CHAPITRE III

Galorilères destinés à chauffer Tair à une haute température.

1897. Pour le chauffage de l'air à une haute température, l'économie des surfaces de chauffe et celle du combustible exigent né-

cessairement que la fumée et Tair à échauffer marchent en sens contraire. Quand Tair est lancé par une machine soufflante^ ce qui arrive presque toujours, il s*écoule dans des tuyaux de fonte placés dans des canaux que parcourt Tair brûlé.

1898. La disposition la plus simple consisterait en un canal voûté, horizontal, en briques, d'une suffisante épaisseur, terminé à un bout par un foyer, à Tautre par une cheminée, et renfermant un tuyau de fonte, placé de manière que Tair brûlé pût circuler autour; le tuyau recevrait Pair froid par l'extrémité voisine de la cheminée, et communiquerait par Tautre avec le tuyau qui doit conduire l'air chauffé dans le lieu où il doit être utilisé. Cette disposition, d'abord essayée pour chauffer l'air d'alimentation des hauts fourneaux, produit peu d'effet utile à cause de la grande surface exposée à l'air que présente le canal de chauffe ; d'ailleurs elle tient trop de place.

Ordinairement, pour diminuer Tespace occupé, on replie le canal à fumée sur lui-même, dans un plan horizontal, ou plus souvent dans un plan vertical. Ces trois dispositions offrent l'inconvénient d'exposer les joints à l'action des gaz sortant du foyer et de ne permettre leur visite et leur réparation qu'en démolissant le fourneau.

1899. En Angleterre, on employa d'abord un calorifère formé de trois gros tuyaux de 0",70 de diamètre intérieur, placés horizontalement et réunis par des coudes ; ils sont placés dans une chambre en maçonnerie et séparés par des voûtes qui forment des cameaux parcourus successivement par la fumée d'un foyer à la houille ; les tuyaux sont supportés de distance en distance par des murettes reposant sur les voûtes; la consommation de l'appareil était de 620 kilogrammes de houille par tonne de fonte ; l'air y était chauffé à i82^ Beaucoup plus tard, on chercha à l'améUorer en employant un système de deux tuyaux concentriques de façon à établir une double circulation d'air. Cette disposition de doubles tuyaux concentriques avait été adoptée pour remédier à un inconvénient grave que présentent en général les tuyaux d'un grand diamètre ; l'air s'échauffant inégalement, il se produit un courant d'air froid dans l'axe des tuyaux et il devient impossible de porter l'air à une température élevée. Les tuyaux étaient en fonte et avaient 0",70de diamètre intérieur. Les petits tuyaux étaient en tôle, de 0",014 d'épaisseur et de 0'',48 de diamètre intérieur. La disposition du fourneau était exactement la même que dans l'appareil précédent. La consommation de houille était de 6 quintaux par tonne de fonte. Ces deux appareils sont abandonnés depuis longtemps.

CHAP. m. — CHÂUFFA.6S DE L'AIR A UNE HAUTE TEMPÉRATURE. 513

1900. Le disposition, connue sous le nom de Calder, usine anglaise où elle été construite pour la première fois, est représentée dans les figures 472 et 473. L'appareil se compose de deux cylindres horizontaux A el B, et de neuf petits tuyaux C, C,... recourbés en forme de siphons, et dont les extrémités sont fixées parle masticage dans les tubulures des cylindres. Le tuyau d'arrivée de l'air A est fermé à son extrémité, et il en est de même du tuyau de départ B.

Ce système de tuyaux est placé dans un fourneau chauffé à la bouille. Les assemblages des petits tuyaux avec les gros sont enveloppés de maçonnerie ; la flamme du foyer arrive dans le four par une fente longitudinale nn , pratiquée dans

toute sa lurgeur,et l'ail- fj^. 4,., p,j ^,3

brûlé s'écoule dans la

cheminée par un conduit en maçonnerie établi à la partie supérieure du four. Dans un appareil qui a bien fonctionné , les tuyaux A et D avaient S'.SO de loiigueur et 0°',2S de diamètre ; les petits tuyaux C avaient O'.OS de diamètre intérieur; on en a fait aussi de O'°,10; 0'',12et0",14 de diamètre intérieur. La température de l'air peut atteindre dans cet appareil 300° et plus. L'effet utile doit être bien faible, à cause surtout de la disposition des oriflces de sortie de l'air brûlé.

ISOt. Dès l'origine, et pendant bien des années, le chauffage du vent dans les hauts fourneaux, qui avait été pratiqué pour la première fois en Angleterre, à Gartsherry en 1832, s'est efTectué dans ce pays en brûlant de ta houille. C'est également ce mode de chauffage qui servit dans les premières applications faites sur le continent.

Mais en France et en Allemagne, où le charbon coûte plus cher qu'en Angleterre, on songea bientôt à opérer le chauffage au gueulard des hauts fourneaux au moyen de la flamme qui s'en dégage ; c'est principalement sur des hauts fourneaux au charbon de pfcLRT. n. 33

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bois que ce genre d'installation fut exécuté ; le peu d'emplacement dont on disposait d'ordinaire fit adopter certaines dispositions dont une des plus anciennes est celle de Wasseralângen. Elle consiste en plusieurs rangées de tuyaux à section circulaire, de 0~,1S environ de diamètre, placées horizontalement les unes au-dessus des autres dans un four établi au bord du gueulard pour en recevoir la flamme. Deux coudes, réunis aux tuyaux horizontaux par des joints k emboîtement, mettent ces tuyaux en communication de manière à ce que te vent les parcoure successivement. C'était le système du tuyau droit primitivement employé, mais reptoyé plusieurs fois sur lui-même et avec un chauffage bien moins méthodique. Tous les coudes étaient tenus en dehors du four dans un but de conservation des joints et de surveillance des fuites ; comme on ne donnait à ces tuyaux qu'une faible longueur (f,50 de portée), pour en éviter la flexion, le poids de la fonte non employée à la chaulTe était assez considérable relativement à celui de la partie qui fonuait la surface de chauffe ; celle-ci était de (i"^,50 k O'-.fiO par mètre cube d'air à chaulTer par minute, aussi la température n'était-elle en moyenneque de 160".

On a beaucoup fait varier cet arrangement des tuyaux, tout en conservant le type ; on a employé des tuyaux plus gros afin d'avoir une plus grande portée et un moins grand nombre de joints. Or, comme nous l'avons déjà dit, les gros tuyaux ne sont pas propres à fournir un bon chauffage de l'air.

Fiff. «1. Fiç. *1S.

1902. L'appareil de Taylor, représenté par les figures 474 et 475 se

GHâP. III. — CHAUFFAGE DB L'AIR A UNE HAUTE TEMPÉRATURE. 515

compose, comme Tappareil de Calder, de deux gros tuyaux horizontaux, réunis par huit tuyaux courbés en demi-cercles, fixés à leurs extrémités dans des tubulures des gros tuyaux. On a donné à ceux-ci 3',60 de longueur, O^^SÔ de diamètre extérieur, 0'",025 d'épaisseur. Les tuyaux courbes avaient pour axe un cercle de 0"*,78 de rayon, et un développement de 2"", 25; leur diamètre était de O",!?, leur surface totale de li""!, 60. Les joints sont faits à emboitement et mastic, comme Tindique le détail au-dessus de la figure 474, et noyés dans la maçonnerie. M. Taylor admet que, dans son appareil, 1 mèter carré de surface de fonte chauffée au rouge-cerise suffit pour porter !"• d'air à 300*, par minute. Cette disposition doit donner un meilleur effet utile que le modèle de Calder, parce que l'orifice de sortie des gaz brûlés est à la partie inférieure du four ; mais il y a trop peu de surface de chauffe. L'appareil, abandonnant l'air brûlé à une très-haute température, doit nécessairement utiliser assez mal la chaleur du combustible.

Cet appareil a été aussi employé avec le chaufi*age au gueulard.

1903. L'invention qui a consisté à faire descendre au pied des hauts fourneaux les gaz éteints par la seule pression que l'on produit au gueulard, a permis de placer les appareils à air chaud à proximité des tuyères, de leur donner une grande surface de chauffe et d'obtenir une température de fair beaucoup plus élevée. Quand les appareils étaient au gueulard, il n'était pas rare de voir l'air chaud arriver aux tuyaux après avoir perdu 25 ou 30 p. 100 de l'excès de température qu'il avait à sa sortie des fours à air chaud ; d'ailleurs, tout parcours un peu prolongé de l'air chaud occasionne toujours une perte sensible de chaleur, malgré les précautions que Ton prend d'ordinaire contre le refroidissement ; il n'y a guère maintenant d'appareils à air chaud, quel qu'en soit la forme et le système, qui soient chauffés autrement que sur le sol et par les gaz du gueulard.

Comme on a reconnu, depuis quelques années, qu'il y a avantage à chauffer l'air des hauts fourneaux plus fortement qu'on ne le faisait jusque-là, on a été mené à accrottre la surface de chauffe des appareils. Au chiffre de 0"%60 à 0"%80 autrefois employé on a substitué celui de l'"'', par mètre cube d'air échauffé en une minute ; l'accroissement de la surface de chauffe est d'ailleurs favorable à la bonne utilisation de là chaleur. Dans les usines où l'on chauffe l'air à 300* on porte la surface de chauffe à l^^jSO ; pour atteindre 400*, on emploie l"%50à 1"*»,60; il convient même d'aller jusqu'à 2™*», pour le maintenir toujours à cette Umite. D'après le Journal of

iron and steel Instilute (1871-73), dans les usines de Cleveland, où l'on chauffe l'air à 550* et 600*, on a i"*» de surface de chauffe, et à Ayrsome, pour se maintenir à 600% on emploie 5*<»,30. Les appareils en fonte permettent bien d'obtenir des températures aussi élevées, mais toutes les dispositions ne supportent pas également bien la fatigue qui en résulte; ceux dans lesquels le chauffage est tout à fait méthodique doivent être préférés parce que, dans ce cas, les surfaces qui chauffent au maximum sont les seules qui s'altèrent et qu'on doit renouveler.

1904. Les appareils chauffés parles gaz des gueulards sont sujets à des variations de température qui proviennent surtout des poussières entraînées par le gaz, notamment par ceux des hauts fourneaux au coke ; ces poussières diminuent considérablement la cornbustibiUté de la fonte qu'elles recouvrent. Il est donc important d'employer des appareils de nettoyage préalable des gaz, ayant un développement suffisant; dans tous les cas, on doit établir les appareils à air chaud de façon que leur nettoyage soit prompt et facile ; si on emploie les appareils multi-tubulaires, dont les tuyaux, rapprochés les uns des autres, ne peuvent être nettoyés qu'en pénétrant dans le four, il faut se résoudre à en avoir de rechange. Cette diminution de la conductibilité de la fonte par le fait des dépôts qui la recouvrent a poussé à l'exagération des surfaces de chauffe.

1905. Comme il n'existe pas de pyromètre d'un usage sûr et facile pour mesurer les températures de l'air chaud, dès qu'elles dépassent 300*, les chiffres supérieurs à ce dernier sont des approximations plutôt que des mesures exactes. On les obtient au moyen de barrettes de métaux fusibles à diverses températures, et, suivant la manière d'opérer, il peut y avoir des différences et par suite des erreurs très-notables.

1906. MM. Laurens et Thomas ont imaginé une disposition totalement différente des appareils précédents et de leurs dérivés. Ces ingénieurs avaient d'abord employé les appareils multitubulaires du genre Calder, qui leur avaient donné Ueu de reconnaître que le vent était loin de se répartir également entre tous ces petits tubes implantés sur un même tuyau droit plus ou moins long, et que c'était toujours une opération difficultueuse que de les débarrasser des enduits poussiéreux qui les recouvrent.

L'élément constitutif, établi en 1846 pour l'appareil en question, consiste dans un assez gros tube de fonte dont la surface extérieure est chauffée, et dont la surface intérieure porte, venues à la fonte,

GflAP. III. — - CHAUFFAGE DE L'AIR Â UNE HAUTE TEMPÉRATURE. 517

(les saillies OU nervures longitudinales de O'^IS environ de hauteur, très-rapprochées les unes des autres ; le vide cylindrique qui reste ainsi au centre du tube est rempli par un tuyau en fonte mince, fermé aux deux bouts, de telle sorte qu'on a ainsi un espace annulaire que Tair parcourt en couches minces qui ne sont pas cependant isolées les unes des autres. Les nervures forment une surface de chauffe par conductibilité et l'appareil présente une surface totale qui est au moins le double de celle qu'offrirait la surface extérieure seule du tube- enveloppe ; plusieurs tubes semblables placés à côté les uns des autres, dans lesquels le vent passe successivement, forment un appareil que Ton chauffe avec les gaz ; la flamme parcourt le four en sens inverse de Tair à chauffer.

Cet appareil a subi différentes modifications ; les figures 476 et 477 le représentent tel qu'il a été établi en dernier lieu.

Il se compose d'un certain nombre de tubes verticaux, ÂBCDE, placés les uns à la suite des autres dans un four, soit en ligne, soi sur un plan circulaire ou carré, suivant les emplacements disponibles. Le four est établi sur un sous-sol Y dans lequel on pénètre pour nettoyer. Le dessin représente seulement le premier tube ABCDE et le dernier A'B'CD'E' entre lesquels deux ou trois autres tubes semblables sont interposés. On peut faire croître le diamètre des tubes, au fur et à mesure que le volume de vent augmente par suite de son échauffe ment.

Le tube ABCDE et tous les autres portent, venues à la fonte, les lames o,p, q^r; elles ont la longueur du tube, mais sont] échancrées de distance en distance, pour faciliter le mélange des veines d'air; du reste, entre l'extrémité des lames et le tube central FG, il y a un faible jeu à cet effet. Le tube central FG constitue l'espace annulaire dont nous avons parlé, mais il est ouvert aux deux bouts et reçoit par son orifice supérieur l'air échauffé qui provient de l'espace annulaire et il le transmet par son orifice inférieur à l'espace annulaire du tube suivant par l'intermédiaire du compartiment L de la caisse HH' et de la tubulure //. Les tubes ABCDE reposent sur des caisses en fonte HH, munies d'un compartiment L d'où part la tubulure méplate tf qui porte Taira la caisse suivante. Le plafond de ces caisses est percé de petites ouvertures lY, «Y, dont les sections sont combinées pour répartir l'air dans tout l'espace annulaire mii^ m'n' ; les tubulures tt sont réunies entre elles par un raccord IK disposé pour céder par son élasticité aux effets de la dilatation et de la contraction. Cette circulation se reproduit d'un tube au suivant, et le vent, arrivé à son

518 LIVRE XI. — CQAUFFAGE DE L AIH.

maximum de température dans le tube Â'B'C'D'E', ea sort par la tubulure L' et par le tuyau M pour se rendre aux tuyères. Des orifice? u u, u'u pour le nettoyage par le sous-sol Y sont ménagés dans le plancher du four; d'autres orifices, fermés également par des soupapes vv, v'v', sont établis dans le plafond du four pour le nettoyage et comme soupapes de sùrelé ; enfln, il y en a au bas du four qui per-

Fig. «6 et*:7.

mettent d'entrer dans celui-ci, au besoin. Ce système diminuant au moins de la moitié la surface de chaulTe à nettoyer et celle-ci étant cylindrique et verticale, accessible par le haut et par le bas, permet d'enlever facilement et fréquemment les poussières qui s'y attachent. Les premiers appareils furent construits avec des tubes longs et borizontaux; mais l'allongement permanent, si considérable pour certaines fontes. Ht abandonner celte disposition. Dans le modèle que nous décrivons l'appareil est complètement è dilatation libre; les raccords élastiques IK n'ont à éprouver que de faibles mouvements.

CHAP. ni. — CUAUFFAGE DE L'AIR A UNS UAUTB TEMPÉRATURE. 51»

Dans cette disposition le chauffage est complètement méthodique ; l'air froid arrive en A et sort échauffé en M; le foyer à gaz à lames verticales ou horizontales est en g g et la sortie des gaz brûlés se trouve en z, au bas du four, d'oil ils gagnent la cheminée ; en / se trouve un petit foyer de rallumage et en h h' l'arrivée du gaz d'un gazogène à la houille en cas de dérangement du haut fourneau qui fournit les gaz du gueulard.

1907. Quelques auteurs tendent à juger du mérite comparatif des divers appareils à air chaud par la plus ou moins faible vitesse avec laquelle le vent à échauffer y circule; une plus grande vitesse exige en effet un peu plus de force à la soufflerie ; mais quelques millimètres de mercure en plus ou en moins, pour la pression, ne sont pas à considérer avec des souffleries marchant sans dépense de combustible, quand on doit obtenir un meilleur chauffage de l'air; puisque^ comme certains auteurs l'admettent, la conductibilité des surfaces métalliques est proportionnelle à la racine carrée de la vitesse de l'air à

chauffer.

1908. Les figures 478 et 479 représentent un appareil multitubulaire, qui a paru en Angleterre, il y a quelques années. Au lieu des siphons de l'appareil Calder, c'est chaque tube qui joue le rôle d'un de ces siphons ; à cet effet le tube est méplat et divisé par une cloison , venue de fonte dans sa laideur, en deux sections égales ; la figure 478 montre deux de ces tubes ab, p,- ^.g p^ ^,g cdy coupés suivant leur

hauteur, qui est de 3 mètres à Z~,SO. L'air à chauffer monte par une de ces gaines et descend par l'autre, la section de ces tubes cloisonnés aO*,40à 0",S0delongueursurO",l8à0",25de largeur. L'appareil se compose d'un certain nombre de tubes posés verticalement les uns à côté des autres; il est dit à pistolets, parce que chaque tube se termine par une partie courbe qui ressemble à une crosse de

pistolet. Il a été fréquemment employé et il a donné lieu à différentes dispositions fondées sur remploi de tubes cloisonnés. Les cloisonSy venues à la fonte, chauffent par- conductibilité comme dans le cas du système précédenunent décrit, mais elles n'arrivent jamais à former qu'une faible partie de la surface totale de chauffe.

La figure 479 est la vue en plan de Tune des caisses rectangulaires mn, m!rJ^ dans les tubulures desquelles les tuyaux verticaux sont mastiqués ; chaque caisse se compose de deux portions semblables réunies entre elles par le joint qr; de plus dans chaque caisse existe une cloison longitudinale venue à la fonte et qui se sépare en deux compartiments i et i. Dans le joint qr on a interposé une plaque qui ferme l'extrémité du compartiment i de la portion mnqr, tandis que l'extrémité du compartiment î reste libre.

L'air froid arrive en /*, parcourt le compartiment i en se répandant dans les gaines o de chacun des huit tubes qui sont implantés sur cette caisse ; il redescend ensuite dans l'autre gaine & des mêmes tubes pour se rendre dans le compartimenta'; de celui-ci, il passe dans le compartiment de la seconde portion de caisse opqr qui forme son prolongement, puis dans les gatnes correspondantes des tuyaux que porte ce compartiment pour redescendre par la seconde gaine de ces mêmes tuyaux et gagner le second compartiment op d'où il s'écoule par le branchement s; de là l'air est envoyé dans la seconde caisse du four pour recommencer une circulation toute semblable. Les tuyaux ab^ dh\ formant une paire analogue au siphon de Calder^ peuvent se dilater librement ; ce qui n'avait pas lieu dans l'appareil Calder et y occasionnait des ruptures.

L'appareil à pistolets^ ou de Clarence- Works, a été chauffé au gaz et aussi à la houille.

1 909. Le chauffage n'est pas méthodique dans ce dispositif. On se rapproche plus d'un chauffage méthodique dans une autre disposition adoptée en France; pour cela, on place une seule caisse mnop^ garnie de ses tubes verticaux, dans un premier compartiment du four à gaz, puis une seconde bande semblable dans un second compartiment que parcourt la flamme sortant du premier ; enfin une troisième bande et une quatrième sont placées dans un troisième et un quatrième compartiment du four que la flamme parcourt successivement ; l'air passe successivement d'une bande à une autre, les tuyaux cloisonnés que l'on a employés étaient droits, sans la crosse des tuyaux anglais. En augmentant le nombre des tuyaux de chaque bande au fur et à mesure que l'air s'échauffe, on