II. i

M. Robin, à qui Ton doit ces derniers essais, a cherché à apprécier la valeur calorifique des gaz qui se dégagent du haut fourneau de Niederbronn.par deux procédés : Fun qui consistait à mesurer la quantité de vapeur produite sous une tension connue, dans un temps donné, et l'autre, où l'on mesurait la température et le volume de l'eau de condensation. M. Robin est parvenu à ce résultat, que la flamme perdue du haut fourneau de Niederbronn représentait les 54,9 pour 100 de la valeur calorifique du charbon introduit dans le fourneau, et une force de 26,6 chevauxvapeur.

L'analyse chimique de ces gaz devait donner la facilité d'apprécier, avec un certain degré d'exactitude, la quantité de chaleur absolue développée par leur combustion , ainsi que la limite supérieure de la température qu'elle permet d'atteindre. M. le conseiller d'Etat directeur général des Ponts et Chaussées et des Mines a jugé convenable de faire . exécuter ce travail , et il a bien voulu me le confier. Ce Mémoire renferme la première partie des recherches que nécessite son accomplissement.

Ces premières expériences ont été faites sur les gaz du haut fourneau de Clerval (Doubs), pendant le mois de juin 1839. Je dois exprimer ici à MM. Bouchot frères, propriétaires de cette usine , et en particulier à M. Auguste Bouchot, qui y réside, tous mes remercîments pour l'extrême complaisance dont ils ont usé à mon égard.

Composition des gaz qui s'échappent Hes hauts fourneaux.

Avant d'indiquer les procédés que j'ai suivis et les résultats obtenus, je dois signaler avec soin les principales circonstances que présentait à cette époque le roulement du haut fourneau, car la composition des gaz est nécessairement en rapport avec elles.

Le haut fourneau, mis en feu à la fin cravril 1839, P*'^'

sente les dimensions suivantes :

Diamètre du gueulard 0,66

Diamètre au ventre. . 2, 16

Hauteur de latruve - 5,66

Hauteur des étalages 2,12

Diamètre de l'ouvrage au raccordement avec

les étalages 0,72

Hauteur de l'ouvrage o>44

Largeur devant la tuyère 0,61

Hauteur du creuset o»44

Hauteur totale du fourneau 8 , 66

Les mesures en usage dans Tusine sont :

Pour le charbon, le cuveau = 5 rasses = \ mètre cube^

le charbon de meule se compose de 0,66 environ d'essences chêne, hêtre et charme, et o,33 bois blanc. J'ai trouvé 116 kilogrammes pour le poids du cuveau de charbon , soit 232 kilogrammes le mètre cube.

Pour les minerais, la mesure employée est la congé = cuveau = -j pied cube métrique.

Les minerais employés sont des mines en grains argileuses de diverses localités. Le minerai de La Chapeile- Saint-Quillain (Haute-Saône) entre pour moitié dans le mélange des mines en grains. On y joute du minerai calcaire en roche, provenant de la mine de Laissey (Doubs).

Pendant mon séjour à l'usine, la charge a été presque constamment composée de :

Minerais en grains • 6 congés, pesant 201 kilog.

Minerai de Laissey 4 — —

Batiitures et paille de fer 7 — — 11

Castine 7 — ""7

Charbon. . . . , i cuveau , — 116

La charge ainsi composée produit gS kilogrammes de tonte grise employée à fabriquer des moulages en première

fusion. On passe moyennement 3o à 32 charges en a4 heures, ce qui donne un produit de 3,ooo kilogrammes environ par jour. U en résulte que les minerais rendent en moyenne 2758 pour 100, et que l'on consomme 12a de charbon pour 100 de fonte.

Le lit de fusion renferme :

Fer métallique 0,287

Matières volatiles ^ ^'^yg^"^ o , 1 25

I Eau ; . o , 1 28

ide carbonique o > <>7 7

Silice 0,202

Matières terreuses 'Alumine 0,076

Chaux 0,098

, Oxyde de manganèse o ,007

I de charbon fond 3 fois son poids de minerai et de castine.

Essai des charbons.

J*ai déterminé la composition de deux espèces de charbon de meule provenant des eMcnces chêne et tremble , en les analysant au moyen de l'oxyde de cuivre et du chlorate de potasse. L'oxygène qu'on fait dégager à la fin de l'opération sert à brûler les parcelles de charbon qui ont échappé à l'action de l'oxyde de cuivre. Les charbons analysés avaient été préalablement desséchés dans un courant d'air sec à la température de i4o à i5o degrés : la poussière était pesée dans un tube fermé à l'abri du contact de l'air. Enfin, le tube à combustion rempli du mélange était desséché avec soin dans le vide sec à la température de 1 20 degrés environ, au mojcai de la petite pompe pneumatique de M. Gay- Lussac.

Charbon déjeune chêne. — Des fragments de ce charbon , après avoir été exposés longtemps à l'air, ont été desséchés dans un courant d'air sec^ à une température de i4o on

iSo degrés. Au boutd^une heure et demie, j'ai irouyë quMls avaient perdu exactement 6 pour loo de leur poids.

I. is^'^aya ont donné Ojo3g de cendres grisâtres. L'incinéralion a été faite au rouge, de sorte que la chaux se trouve dans les cendres à l'état de carbonate. La proportion des principes volatils obtenue par l'analyse immédiate est donc un peu trop forte.

n. On a fait deux dopages de Thydrogène et du carbone par l'oxyde de cuivre.

1®. o8',5oi ont donné o^^yiij d'eau et i8',59i d'acide carbonique.

a^. o,4o8 ont donné o,io5 d'eau et 1,392 diacide carbonique.

D'où Ton tire pour la composition du charbon.

Moyenne.

ou, déduction faite des cendres,

Hydrogène. 2»9i

Carbone 9^,4^

Oxygène 6,63

III. Deux fragments du même charbon , desséchés comme je l'ai indiqué tout à l'heure , et pesant 6^^^ i a calcinés au blanc dans un double creuset et avec les précautions d'usage, pesaient 56%32-, d'où

Matières volatiles • . • 1 3 ,06

Charbon 83,88

Cendres.. 3, 06

100, oa

En admettant que le charbon ainsi calciné ne renferme

plus qu'une trace d'hydrogène, on trouve que les i3,o6de matières volatiles doivent se composer de :

Oxygène. 6,43 49,7

Hydrogène 2,83 21,6

Carbone 3, 80 28,7

Charbon de tremble. — Ce charbon est très-léger ; sa couleur est d'un noir mat. En l'examihant à la loupe ^ on voit qu'il est criblé de petites cavités ou pores, disposées dans le sens des fibres du bois. Il perd par dessiccation à i4o degrés les o,o52 de son poids.

I. I ,o53 ont donné 0,009 cendres très-blanches et très-légères.

II. On a fait deux dosages de l'hydrogène par l'oxyde de cuivre.

06^270 ont donné 0,078 d'eau et o,852 d'acide carbonique.

On tire de là, pour la composition du charbon :

Hydrogène 3, 20

Carbone 87 , 22

Oxygène. 8,72

Cendres 0,86

ou , déduction faite des cendres ,

Hydrogène 3,22

Carbone ^7598

Oxygène 8,80

III. 5s'',33 bien desséchés et cab'inés en vase clos à la chaleur blanche ont perdu o6%9i, d'où Ton tire :

Matières volatiles . ' 7 » 07

Charbon 82,01

Cendres 0,86

Les 177O7 de matières volatiles reiifcmienl :

Le haut fourneau marche au vent chaud. La soufflerie est mise en mouvement par une machine à vapeur alimentée par deux chaudières , dont l'une est placée sur le gueulard, et l'autre sur le sol de l'usine. La buse a o",o72 de diamètre. La pression deFair varie entre 1 5 et 38 millimètres de mercure par suite de T inégalité dans la production de la vapeur.

Description de V appareil employé dans F analyse.

Dans toutes les expériences qui vont suivre , la détermination des gaz, à l'exception de l'azote, a été faite par des pesées. Après l'absorption de la vapeur d'eau et de l'acide carbonique par le chlorure de calcium et la potasse , les gaz étaient brûlés par leur passage à travers un tube rempli d'oxyde de cuivre. L'eau et l'acide carbonique résultant de cette combustion étaient condensés par le chlorure de cal- ^^ium et la potasse.

L'appareil, représenté ci-dessous, se compose : 1° d'un tube étroit a, recourbé à angle droit, -et plongeant dans le gueulard de 0*^,25 environ; 2*^ d'un'tube 6 rempli de chlorure de calcium, et lié au précédent à l'aide d'un tuyau en caoutchouc 5 3*^ d'un appareil condenseur c, renfermant une dissolution de potasse caustique à 43 degrés Beaumé ; il est lié précédent par un tube en caoutchouc ; 4° d'un tube d en ^erre vert ou en porcelaine rempli d'oxyde de cuivre, et iphcé sur un fourneau en tôle de 0°*, 3 5 de longueur, analogue à ceux dont on se sert pour les analyses organiques ^ lube reçoit d'un côté l'une des branches du condenseur

Hydrogène Oxygène . .

Carbone . . .

5" d'un appareil de chlorure de calcium e qui s'ajuste au tube à combustion par un bouchon^ d'un condenseur à potasse f ; 7° celui-ci se raccorde avec un tube recourbé à angle droit t, qui vient plonger jusqu'à une petite distance du fond dans un flacon^ rempli d'eau, de quelques litres de

capacité. Ce flacon est muni d'une tubulure latérale , placée à quelques centimètres du fond , et qui reçoit un bouchon portant un tube h recourbé à angle droit et eflSlé à son extrémité supérieure. Dans la position où le représente la figure, l'eau se tient au même niveau dans le flacon g et dans le tube A 5 mais en faisant tourner celui-ci dans le bouchon qu'il traverse, de manière à ce qu'il prenne la position h\ on voit que, si la ditïérence de niveau entre l'extrémité du tube W et celle du tube % est assez considérable pour faire équilibre à la somme des hauteurs de la potasse déplacée dans les condenseurs c et le gaz, aspiré dans le fourneau par l'extrémité du tube a, traversera successivement tous les appareils , et se rassemblera à l'extrémité supérieure de la bouteille après s'être dépouillé de la vapeur d'eau, de l'acide carbonique et des gaz combustibles qu'il renfermait. Il suffira donc de mesurer le gaz qui arrive dans la bouteille pour avoir la proportion de gaz azote. Le volume de ce gaz est le même que le volume de l'eau qui s'écoule par le tube A' 5 mais pour obtenir le volume de ce gaz, sec et à la pression o'",76o, il faut tenir compte de la différence entre le ^ niveau de l'eau dans le flacon ^ à la fin de l'expérience et

l'extrémité du tube /i' (i), et de la tension maximum de la vapeur d'eau à la température à laquelle on opère.

L'oxyde de cuivre que j'ai employé était un mélange à parties égales d'oxyde provenant de la calcinalion du nitrate et de planures grillées. L'emploi d'un tube en porcelaine est préférable à celui d'un tube en verre vert. Le gaz que renferme le tube d quand l'opération marche ayant une tension inférieure à la pression atmosphérique , il en résulte que le tube en verre, lorsqu'il est un peu ramolli, s'aiTaisse et se plisse longitudinalement , en comprimant la colonne d'oxyde, ce qui a rendu quelquefois le passage des gaz trèsdifficile.

Avant d'ajuster les différentes pièces de l'appareil, il faut commencer par dessécher complètement l'oxyde de cuivre. On y parvient en chauûant le tube d et en aspirant avec la bouche par l'une des extrémités , tandis qu'à l'autre est adapté un tube à chlorure de calcium pour dessécher l'air qui traverse la colonne chaude d'oxyde de cuivre. On met ensuite en place les quatre appareils 6 , c , c , /* qu'on a pesés à la balance au milligramme ; on fait plonger le tube a dans le fourneau , et Ton commence l'opération en renversant le tube h de la quantité nécessaire pour obtenir un courant de gaz lent et régulier. On peut s'arranger de façon à recueillir un litre d'eau dans | d'heure ou une heure. Lorsqu'on juge que la quantité de gaz qui a traversé l'appareil est suffisante, on soulève le tube a pour le retirer du fourneau, on ajuste à son extrémité un tube renfermant duchlorurede calcium, et l'on continue à aspirer de l'air sec pour balayer tout l'appareil ^ mais on a soin de ne pas

(i) La Titesse d'écoulement de Teau par le tube h' est déterminée par la différence de niveau entre les extrémités inférieures des tubes i et h', et cette ^tessâdoit rester constante, tant que le tube h' reste dans la même position. La force élastique du gaz, qui se rassemble au haut de la bouteille, ^arie du commencement à la fin de l'opération , et diffère à chaque instant de celle de l'air extérieur de toute la hauteur de colonne d'eau comprise entre 'c niveau dans la bouteille et l'extrémité du tube h'.

recevoir l'eau qui s'écoule avec celle qu'on a recueillie daus la première période de ropération. Celle-ci représente bien le volume total du gaz azote 5 car, si Ton a commencé à la recevoir lorsque l'appareil était encore rempli d'air, ce qui donne une erreur en plus , on a cessé de la recueillir au moment où le tube d'aspiration n'a plus plongé dans le fourneau , quand l'appareil était encore rempli de gaz. Cette compensation est à très- peu près exacte.

Il arrive assez ordinairement qu'une partie de la vapeur d'eau se condense dans le tube a. Il faut , pendant qu'on aspire l'air sec à la fin de l'opération , placer quelques charbons sur toute sa longueur pour forcer la vapeur dVau à passer dans le tube 6.

La différence entre les poids des quatre appareils 6, f , avant et après l'opération , permet de calculer la composi-^ lion du gaz. Les deux premiers donnent le poids de la vapeur d'eau et de l'acide carbonique. Mais les appareils e et f représentent seulement l'hydrogène et le carbone que contiennent les gaz combustibles, et il est nécessaire de faire une supposition qui permette de calculer le volume des gaz auxquels ils correspondent. J'ai supposé, dans toutes les expériences qui suivent, que l'hydrogène se trouvait à l'état d'hydrogène protocarboné dans le mélange gazeux. Il est extrêmement probable qu'une partie notable de ce gaz y existe à l'état libre , et môme que le mélange gazeux renferme quelques parties de gaz hydrogénés combustibles autres que l'hydrogène et l'hydrogène carboné , comme le» substances volatiles que donne le charbon de meule à la distillation. Au reste, la proportion d'hydrogène protocarboné étant toujours comprise entre 3 et 4 pour 100 du volume du gaz, la détermination relative des deux gaz ne présente pas beaucoup d'importance, et l'on verra , ptfir les nombres rapportés ci-après, qu'elle est à peu près indifférente cpiant à l'apjHréciation de la quantité de chaleur et de la température développées par la combushon.

Pour parvenir, au moyen de l'appareil décrit tout à l'heure, à déterminer exactement les trois gaz, hydrogène, hydrogène protocarboné et oxyde de carbone , il faudrait pouvoir doser la quantité d'oxygène qu'ils ont absorbée pour se transformer en eau et en acide carbonique. Cette quantité serait représentée exactement par la différence de poids du tube à combustion avant et après l'opération, si l'on pouvait remplir tout Tappareil de gaz azote avant de la conmiencer et en la terminant. On parviendra à ce résultat, je pense, par la disposition suivante qui n'aura que l'inconvénient de compliquer davantage un appareil dont le maniement offre déjà quelque difficulté, surtout quand on opère sur la plate-forme du gueulard d'un haut fourneau Au lieu de faire communiquer directement le tube a, .^avec Fappareil a chlorure de calcium 6, on intercalerait entre ces deux tubes un tube à trois pointes , semblable à ceux qu'on emploie dans l'analyse des substances organiques azotées. La troisième pointe perpendiculaire à la ligne ab recevrait l'azote. Pour obtenir ce gaz à volonté , il suffira de placer dans le fourneau un second tube d'aspiration, à la suite duquel se trouvera un tube en porcelaine rempli d'oxyde de cuivre pour brûler le gaz-, l'eau et l'acide carbonique seront absorbés dans un long tube rempli de potasse eaustique qui communiquera avec le tube à trois pointes. Deux petits robinets en cuivre placés, l'un entre le tube a et le tube à trois pointes , l'autre entre celui-ci et la source de gaz azote, permettront d'introduire à volonté dans l'appareil , soit le gaz du fourneau, soit l'azote. On pourrait d'ailleurs, sans inconvénient, réduire la longueur du tube à combustion à 0^,205 car j'ai remarqué qu'il ne renfermait jamais de cuivre métallique à plus de 6 à 7 centimètres de son extrémité antérieure. Le poids de ce tuberempli d'oxyde de cuivre ne dépasserait pas 70 ou 80 gramïûes, et l'on pourrait par conséquent, avec une bonne balance, apprécier l'oxygéné absorbé à i milligramme près.

Recherches de ^oxygène dans les gaz. — J'ai fait plusieurs expériences pour rechercher l'oxygène libre dans les gaz du haut fourneau. Pour les recueillir, j'employais un appareil d'aspiration dans lequel le tube a communiquait directement avec le tube t. La bouteille étant exactement I emplie d'eau, on commençait par y. introduire loo ou 200 centimètres cubes de gaz pour chasser tout Pair des tubes , puis on ouvrait la bouteille, on la remplissait de nouveau, et l'on recommençait l'aspiration. Le gaz aspiré était transvasé dans une éprouvette. Après avoir absorbé l'acide carbonique par la potasse , j'ai essayé le gaz par le phosphore ; j'ai toujours obtenu des vapeurs blanches sensibles^ mais la diminution de volume n'a jamais dépassé OpuS ou 0,33 pour 100; elle a été même, dans quelques expériences, tout à fait inappréciable. On doit donc en conclure que les gaz ne renferment plus d*oxygène libre , et que là faible proportion accusée par le phosphore dans quelques expériences, provient de l'air dissous dans l'eau et qui a été déplacé pendant l'opération, soit par l'acide carbonique, soit par la potasse caustique.

Expérience k° i.

L'opération a duré i''45'', on a chargé trois fois dans l'intervalle^ on a obtenu les nombres suivants :

Vapeur d'eau o , 44^

Acide carbonique i , 1 15

Produits de la J Eau 0,263

combustion. ( Acide carbonique i «748

Volume de l'eau écoulée 3***, 121

Différence entre le niveau de Teau dans la

bouteille et Textrémité du tube h' o~ , 3o

Température 23»

Baromètre o'",744

Volume du gaz supposé sec, ramené à zéro

et à G"», 760 a"S658

Ces nombres donnent, pour la composition du gaz en

▼olumes (i) :

Vapeur d'eau 0,117

Acide carbonique • 0,121

Hydrogène protocarboné o , o35

Oxyde de carbone o , 1 55

Azote. 0,572

' Température du vent 195®

Pression du vent au manomètre à mercure. • . o"* , o3o

Eocpérience 2.

L'opération a durë i** i5™5 on a chargé deux fois dans cet intervalle. Voici les nombres obtenus :

(i) Pour calculer la composition du gaz au moyen des nombres obtenus dans l'expérience, on part des données suivantes :

1 d*eau, proTcnant de la combustion , correspond à 0,45 1 d'oxygène protocarboné, et à 0,340 de carbone.

I d'acide carbonique renferme 0,3765 de carbone. X de carbone correspond à 3)307 d'oxyde de carbone.

Ayant déterminé , au moyen de ces nombres, le poids de chacun des gaz, on arrive à obtenir leur yolume, en se rappelant que :

1 litre de Tapeur d'eàu pèse 0,807

1 litre d'acide carbonique 1 ,980

I litre d'hydrogène protocarboné ; 0.722

I litre d*oxyde de carbone 1,25;

Pour avoir le volume du gaz azote ramené à l'état sec, à zéro , et à la prcs- 'ion de o™,76o , on emploie la formule

760X (i -t-o,oo375<)'

*^i8 laquelle q représente le volume de Teau écoulée, ^ la pression barométrique du lieu et de l'instant de l'expérience, * la valeur en millimètres de mercure de la différence de niveau entre dans la bouteille et l'extrémité du tube d'écoulement, plus la tension •^••xiinum de la vapeur d'eau à la température à laquelle on opère , ' la température de l'air à la fin de l'opération.

Eau i^. . 0,265

Acide carbonique ^)^79

Produits de la (Eau o>ï74

combustion. ( Acide carbonique 1

Volume de Teau écoulée ... i^*%828

Différence de niveau o«« ,33

Température 9.5**

Baromètre o"' , 745

Volume du gaz sec, ramené à zéro et à la

pression de o" , 760 1 54o

On tire de là :

Vapeur d'eau .. 0,118

Acide carbonique . . o, i!23

Hydrogène carboné o,o38

Oxyde de carbone 0,160

Azote o,56i

Température du vent 2o5°

Pression au manomètre o",oi8

Expérience 3.

L'opération a duré 1** i5". On a obtenu :

Eau o> '77

Acide carbonique 0 ,^80

Produits de la ( Eau 0,112

combustion. ( Acide carbonique <^>7i5

lit.

Volume de Teau écoulée , . i ,25o

Gaz azote sec, ramené à zéro et à o",76o . . i ,064

On lire de là :

Vapeur d'eau 0,116

Acide carbonique o , 1 28

Hydrogène carboné 0,037

, ^ Oxyde de carbone . . . o , 1 55

Température du vent .... 190"

Pression de l'orifice de buse o"*,o28

( ) Expérience 4- Uopération a duré i** i5. On a obtenu :

nr

Eau 0,172

Acide carbonique o»44^

Produits de la j Eau ^y^91

combustion. ( Acide carbonique .. • 0,660

Volume de Teau écoulée 1 , 1 1

Volume du gaz azote sec, ramené à

zéro et à 0^,760. . . 1 ,021

On lire de là :

Vapeur d*eau « 0,118

Acide carbonique 0,127

Hydrogène carboné o,o34

Oxyde de carbone 0,1 52

Azote o , 569

Température du vent 190°

Pression au manomètre .... o™,o35

Les quatre expériences qui précèdent ont été faites avec ^ même allure du fourneau. La fonte était grise et de ^nne qualité pour le travail de la sablerie. Il existe peu ^différence entre les résultats de ces analyses : on peut ^marquer seulement que la proportion des gaz combustibles paraît augmenter légèrement lorsque la pression du ' eut diminue. Ainsi, dans l'expérience n^ 4? la proportion L'oxyde de carbone et d'bydrogène carboné est sensiblement moindre que dans l'analyse n° 2 qui correspond à ^Dépression manométrique de moitié environ plus faible.

fait peut se concevoir facilement, car la pression et le vo- ^lune de l'air lancé étant moindres dans un cas que dans -'autre, les gaz séjournent plus longtemps dans le four- •^eau, et peuvent s'y charger d'une plus grande proportion 3e charbon 5 il est également d'accord avec les résultats des Roulements des hauts fourneaux, qui prouvent que la con- ^mmation de combustible, rapportée à la fonte obtenue,

augmente quand la vitesse du vent diminue. Onremarqi aussi que la quantité d'azote augmente sensiblement qu la proportion d'oxyde de carbone diminue, et que ( d'acide carbonique augmente; et cela doit être, puis l'azote doit varier dans le même sens que l'oxygène conJ dans le gaz.

Dans les deux expériences suivantes , le charbon de h avait été remplacé par du charbon nouveau de vieux chi On avait diminué la charge en minerai de 7 congé.

5 pour 100.

Expérience n° 5.

On a obtenu les nombres suivants ;

Eau 0 , 1 66

Produits de la j Eau o , 1 20

combustion. | Acide carbonique . . 0,784

Volume de l'eau écoulée i ,248

Azote sec, ramené à zéro et à o" , 760. i , 042

Ces nombres donnent :

Vapeur d'eau ..... 0,110

Acide carbonique o , 1 09

Hydrogène carboné. ... o,o4o

Oxyde de carbone o> '77

Asote o,563

Température du vent 21 5°

Pression au manomètre o"*,o38

Expérience jn^ 6.

On a obtenu les nombres suivants :

Eau 0,184

Acide carbonique 0,4^2

Produits de la (Eau 0,1 4^

combustion. ( Acide carbonique. . . 0,920

ut

Volume de Fcau i»couIce i , 893

Gai aiote sec, ramené à zéro et à o"", 760 1,180