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H et hydrocarbures 0,97 0,92
La combustion de 1 kilogramme de CO dégage 2.435 calories; prenons 14.000 calories pour la combustion de 1 kilogramme d'H et des hydrocarbures, la quantité de chaleur dégagée par la combustion de 1 kilogramme de gaz de haut
— = 0,5 ) et 700 calories l-z^r =0,7)- Si on compte 4.500 mètres cubes de* gaz par
/CO 8 \ /CO 2
tonne de fonte, on voit que le mètre cube de gaz pèsera soit i k «,25 L-^r = 0,5 )> soit l k *,33 ( -=q =0,7 j- Le pouvoir
calorifique du gaz sera donc dans un cas 1.000 calories et dans l'autre 931 calories. Or, nous le savons, ces chiffres sont voisins de la moyenne trouvée par l'expérience. 0) D'après M. de Mocomble.
ou
Volume de vent soufflé aux tuyères par tonne de combustible. 3 . 500 m3
Pression du vent (en centimètres de mercure) 23 à 30
Température du vent à l'entrée dans le fourneau 600 à 800°
Volume de gaz produit mesuré à 0°, pression 760 millimètres
de mercure, par tonne de combustible 4.500 m3
Quantité moyenne d'air théoriquement nécessaire pour brûler
1 mètre cube de gaz m3 , 700
Température des gaz au gueulard . 150°
Pouvoir calorifique supérieur 900 cal.
8. Poussières contenues dans le gaz de haut fourneau. — Le gaz de haut fourneau entraine des poussières en quantité notable et assez variable dont il est urgent de se débarrasser si on veut réaliser une utilisation convenable de ces gaz.
D'après M. Greiner, ce poids de poussières entraînées varie entre 3 grammes et 13 grammes par mètre cube, ce qui, pour un fourneau brûlant 100 tonnes de coke par vingt-quatre heures, fait un poids de 1\35 à 5 l ,85 de poussières par vingt-quatre heures.
Ces poussières ont une composition chimique moyenne qui est la suivante :
Silice 20 à 30 0/0 I Oxyde de fer 10 à 60 0/0
Chaux 15 à 20 Oxyde de manganèse. . 3 à 6
Alumine 10 à 15 | Soude et potasse 5 à 20
Les autres constituants : oxydes de zinc, de baryum, de magnésium, ..., se rencontrent en moindres proportions.
Ces poussières appartiennent à deux catégories.
La première, composée d'éléments plus ou moins lourds, provient des parties inertes de la charge et se trouve enlevée par les gaz de la partie supérieure du haut fourneau. Elle est facile h précipiter dans les conduites ou dans les éptirateurs à des distances du gueulard ' variables suivant la masse de ces éléments.
La seconde catégorie, résultant des combinaisons formées au moment de la combustion, est à un tel degré de finesse qu'elle résiste au lavage même et à tous les obstacles qui lui sont opposés sur un parcours de 5 à 600 mètres. C'est elle qui blanchit généralement l'extrémité des cheminées de haut fourneau.
Ces poussières, en se déposant dans les carneaux des chaudières et des récupérateurs, ont, comme nous allons le voir, pour effet de diminuer le rendement de ces appareils.
9. Influence des poussières sur le fonctionnement des récupérateurs. — Les
récupérateurs consistent en une masse de briques réfractaires disposées en carneaux, au travers desquels on fait passer les gaz du gueulard allumés au préalable dans une chambre de combustion. Lorsque la température des briques est suffisamment élevée, on fait passer le vent en sens inverse du courant gazeux, de manière à obtenir un chauffage méthodique.
Mais, si les surfaces des carneaux sont recouvertes de dépôts dus aux poussières des gaz, ces poussières étant essentiellement mauvaises conductrices, les appareils présentent une puissance de récupération amoindrie ; la température des gaz à la cheminée s'élève et celle du vent diminue en présentant des variations beaucoup plus rapides pendant la période de soufflage. C'est ainsi que des expériences faites aux hauts 'fourneaux de Pittsburg oi*t donné les nombres suivants.
Température Température
du vent à la cheminée
Récupérateurs propres 650 à 800° 200 à 350°
Récupérateurs dont les surfaces de briques sont recouvertes dépoussières. 500 à 700° 300 à 450°
D'autre part, on peut remarquer que la cbute de température du vent est beaucoup plus rapide avec les récupérateurs sales qu'avec les récupérateurs propres. En effet, la chaleur dégagée par la combustion des gaz du gueulard est absorbée simplement à la surface des briques recouvertes de poussières : lorsque l'air froid est envoyé dans le four, la chute de température est beaucoup plus rapide. Cette chute plus rapide de la température se traduit par une consommation plus élevée de coke. M. Thwaite prétend qu'elle détermine une perte annuelle d'environ 1.000 tonnes de coke pour un haut fourneau produisant 100 tonnes de fonte par vingt-quatre heures.
10. Économies réalisées par l'épuration des gaz avant leur arrivée aux Cowper, — L'épuration des gaz présente donc une importance capitale au point de vue du rendement des fours récupérateurs et de leur entretien. M. Theisen prétend qu'en épurant convenablement le gaz avant de l'envoyer aux récupérateurs, on peut en supprimer soit un par haut fourneau, soit deux pour trois hauts fourneaux. Il en résulterait tout d'abord une économie de 250.000 francs environ sur les frais de premier établissement; en sus de cet avantage, on obtiendrait dans le haut fourneau une température plus élevée, correspondant à une économie de coke et à une augmentation de production.
On compte en effet une économie d'environ 25 kilogrammes de coke par tonne de fonte produite pour une augmentation de température de 100° du vent insufflé. Pour une production de 100 tonnes par vingt-quatre heures, cela fait une économie de
2500 X 360 = 900 tonnes de coke par an.
Ces 900 tonnes de coke à 28 francs la tonne font une économie annuelle de 25.200 francs.
Il convient d'ajouter à cela une économie résultant du nettoyage des récupérateurs Cowper ('). Pour un haut fourneau de 100 tonnes, on a généralement 4 appareils Cowper et 6 chaudières. Chaque appareil Cowper doit être nettoyé 4 fois par an, soit par an 16 nettoyages. Chaque nettoyage (la période de chauffage qui suit le nettoyage étant comprise) dure huit jours, soit cent vingt-huit jours pour les 16 nettoyages. Or la pratique montre que pendant cette période de nettoyage il faut environ 70 kilogrammes de coke en plus par tonne de fonte produite. Pour un haut fourneau de 100 tonnes il faudra 70 X 100 = 7.000 kilogrammes par jour. Pour cent vingt-huit jours il faudra 128 X 7 = 896 tonnes qui, à raison de 28 francs la tonne, coûtent 25.088 francs. Le coût de ces nettoyages étant d'environ 640 francs, cela fait en tout une dépense supplémentaire de 25.728 francs.
Lorsque les gaz sont suffisamment épurés, il suffit d'un nettoyage annuel coûtant 6.432 francs. L'épuration des gaz procure donc une économie de 19.300 francs environ sur le nettoyage des Cowper.
En outre, la maçonnerie réfractaire des Cowper n'étant plus soumise à de si fréquentes variations de température provenant de l'extinction de l'appareil et, par suite, aux fréquentes contractions et dilatations qui accompagnent ces nettoyages, se conserve plus longtemps en bon état. L'économie qui résulte de la plus longue durée d'un appareil est d'environ 1.200 francs par an, ce qui, pour les 4 appareils d'un fourneau, fait 4.800 francs par an.
Pour un haut fourneau de 100 . tonnes, il faut 6 chaudières de 100 mètres carrés de
(») E. Bian, Épuration des gaz de hauts fourneaux (Rapport présenté au Congrès international de métallurgie tenu & Liège en 1905, t. I).
UTILISATION DES GAZ DE HAUTS FOURNEAUX ET DE FOURS A COKE *8i
surface de chauffe, qu'il faut mettoyer tous les quinze jours, ce qui fait par an 144 nettoyages à 15 francs, soit 2.160 francs. Si le gaz est convenablement épuré, il faut défalquer de cette somme 1/3, ce qui fait une économie de 1.440 francs.
Enfin, le nettoyage des carneaux et des conduites à gaz doit se faire une fois, souven deux fois par an, dans les usines où la teneur en poussière est très élevée. L'arrêt occasionné par ce nettoyage est de douze heures, correspondant à une diminution de production de 50 tonnes de fonte environ. Le prix de la main-d'œuvre pour ce travail difficile est élevé, il faut environ 60 ouvriers auxquels on donne généralement double salaire.
- En résumé, on voit que l'épuration des gaz avant leur arrivée aux Cowper permet de réaliser par an l'économie minimum suivante :
Économie sur le nettoyage des Cowper 19 . 300 francs
Durée plus longue dos appareils 4 . 800 —
Coke économisé par suite d'une augmentation de la
température des gaz 25 . 200 —
Nettoyage des chaudières 1 . 400 —
Total 50.700 francs
On peut donc, par cette épuration, compter sur un bénéfice annuel direct d'au moins 51.000 francs.
11. Utilisation des gaz dans les récupérateurs. — Rendement d'un récupérateur. — Proportion des gaz du gueulard brûlés dans les récupérateurs* —
Etudions maintenant l'utilisation des gaz dans les récupérateurs.
Le rendement d'un récupérateur est le rapport qui existe entre le nombre des calories absorbées par les parois réfractaires et le nombre des calories dégagées par la combustion d'une certaine masse, 1 kilogramme par exemple, des gaz du gueulard.
Ce rapport est d'autant moindre que la température des gaz à la cheminée est plus élevée, que les pertes par radiation sont plus considérables, que la combustion du gaz du gueulard s'effectue dans un plus grand excès d'air. M. de Mocomble considère que ce rendement ne doit pas dépasser 60 0/0. Si l'on admet 900 calories pour pouvoir calorifique de 1 mètre cube de gaz de haut fourneau ou 720 calories pour pouvoir calorifique de 1 kilogramme de ce gaz (poids de 1 mètre cube = l k *,25), la quantité de chaleur absorbée par les parois réfractaires ne s'élève pas à plus de
0,6 X 720 = 432 calories
par kilogramme de gaz brûlé. Or pour porter 1 kilogramme d'air de la température ordinaire 15* à la température de 800°, il faut
0,23 (800 — 15) = 186 calories.
Le poids de gaz de haut fourneau qu'il faut brûler pour porter 1 kilogramme d'air
à 800 # est donc de
iftfi
-g£ = k *,430 environ.
Le poids de gaz nécessaire pour porter à 800° 1 mètre cube ou i te ,293 d'air est égal à
0,430X 1,293. Le volume occupé par ce poids de gaz est, si l'on prend l te ,250 pour poids du mètre cube de gaz de haut fourneau,
0,430 X Y^fi = m3 ,430 environ.
Ce chiffre de 400 à 430 litres de gaz brûlé par mètre cube cTair fourni au haut fourneau . suppose :
1° Que la température à la cheminée des gaz brûlés est de 300° ;
2° Que les gaz sortent du gueulard à une température de 150° ;
3° Que l'air insufflé est échauffé à 800°.
Ce sont, d'après M. de Mocomble, les conditions d'une marche industrielle normale. En effet, dans la pratique industrielle, on ne doit pas compter avoir des fours récupérateurs parfaitement exempts de poussières. Or, nous avons vu que la température des gaz à la cheminée s'élève beaucoup avec les fours sales ; cette élévation de température est corrélative d'un plus mauvais échange de chaleur entre les gaz brûlés et les parois réfractaires du four. Comme en pratique on fait marcher ensemble un four propre et un four sale, afin d'égaliser le plus possible la température finale du vent, on peut admettre que. la température moyenne des gaz à la cheminée est en pratique voisine de 300*. A cette température ne correspond pas, pour .le vent, une température d'échauffement supérieure à 800°.
Pour un haut fourneau consommant 100 tonnes de coke par vingt-quatre heures, les machines soufflantes doivent, comme nous le verrons plus loin, fournir 4 m3 ,76 d'air par seconde. Le volume de gaz de haut fourneau qu'il est nécessaire de brûler par seconde pour porter le vent soufflé à la température de 800° est donc égal à
D'autre part, un tel haut fourneau produit par vingt-quatre heures
4500 X 100 mètres cubes de gaz
ou par seconde
24 x 3600 La proportion des gaz brûlés dans les récupérateurs est alors
