O9OO
Oxygène pour 100 volumes d'azote i5,7 1492 17,0 i5,6
(1) Gaz recueilli deux heures après la mise en feu d'une charge dans une des cheminées latérales d'un des fours ; fumée noire et épaisse; flamme rougeàtre apparaissant par intervalles.
(2) Gaz aspiré sept heures et demie après la charge; flanmie brillante, encore un peu rougeàtre ; il n'y a plus de fumée.
(3 ) Gaz aspiré après quatorze heures de cuisson ; flamme claire, peu volumineuse; la carbonisation parait s'approcher de sa fin.
Examinons maintenant si les résultats des analyses qui précèdent peuvent nous fournir quelques renseignements sur la manière dont s'effectue la carbonisation.
Nous avons admis que la houille renfermait :
Hydrogène ^,85
Garix>ne ^9^7
Oxygène et azote 4,47
Gendres. • i,4i
La carbouisatiou dans les fours ue donne que 67 pour 100 de coke; les matières entraînées, soit par distillation , soit par combustion , renferment donc les éléments suivants ;
Hydrogène 4,^
Carbone 23,68
Oxygène et azote. ..... 4>47
Le rapport du carbone à Thydrogène est de 23,68:4985, ou de I : o,2o5 en poids.
Si nous considérons, au contraire, la composition moyenne des gaz ^ nous trouverons que le rapport du carbone à rhydrogène est de 7 » 76 : 6 , 02 en volumes , et en poids de I : o , 064 • On peut donc tirer de ce rapprochement cette conclusion que/i/uf des deux tiers de rhydrogène contenu dans la houille sont brûlés pendant la carbonisation.
Nous n^ avons pas pu tenir compte, à la vérité, dans Fappréciation qui précède , de l'hydrogène et du carbone que renferment les produits condensables de la distillation, tels que les goudrons qui ne sont pas brûlés pendant la carbonisation; mais la proportion de ces produits condensables est peu considérable, en raison de la haute température que possède, pendant presque toute la durée delà carbonisation, Fenceinte dans laquelle elle s'opère. C'est seulement au commencement de l'opération qu'on les voit se d^ager en quantité appréciable. La faible proportion de l'hydrogène carboné, par rapport à l'hydrogène et à l'oxyde de carbone que renferment les gaz permanents , doit être également attribuée à la haute température de l'enceinte.
La combustion d'une grande partie de l'hydrogène renfermé dans la houille est paiement prouvée par la comparaison de la quantité d'oxygène renfermé dans les gaz avec celle qui correspond à l'azote qu'ils renferment; la quantité d*oxygène combiné dans les gaz est en moyenne de i5y63 pour 100 d'azote, tandis qu'elle devrait être de 26, 26 , si
tout l'oxygène atmosphérique se retrouyait dans les gas permanents de la combustion. La différence io,6i représente l'oxygène qui a servi à brûler l'hydrogène. On voit que les o,4 de l'oxygène de l'air introduit dans le four k coke ont été transformés en eau (i).
On peut également déduire de l'analyse des gaz le volume de l'air qui sera nécessaire pour la carbonisation , en comparant l'azote au carbone. Le rapport entre les volumes d'azote et de vapeur de carbone est en moyenne de 80,8 à 7 > 76 et en poids de 80 , 8 : 6 , 65 , ou de i , i à i . L'air atmosphérique renfermant 77 pour 1 00 de son poids d'azote , on trouve pour le rapport du poids de l'air introduit au poids du carbone contenu dans les gaz , celui de 1 5 , 8 : i . Or la quantité de carbone entraînée par les gaz représente, comme nous l'avons vu plus haut, les a3,68 pour 100 du poids de la houille^ le poids de Tair introduit pour la carbonisation est donc à celui de la houille comme 3 , 75 : i . 11 a donc fallu employer 2*^*^,88 d'air pour chaque kilogramme de houille à carboniser, ou 7,922™'* d'air pour S"***^, ou 2,7.51 kil. de houille. Si la carbonisation a duré vingt heures , il est facile d'en conclure que le volume de l'air introduit dans le four a coke a été en moyenne de o™'*', 1 10 par seconde oude6"'*^,6o par minute. C'est à peu près les deux tiers de la quantité d'air que reçoit un haut fourneau au charbon de bois produisant a , 000 kil. de fonte par vingtquatre heures.
Nous pouvons rechercher maintenant, d'après les données qui précèdent, quelle est la valeur calorifique des produits gazeux de la carbonisation.
Les gaz renferment en moyenne 80,8 pour 100 d'azote qui étaient mêlés , dans l'air atmosphérique ,321,2 d'oxy-
(i) On n*a pas tenu compte, dans ces appréciations, de Toxygène qui est contenu dans la houille. La proportion de cet oxygène est très-peu considérable, et la correction à faire ne changerait rien aux conclusions énoncées.
gène. Les gaz du four à coke renferment 8, 27 j^ur 100 de gaz qui, en brûlant, absorberont 5 , 89 d'oxygène. Le rapport de Toxygène déjà employé pour la carbonisation à celui qui est nécessaire pour achever la combustion des gaz, est de 21 , 2 : 5 ,89, ou d'environ 7 : 2.
La chaleur perdue des fours à coke se compose de deux parties distinctes : de la chaleur sensible que possèdent les gaz sortant du four; 2^ de la chaleur qu'ils peuvent développer en se combinant avec une nouvelle proportion d'oxygène.
Il est facile d'évaluer cette dernière quantité de chaleur. L'hydrogène et l'oxyde de carbone d^agent, d'après Du* long, SyiSo unités de chaleur par litre en se combinant avec un demi-litre d'oxygène. L'hydrogène protocarboné dégage en brûlant 9^587 unités. Les gaz du four à coke dégageront donc en moyenne par litre o , 334 unités de chaleur en absorbant 0^,0589 d'oxygène. Le volume total des gaz est facile à déterminer. Nous avons trouvé que l'air introduit pendant foute la durée de la carbonisation était de 7,922 mètres cubes* Or chaque litre de gaz correspond à i*,02 d'air atmosphérique, comme nous Tenons de le voir tout à l'heure ; le volume total des gaz est donc de 7^ ou 7,767 mètres cubes qui dégageront en brûlant 2,694» 178 calories.
Cette quantité de chaleur de combustion n'est évidemment qu'une fraction de la chaleur perdue totale que nous allons essayer de déterminer par d'autres considérations.
La houille perd à la carbonisation 33 pour 100 de son poids , composés , comme nous l'avons vu , de
Hydrogène 5,85
Carbone 28,60
Oxygène 4,4?
Admettons que l'azote se trouve dans la houille dans la
proportion de i ,5 pour loo, Toxygène nécessaire pour brûler complètement l'hydrogène et le carbooe est de loi ,g5 , et en déduisant s 997 pour l'oxygène contenu dans la houille, de 98,98.
L'équivalent en carbone des 33 pour 100 de matières combustibles est de 37, 1 3. Si nous admettons 8,080 pour le pouvoir calorifique du carbone pur, nous trouverons, d'après la loi de Welter, 3, 000 unités pour la quantité de chaleur correspondant à 1 kil. de houille, et pour les 2,750 kil. de houille un produit de 8,25o,ooo calories* Ce nombre repr^nte la totalité de la chaleur qui peut être dégagée par les produits gazeux de la carbonisation ^ mais il faut en déduire une partie employée à porter le coke à une température suffisamment élevée. La houille rend 67 pour 100 de coke, soît 1,84^ kil. par a,75o kil. de houille employée. Admettons qu'il faille chauffer le coke à 1000 degrés ^ sa chaleur spécifique, d'après M. Regnault, est de 0,20; la quantité de chaleur correspondante sera de 368,4oo calories ou 4,5 pour 100 environ de la quantité totale f il reste donc 7,881,600 calories applicables à d'autres usages.
La chaleur de combustion des gaz a été trouvée tout à ITieure égale à 2,5949178 calories , ou seulement le tiers de la quantité de chaleur perdue totale. On voit que pour utiliser les chaleurs perdues des fours à coke d'une manière convenable, il faut placer les appareils le plus près possible des fours à coke, attendu que les deux tiers de la chaleur utilisable sont de la chaleur sensible , et que pour pouvoir brûler convenablement les gaz de ces fours il est indispensable que leur température soit encore suffisamment élevée.
Des résultats pratiques complètement satisfaisants ont été obtenus à Seraing dans l'application des chaleurs perdues des fours à coke au chauffage des chaudières à vapeur. Un massif de huit fours à coke alimente une chaudière de 80 chevaux. Les dispositions qu'on a prises dans la fixation, des heures de chargement et de déchargement des fours ont
âmené une régularité complète dans la quantité moyenne de chaleur appliquée à la formation de la vapeur.
Les 7,881,600 calories qui représentent la chaleur dé-> gagée en vingt-quatre heures par les produits de la carbonisation de 3™'*^,oo de houille équivalent à gS5 Idl. environ de bonne houille, ou à une consommation de 4i kilog. par heure , ce qui équivaut à 4*^ , i par force de cheval et par heure (i).
Des essais directs faits à Seraing sur un four à coke ont prouvé que la chaleur perdue permettait de vaporiser en moyenne 146 kil. d'eau par heure sous une tension moyenne exprimée en atmosphère par le nombre 2,76.
Les gaz qui s'échappent de l'enceinte où s'opère la carbonisation renferment un excès de principes combustibles; de plus , ils sont très- fortement échauffés. Il est donc facile de les enflammer et de les brûler complètement par leur mélange avec de l'air en quantité convenable, mais sans cîxcès à leur sortie de celte enceinte. Dans les foyers ordinaires des chaudières à vapeur, la quantité d'air introduite à travers la grille est au contraire le double et quel- ([uefois le triple de celle qui est nécessaire pour brûler le combustible, puisque les gaz renferment souvent deux fois plus d'oxygène que d'acide carbonique, ainsi que M. Combes l'a constaté par de nombreuses expériences (a).
(i) Nous avoDS calculé la chaleur perdue totale d'après la loi de Welter, bien que les chaleurs de combustion de Thydrogène, de Thydrogène carboné, de l'oxyde de carbone soient en réalité plus grandes que celles don'> nées par cette loi , en parlant de celle du carbone comme base. Mais il est à remarquer que la production , par distillation de la houille , de tous ces composés gazeux, a exigé remploi d'une certaine quantité de chaleur passée à Tétat latent et qui a été restituée seulement pendant la combus* tion. 11 y a donc une compensation à établir et tout porte à croire que la lui de Wettcr est suffisamment approchée pour la pratique toutes les fois que Voii aura à comparer des combustibles dans le même état physique, comme le charbon, la houille, les lignites. Elle devient, au contraire, tout à fait inexacte quand on compare des combustibles qui sont les uns à Tétat solide, les autres à l'état gazeux.
(•>) Sur les moyens de brfilcr la fumée. {Annahs des Mines, t. XI , 4* série* )
Ce gi'and excès d'air doit évidemment occasionner une perte considérable sur Tefiet utile du combustible , puis-^ qu'il s'échappe par la cheminée à une température encore assez élevée. 11 y aurait peut-être un avantage éco* Domique à brûler la houille dans uné enceinte portée à ime haute température , qui transmettrait les produits de la combustion par une série d'ouvertures dans les cameaux de la chaudière à vapeur, au lieu des foyers ordinaires où une grande partie de la chaleur développée se disperse par le rayonnement. L'enceinte et la voûte une fois échauffées ^ la totalité de la chaleur dégagée par la combustion serait entraînée par les gaz , qui pourraient ne renfermer que peu ou point d'oxygène libre. L'effet utile considérable qu'on retire des flammes perdues des fours à coke donne lieu de penser qu'on obtiendrait un bon résultat de cette innovation, qui permettrait, en outre, de diminuer et même de supprimer la production de la fumée.
Je terminerai ce qui concerne la fabrication du coke dans \ les fours en faisant remarquer les différences que présente le procédé de' la carbonisation de la houille avec ceux de la carbonisation du bois en meules. Dans l'un et dans T autre cas, la carbonisation s'opère au moment de l'introduction d'une quantité d'air limitée au milieu du combustible à carboniser. Dans les fours à coke , les produits de la distillation se brûlent en très-grande partie par l'oxygène atmosphérique et développent ainsi la chaleur nécessaire pour effectuer la carbonisation. Quand on carbonise, au con-^ traire, le bois dans des meules, c'est le charbon déjà formé qui brûle ; les produits de la distillation du bois se dégagent, sinon en totalité , du moins en très-grande partie, sans altération (p. 123). On peut facilement assigner la cause de ces différences. Le coke est en effet moins combustible que les carbures d'hydrogène qui composent les produits de la distillation de la houille. Les produits de la distillation du lH)i8, très-chargés d'eau et d'acide carbonique, sont au
contraire moins faciles à brûler que le charbon. Le charbon brûle dans Tair quand la température s'élève à 23o ou 240 degrés. Les produits de la distillation exigent une température presque rouge pour se combiner avec Toxygène. Ces différences de combustibilité me paraissent de nature à expliquer les faits observés.
Résumé.
On peut déduire des faits consignés dans ce Mémoire les conclusions suivantes :
i^. Les gaz qui se dégagent des fours à coke renferment une proportion de principes combustibles qui va constamment en diminuant du commencement à la fin de la carbonisation.
a^. Plus des deux tiers de Fhydrogène contenu dans la houille sont brûlés pendant la carbonisation. Il se brûle en même temps une quantité de carbone égale à celle que renferment les produits volatils de la distillation de la houille envases clos. Les deux cinquièmes environ de Toxygène atmosphérique introduit dans le four a coke sout transfor-mes en eau ; le reste entre en combinaison avec le carbone.
3°. Les produits gazeux des fours à coke renferment une grande quantité de chaleur utilisable , dont les deux tiers en moyenne sont à Tétat sensible. Il est donc nécessaire d'utiliser cette chaleur aussi près que possible des fours. Lés gaz des fours à coke ne renfermant que peu de principes combustibles, ne sont inflammables par un excès d'air que quand ils ont été préalablement portés à une haute température. On ne pourrait donc pas les conduire au loin pour les brûler, ainsi que cela se pratique pour les gaz qui s'échappent d'autres foyers métallurgiques.
4°. La chaleur nécessaire à la carbonisation de la houille dans les fours est fournie simultanément par la combustion d'une partie des produits de la distillation, et par celle d^une proportion très-nolable du charbon qu'elle laisse
comme résidu. Tous les perfectionnements à porter ultérieurement dans la fabrication du coke doivent tendre à diminuer autant que possible cette consommation de charbon, n faut arriver à produire dans les fours à peu près autant de coke que la bouille en donne en vases clos. La grande quantité de chaleur que renferment encore les produits gazeux qui se dégagent des fours donne lieu de penser qu'on arriverait, sans trop de difficulté, à ce résultat.
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les résultats à en déduire étaient directement opposés à ceux énoncés.
En prenant la moyenne des quatre expériences faites par Dulong sur la combustion du charbon, on trouve que I litre de vapeur de carbone donne par sa combustion complète 7^858 unités de chaleur.
En comparant ce nombre avec celui obtenu par M. Despretz (7,81 5 unités pour i en poids de charbon), on voit évidemment que M. Dulong a admis que Facide carbonique renfermait -j volume de vapeur de carbone et i volume d'oxygène condensés en un seul volume, puisque, dans cette supposition, i litre de vapeur de carbone pèserait
l8%Ol8.
Ainsi donc , i litre vapeur carbone produit , par sa combustion, 2 litres d'acide carbonique et dégage 7,858 unités de chaleur.
Or, 2 litres d'oxyde de carbone, renfermant 1 litre vapeur carbone, consomment i litre oxygène et donnent eu brûlant 2 volumes acide carbonique et 6,260 unités de chaleur.
La quantité de chaleur dégagée par la transformation de I litre vapeur de carbone en oxyde de carbone, a donc été seulement de 1,598 unités, ou les 0,216 de la quantité totale de chaleur dégagée par la combustion complète du charbon. La quantité de chaleur dégagée par la combinaison du premier atome d'oxygène est à celle dégagée par la combinaison du deuxième :: 0,27 : i, ou approximativement
Il est facile de conclure de ces nombres l'abaissement de température que doit éprouver l'acide carbonique supposé pur, en se transformant en oxydé de carbone. En effet :
I litre diacide carbonique contient ^ litre de vapeur dé carbone dont la combustion complète a donné 3,929 unités' de chaleur.
I litre d'acide carbonique dissout 7 litre vapeur de çair-.
bone, et donne 2 litres d'oxyde de carbone, dont la com* bastion donnera 6,260 unités.
II y a donc eu 10 , 189 unités de chaleur dragées. Or, comme il n*y a eu en tout que i litre de vapeur de carbone brÀlé , sa combustion ne doit donner que 7,858 unités de chaleur. La différence a,33i représente donc la quantité de chaleur absorbée et rendue latente par i litre d'acide carbonique, en se transformant en 2 litres d'oxyde de carbone.
Les a litres d'oxyde de carbone formé pèsent aS',5i4* La chaleur q>écifique de ce gaz étant o,a884 9 d'après de Laroche et Bérard , on trouve que 2 litres dégagent , en se refroidissant de I d^ré , une quantité de chaleur représentée par 2,5 14 X 0,2884 = 0,727. L'abaissement de températare qui doit résulter de l'absorption de 2,33 1 unités de chaleur rendue latente , sera donc = 3,2o6 d^rés.
Ces calculs supposent que la quantité de chaleur dégagée par la combinaison est la même, soit que cette combinaison s'opère directement , soit qu'elle ait lieu k différentes reprises.
Cette loi, qui a été annoncée par M. Hess, parait, du reste , conforme à toutes les analogies.
L'erreur dans laquelle est tombé M. Hess jMt>vient de ce qu'il a admis dans l'acide carbonique un vcdume de vapeur de carbone et un volume d'oxygène condensés cni un seul , ce qui donne i la vapeur de carbone une densité deux fois jdos faible que celle ad<^tée par M. Duloi^.
Notice sur des expériences relatives à l'emploi du bois en nature dans les hauts fourneaux.
Les expériences dont je rapporte le détail dans cette Notice ont eu pour but d'écIsHrcir quelques «juestions
relatives à Temploi du bois vert ou desséclië dans les hauts fourneaux. Je les ai entreprises au mois de décembre 1837, dans le haut fourneau de Yellexon que fait valoir M. Gauthier. J'ai cherché à apprécier quelle était la succession des altérations qu'éprouvent les minerais et le combustible employé en nature, en descendant arec les charges, et quelle influence la substitution du bois au charbon avait sur la marche et la température du haut fourneau.
Avant de décrire les résultats de ces essais , je donnerai quelques renseignements sur les dimensions et le roulement du haut fourneau depuis l'emploi du bois en nature.
La cuve du fourneau présente une forme particulière qui a été adoptée pour prévenir les chutes de mine*, elle se compose de deux parties cylindriques et de deux parties coniques. L'ouvrage a la forme d'un cône renversé dont la grande base se raccorde avec le cercle inférieur des étalages. Les dimensions du fourneau sont les suivantes :
Mètres.
Diamètre du gueulard 0,60
Hauteur do premier cylindre. ... 1 ,33
Hauteur dn premier tronc de cône 3,34
Diamètre du deuxième cylindre i , 33
Hauteur du deuxième cylindre i ,33
Hanteordu deuxième tronc du cône i ,67
Hauteur totale de la cuve 7 ,67
Diamètre au ventre • 2 , 27
Hauteur des étalages. i ,67
Diamètre supérieur de r ouvrage o,83
Hauteur de Pouvrage o , 83
Largeur devant la tuyère o ,54
Hauteur du creuset o , 4g
Hauteur totale du fourneau 10,66
Inclinaison des étalages 66 degrés.
D'après ces mesures, on peut calculer les capacités des dif-
férentes parties du fouraeau, à partir du gueulard, ainsi qu'il suit :
Mètres cubes.
