils ; dans des « creusets fermés, ils ne donneroient pas de sublimé et pa- « roîtroient très- fixes. » Ce n'est pas la nature chimique de l'air qui, seule, produit ces phénomènes; un courant d'un gaz quelconque, de vapeurs et même de vapeur d'eau, peut produire un entraînement de cette espèce. L'action de semblables courans est fort remarquable; et les recherches cle feu M. Descotils (Journal des mines, tome XXVII) , qui en ont constaté les effets sur le sulfure de plomb et le plomb métallique, ne laissent aucun doute sur leur importance dans certaines opérations métallurgiques relatives aux minépais de plomb. «On peut établir comme un fait certain , dit-il , que la « sublimation du sulfure de plomb est singulièrement favo- « risée par un courant de gaz quelconque, qui peut d'ailleurs

« agir par ses propriétés chimiques. ^Lorsqu'on emploie un «c courant d'air atmosphérique, l'oxigène contenu dans ce- .

« lui-ci convertit une portion du sulfure en sulfate de plomb , « qui se volatilise et est entraîné par le courant, d'une ma- « nière analogue à ce qu'on voit arriver dans les fourneaux: « où Ton traite ce minerai. On ne trouve en résidu (et « c'est alors du plomb métallique) que la moitié environ « du inétal qui étoit contenu dans le sulfure. » Cela explique très-bien les pertes notables qui ont lieu sur le plomb, dans le traitement de la galène au fourneau à manche, à l'aide d'un grillage préliminaire, et l'avantage que l'on trouve à employer le fer comme agent de séparation à l'égard du soufre , parce que, dans ce dernier cas, il ne se forme aucune substance gazeuse. Il paroit que ces effets des courans d'air, fort notables quand il s'agit du plomb, du zinc, de l'antimoine et peut-être encore de quelques autres métaux, sont insensibles sur le cuivre , l'argent et autres peu oxidables par l'air.

§. Enfin, il y a des effets tout-à-fait mécaniques de l'air qui ne sont pas sans quelque influence sur les opérations qui se pratiquent dans les grands fourneaux, surtout lorsqu'ils sont traversés par des courans d'air très-rapides : c'est ainsi que les minérais en poussière, ou trop légers par eux-mêmes, courent risque d'être rejetés au dehors par le vent des machines soufflantes, et qu'on est obligé d'y apporter remède en les mouillant, ou bien de quelque autre manière. De même, dans les hauts-fourneaux à fer, il arrive souvent que le charbon ou le coke , plus légers que le minérai , sont soulevés davantage, laissent celui-ci descendre plus vite, et se séparent ainsi de ce qui devoit demeurer avec eux.

Il ne faut pas oublier que les gar ou vapeurs qui se forment par la combustion , contribuent à augmenter le courant , et produisent, comme l'air atmosphérique, les effets dont nous venons de parler.

Remarquons aussi, à cette occasion, que les produits aéri-

formes de la combustion dans les fourneaux sont un mélange , avec le gaz oxigène qui n'a pas été absorbé, de gaz azote, de gaz acide carbonique, et surtout de gaz oxide de carbone qui paroit se former en abondance dans les hautsfourneaux , soit qu'il soit un produit immédiat de la combustion du charbon dans les circonstances où elle s'opère, soit, ce qui est plus vraisemblable, que l'acide carbonique formé se décompose en traversant une haute colonne de charbon embrasé : c'est principalement sur l'existence de ce gaz imparfaitement brûlé que repose le chauffage de divers appareils à l'aide de la flamme qui sort des hauts-fourneaux. On a fait aussi quelquefois servir ces gaz à l'éclairage, du moins comme un objet de curiosité. On peut consulter à ce sujet un Mémoire de M. Berthier, ingénieur en chef des

mines , inséré dans le tome XXXV du Journal des mines.

Des fondons.

§. 1." On donne le nom de fondons aux substances que Ton ajoute à des minérais pour faciliter l'opération de les fondre dans un fourneau : ce sont ordinairement des substances terreuses, ou des scories ou laitiers provenant des fontes précédentes. Les minérais métalliques sont, comme on sait, en général composés d'une gangue , combinée ou mêlée avec des oxides ou des sulfures métalliques : c'est cette gangue qui doit former le laitier dout on a ordinairement besoin dans l'intérieur d'un fourneau. Cependant il peut arriver qu'elle ne soit pas assez abondante, ou, ce qui est le cas le plus fréquent, que les substances terreuses dont elle est composée ne se trouvent pas dans la proportion convenable pour prendre, à la température habituelle des fourneaux, le degré de liquidité que l'on désire lui donner. On obtient les résultats les plus utiles en ajoutant au minérai une ou plusieurs substances terreuses , dont la nature et la quantité devront être déterminées, pour

donner au mélange la fusibilité convenable. A la vérité, on augmente ainsi la masse des matières à fondre ; mais aussi on rend possibles, ou du moins plus faciles, et par suite moins coûteuses sous le rapport du combustible, différentes opérations métallurgiques qui ne. le seroient pas autrement.

Les principales conditions auxquelles doivent satisfaire les fondans, sont d'abord de ne point nuire à l'extraction du métal que l'on veut retirer des minerais , ni à sa qualité: c'est ainsi que, relativement au fer, les substances qui d'ailleurs pourroient être de très-bons fondans des gangues,, mais qui contiendroient du soufre ou du phosphore, ne doivent jamais être employées. Les fondans doivent remplir leur objet avec économie, c'est-à-dire, d'abord épargner le combustible en facilitant la [onlv, ensuite il faut les choisir parmi les matières qui sont le plus abondantes et qui reviennent au moindre prix, à raison de leur exploitation ou de leur achat et de leur transport jusqu'au fourneau.

En général , les verres terreux qui se forment dans les fourneaux, sont des silicates à plusieurs bases, soit terreuses, soit oxides métalliques. On peut se diriger dans le choix et les proportions des fondans, par des essais faits en petit, dans des creusets, et ensuite en grand dans les fourneaux euxmêmes. Mais il peut être souvent fort utile d'employer l'analyse chimique : en l'appliquant à la recherche de la composition des scories ou laitiers qui sortent d'un fourneau, quand sa marche est régulière et reconnue pour avantageuse, on connoitra quelles sont les substances qui se trouvent alors dans le fourneau, et dans quelles proportions elles doivent y être pour former de bons laitiers. L'analyse des minérais faisant connoîlre de même leur composition , on verra tout de suite ce qu'il faut y ajouter, ou comment il faut les mêler entre eux pour obtenir un résultat satisfaisant. C'est certainement le meilleur guide que l'on puisse suivre: malheureusement il n'est pas à la portée de tout le monde ; il faut beaucoup d'habi-

SES A CENS CHIMIQUES. bl

tude, et un assez grand nombre de réactifs et d'in$trumens, pour opérer avec quelque exactitude et arriver à des résultats certains.

§. 2. On sait maintenant que la fusion des terres les uncsfpar les autres n'a pas lieu par entraînement , comme on lecrrtyoit autrefois, et en raison de la présence d'une terre fusible; il est bien reconnu qu'une terre infusible (et elles le sont presque toutes , lorsqu'elles sont soumises seules à la chaleur des fourneaux) rend très-aisément fusibles d'autres terres dont le mélange ne Test point du tout : c'est donc un effet d'affinités chimiques très-déterminées. On a fait beaucoup de recherches siir ces actions mutuelles des terres, et c'est dans leurs résultats généraux qu'il faut chercher des règles de conduite pour faire usage des fondans terreux; en voici le résumé relativement aux quatre terres qui se rencontrent le plus ordinairement dans les roches, savoir, la silice, Valu* mine, la chaux et la magnésie.

i.° Les terres sont infusibles seules, lorsqu'elles sont bien, pures : il s'en suit qu'un minérai qui seroit composé d'un oxide métallique ayant pour gangue du quartz, ne pourroit être traité seul dans un fourneau de fusion , parce que l'oxide , une fois réduit, laisseroit de la silice pure, qui ne pourroit point se fondre; et par conséquent, d'un côté, le métal ne se sépareroit point complètement, et de l'autre, le fourneau s'engorgeroit. Ces effets auront lieu nécessairement, à moins que les cendres du combustible ne suffisent pour vitrifier la silice, ce qui est un cas tout particulier, ou bien que cette terre ne retienne, en combinaison, suffisamment d'oxide pour former avec lui un composé fusible ; mais alors il y aura une diminution dans le produit , c'est-à-dire une perte sur le métal contenu, ce que l'on peut souvent éviter. en. employant un fondant.

a." Les mêmes terres (et il s'agît toujours des quatre principales), mêlées deux à deux, doivent être également regar-

dées comme à peu près infùsibles, en quelque proportion que ce soit. Cependant on aperçoit qu'il y à un commencement de fusion qui peut augmenter beaucoup par la présence d'un oxidè métallique ou'd'une autre terre , même en trèsipetite quantité. Tout porte à croire que les mélanges de silice et de chaux, en certaines jiroportions et avec/rcspeu d'oxide de fer ou de manganèse , peuvent se fondre et former dans les fourneaux à fer un laitier qui possède toutes les qualités désirables.

3.° On grand nombre, et même la plupart, des mélanges ternaires des quatre terres indiquées , sont fusibles : il faut cependant en excepter ceux de. ch&ux , alumine et magnésie , si ce n'est dans le cas où la chaux ou l'alumine (l'une ou l'autre) forme la moitié du mélange. En général, la magnésie diminue la fusibilité des mélanges, et l'on ne doit jamais l*y faire entrer 'en proportion trop considérable.

4. 0 Les résultats de toutes les expériences s'accordent pour faire voir que le mélange des quatre terres principales est presque toujours fusible en toute proportion , si ce n'est dans un petit nombre de cas particuliers. '

§.3. On emploie aussi comme fondans, mais seulement dans certains cas ou dans quelques localités , la chaux fluatée , appelée spath Jluor à cause de cette propriété, la baryte sulfatée et même la chaux sulfatée.

Le quartz est un excellent fondant à l'égard des oxides métalliques, et principalement pour ceux de fer, de plomb, etc. Enfin , les alcalis et les sels alcalins contenus dans les cendres du charbon de bois doivent être considérés comme des fondans à l'égard des substances terreuses : peut-être snéme exercent -elles, malgré leur' petite quantité, une influence nuisible sur les parois des hauts -fourneaux où l'on emploie le charbon végétal.

Pour les miriérais de fer, qui presque tous sont argileux ou calcaires, on fait usage de deux espèces de fondans, qui

DES AGKNS CHIMIQUES. £3

' correspondent à ces deux natures de gangue : aux premiers on ajoute de la castine ou pierre oiilcuire plus ou moins pure, souvent une espèce de mârnt; aux minerais calcaires qui contiennent trop de chaux, on ajoute, sous le nom dlierbue, une terre ou pierre argileuse, oû une marne magnésienne. Enfui, un moyen d'obtenir dans les fourneaux un composé convenablement fusible, consiste à mêler en certaines proportions des minérais dont les gangues sont différentes. Cette méthode est fréquemment mise en usage par les maîtres de forges, qui y trouvent souvent, outre l'avantagé de ne rien mettre de stérile dans leur fourneau , celui d'améliorer la qualité du fer qui serait produit par un seul de ces minérais.

§. 4- Terminons ce qui concerne les f;ndans par une observation générale, applicable par conséquent à tous les cas où on les emploie : c'est qu'on ne doit s'en servir que quand cela est reconnu indispensable, et préférer toujours ceux qui produisent le même effet avec la moindre masse. Cela est fondé sur ce qu'en introduisant une matière quelconque

, dans un fourneau, elle exige toujours une certaine quantité de combustible pour être fondue : d'où il suit que toute substance que l'on y met inutilement, occasionne une dépense de combustible que Ton auroit pu éviter. Dans les hautsfourneaux où l'on traite les minérais de fer, on compte qu'il faut employer une partie de coke pour fondre une partie de minérai ou de son mélange avec les fondans : quand on „ se sert de charbon.de bois, il ne faut guère en consommer que les deux tiers en poids de la masse à fondre. On observe à peu près le même rapport , dans la fonte des minérais de cuivre peu riches et contenant beaucoup de gangue terreuse.

- CHAPITRJE III.

* * • « Des fourneaux ou appareils dont on se sert pour

opérer économiquement la combustion et employer avantageusement la chaleur produite.

Les apparejls et machines dont on fait usage en métallurgie sont de deux sortes : les fourneaux ou appareils de combustion et d'opération , et les machines soufflantes, qui sôn^ une dépendance nécessaire de quelques-uns d'entre eux. 11 y; a un assez grand nombre de fourneaux, qui n'ont point besoin de machines soufflantes, ou du moins dans lesquels celles-ci se trpuvent remplacées par des dispositions particulières«qui suffisent pour déterminer un courant d*air proportionné aux besoins de l'appareil. Sous ce rapport, tous les fourneaux employés peuvent former deux classes bien distinctes : ceux qui exigent une machine soufflante, et qu'on désigne sous le nom de Journe&ux.à courant d'àir forcé; et ceux qui n'en ont pas besoin, et qu'on appelle fourneaux à courant d'air natureU

Vue fonderie se compose ordinairement des appareils et

des machines dont on peut avoir besoin pôur le traitement de certains minérais et le raffinage des métaux qui en proviennent; enfin, on y comprend aussi les magasins, dont on né peut se passer, pour renfermer et mettre en réserve les combustibles) les minérais et les produits obtenus. t • • ' * î

l." SECTION.

, Des fourneaux,