IV. — Disposilions générales des gazogènes

A. — Groupement des gazogènes. — Les gazogènes peuvent constituer un groupe unique ou être fractionnés en groupes distincts, chaque groupe desservant un four.

a) Dans les groupements en batterie, les gazogènes sont réunis dans une partie de l'usine éloignée à dessein des fours à desservir; on recueille tous les gaz dans une conduite unique qui les distribue aux différents fours ; dans cette conduite en tôle se déposent les goudrons et les poussières et le gaz recueilli a une composition plus régulière

parce que les variations de marche des divers gazogènes se compensent.

Par ce dispositif, on perd presque toute la chaleur sensible des gaz, qui se refroidissent avant d'arriver aux fours pour y être brûlés.

On a trouvé, néanmoins, dans les installations récentes, que la chute de température des gaz, due à un développement très coûteux de canalisation, et la condensation résultant d'une forte proportion des hydrocarbures combustibles du gazcompsnsée par les siiils avautaçcîs de propreté des appareils distributeurs et d'absence de poussières dans les divers éléments des fours, étaient un calcul d'une économie fort discutable.

Aussi, abandonne-t<on de plus en plus cette solution dans les installationsnouvelles.

h) On préfère placer non loin de chaque four les gazogènes destinés à les desservir; c'est le système des gazogènes accolés aux fours pour que les gaz y arrivent encore chauds. Afin de réduire au minimum la déperdition de calorique par rayonnement des conduites, on les construit en briques au lieu de les faire en tôle. La canalisation en briques est mauvaise conductrice de la chaleur, elle est suffisamment étanche et ne coûte pas trop cher.

L'isolement de chaque gazogène peut être assuré à volonté par l'interposition de simples vannes métalliques.

B. — Tirage des gazogènes. — On appliquait autrefois pour assurer un bon tirage le système du

j^ fO^îiJP±tL. «

sxfhon.

Les gazogènes étant au niveau des fours, le gaz recueilli dans le canal collecteur suivait une conduite verticale en tôle de 4 à 3 mètres de hauteur se continuant par un tuyau horizontal suspendu de 10 à 12 mètres de longueur.

A son autre extrémité, ce tuyau se recourbait à angle droit et se terminait par un tuyau vertical descendant dont

la partie inférieure était reliée au four par un canal établi à niveau du sol.

Fig. 133. — Siphon ou cooling-lub de Siemens.

F, four. — G, Gazog('^ne.

Dans son trajet à rintérieur de ce tuyau i'éfrigérant (cooling-tub de Siemens), le gaz perdait par rayonnement une grande partie de sa chaleur; par suite, les gaz étaient plus chauds dans la branche ascendante que dans la branche descendante.

L'ensemble des deux conduits verticaux et du conduit horizontal constituait, en somme, un immense siphon dans lequel le mouvement du fluide était assuré par une difl^érence de densité.

L'application de ce principe permit à Siemens d'éviter l'emploi du ventilateur pour le transport du gaz des gazogènes au four ; mais on remarquera Tinconvénient d'un système qui, pour réaliser le tirage, provoque une chute de température de près de 300°.

Néanmoins un grand nombre d'usines l'emploient encore.

Quand les gazogènes ne sont pas soufflés, le tirage est aujourd'hui

. ^ ^L.iD..Û-Û

Fig. 434.

C, cendrier. — G, gazogène. — ff, pression atmosphérique. — Af, four Martin. — «, sole. — S, sortie du gaz.

le plus souvent assuré en plaçant ces appareils à 3 ou 4 mètres audessous du niveau des fours. Si H est la pression atmosphérique au niveau des gazogènes, h la diff^érence de leur niveau avec celui de la sole des fours, ^ la densité moyenne du gaz combustible par rapport à l'air. On aura, $ étant inférieur à 1 :

H — W>H — ft.

Il ne devra donc pas y avoir de rentrée d'air dans le four ; on s'en apercevra du reste quand les flammes intérieures auront tendance à s'échapper par les joints des portes de travail et de chargement.

Telles sont les considérations générales que nous devions présenter sur les gazogènes, ne pouvant dans le cadre si restreint de notre Traité étudier avec de plus grands détails ces appareils si précieux dans toutes les industries où Ton doit réaliser de très hautes températures.

Nous avons esquissé à grands traits quelques types spéciaux pour donner une idée des principes fondamentaux sur lesquels leur construction est ordinairement établie.

Il resterait à parler, dans une étude complète, des gazogènes à récvr pération des sous-produits. Nous ne pouvons que les signaler, car leur étude ressortit à la chimie industrielle.

Le gazogène Mond, par exemple, a été principalement imaginé dans le but d'extraire de la houille les produits ammoniacaux. La distillation du combustible est conduite de manière à obtenir un gaz exempt de goudron et produit à température assez basse pour être aussi riche que possible en ammoniaque.

Ce gazogène, appliqué depuis quelque temps à la fabrication de l'acier, donne aux aciéries un accroissement de bénéfice résultant de la vente des sous-produits.

Article 2. — Les régénérateurs SiEiMENS /. — Fonctionnement des régénérateurs.

Le laboratoire du four que Ton veut échauffer est. placé entre deux appareils que l'on nomme régénérateurs ou récupérateurs de chaleur.

Chacun de ces régénérateurs se compose de deux chambres pleines de briques empilées à claire voie.

Le gaz venant du gazogène et l'air venant de l'atmosphère arrivent séparément par deux de ces chambres, celles de gauche par exemple, et pénètrent au-dessus de la sole du four où ils se mélangent.

Supposons que la température du four soit suffisante pour que les gaz venant du gazogène puissent s'enflammer au contact de l'air dans l'enceinte du four : les gaz brûlés quitteront le laboratoire pour gagner la cheminée, sortant indistinctement par les deux chambres de droite.

Ils y abandonnent leur chaleur et, au bout d'un certain temps, les briques des chambres de droite deviennent incandescentes. Alors, on renverse le courant en faisant arriver l'air par Tune des chambres de

3f0 MÉTALLURGIB DU FER

droite et le çaz par l'autre ; air et çaz se réchauffent récupérant la chaleur emmagasinée pendant la période précédente : les gaz brûlés sortent indisUnclement par les chambres de gauche et les échauffent à leur tour. Au bout d'un certain temps, les chambres de droite étant refroidies et celles de gauche incandescentes, on renversera de nouveau le courant et ainsi de suite.

La température croft donc à chaque renversement sans qu'on soit cependant autorisé à dire qu'elle croUrait à l'infini si l'on n'était limité par la dissociation des produits gazeux ou la fusion des matériaux réfractaires. Le grand rendement calorifique du four Siemens vient de la multiplication des points de contact entre l'air et le gaz, du réglage possible de la proportion d'air nécessaire pour brûler ce s^az, de la disposition même du massif énorme de maçonnerie enfoui dans le soussol protégeant contre les pertes par rayonnement à l'aide d'artifices spéciaux de construction, de la perle minima de chaleur par les gaz brûles ne gagnant la cheminée qu'après être presque refroidis et abandonnant une chaleur qu'on utilisera ensuite, surtout enfin du chauffage préalable de Vair et du gaz, combustible avant d^opérer la combustion.

La considération de la formule donnant la température de combustion permet de montrer que la température croît sans cesse dans le fonctionnement des fours Siemens, sans qu'il soit cependant permis de dire qu'elle croîtrait indéfiniment si l'on n'était limité par la fusion des matériaux réfractaires constituant les chambres à briques ou par la dissociation des produits gazeux. Nous ignorons, d'une part, la loi de la variation des chaleurs spécifiques avec la température, obligés de nous en tenir à des valeurs moyennes ou à des formules empiriques péniblement établies, et, d'autre part, nous ne connaissons pas la perte par conductibilité subie par le four Siemens et la loi de sa variation avec la température. lien résulte qu'on peut bien affirmer que les températures croissent, car leur accroissement est d'un ordre supérieur aux erreurs signalées {du moins dans les limites de température où l'on opère) ; mais il peut parfaitement se faire que la série formée par les accroissements successifs de chaleur soit convergente et que la température ne puisse croître au delà de toute limite, même si la fusion des briques ou la dissociation n'intervenaient pas.

Ces réserves faites, considérons l'air et le gaz dans le fonctionnement des fours Siemens. Supposons-les à même température au début, et à

0® on trouvera pour leur température de combustion une valeur :

Après le 1*' renversement des valves, Tair et le gaz combustible, au lieu d'être à 0** seront à T degrés quand, après avoir traversé les chambres de récupération préalablement chauffées parles gaz brûlés, ils arrivent sur la sole ; donc, la nouvelle température de combustion t^ calculée à l'aide de la formule :

PCT + FCT + S.P(y

sera plus grande que ti.

Mais puis l^> t^j l'air et le gaz seront à leur tour échauffés par les briques à une température T| > T ; donc, la nouvelle température de combustion t^ dépassera <j, par suite aussi les briques communiqueront à l'air et aux gaz combustibles une température T^>T^^ ce qui donnera /4> ^3, et ainsi de suite.

ï.Pa La formujle t = - — suppose que les produits de la combustion

n'ont pas changé entre 0° et t^. S'il en était autrement, il faudrait tenir compte des chaleurs absorbées ou dégagées lors de ces changements d'état. C'est le cas notamment des corps hydrogénés donnant de la vapeur d'eau.

La dissociation intervient à son tour pour abaisser les températures de combustion au-dessous des nombres théoriques. A partir d'une certaine température correspondant à la tension de dissociation, la combi- u naison ne se fait plus et la température ne peut s'élever davantage. Pour des corps hydrocarbonés, par exemple, il reste une certaine quantité d'hydrogène et d'oxygène non combinés qui se comportent comme des gaz inertes.

Quand on allume le gazogène on met tout d'abord sur la grille des matières facilement inflammables : bois en brindilles, fagots, etc.. et l'on y charge ensuite du combustible minéral en petite quantité. Le feu étant bien pris, on augmente progressivement le chargement de manière à provoquer la distillation. Les gaz combustibles produits rempliront les conduits et le four à échauffer et, si de l'air y a été admis en quantité suffisante, ils s'enflammeront à l'aide de la chaleur dégagée par la combustion du bois ou du coke placés au préalable sur

la sole. Quand le four sera au rouge, le foyer provisoire sera inutile pour provoquer rinflammation des gaz combustibles, le régime d'inflammation par la chaleur seule de l'enceinte sera établi.

Les deux chambres de chaque groupe, appelées Tune chambre à gaz^ l'autre chambre à air, sont toujours en communication vers le haut avec les orifices pratiqués d'ordinaire dans les parois verticales du four. Vers le bas, les chambres peuvent communiquer, soit toutes les deux à la fois avec la cheminée d'appel, soit séparément, pour l'une, avec la conduite de gaz venant des gazogènes et pour Tautre, avec l'atmosphère.

L'appareil qui, à un moment donné, permet de relier un groupe de chambres avec la cheminée ou l'intercepter pour les mettre en relation avec les gazogènes ou l'atmosphère se nomme appareil d'inversion ou valve de renversement.

IL — Eléments des régénérateurs.

Nous ne pouvons exposer ici la méthode suivie pour calculer par la théorie, en s'aidant toutefois d'un assez grand nombre de données expérimentales, les dimensions des divers éléments des régénérateurs. Nous nous contenterons d'indiquer les principaux résultats acquis et sanctionnés par la pratique, renvoyant,pour une étude plus approfondie, à la Métallurgie de Gruner et à la Métallurgie générale de M. U. Le Verrier. La question la plus importante à résoudre a trait à la détermination du poids de briques nécessaire pour arriver à l'absorption complète de la chaleur perdue.

Voici les données principales :

On compte 50 à 60 kilogr. de briques par kilogramme de houille brûlée entre deux renversements de valves.

La surface utile d'une brique étant connue, son poids également, si Ton compte 50 kilogrammes de briques par kilogramme de houille brûlée entre deux renversements, à ces 50 kilog. correspondent 17 briques de surface utile* de chauffe que le calcul montre être égale à 1"^*30 environ.

Les empilages de briques dans les chambres étant faits de façon qu'il y ait à peu près moitié vide et moitié plein, le calcul permet de déterminer quel est le rapport entre le volume des chambres réellement

FABRICATION DBS PBRS ET ACIERS FONDUS 313

chauffées à un moment donné (soit le volume de deux des quatre chambres du régénérateur) et le poids du combustible brûlé.

On trouve qu'il y a avantage à consommer 15 kilog. de houille par mètre cube du volume des chambres.

eu .

5 co

eu

î= 2 ■ri -û B g

(fi

Quant aux dimensions des chambres, leur capacité étant fixée, il n'y a plus qu'à déterminer leur section et leur hauteur.

METALLURGIE DU FER

La hauteur des chambres dépend en grande partie de la disposition des lieux, elle est limitée par l'obligation où Ton se trouve de les placer le plus ordinairement au-dessous du niveau du sol de l'usine.

Cette hauteur varie entre 2 et 3 mètres.

La hauteur étant déterminée par des considérations souvent obligées, la section en résulte ; elle est très souvent carrée.

En construisant un four, on fera bien de donner aux chambres un

Fig/136. — Four Siemens primitif à 4 chambres. — Coape horizontale par CD.

Fig. 137. — Four Siemens primitif à 4 chambres. — Coupe horizontale pBS E F,

volume plutôt exagéré. On ne les remplira de briques que sur une parti** de la hauteur et, plus tard, si Ton veut activer la marche du four, on n'aura qu'à en ajouter dans la partie libre pour augmenter le volume utile des chambres (f/. Le Verrier).

On attribuait autrefois aux chambres à air des dimensions un peu plus grandes qu'aux chambres à gaz (1/10 à 1/7 en plus), et cela parce que les gaz arrivent déjà chauds et que l'air arrive froid; on réservait ainsi à l'air une surface de chauffe un peu plus grande. Il semble qu'on

■ FABRICATION DES FltRS-BT ÂGUR8 FONDUS 3 15

renonce actuellement à ce mode de construction dans les installations

P. porte principale de travail.

r, voûte du four en mavonnerie réfractaire.

A, armature extérieure métallique (fer et fonte).

F, Support et paroi de sole, en fonte.

b, revêtement en briques.

5, Sole en pisé siliceux ou en briques basiques.

/^,, brûleurs.

C, chambres do récupération (de gauche).

6, briques en chicanes.

M, parois du four en maçonnerie.

iV, niveau du sol de l'usine.

Hy hauteur du four au-dessus du sol de l'usine : 2 mètres environ.

R, chambres de dépôt de poussières.

G, gaine de refroidissement à air.

Fig. 138. — Régénérateur Siemens perfectionné. — Demi-coupe verticale médiane parallèle au grand côté du four.

P, porte principale de travail,

S y sole.

//,, brûleurs.

A, armature extérieure métallique (fer et fonte).

M, parois du four en maçon-

L, largeur du four: de 2 mètres à 2ni50 environ.

Fig, 139. — Régénérateur Siemens perfectionné. — Oemi-coupe horizontale médiane.

316 MÉTALLltftOIE DU FER

nouvelles où Ton rencontre des chambres à air ayant souvent les mêmes dimensions que les chambres à gaz. Les régénérateurs sont placés maintenant sous les fours ; il n'en était pas ainsi autrefois, comme on l'a vu dans une des figures qui précèdent.

Les cloisons qui séparent les chambres sont perpendiculaires à Taxe du four, la longueur de celles-ci étant égale à la largeur du four. L'épaisseur des murs extérieurs est de 70 à 80 cm. ; ces parois sont en maçonnerie massive ou cloisonnée avec interposition d'une lame de sable isolante. La même précaution est prise pour l'obturation provisoire des portes de nettoyage.

Cette forte épaisseur et ces matelas de sable ont uniquement pour but de donner à la construction la solidité voulue et de réduire les pertes de chaleur au minimum.

En avant des chambres se trouvent généralement, dans le sous-solde l'usine, de vastes couloirs (nouvelle installation du Creusot), on en rencontre également de transversaux pour la surveillance de ces appareils. Bien que la chaleur y soit fort sensible, on peut néanmoins y circuler sans trop de gêne pendant un temps assez court, grâce à la forte épaisseur de la maçonnerie.

Dans les larges couloirs parallèles aux grandes dimensions des fours on remarque les valves hydrauliques de renversement dont la description est donnée plus loin.

Les figures 135, 136 et 137 montrent la disposition adoptée par Siemens lorsqu'il créa son régénérateur.

IIL — Disposition des briques.

Nous avons déjà signalé, lors de l'étude des appareils à air chaud des hauts-fourneaux, l'inconvénient du dispositif en chicane. On sait, en effet, que les poussières finissent par obstruer les chambres et diminuent leur faculté d'absorber la chaleur : le nettoyage ne peut alors se faire qu'en démolissant l'appareil tout entier. Un palliatif employé a consisté dans l'emploi de briques taillées en biseau.

La figure 140 montre ces briques coupées dans les rangs pairs et en élévation dans les rangs impairs. Dans les dispositifs nouveaux on a renoncé, comme dans les appareils Cowper perfectionnés, à la construction en chicane.

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Le massif en briques est constitué par une série de murailles à angle droit divisant les chambres en conduits verticaux, ces murailles étant portées sur de petites voûtes qui permettent de faire communiquer tous ces conduits par le bas. Il suffit de passer de temps en temps une raclette dans ces conduits parallèles pour les nettoyer.

Les poussières tombent dans des chambres de dépôt disposées au bas des récupérateurs, s' ajoutant à celles qui y p* r '

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Fig. 140.

Fig. 141.

sont directement tombées en cours de travail; elles en sont retirées par de petites portes situées dans le sous-sol.

Pour prolonger le contact des gaz avec les briques et se rapprocher sans trop d'inconvénients du dispositif en chicane, on coupe souvent les chambres en deux ou plusieurs compartiments par une cloison horizontale fendue près des murs maîtres. Les gaz ne suivent plus alors un chemin direct et, restant par suite plus longtemps au contact des briques, ils les réchauffent mieux.