PARTIES PRINCIPALES DE CES FOURS

41. Intérieur des fours. — Dans les fours à réverbère la matière à chauffer occupe une place ou aire distincte qui s'appelle la sole. La matière que l'on traite sur la sole est chauffée ou fondue par le calorique rayonnant que lancent le foyer et les parois du four, mais principalement par la flamme du combustible qui est obligée de s'abaisser et d'agir vers le bas avant de se jeter dans la cheminée. De là le nom de fours à réverbère.

Ainsi ces fours se composent de trois parties principales, qui sont la chauffe ou le foyer, la sole et la cheminée. La sole est séparée de la chauffe par un muret ou ressaut en maçonnerie qu'on appelle autel, grand autel, pont de chauffe ou simplement pont. La chauffe et la sole sont couvertes par une même voûte. Celle-ci s'abaisse vers la cheminée et la sole se rétrécit de manière à former un passage étroit qu'on appelle queue, rampant, bec, pipe, renard ou échappement. Dans les fours à puddler la sole est limitée, du côté du rampant, par un pont plus petit que l'autel et auquel on donne les noms de pont de rampant ou petit aulel.

Les fig. 1 et 2, pl. 3, sont des coupes d'un four à réchauffer de l'usine de Couillet. Fig. 1, coupe horizontale. Fig. 2, coupe verticale

dans le sens de la longueur du four. C , chauffe ; S, S, sole ; V, V, voûte ; K, pointe de la voûte ; KCT, cheminée ; P, autel ; Jî, rampant.

Les fig. i et 2, pl. i, sont des coupes d'un four à puddler de la même usine. Les fours représentés sur cette planche sont des fours à chaudière. La chauffe, la voûte, la sole, le grand autel et le rampant sont désignes par les mêmes lettres que les parties analogues du four à réchauffer, f, petit autel ou pont de rampant.

4.2. Extérieur des fours. — A l'extérieur, les fours à réverbère à cheminée ont la forme de parallélipipèdes rectangles surmontés à l'une de leurs extrémités de trois prismes quadrangulaires superposés et dans lesquels sont creusées les cheminées. L'une des faces latérales du fourneau est pleine, les autres faces présentent des ouvertures. Du côté opposé à la cheminée se trouvent la grille et le cendrier. La face latérale, opposée à la face pleine, est percée de deux grandes ouvertures, dont l'une sert à introduire le combustible dans le foyer, et dont l'autre, placée vers le milieu, est destinée au service de la sole. La porte de chauffe, appelée tisard, se ferme par le combustible lui-même, si celui-ci est la houille. Elle a la forme d'une trémie évasée à l'intérieur et à l'extérieur. L'ouverture de la sole se ferme au moyen d'une porte à coulisse, à contre-poids et formée d'un cadre en fonte dans lequel on a maçonné des briques réfractaires. Dans les fours à réchauffer il y a le plus souvent deux portes de travail pleines, placées l'une à côté de l'autre. Dans les fours à puddler, la porte de sole présente en bas une ouverture demi-circulaire, appelée regard, dont on se sert pour introduire les outils dans le four et qui se ferme par une plaque de fonte, percée d'un trou au milieu, afin que l'ouvrier puisse voir sur la sole. La même face est percée, à la base de la cheminée, d'une petite ouverture, appelée floss, par laquelle s'écoulent les scories. Quelquefois le floss se trouve à la base de la face opposée à la chauffe. On entretient un feu de houille autour du floss, afin d'empêcher les scories de se durcir en ce point et de fermer le passage.

La planche 3, fig. 6, montre l'élévation d'un four à puddler à chaudière vu par-devant, et la fig. 7, la coupe d'un de ces fours, a, cendrier; t, tisard; 6. fig. 6 et 8, porte de sole ; o, fig. 6, regard ; F, floss à la base du rampant.

L'une des faces latérales des fours étant pleine et ne devant servir à aucun travail, on profite de cette circonstance pour diminuer les frais de construction et pour gagner de l'emplacement, en adossant ou en rapprochant deux fours par cette face. Toutefois, la réunion de deux fours n'exempte pas de la nécessité de construire les fourneaux proprement dits, comme s'ils étaient isolés. On ne gagne que dans la construction de

40 SECTION I. NOTIONS CONCEnNANT PLUSIEl'US DIVISIONS DE l/llSINE.

la cheminée, ainsi que nous le verrons plus loin. Souvent on réunit deux à quatre fours autour d'une cheminée multiple. L'association des fours quatre à quatre est permise, parce qu'ils présentent réellement deux côtés libres. Elle offre, cntr'autres avantages, celui de concentrer les travaux sur un espace peu étendu.

i'5. Conditions de solidité et de résistance au feu. — Comme les fours à réverbère sont destinés à produire une température très-élevée, il faut qu'ils puissent résister à l'action du feu, ce qui exige que toutes leurs parties qui éprouvent le contact immédiat de la flamme, telles que la cheminée, l'intérieur du four et surtout le grand autel, soient construites en matériaux réfractaires. Il faut en outre que le fourneau ait la solidité nécessaire, tant pour ne pas éprouver de tassements sous son propre poids, que pour résister aux chocs des outils et pour ne pas obéir aux variations inégales de volume que la chaleur tend à produire dans ses diverses parties. La cheminée devant être très-élevée, il faut qu'elle repose sur des fondations solides. On en rend la construction indépendante de celle du four, afin de pouvoir réparer isolément ce dernier qui résiste moins longtemps. Voilà pourquoi on la soutient en bas par des piliers et des marâtres en fonte. La maçonnerie latérale qui supporte la voiite est à doubles parois. L'intérieur est en briques ou en matériaux réfractaires, la paroi extérieure est en briques ordinaires. Le fourneau se trouve en outre fortifié par des plaques de fonte et par des boulons en fer. La cheminée offre aussi deux parois, l'une en briques réfractaires, l'autre en briques ordinaires, et elle doit être fortifiée par un système d'ancrage convenable.

Les fig. 1 et 2 de la pl. 5 montrent les supports de la cheminée, les doubles muraillcments du four et de la cheminée, etc. ; et la fig. 6, pl. 3, représente la manière dont le fourneau est encaissé dans les plaques d'armature.

ii. Autres conditions auxquelles doivent satisfaire les fours. — Indépendamment de la solidité et de la résistance au feu, les fours à réverbère doivent remplir les conditions générales suivantes : 1° il faut qu'avec la moindre dépense en combustible on obtienne la température la plus élevée; 2» il faut que la température soit aussi uniforme que possible sur toute l'étendue de la sole. — L'élévation de la température dépend : 1° de la nature du combustible, 2" de la grandeur du four, 5» de l'étendue de la grille, 4." de la hauteur et de la section de la cheminée, b° de l'étendue et de la disposition du cendrier et 6» de la section et de la forme du rampant. C'est principalement le rampant qui doit faire servir utilement la chaleur développée par le combustible et par conséquent procurer la plus grande économie possible. Enfin la condition de l'uni-

formité de la température sur la sole est remplie, lorsque le rampant présente à la flamme une issue qui ne soit ni trop grande ni trop petite, lorsque le pont a la hauteur requise, et que rabaissement de la voûte du côté de la cheminée et le rétrécissement de la sole se font de manière que la section du passage de la flamme sur la sole diminue dans une progression convenable, à mesure qu'on s'approche de la cheminée.

45. Du combustible. — Le combustible employé dans les fours à réverbère est ordinairement la houille à longue flamme. Nous savons qu'elle doit être pure et ne pas donner trop de cendre. Elle ne doit pas être assez grasse pour couler entre les barreaux de la grille, ou pour former des voûtes qu'on soit obligé de percer souvent pour rétablir le passage de l'air. On peut aussi brûler d'autres combustibles à flamme, tels que le bois, la tourbe, etc. ; mais le coup de feu développé par ces combustibles n'est pas aussi intense que celui qu'on se procure au moyen de la houille. Enfin on peut se servir de combustibles gazeux. La construction du four se modifie d'après la nature du combustible dont on fait usage. Nous supposons ici qu'on emploie de la houille.

46. Grandeur du four. — Les dimensions du four dépendent de la nature du combustible. Une houille grasse qui donne beaucoup de flamme exige un four plus grand, c'est-à-dire plus long et plus large, qu'une houille sèche dont la principale action se fait par rayonnement. On a remarqué que les fours trop grands chaufl'ent mal les diverses parties dont ils se composent, fussent-elles dans les rapports voulus, ce qui tient probablement à ce que, dans ces fours, on ne peut pas bien diriger la combustion et qu'une partie du combustible brûle et dégage sa chaleur à une trop grande distance de la sole, pour y produire la plus haute température possible. Trop petits, les fourneaux donneraient lieu à une perte excessive de chaleur par les parois et par la cheminée. Sous ce rapport, la chaleur du combustible est mieux utilisée dans un grand four que dans un petit.

Les petits fours à réverbère sont avantageux lorsqu'il s'agit de produire rapidement une température très-élevée, comme par exemple, dans les usines où l'on fabrique des canons de fonte. A la fonderie de canons de Carron, en Angleterre, les fours sont tellement petits qu'il en faut jusqu'à quatre pour couler une pièce de 18. On brûle dans ces fours de la houille sèche.

47. Cendrier. — Dans les fours ordinaires, activés par une cheminée, cette partie de l'appareil exerce la plus grande influence sur le développement de la chaleur, sur la marche des fours et sur la réussite des travaux ; car elle contribue à l'énergie du tirage, à la rapidité de la combustion et à l'économie du charbon.

42 SECTION I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEliRS DIVISIONS DE l'uSINE.

Si les fours sont destinés à la production d'un coup de feu prompt et violent, comme le sont, par exemple, ceux qu'on emploie dans les fonderies de canons, il convient de renforcer l'action des cheminées, en plaçant les cendriers des fours en dehors de l'usine, en communication avec l'air libre, autant que possible contre le vent qui règne habituellement, et il serait avantageux qu'il n'y eût pas à proximité d'autres bâtiments capables de gêner le mouvement de l'air.

L'air qui arrive dans le foyer d'un four à réverbère ordinaire quelconque doit être aussi dense et, par conséquent, aussi froid que possible; car la cheminée aspire constamment le même volume, mais non le même poids d'air, lorsque la température de celui-ci change ; c'est de ce poids et non du volume d'air reçu en un temps donné que dépendent la rapidité de la combustion et l'intensité de la chaleur développée, et ce poids est d'autant plus grand, sous un volume donné, que l'air aspiré se trouve à une température plus basse.

Conformément à ce principe, le cendrier doit être assez vaste et assez profond pour que les escarbilles qui tombent, chaulîent l'air le moins possible. Aussi creuse-t-on le sol naturel, et descend-on le plus souvent au cendrier par quelques marches ; ensuite on nettoie le cendrier le plus souvent qu'on peut. On atteindrait plus complètement le but proposé au moyen d'un réservoir d'eau placé sous la grille pour éteindre les charbonnailles, à mesure qu'elles tombent.

Dans les fours à révei'bère dont on se sert à Liège pour la fabrication des bouches à feu, on remarque, au fond du cendrier, trèsprofond d'ailleurs, un plan incliné qui aide à débarrasser le cendrier des escarbilles, et lorsque le fourneau boude, comme on dit, on jette un seau d'eau sur ce plan incliné ; par ce moyen on ne refroidit pas seulement le cendrier, mais le développement subit de vapeur d'eau qui en résulte et qui se précipite dans le foyer produit, en outre, une secousse servant de stimulant pour ranimer la combustion languissante. Ici encore un bac à eau placé sous la grille remplirait mieux le but proposé.

On remarque à Couillet une conduite d'eau établie contre les murs du laminoir, à proximité et au-dessus de la ligne des fours : elle permet d'arroser à volonté les cendriers, ce que l'on fait, d'ordinaire, après chaque décrassage de la grille, par la simple manœuvre d'un robinet placé vis-à-vis de chaque cendrier.

Les caveaux-cendriers du laminoir à loupes de Seraing (voir la description de ce laminoir dans le Traité de la fabrication de la Fonte) contribuent au développement d'une haute température dans les fours, permettent de maintenir la propreté dans la forge, font gagner de la

place dans le laminoir, facilitent le nettoyage de la grille et diminuent la chaleur à l'entour des fours ; mais ils sont dispendieux à construire, ne peuvent être établis dans tous les terrains, devant rester constamment au-dessus du niveau des hautes eaux^, et par la chaleur qui s'y accumule, donnent lieu à un travail pénible pour les ouvriers chargés de l'enlèvement des cendres, des crasses et des escarbilles.

Une disposition qui présente les avantages, sans avoir tous les inconvénients des caveaux-cendriers, est celle des canaux à cendres et à vent de Hermannshuette dont nous donnerons plus loin la description, en traitant de l'application du vent forcé à la conduite des fours à réverbère (I 82). On trouvera que cette disposition si avantageuse n'est qu'une modification des caveaux de Seraing.

Comme avantages secondaires des moyens énumérés plus haut de rafraîchir le cendrier ou la place qui en tient lieu, nous devons citer une plus longue conservation des grilles et, en général, une économie des escarbilles.

En recommandant, comme nous le faisons, d'éviter tout ce qui peut occasionner réchauffement de l'air à son entrée dans le foyer, nous n'entendons nullement avancer, d'une manière absolue, que l'alimentation régulière des fours à réverbère avec de l'air chaud soit nuisible ; réchauffement dont il s'agit n'offrant ici les inconvénients signalés que parce que : 1° il a lieu avec intermittence, 2° il empêche l'arrivée d'une quantité d'air suffisante, o" les fours sont disposés pour la marche à l'air froid. Autrement l'air chaud, fourni avec uniformité et en quantité convenable doit présenter, dans des fours à réverbère construits pour cette alimentation, des avantages analogues à ceux qu'il procure dans les hauts fourneaux, en accélérant la combustion, en resserrant le foyer et en le rendant plus ardent, d'où résultent une économie de combustible et une diminution de la chaleur qui s'échappe par la cheminée.

Concernant l'emploi de l'eau que nous recommandons dans le but de rafraîchir le cendrier, observons encore qu'il doit entrer par ce moyen une quantité plus ou moins grande de ce liquide dans le foyer; or, il est prouvé par l'expérience que l'eau introduite dans un fourneau ordinaire, sous quelque forme que ce soit, fait perdre du combustible et dérange la marche de l'appareil, en abaissant la température sans profit pour la sole, les fours ordinaires n'étant pas disposés de façon à brûler utilement les gaz combustibles produits par la décomposition de l'eau au moyen du charbon incandescent.

On sait que les fours à puddler et les fours à réchauffer marchent moins bien en hiver qu'en été, parce que le temps est plus souvent

pluvieux dans la première saison que dans la seconde. Lorsqu'il pleut, les charbons qu'on emploie sont chargés d'humidité et ne brûlent pas avec le même avantage qu'à l'état sec, et l'air qui active les fourneaux contient plus d'eau à l'état de suspension que par un temps sec. Un temps sec et froid favorise l'allure des fours ordinaires.

Pour répondre à l'objection qui précède, il nous suffit de faire remarquer que l'eau employée comme réfrigérant du cendrier n'arrive que par intervalles et en petites quantités dans la chauffe, tandis qu'elle produit un effet considérable et permanent en éteignant les escarbilles qui, autrement, continueraient de brûler en pure perte et au grand détriment de la marche de l'appareil.

48. La grille. — La grille doit non-seulement être construite de manière à laisser passer l'air nécessaire à la combustion, et à permettre la chute des cendres, mais elle doit encore supporter le poids du combustible sans fléchir, malgré la haute température qu'elle acquiert. Elle est formée de barres de fer à section carrée, disposées parallèlement les unes aux autres et reposant librement sur deux sommiers en fonte. L'écartcment des barreaux dépend de la division et de la nature du combustible. Lorsqu'ils laissent entre eux trop peu dévide, ils s'obstruent et sont difficiles à nettoyer. Trop écartés les uns des autres, ils ne retiennent pas le combustible et permettent l'entrée à l'air non brûlé dans le four. Une houille menue et maigre exige moins d'écartement entre les barreaux de la grille qu'une houille grasse et en morceaux. Les supports de la grille ont la forme de prismes triangulaires, s'appuyent par leurs extrémités dans les murs latéraux, sur des plaques de fonte et se trouvent encastrés solidement dans ces murs.

Aussi longtemps que le four à réverbère est en activité, les barreaux de grille sont rafraîchis par l'air qui se précipite dans le foyer, mais du moment où l'on arrête le courant d'air, en fermant le registre de la cheminée, ils commencent à se brûler. Si on négligeait de nettoyer le cendrier, si on y laissait s'accumuler une grande quantité d'escarbilles incandescentes, la grille ne serait plus rafraîchie par l'air extérieur et souffrirait, lors même que le four serait en pleine activité.

La position de la grille, par rapport à l'autel, dépend en partie de la longueur du four, en partie de la nature du combustible. Celui-ci restant le même, il faut que la distance de la grille au point le plus élevé du pont soit plus grande dans un fourneau court que dans un fourneau long. Une houille grasse à longue flamme, ainsi que le bois et la tourbe, exige des grilles plus basses que la houille maigre.

La forme qu'on donne généralement à la grille des fours à réverbère est celle d'un quarré. Cette forme est avantageuse pour l'économie du

combustible et la diminution du déchet, parce qu'elle favorise la combustion des fuliginosités entraînées par la flamme. Mais dans les fours à puddler, oîi cependant l'affinage se fait par les scories et non par l'action directe de l'air, elle ralentit l'affinage, puisqu'elle laisse passer moins d'air non brûlé. Au moyen d'une grille allongée('), on accélérerait l'affinage, mais on augmenterait le déchet et la consommation du combustible. Dans les fours à réchauffer, il serait bon d'élargir la grille pour diminuer ces deux pertes, tout en développant plus de chaleur et en rendant le fer plus soudable. L'économie de combustible qu'une grille large permet de réaliser dans Un four à réchauffer, peut s'élever jusqu'à S pour 100 de la consommation ordinaire. Toutefois ces avantages ne se rapportent qu'aux grilles de 43 pouces carrés, par exemple, qu'on élargit de 4 pouces en les rétrécissant de la même quantité dans le sens opposé; car il est évident qu'on ne pourrait élargir les grilles outre mesure, parce que cette disposition éloignerait trop le centre du foyer du corps à chauffer.

Les trois ouvertures s, dans la taque, pl. 3, fig. 11, et dans l'extrémité correspondante du muret de la chauffe du côté opposé à la cheminée, servent à soulever avec le crochet le combustible agglutiné sur la grille. Quelquefois on les laisse se boucher avec les cendres et le fraisil. Autrefois chaque boule de puddlage était soudée sous le marteau à l'extrémité d'une barre de fer qui permettait de la manœuvrer plus facilement au cinglagc. L'extrémité de cette barre, appelée gouver, était chauffée dans un des trous s, qui, pour cette raison, s'appelaient trous de gouvers. L'usage des gouvers a été abandonné, mais on a conservé les trous s, qui servent encore à l'autre usage.

On a constaté que les fours dans lesquels il y a un ou plusieurs trous s, constamment ouverts, consomment moins de charbon et chauffent mieux que les fours dépourvus de cette communication avec l'air extérieur, ce qui tient à ce que ces trous constituent une espèce d'élargissement de la grille. On a également constaté qu'il était avantageux de laisser un trou d'un ou deux pouces carrés dans la maçonnerie derrière l'ouverture n, pl. 3, fig. 11 ; mais cette ouverture joue un rôle différent de celui des trous s : elle sert à brûler les gaz de la distillation et de la combustion incomplète de la houille.

Il importe de bien régler les dimensions de la grille. Une grille trop grande ferait perdre beaucoup de combustible, tandis qu'avec une grille trop petite on ne pourrait développer la température dont on a besoin.

(') Par largeur de la grille, nous entendons la dimension qui correspond à la longueur du four. La longueur de la grille est ordinairement la largeur du four près de l'autel.

46 SECTION I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

Les dimensions de la grille dépendenl principalement de la qualité du combustible. Une houille grasse et en gaillcttes exige des grilles moins grandes qu'une houille sèche et menue.

Mais il y a aussi une relation intime entre la surface de la grille et plusieurs autres parties du four, principalement la surface de la sole, la section du rampant et la hauteur ainsi que la section de la cheminée. Il suffit de changer une seule de ces quantités pour modifier essentiellement la marche du fourneau.

Supposons, par exemple, que la grille soit trop grande, eu égard au combustible et à la surface de la sole et que, par conséquent, on développe dans le four une température supérieure à celle dont on a besoin. Si on ne veut pas diminuer la surface de la grille en augmentant le nombre des barreaux, on pourra remédier à la perte de combustible, soit en rétrécissant le rampant, soit en diminuant la hauteur et en augmentant la largeur de la cheminée. Le dernier moyen paraît être équivalent, pour l'effet produit, à la réduction de la grille aux dimensions convenables. Quant à l'autre moyen de compensation, il déterminerait la production d'une flamme fuligineuse, entièrement dépouillée d'oxigène, et, par conséquent, désavantageuse pour le puddlage.

Ce n'est que pour des cas particuliers et en se basant sur l'expérience, qu'il est possible d'exprimer en nombres le rapport qui doit exister entre la surface de la grille et celle de la sole.

Dans les réverbères anglais (Ann. des Min., 6 s., t. 1, 165,) la section de la chauffe est généralement de dimensions réduites et rectangulaire ; le rectangle a 0™75 sur 1™ dans le piiddling et 0"70 sur 1™20 dans le four à réchauffer, ce qui donne pour la surface de la grille du premier four 0"'i75, et pour celle de la grille du second 0°"'84.

Cette particularité de la chauffe paraît tenir, en partie du moins, à la nature grêleuse des charbons que l'on consomme ; mais il faut observer aussi que l'absence de chaudières à flammes perdues permet de compenser par un tirage énergique la réduction de la surface de la grille.

Les grandes grilles carrées de l m. à 1""10 de côté, que l'on adopte souvent ailleurs, n'étant pas uniformément traversées par le courant d'air, elles multiplient les chances de passages irréguliers, ou de cheminées d'air, à travers le combustible.

Néanmoins, plus le tirage est fort, plus il y aura appel d'air par la porte de travail du four.

49. L'autel. Dans un four à réverbère ordinaire, la flamme, à l'instar de certaines comètes, sollicitée par sa faible pesanteur et par le tirage de la cheminée équivalant à une force de projection, décrit une

CIIAP. II. DES FOIIUS A RÉVERBÈRE. 4Ï

parabole dont les branches, situées dans un plan vertical, se perdent, l'une dans la chauffe et l'autre dans le rampant et qui se rapproche d'autant plus de la ligne droite que le four tire mieux. On peut admettre que, dans les fours à réchauffer destinés au soudage du fer, la parabole décrite par la flamme est une ligne à peu près droite.

L'autel ou pont de chauffe a pour objet d'élever le point de départ de la flamme, ce qui, suivant la nature du four, garantit la sole en partie ou en totalité du contact immédiat de cette dernière. Un autel trop élevé laisse la sole froide et occasionne une perte de combustible ; trop bas, l'autel exposerait le fer ou la fonte à toute la force comburante de la flamme et à la silice en poussière impalpable qu'elle entraîne. Nous admettons que la flamme est généralement comburante, parce que, le plus souvent, on veut développer la plus haute température avec la moindre dépense de combustible, ce qui exige la production d'acide carbonique et par suite l'introduction d'un excès d'oxygène dans le four. Par conséquent, on élèvera l'autel au-dessus de la sole, ou on l'abaissera, suivant qu'on voudra empêcher ou favoriser l'action de l'oxygène et de la silice. Un four qui tire mal exige qu'on abaisse l'autel et l'orifice du rampant, afin de rapprocher la sole du maximum de température qui réside toujours dans la flamme. L'autel doit être plus bas dans les petits fours que dans les grands.

L'autel a encore pour objet de séparer la sole de la chauffe, d'empêcher que le combustible se répande sur la sole et, par l'obstacle qu'il oppose au mouvement de la flamme, de forcer celle-ci à brûler ses fuliginosités et ses gaz combustibles au moyen de l'excès d'oxygène qu'elle renferme. Voilà pourquoi un combustible léger, à longue flamme, exige un autel plus élevé qu'un combustible compacte et difficile à brûler.

La crête ou la surface supérieure de l'autel, a ordinairement une forme rectangulaire. Mais il y aurait quelquefois de l'avantage à lui donner la forme d'un trapèze, dont la plus grande largeur se trouverail du côté de la grille. Par cette disposition, la flamme serait forcée de séjourner plus longtemps dans la chauffe, l'air serait mieux brûlé avant d'arriver sur la sole, l'affinage se ferait plus lentement, la paroi de derrière du four serait épargnée et la flamme se porterait davantage vers la porte de travail, ce qui est très-utile pour les fours à puddler et à réchauffer. Il est avantageux de donner à la crête de l'autel la forme dont il s'agit, lorsqu'on emploie des combustibles légers, à longue flamme, tels que le bois, par exemple, ou bien lorsque la grille est plus longue que large.

50. Le rampant. — Le rampant sert à régler l'ouverture par laquelle

48 SECTION I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

la flamme entre dans la cheminée. On est obligé de donner à la cheminée une plus grande largeur qu'il ne convient, eu égard à la qualité et à la quantité du combustible qui se consume dans un temps déterminé. Le rampant a pour objet de parer à l'inconvénient d'une cheminée trop large.

Si l'on donne le rapport de la surface de la grille à celle de la sole, la nature du combustible, et la hauteur ainsi que la largeur de la cheminée, il y aura une température qu'il sera impossible de dépasser dans ces circonstances. Ce maximum de température s'obtient au moyen d'un rampant convenable.

Le rampant retarde la sortie de la flamme du four et ralentit son mouvement jusqu'au moment où elle a produit tout son eff"et. Par ce moyen il contribue à élever la température, parce que la flamme exige un certain temps pour exercer toute son action, pour déposer toute sa chaleur.

Si le rampant était trop grand, la flamme ne séjournerait pas assez longtemps dans le four, elle entraînerait dans la cheminée la chaleur qu'elle aurait dû déployer sur la sole, on brûlerait trop de combustible, le four ne s'échaufferait pas assez, la flamme serait oxydante et l'on perdrait beaucoup de fer. Le contraire aurait lieu en tout point avec un rampant trop étroit.

Un rampant très-long, mais à section très-grande, produit le même eff'et qu'un rampant court, à section étroite. Mais dans les fours où l'on veut produire une température très-élevéc, il ne faut pas donner au rampant la forme d'un canal, parce qu'il se creuserait et s'élargirait par la violence du feu. Lorsqu'on veut réaliser le maximum de température que le fourneau peut développer, comme par exemple, pour la fabrication des bouches à feu et pour le réchauffage du fer, on emploie des rampants à la fois courts, larges et hauts.

Pour que le rampant puisse remplir son objet, il faut que la flamme au sortir de ce passage puisse se dilater. C'est pourquoi il est nécessaire que la section de la cheminée soit au moins deux fois plus grande que celle du rampant. Il convient aussi d'augmenter graduellement l'ouverture du rampant vers la cheminée, parce que l'écoulement des gaz suit la même loi que celui des liquides. La veine fluide se dilate ou se contracte, suivant la forme de l'orifice d'écoulement. Mais pour conserver les briques et par conséquent les dimensions du rampant, on donne à ce passage une largeur égale dans toute son étendue. Sans cette précaution la résistance variable que la flamme éprouverait sur son passage occasionnerait la destruction des parois du rampant. On se borne à augmenter de plus en plus la hauteur du rampant jusqu'à la cheminée.

CM.VP. II.

DF.S FOURS A flÉVERBÈR!;

Les dimensions qu'il convient de donner au rampant, d'un four à réverbère ne peuvent se déterminer que par l'expérience. Lorsque l'une des conditions qui exercent le plus d'influence sur l'allure des fours à réverbère, telles que les surfaces de la grille et de la sole, la qualité du combustible, la hauteur et la largeur de la cheminée, vient à changer, on cherche par tâtonnement les dimensions du rampant qui conviennent au four nouveau. A cet effet, on proportionne le rampant de manière que le four donne une chaleur supérieure à celle dont on a besoin. La manière dont le four marche fait ensuite connaître la correction que lé rampant exige.

Il y a plusieurs moyens de remédier temporairement à l'inconvénient d'un rampant trop grand, sans arrêter le four. Lorsque le four est à cheminée, on peut diminuer la distance de la pointe de la voûte à la face opposée de la cheminée, en faisant avancer d'une demi-brique contre la direction de la flamme, la portion du mur qui forme cette face et qui est comprise entre le sol et le prolongement de la surface supérieure de la pointe de la voûte. Le retard que cette disposition fait éprouver à la sortie de la flamme équivaut à l'efl^et d'un rétrécissement du rampant.

Un autre moyen consiste à prolonger le rampant en mettant du sable et du mortier réfractaires dans l'angle formé par le fond de la cheminée et la surface inférieure du rampant. Ce moyen resserre la flamme, mais la relève en même temps et, par conséquent, ne lui oppose pas autant de résistance que le moyen précédent. Aussi donne-t-on la préférence à ce dernier.

Si le four est à chaudière, on peut prolonger le rampant, au moyen d'une ouverture pratiquée sur le devant, près du flux. La maçonnerie faite, on ferme de nouveau l'ouverture. La plus grande longueur qu'on donne de cette manière au rampant équivaut à un rétrécissement de ce passage.

Dans les fours à réchauffer où l'on a pour objet de produire la plus haute température possible, un élargissement du rampant occasionne toujours un abaissement de température. Dans les fours à puddler, où l'on n'a pas besoin d'une chaleur aussi forte, le rampant est trop étroit pour donner le maximum de température qui pourrait se développer dans les circonstances où l'on se trouve. Aussi, dans ces fours, la température devient-elle plus forte à mesure que le rampant s'agrandit. Lorsqu'on remarque ce phénomène on diminue le tirage de la cheminée en débouchant le floss, ou aussi en serrant les barreaux de la grille.

Tous ces moyens de correction ne donnent de bons résultats que pour quelques jours.

50 SECTION I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

On lit dans Karsten (Handbuch der Eisenhiiettenkunde, t. III, p. 37S) : « Quels que soient le rapport de la surface de la grille à la surface de la sole, le combustible et les dimensions de la cheminée, il sera toujours nécessaire de régler le tirage, pour que la température du four ne dépasse pas celle dont on a besoin et pour que la chaleur soit uniforme sur toute l'étendue de la sole. Cette régularisation ne peut se faire qu'en augmentant ou en diminuant la section du rampant. On donne au rampant des dimensions plus fortes que celles qui paraissent nécessaires, afin de pouvoir les diminuer. A cet effet, on introduit près du rampant quelques briques réfractaires ou, ce qui vaut mieux, du sable. On continue le rétrécissement jusqu'à ce que la température du four se soit abaissée au point voulu. On peut ensuite augmenter la section du rampant, en retirant des briques ou du sable, si les circonstances changent et qu'il faille accélérer le tirage du four. Lorsque la sole est longue, ou lorsqu'il faut produire une température trèsélevée, une digue en sable placée dans le rampant procure le moyen le plus facile de régler la température dans le four de telle façon qu'elle ne soit pas plus élevée près du pont de chauffe que près du rampant, et réciproquement. Le fer cru fond-il plus vite près du grand autel qu'aux environs du rampant, il s'échappe trop de chaleur par la cheminée et l'ouverture du rampant est trop grande. Si, au contraire, il se produit moins de chaleur sous le grand autel que du côté opposé, près du rampant, le tirage du four est trop faible et il faut augmenter la section du rampant. »

Les moyens proposés par Karsten pour diminuer l'ouverture du rampant, sont simples, mais on ne peut s'en servir dans les fours à puddler ni dans les fours à réchauffer, parce qu'il importe de ne pas élever le niveau de la surface inférieure du rampant au-dessus de celui de la porte. Car une pareille disposition favorise l'entrée de l'air extérieur dans le four par la porte, et cet air agirait avec d'autant plus d'énergie sur le fer qu'il s'interposerait pour ainsi dire entre le métal et la flamme.

Quant à l'uniformité de la température sur la sole dans les fours à puddler et à réchauffer, elle dépend moins de l'ouverture du rampant que de la position qu'on donne à la porte de travail par rapport au grand autel. En effet, le refroidissement occasionné par l'air qui afflue par la porte est tellement considérable qu'il suffit de reculer un peu la porte vers le rampant pour produire une forte augmentation de chaleur près du grand autel.

SI. La voûte. — Il faut que la voûte s'abaisse vers le rampant afin de compenser, par le rétrécissement de l'espace, la perte de chaleur que la

flamme éprouve, à mesure qu'elle s'éloigne du foyer et aussi pour conduire la flamme graduellement dans le rampant. Plus la voûte est élevée, moins il arrive de chaleur sur la sole. Il convient de rendre la voûte aussi basse que possible et de lui donner une forme plate (voir train à rails). La flamme tend à se porter du côté du four où la chaleur a le plus d'intensité, par conséquent vers la face de derrière qui n'est pas refroidie par des portes. Pour remédier à cet inconvénient et forcer la flamme à passer près de la porte de travail, on relève, de 2 ou 3 pouces anglais, la voûte sur le devant, comme l'indiquent les coupes fig. S et 9, pl. 3. Par ce moyen on augmente l'ouverture ou le passage vers le devant du four, ce qui sollicite la flamme à passer en plus grande quantité de ce côté que du côté opposé. Un four dont la voûte ne serait pas plus élevée sur le devant que sur le derrière pourrait donner de bons résultats pendant quinze jours. Mais au bout de ce temps, la flamme, en fouettant toujours la voûte du côté opposé à la porte, finirait par creuser celle-ci et la relever de ce côté, de sorte qu'elle n'arriverait plus à la porte.

32. La sole. — On rétrécit la sole vers le rampant pour former autour de ce passage un évasement destiné à le préserver du choc trop brusque de la flamme.

On donne à la paroi de derrière du four, et par conséquent à la sole de ce côté, une forme arrondie, afin de diminuer le frottement de la flamme contre cette paroi, qui, sans cette précaution, s'userait comme si elle servait de digue à un torrent. La forme arrondie de cette paroi force aussi la flamme à se dilater, à ralentir son mouvement et à séjourner plus longtemps dans le four, ce qui procure une économie de combustible et une augmentation de chaleur dans le four.

Du côté de la porte de travail, la forme et la construction du four doivent permettre à l'ouvrier de porter ses regards et ses outils sur tous les points de la sole.

Dans les fours à puddler et à réchauffer, le rampant et la grille n'ont pas le même axe ou la même ligne de milieu, comme le montrent les coupes horizontales de ces fours, pl. 3 et 4, et l'on éloigne à dessein le rampant de la paroi du fond, afin de forcer la flamme à se porter sur le devant du four, d'où l'air qui afflue par la porte de travail, tend sans cesse à la repousser. On a essayé des fours à puddler dans lesquels la grille et le rampant avaient le même axe et pour appeler la flamme sur le devant des fours, on a au besoin relevé la voûte du côté de la porte d'une quantité plus grande que de coutume, par exemple de 10 pouces anglais au lieu de 2 ou 3 ; ou bien on a rétréci le passage de la flamme du côté opposé à la porte, en formant sur le grand autel, à l'arrière du

52 SECTION I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

four, un muret d'un ou de deux rangs de briques, suivant le cas, simplement empilées ou sans mortier, jusqu'à la voûte ; mais le premier moyen ferait passer la flamme à une (rop grande hauteur au-dessus de la sole du côté de la porte et le second, plus efficace, il est vrai, occasionnerait un refroidissement partiel du four. Il vaut mieux construire le four à puddler de manière que l'axe de la grille vienne s'appliquer sur la face antérieure du rampant, et si, néanmoins, la flamme s'éloignait de la porte, on rapprocherait le rampant de la grille d'une quantité en rapport avec la déviation de la flamme, ce qui implique une diminution de la longueur de la sole et un changement dans la courbure des parois du four à l'entrée du rampant, ce dernier ne subissant pas d'autre changement qu'une augmention de longueur. Dans le four à réchauffer, qui est plus large que le four à puddler et dont la voûte a une inclinaison différente, le rampant ne peut être rejeté en arrière d'une quantité aussi grande que dans le four à puddler, la flamme tourne plus facilement et les moyens ci-dessus sont inutiles.

Dans les fours à réchauffer, l'entrée du rampant n'est courbe que d'un côté, tandis que celle dans les fours à puddler est courbe des deux côtés de la sole. Voir les sections horizontales des fours, planches 3 et i, figure 1 et pl. 3, fig. 8.

La porte de travail ne se place pas au milieu de la sole. On la rapproche, au contraire, du grand autel : 1° pour diminuer la chaleur dans cette partie et empêcher les laques du grand autel d'entrer en fusion, 2° pour retenir la flamme près du petit autel plus longtemps dans le four et 3" afin d'accélérer l'affinage.

On voit que, dans les fours à puddler et à réchauffer, tout est calculé pour vaincre la répugnance de la flamme à se diriger vers la porte. Aussi, dans un four bien construit, la flamme doit-elle tournoyer constamment derrière la porte. Au sortir de la chauffe, fig. 8, pl. 3, une partie de la flamme se dirige vers le rampant et s'échappe. Une autre partie se dirige aussi vers le rampant ; mais elle revient le long du grand côté antérieur du four, arrive vis-à-vis de la porte et se trouve repoussée en arrière par l'air qui entre au moyen de cette ouverture. Après quoi elle se précipite dans le rampant. Enfin une troisième partie de la flamme longe le petit côté antérieur du four et passe devant la porte, où elle est refoulée de la même manière dans le rampant par l'air extérieur. C'est ce qu'on peut observer d'une manière distincte en jetant du combustible récent sur la grille, car alors la flamme devient brillante et par conséquent visible. Le mouvement est d'autant plus rapide que le four chauffe mieux. Dans les fours à puddler, le tourbillon ou le mouvement hélicoïde de la flamme se voit par le regard de la

CHAP. II. DES FOtUS X RÉVERBÈRE. 53

porte. Quant aux fours à réchauffer, nous avons dit qu'on leur donnait le plus souvent deux portes. Si on lève la porte voisine de la chauffe, la flamme doit venir border ou encadrer l'ouverture produite. Par l'autre porte on doit voir les mêmes phénomènes qu'au moyen du regard d'un four à puddler. Si la flamme se retire de la porte, si elle ne tourbillonne que faiblement et à une certaine distance de la porte, le four a besoin d'une réparation, ou il est mal construit. Car alors la voûte s'est creusée dans le fond, ou bien le rampant s'est élargi, ou encore les parois intérieures se trouvent déformées. Un four dans lequel la flamme vient bien tourner à la porte, est toujours en bon état.

Pour ce qui regarde l'étendue de la sole, elle dépend des autres parties du four. Un four, par exemple, dont la cheminée est très-élevée, peut avoir une sole plus longue qu'un four dont la cheminée est basse.

S5. Dimensions relatives des diverses parties d'un four à réverbère. — Plusieurs auteurs admettent que pour brûler le combustible de la manière la plus avantageuse et sans trop faire languir le feu, il faut observer les règles suivantes pour la construction des fours à réverbère :

J» La surface de la sole ne doit pas excéder le triple de l'aire de la grille, tant pleins que vides.

2° La section faite dans le rampant perpendiculairement à son axe doit être à peu près le tiers de la partie vide de la grille.

3° La section de la cheminée doit être à la section du rampant dans le rapport de 3 à 1 environ.

4° La surface totale de la grille doit être à la section du fourneau au-dessus de l'autel, comme \ : 0,75.

S" La cheminée doit avoir au moins 10 mètres de hauteur.

6" Le fourneau ne doit pas avoir de fortes dimensions.

Toutefois, l'on ne peut attacher une grande importance à ces rapports, puisque les dimensions relatives des fours dépendent d'un grand nombre de circonstances qu'il est impossible de faire entrer dans le calcul, sans se borner pour ainsi dire à des cas particuliers. Ciiaque dimension du four dépend plus ou moins de toutes les autres.

S4. Résultats d'expérience. — Voici quelques résultats rapportés par Karsten, sur les dimensions des fours à réverbère employés pour la refonte du fer cru. On sait que les principes d'après lesquels on construit ces fours à réverbère sont les mêmes que ceux qui servent à déterminer les dimensions principales des fours à puddler ou à réchauffer.

A l'usine de Sayn (Prusse), il y a, très-près l'un de l'autre, un massif de deux grands fours à réverbère et un massif de deux petits fours à réverbère pour fondre le fer cru de moulage.

54 SECTION I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

Dans les deux petits fourneaux, les grilles ont une surface de 810 pouces carrés (mesure de Prusse), dont les barreaux occupent 282 pouces carrés, de sorte qu'il reste S28 pouces carrés pour le passage de l'air. La surface de la sole supposée plane est de 3606 pouces carrés et la section du rampant est de 108 pouces carrés. On a donc surface de la grille : surface de la sole : : l : 4, il), et vide de la grille : section du rampant : 4,88 : 1. La hauteur de la cheminée est de 67 pieds au-dessus de la grille du four et sa section est de 20 pouces en carré.

Les dimensions des deux grands fours sont les suivantes : surface totale de la grille, 1320 pouces carrés ; surface de la grille non occupée par les barreaux, 790 pouces carrés ; surface de la sole. S, 265 ; section du rampant, 123 1/2 pouces carrés. D'où surface de la grille : surface de la sole : : 1 : 3,98 ; vide de la grille : section du rampant : : 6,39 : 1 . La cheminée a aussi une hauteur de 67 pieds au-dessus de la grille du four, mais elle n'a qu'une section de 19 pouces en carré.

Le tirage dans les petits fours est moins actif que dans les grands ; la fusion s'y fait plus lentement et elle exige proportionnellement plus de combustible que dans les grands fours. Une augmentation ou une diminution de la surface de la grille, ou encore de la section du rampant, donnèrent des résultats plus défavorables encore, de sorte que les dimensions paraissent avoir été bien réglées et que la cause de l'activité moins grande du tirage doit être attribuée à la largeur de la cheminée. Le fait suivant change cette conjecture pour ainsi dire en certitude. A l'usine d'Alf, sur la Moselle, où l'on dispose du même combustible et où l'on fond le plus souvent la même espèce de fer cru qu'à Sayn, on a construit un four à réverbère exactement d'après les dimensions des grands fourneaux de Sayn, excepté qu'on n'a donné à la cheminée que 18 pouces de côté, et ce fourneau tire et chauffe incomparablement mieux que les fourneaux de Sayn.

Dans l'un des grands fours à réverbère de Sayn, on a allongé la grille de 5 pouces, de sorte que celle-ci a acquis une largeur de 44 pouces (égale à celle de la surface de la sole) et une longueur de 35 pouces. Par conséquent, la surface de la grille est devenue égale à 1540 pouces carrés, dont 585 ont été couverts par les barreaux de la grille et 955 sont restés libres pour le passage de l'air. Le rapport de la surface totale de la grille à la surface de la sole était, par conséquent, comme 1 540 : 5265 ou comme 1 : 3,41 ; et le rapport de la partie vide de la grille à l'ouverture du rampant comme 955 : 123,5, ou comme 7,73 : 1 . On n'a pas changé les autres dimensions du four. Cela posé, on a chargé les deux fours des mêmes quantités de fer cru et on les a mis en activité. Remarquons que les deux fours étaient placés l'un à côté de l'autre et

avaient les mêmes dimensions, sauf la grille qui, pour l'un, avait une surface de 1320 pouces carrés et pour l'autre de 1S40 pouces carrés. Le fer s'est liquifié en même temps dans les deux fours et il est devenu également bon, mais le four dont la grille était plus grande a consommé un peu plus de charbon. C'est pourquoi l'on a diminué la grille de l'un des fours et on l'a rendue égale à celle de l'autre ; alors les deux fours ont de nouveau exigé la même quantité de houille pour fondre des quantités égales de fer.

ARTICLE DEUXIÈME

DES CHEMmÉBS.

a) NOTIONS GÉNÉRALES (').

35. Tirage d'une cheminée. — La vitesse théorique v, de l'air dans une cheminée est donnée par la formule :

= '2gha (T — t) : {l at),

dans laquelle h désigne la hauteur de la cheminée, g la gravité, a = 0,00366 le coefficient de dilatation des gaz par la chaleur, T la température des gaz dans la cheminée et t la température de l'air extérieur ("^).

Le volume d'air écoulé par seconde s'obtient en multipliant la vitesse par la section de la cheminée, et le poids, en multipliant le volume par la densité du gaz qui est d : (i aT), d étant la densité à la température 0» C.

Ce poids, qui constitue le tirage théorique de la cheminée, est susceptible d'un maximum, puisque le facteur variable avec T est (T — «) : (1 -j- aTy, t étant supposé constante, et que ce facteur, loin de croître indéfiniment avec T, atteint au contraire, un maximum

pour T = - + 2< = 300» C, si i = 13° C. A '1000° C, le tirage a

est plus faible qu'à 100° C.

La vitesse d'écoulement réelle de l'air dans une cheminée dépend d'une foule de circonstances dont il n'est pas tenu compte dans la for-

(1) Des calculs d'après la théorie mécanique de la chaleur ont été publiés par M. Grashoff, ingénieur allemand, sur les cheminées et sur les machines soufflantes. Voir la traduction de ce travail plutôt théorique que pratique, par Pérard dans la Rév. Universelle.

(S) Pour plus de détails sur les mouvements de l'air chaud, V. mes Applications de la chaleur. H. V.

56 SECTION I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

mule de la vitesse théorique. Ces circonstances sont : 1° la résistance des parois (le frottement) qui est proportionnelle à la densité du fluide, à la longueur des conduits et au carré de la vitesse, mais en raison inverse du diamètre ; — 2° l'influence d'un rétrécissement ou étranglement du conduit de la fumée ou de l'air et de là il résulte une dépense de force vive, puisque la vitesse doit augmenter au passage rétréci pour reprendre sa valeur primitive dans la section élargie et que le travail consommé pour opérer cet accroissement local de vitesse est totalement perdu : ce cas se présente : d) lorsqu'on abaisse le registre qui sert à régler le tirage, 6) au passage de l'air entre les barreaux de la grille ; — 3° tout élargissement de la conduite donne également lieu à une perte de force vive, et cet effet se produit : a) dans une cheminée générale d'évacuation au débouché des tuyaux d'arrivée, b) généralement à l'entrée de la fumée dans la cheminée, laquelle est moins étroite que cette entrée, c) lorsque l'air, après avoir traversé le combustible sur la grille, pénètre dans le foyer ; — 'i" il y a perte de force vive à chaque coude ; — • 5° il y a également perte de force vive par suite du rétrécissement ordinaire de la cheminée au sommet; 6° enfin, la résistance variable, mais plus grande que toutes les autres, qui se fait au passage de l'air à travers le combustible : souvent on comprend cette résistance dans celle de la grille.

S6. Section d'une cheminée. — Pour trouver la section à donner à une cheminée dont on connaît la hauteur, on calculera le poids de gaz écoulé par seconde d'une cheminée de l m. de hauteur et de 1 m. q. de section, en se servant de la formule théorique, et on prendra le cinquième du nombre obtenu pour tenir compte des diverses pertes de force vive qui ont lieu dans la pratique. Ce poids permettra de calculer la quantité de gaz débité en une heure par la cheminée de 1 mètre d'abord^puis par la cheminée de H mètres de hauteur en multipliant par |/H. Admettant ensuite 18 m. c. d'air pour chaque k. de houille (quantité double de celle qui est strictement nécessaire), ce qui porte le poids des gaz produits par 1 k. de houille à 2S k., et divisant le poids total des gaz débités par ce nombre 23, on trouve le nombre de k. de houille brûlés par de section dans la cheminée dont la hauteur est H. Il suffira alors de diviser la quantité totale de houille à brûler en une heure par le nombre trouvé en dernier lieu pour obtenir la section de la cheminée.

La section ainsi déterminée est généralement trop grande. Mais cela ne présente aucun inconvénient, parce qu'on peut toujours modérer le tirage au moyen du registre dont tous les appareils de chauffage sont munis.

CHAP. II

Le poids spécifique de l'air à la température T étant 1 ,3 : (1 -f- « T), le tirage ou le poids d'air qui passera en une seconde sera Q = 1 : (^l -\-a T), V étant la vitesse et s la section d'écoulement.

La quantité Q reste constante pour tous les points des conduits de fumée. Si on veut que la vitesse reste aussi constante, il faut que le rapport s : (1 -j- aT) ne varie pas, c'est-à-dire que s soit en chaque point proportionnel à 1 -j- aT.

On a aussi, en posant t = 0, = HT : (1 + aT)\ m étant un coefficient qui renferme les données constantes et celles qui se rapportent aux diverses résistances.

Soit n le nombre de kilogr. de houille à brûler par heure et A le poids du volume d'air pratiquement nécessaire à la combustion de 1 k. de houille (ce volume est 18 mètres cubes à 0° C), il faudra par heure nAk. d'air et par seconde nA : 3600. Ce poids devant être égal à celui qui s'écoule dans le môme temps par la cheminée, on a ms j/HT : (l -f aT)= nA : 3600. Faisant A (1 -j-aT) : 3600 m^/T = M, l'équation précédente devient s = Mn: (/H.

Tredgold, en se basant sur une évaluation des résistances faite par Péclet, donne M = 80 centimètres carrés, mais ce nombre est trop faible, parce que Péclet n'avait pas tenu compte de toutes les résistances. Un travail plus complet sur ces résistances fut fait plus tard par Morin (Études sur la ventilation, Paris, 1863).

Montgolfier avait donné la formule s = 100"^ w : \/E, et de nombreuses observations sur des cheminées fonctionnant bien, ont conduit d'Arcet à une valeur un peu inférieure, mais approchant égale à celle de Montgolfier.

D'Arcet calcule la section s d'une cheminée dont la hauteur est H, en prenant pour base la section s' reconnue convenable pour une hauteur de 10 mètres ; on veut que les deux cheminées donnent le même résultat, de sorte que sv = s'v', v et v' étant les vitesses dans les cheminées, puis : :: 10 : H ; d'où H = lOs"^

A proprement parler, cette règle consiste à adopter une hauteur de 10 mètres et une section d'autant de décimètres carrés que l'on veut brûler de fois 3 ou 3,5 k. de houille par heure, ou bien, ces nombres exprimant la consommation des bonnes machines à vapeur, un décimètre carré de section par cheval de force avec 10 mètres de hauteur.

La section calculée se rapporte toujours à l'extrémité supérieure de la cheminée.

57. Règles pratiques pour les dimensions des cheminées. — D'après d'Arcet, on a s = n l/IÔ : 3 j/H.

Comme la quantité H est soumise à un radical, on voit qu'à une

section moitié moindre correspond une hauteur quadruple, pour doubler la vitesse. Dans ce moyen de compensation indiqué par la théorie, on ne tient pas compte des frottements. D'ailleurs l'expérience montre qu'à partir d'une hauteur de 30 mètres, la vitesse du tirage n'augmente plus d'après la même loi et qu'en quadruplant la hauteur on ne regagne plus ce que l'on perd en rétrécissant le passage de moitié. D'un autre côté, les frais de construction croissent et la solidité de la cheminée diminue dans une progression très-rapide à mesure que la hauteur augmente. En effet, les prix de deux^cheminées, l'une de lO"" de hauteur et de 70 de section intérieure, et l'autre de 40 mètres de hauteur sur 35 "i de section intérieure, sont dans le rapport de 1 à 20.

Pour ces raisons il convient d'augmenter la largeur des cheminées et de se renfermer, quant à la hauteur, dans les limites du strict nécessaire, en observant qu'une cheminée est toujours assez haute, à partir du minimum de 10 mètres, dès que la vitesse du courant peut lutter avec avantage contre les influences extérieures et que la fumée, abandonnée dans l'atmosphère, ne peut incommoder les bâtiments voisins ; car les cheminées ne sont pas seulement des appareils de tirage, mais encore d'évacuation de la fumée.

Pour les cheminées communes à plusieurs foyers, on calcule la section en comptant sur la consommation totale de tous les fourneaux, lors même que l'on ne prévoirait pas la nécessité d'activer tous les foyers à la fois. En effet, la multiplicité et la longueur des passages de fumée et les différences forcées de direction produisent dans ces cheminées des obstacles que ne présentent pas les cheminées à un seul foyer.

S8. Forme du vide intérieur des cheminées. — Dans les forges et dans la plupart des autres usines, le vide intérieur des cheminées est cylindrique ou prismatique. Cependant il serait avantageux, en théorie, d'élargir les cheminées par le haut et de les rétrécir par le bas, car, toutes choses égales d'ailleurs, il s'échappe d'autant plus de gaz par une cheminée que l'ouverture de la sortie est plus grande. Le travail seul, qu'il ne faut pas confondre avec la pression et qui, dans les cheminées, ne compte pas, augmente avec le débit ; mais il faut tenir compte du frottement, qui croît dans les sections étroites, c'est-à-dire avec la vitesse, et qui diminue les quantités de gaz écoulées.

On croit avoir trouvé le moyen d'affaiblir les frottements en diminuant à partir de la base l'épaisseur des maçonneries intérieures par sauts brusques, par exemple d'un décimètre, ainsi qu'on le fait généralement dans les cheminées des filatures. La cheminée se compose ainsi de parties de 4 à 10 mètres de hauteur dans l'étendue de chacune desquelles l'épaisseur reste invariable et que l'on appelle des rouleaux. On prétend

que ces rouleaux diminuent le frottement des gaz contre les parois de la cheminée, en les forçant pour ainsi dire à s'élever dans un tube de gaz. Ils renforcent l'action des cheminées et procurent une économie en matériaux de construction, économie qu'on pourrait augmenter en observant que le rétrécissement du vide intérieur par le bas, pour un écoulement donné, permet de diminuer la section totale (vide compris) de la base des cheminées, ce que cependant l'on ne fait pas, dans la crainte, sans doute, de nuire à la stabilité de la construction.

59. Parties principales des cheminées en briques. — Les cheminées en briques sont montées sur des socles cylindriques percés de deux ouvertures opposées, dont l'une sert à l'introduction des fumées du four ou des fours et l'autre, ordinairement fermée par une porte en fer ou par une maçonnerie très-mince, permet à l'ouvrier de nettoyer ou de réparer l'intérieur de la cheminée.

Le dessus des cheminées doit être couvert d'un chapiteau en pierre de taille ou mieux en fonte pour empêcher l'infiltration des eaux pluviales. Lorsque le chapiteau est en fonte, il a une embase au moyen de laquelle il repose sur la cheminée. Dans les cheminées des forges il peut être muni d'un modérateur ou clapet servant à augmenter ou a diminuer l'ouverture de sortie des fumées, et dans les autres cheminées il peut porter une mitre pour combattre l'influence des vents sur le tirage.

60. Construction des cheminées en briques sans échafaudage. — Les fig. S et 6, pl. 1, représentent une cheminée en cours de construction. Après avoir nivelé les fondations, on élève le socle de la manière ordinaire en se servant de simples chevalets d'échafaudage. Dans une des parois du socle on ménage la porte d'entrée que l'on couvre de sa voûte et qui doit naturellement rester ouverte pendant tout le cours de la construction. A mesure qu'on élève le socle, on loge dans la maçonnerie la voie caminolique en fer, composée de barres d'environ pouces de long et d'un pouce de diamètre insérées par les deux bouts sur 6 pouces de longueur dans la maçonnerie, et placées de 10 à 12 pouces de distance les unes au-dessiis des autres.

Le socle achevé, on élève encore la maçonnerie de 2 à 3 pieds de plus, au moyen de l'échafaudage, en ayant soigneusement égard, pour cette partie, qui doit servir de ligne de répère à toute la construction, non-seulement à la forme de la section transversale ronde, carrée ou octogone, mais encore à l'inclinaison de la cheminée.

Pour ménager exactement la pente ou talus de la cheminée, on doit commencer par se procurer un calibre ou échantillon, Pl. i,fig. 7, de la forme d'un trapèze, en bois, muni d'un fîHijjlomb. On donne au côté db environ 4 pieds de longueur ou 1 mètre. Quàttt aux côtés ab et cd, ils

60 SECTION I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

doivent être en rapport avec la pente, de manière que, lorsque le fil à plomb s'arrête, la ligne ac indique l'inclinaison exacte de la cheminée, OU en d'autres termes, il faut que les lignes bd et fe soient parallèles, lorsqu'on applique ac contre la cheminée. Soient II la longueur du tuyau de la clicminée, D et d les diamètres intérieurs à la base et au sommet, la pente ou coefficient d'inclinaison sera (D — cf) : 2 H = (a6 — cd) : bd. Un seul échantillon suffît pour les cheminées rondes, les autres cheminées en exigent deux, l'un pour les faces et l'autre pour les coins, l'inclinaison de ces parties n'étant pas la même. Le fil à plomb doit peser au moins i /2 kilogramme et à l'endroit oîi bat le plomb, la planche est percée.

Dans les grandes cheminées d'usines, la pente intérieure par mètre courant est d'environ 0'",01S à 0"%018, et la pente extérieure varie de 0»%024 à O-sOSO.

Les 2 ou 3 pieds de la cheminée étant construits avec les soins convenables, on enlève les chevalets d'échafaudage, on fixe dans la porte du socle un treuil et en avant de celui-ci une grue, un cabestan ou un tourniquet, puis on commence le travail sans échafaudage, en employant un ou deux maçons suivant la largeur de la cheminée. Deux maçons peuvent déjà travailler sans gène, lorsque le diamètre de la section transversale atteint 30 pouces.

A partir de l'état précédent du mur, on continue en deux points a et b de la cheminée placés vis-à-vis l'un de l'autre, la maçonnerie sur une hauteur de 6 à 8 mises de briques (18 à 24 pouces), de manière à former deux piliers de largeur convenable, en s'aidant, soit du moyen que nous décrirons, soit d'un autre moyen facile à trouver.

Ces piliers servent de supports à un axe p, fig. S, de 6 à 8 pouces qui dépasse des deux côtés la cheminée de 3 ou 4. pieds et sert à porter la poulie au moyen de laquelle on hisse les matériaux de construction dans des baquets ordinaires de 1,8 pied cube de capacité.

Cet axe placé, on enlève le petit appareil employé précédemment et composé de deux courtes traverses ou de deux étais et de quelques planchettes et on l'établit sur la surface achevée de la cheminée.

Les traverses ont, par les deux bouts, des appuis de 5 ou 4 pouces sur la maçonnerie. Pour ce travail, l'ouvrier est assis sur le mur de la cheminée. Quand il est fait, on commence le hissage des briques et du mortier.

On tasse en majeure partie les briques sur le mur fait, ou généralement là où il y a de la place, et l'on n'en hisse chaque fois qu'une quantité assez petite pour que le travail puisse se faire sans gêne. Le bac à mortier ne doit pas être trop grand non plus, car on doit pouvoir

ÇIIAP. II.

le faire passer facilement d'un endroit à l'autre : une capacité de 1 à 1 ,25 pied cube suffit. Il repose généralement sur le mur achevé.

Dès qu'il y a une suffisante quantité de matériaux, on couvre les deux traverses au moyen des planchettes, et l'on commence à travailler à la maçonnerie, en se plaçant sur ce plancher léger.

Lorsqu'on emploie deux maçons, l'un et l'autre remplissent de maçonnerie, jusqu'à niveau parfait, les espaces compris entre les deux piliers qui portent l'axe de la poulie, et dans ce travail ils se servent fréquemment du fil à plomb et du niveau d'eau pour que toutes les mises de briques deviennent horizontales.

Si toutes les briques sont placées exactement comme le fil à plomb l'indique lorsqu'on fait serrer le calibre contre la partie déjà achevée de la cheminée, il ne peut se produire d'inexactitude, ni dans le profil, ni dans l'inclinaison.

Au lieu de l'appareil que nous venons de décrire, on peut aussi employer celui qui est indiqué fig. 6, pl. 1.

La fig. 3, pl. 4, représente la disposition à adopter lorsqu'on veut élever les matériaux à l'extérieur de la cheminée, t, tube de fer par lequel on fait passer le fil à plomb qui indique l'axe de la cheminée. Lorsque ce tube est placé suivant cet axe, on peut, à l'aide, de la règle ou compas c, s'assurer de la forme circulaire des surfaces intérieure et extérieure de la cheminée.

Les cheminées polj'gonales exigent, comme nous l'avons dit, un calibrage à part et très-attentif, mais une fois que les briques qui forment les coins se trouvent exactement placées, chaque mise de briques intermédiaire peut se poser avec le seul secours de la règle.

Dans les cheminées rondes, on doit se servir du fil à plomb pour chaque mise ou tout ou plus pour deux mises de briques, afin de maintenir exactement la forme ronde à toutes les hauteurs, mais en général, les cheminées rondes et les cheminées quadrangulaires se construisent également vite ; il n'y a que les cheminées octogonales qui exigent plus de temps.

Après avoir achevé de cette manière la maçonnerie jusqu'au niveau des piliers qui supportent l'axe de la poulie et avoir récrépi les joints des briques, on élève, aux extrémités d'un diamètre perpendiculaire à celui des piliers précédents, deux nouveaux piliers à une hauteur de 18 à 24 pouces pour recevoir le dit axe, puis le travail se continue comme précédemment.

Les trous qui reçoivent les extrémités des deux traverses d'échafaudage doivent être assez profonds pour qu'on puisse facilement retirer celles-ci et s'en servir de nouveau à une plus grande hauteur. Après

62 SECTION I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

avoir extrait les traverses, on remplit immédiatement les trous. Inutile d'observer que, dans ce travail, on doit avoir soins d'enmurailler uniformément les barres de la voie dans la cheminée.

Ainsi on élève chaque fois la maçonnerie de 18 à 24 pouces en suivant sans exception la même marche jusqu'au sommet de la cheminée.

Toutefois il convient d'observer que, lorsqu'on emploie deux maçons, il est bon de faire changer de position à ces ouvriers après chaque exhaussement de 18 à 24 pouces, pour que leur travail se distribue également aux deux côtés de la cheminée ; car les maçons ne travailleront pas exactement de la même manière, l'un pressera les briques plus fortement dans le mortier que l'autre, etc.

61. Autres règles à observer. — Il ne faut pas que les cheminées présentent des trous ou des crevasses. L'air froid extérieur en s'introduisant par ces ouvertures, quelque petites quelles soient, diminue considérablement l'aspiration exercée à travers la grille.

La cheminée étant un canal destiné à être parcourru avec rapidité par un courant d'air chaud, il est nécessaire d'en rendre les parois aussi lisses, aussi égales et unies que possible, afin de diminuer le frottement et d'empêcher que les matières solides entraînées par la flamme ne s'y déposent et n'obstruent le passage.

Lorsqu'on élève une cheminée, il convient de serrer les briques autant que possible. A la vérité, on remplit les joints avec du mortier ; mais celui-ci, en se contractant, laisse des vides, ce qui augmente le frottement des gaz et peut donner lieu à la formation de jours dans la cheminée et à des engorgements.

62. Prix de revient. — Deux cheminées en briques de 9S pieds anglais de hauteur n'ont coûté que 3,600 fr.

b) CHEMINÉES DES FORGES.

63. Conditions à remplir par ces cheminées. — La plupart des formules qui précèdent se rapportent en particulier aux cheminées des fours à chaulfer les chaudières à vapeur. D'Arcet, Péclet, Montgolfier et Tredgold, qui ont donné des règles pour les dimensions des cheminées, ne paraissent pas avoir eu égard aux cheminées des forges. Il y a cependant une grande différence entre les fourneaux des générateurs à vapeur et les fourneaux des forges. Dans les premiers, il suffît d'une température constante ou uniforme et relativement peu élevée, tandis que dans les seconds, il faut par moments une température très-élevée, dans d'autres moments une chaleur moins forte, mais toujours beaucoup plus intense que dans les fourneaux des chaudières à vapeur. La

hauteur normale de 10 mètres admise par d'Arcet est arbitraire, même pour ces derniers fourneaux. Elle est dans tous les cas trop faible pour les fourneaux des forges. Ce qu'il faut avant tout dans les forges, c'est un tirage considérable effectué par des cheminées très-élevées. Le côté faible de la plupart des forges consiste dans le défaut d'un tirage suffisant des fours ou en d'autres termes dans le manque de cheminées assez élevées, de même que la faiblesse des souffleries est le défaut constant des usines à hauts fourneaux. C'est peut être au manque de tirage des fours qu'il faut attribuer les bons effets produits par l'injection d'un courant d'air forcé sous la grille au moyen d'un ventilateur. Ce qu'il y a de certain à cet égard, c'est que l'on peut très-bien se passer du vent forcé dans les fours munis de cheminées assez hautes. Du reste, la grande influence des cheminées élevées sur le tirage, même dans les fourneaux des chaudières à vapeur, paraît difficile à contester. Aux hauts fourneaux n»^ 6, 7 et 8 de Couillet, dont les chaudières n'ont qu'une seule cheminée générale, on a trouvé qu'à 136 pieds anglais de hauteur, cette cheminée était insuffisante, mais qu'à la hauteur de 180 pieds elle donnait un tirage convenable.

64. Cheminées en briques. — Autrefois on utilisait rarement les flammes perdues des fours, toutes les cheminées se construisaient en briques et on distinguait les cheminées simples ou servant seulement pour un four et les cheminées multiples ou générales, activant plusieurs fours à la fois. Aujourd'hui tous les fours sont à chaudière et les cheminées, tant simples que générales, se construisent en tôle.

Dans les cheminées de forges en briques, on produit les retraites appelées rouleaux à l'extérieur, ainsi qu'on le fait aussi pour la chemise ou le revêtement intérieur en briques des cheminées en tôle.

Comme la connaissance des cheminées anciennes peut encore offrir de l'intérêt, nous allons décrire la cheminée d'un four à réchauffer de Couillet et celle d'un groupe de fours.

65. Cheminées simples. — La cheminée d'un four isolé est à doubles parois. L'intérieur, qui sert de passage à la flamme, est construit en briques réfractaires. Pour la paroi extérieure, destinée à fortifier l'autre, on se sert de briques ordinaires. Entre ces deux maçonneries est un vide, dans lequel on fait circuler de l'air pour rafraîchir la paroi intérieure.

La cheminée exigeant rarement des réparations, tandis que le fourneau doit être souvent raccommodé, il est nécessaire de rendre ces deux parties du système indépendantes l'une de l'autre. La môme observation s'applique aux deux parois de la cheminée. L'intérieur doit pouvoir être reconstruit à différentes hauteurs sans qu'on soit obligé de démolir le

fi4 SKCriON I. — ■ NOTIONS CONCKUNANT PUISIIÎURS DIVISIONS DE l'uSINIÎ.

revêtement. En outre, il faut diminuer autant que possible le poids de la construction.

Pour satisfaire à ces conditions, on soutient la maçonnerie extérieure de la cheminée, en bas, par des piliers et des marâtres, et on l'allège en la formant de deux étages, l'un d'une brique et l'autre d'une demibrique, et en réservant dans l'étage inférieur, sur deux faces opposées, des embrasures qui servent en outre à réparer la gaîne en briques réfractaires. Quant à cette dernière, on l'appuie de distance en distance contre la maçonnerie extérieure par des voûtes, au moyen desquelles il est permis de la réparer à différentes hauteurs, sans la démolir au-dessus de l'endroit où l'on travaille.

Le tout doit être fortifié par un système d'ancrage convenable.

Les fig. 2, 3, et 4, pl. 3, montrent différentes coupes d'une cheminée simple de l'usine de Couillet. Fig. 2, coupe verticale suivant les axes de la cheminée et du four. Fig. 3, coupe suivant la ligne Im de la fig. 2. Fig. 4, coupe suivant tu de la même fig. — g, g, gaîne en briques réfractaires, ou cheminée proprement dite. C, cl, revêtement en briques ordinaires; f, f, vide de 6 pouces anglais entre les deux maçonneries.

p, p, piliers et m, m, marâtres qui soutienent le revêtement de la cheminée et forment de celle-ci un tout indépendant. C, C, premier étage d'une brique et d, d, deuxième étage d'une demi-brique. Dans les fours à puddler le premier étage a IS pieds et le second

10 pieds de hauteur. Dans les fours à réchauffer les deux étages ont chacun ÎS pieds de hauteur, n, n, fig. 3, embrasures percées dans deux faces opposées du prisme qui constitue le premier étage du revêtement. Ces embrasures commencent à un pied au-dessus des colonnes et se terminent à un pied au-dessous de la base du deuxième étage. Elles ont une largeur de IS à 18 pouces.

V, V, V, fig. 2 et 3, pl. 3, voûtes placées au bas des étages respectifs de la cheminée. Elles divisent la paroi réfractaire en trois parties susceptibles d'être réparées séparément et s'appuient contre le revêtement en briques ordinaires, comme on le voit fig. 4.

Des cadres en fer de 3 pouces de large arment la maçonnerie réfractaire de la cheminée depuis la base jusqu'au sommet. Ces cadres sont espacés de 3 1/2 pieds. On ne les a pas indiqués sur le dessin. La maçonnerie extérieure de la cheminée est traversée par des barres d'ancrage horizontales, espacées de 3 pieds et terminées à l'extérieur par des boucles carrées, dans lesquelles on engage des barres de fer verticales appliquées contre la maçonnerie. Voir fig. 3.

q, clapet ou modérateur ; T, chapiteau. Pour une cheminée simple,

11 faut k piliers et 8 marâtres dont 4 sont placées dans les fondations, et

CHAP. II. — ■ DES FOURS A nÉVERBÈRE. 6S

4 sur les piliers, à Fendroit oîi commence le double muraillement.

Devant le trou de floss qui se trouve à la partie inférieure de la cheminée des fours à chaudière comme des fours à cheminée, on place un demi-cadre en fonte pour former autour du trou une enceinte dans laquelle on entretient un feu de houille.

66. Cheminées multiples. — Lorsqu'on réunit deux, trois ou quatre fours, ce qui fait gagner de la place et diminue les frais de construction, on peut donner à chaque four une gaine réfractaire comme s'il était isolé, entourer les cheminées réfractaires d'un seul revêtement en briques ordinaires et à embrasures, et faire reposer tout le système sur un nombre convenable de piliers et de marâtres.

Au lieu de construire une cheminée quadruple pour un massif de quatre fours, on pourrait élever au centre du groupe une cheminée simple de 30 à 40 pouces carrés de section intérieure et y conduire les flammes des fours de la manière indiquée pl. 3, flg. 33.

F, espace de floss ; f, flux ou floss. S, canal souterrain qui conduit à la cheminée générale. P, pont de flux ; p, pont de registre ; r, registre; H, H, passage ; K, couche de sable de S à 6 pouces d'épaisseur ; X, maçonnerie réfractaire : à Couillet, on a remplacé cette maçonnerie par une pierre de Huy; F, voûte formée d'agrappes.

Le pont de flux a pour objet d'empêcher les scories de passer dans le passage H. S'il était plein ou massif, il ne tarderait pas à être percé par les scories. C'est pourquoi on y a ménagé un vide intérieur de S pouces anglais de large, et on l'a fortifié, du côté du floss, par une plaque de fonte de S/4 pouce d'épaisseur. Il va sans dire que le vide dans le pont de flux doit communiquer avec l'air extérieur par deux ouvertures dont l'une amène l'air froid et dont l'autre laisse échapper l'air chaud.

La distance du pont de flux à la voûte est de 17 pouces anglais. Le passage H est carré et il a 18 pouces de côté. Le passage-au-dessus du pont de registre a aussi 18 pouces anglais en carré.

Le registre est formé d'une caisse en fonte garnie de briques réfractaires du côté opposé à la direction de la flamme. Les briques se placent dans le moule avant de couler le registre, de sorte que les joints sont en fonte. Le registre est carré. Il a 24 à 25 pouces de côté et 4 pouces d'épaisseur. Malgré ces fortes dimensions et le revêtement en briques réfractaires, il est difficile d'empêcher le registre de brûler ou de fondre.

Le passage H a une durée de 8 ou 9 mois. La réparation de ce passage coûte trois fois autant que celle de la partie correspondante d'un four à cheminée ordinaire. S'il y avait une chaudière entre la cheminée et le four, les gaz seraient assez refroidis pour dispenser de ces réparations onéreuses et permettre l'emploi d'un registre r en tôle.

66 SECTION I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

67. Avantages et inconvénients des cheminées de forge en tôle. — Les cheminées en tôle sont plus dispendieuses de premier établissement que les cheminées en briques, ont une durée moindre, sont moins solides et plus sensibles au contact de l'air froid extérieur, ce qui doit affaiblir le tirage. On remarque, en effet, qu'elles donnent généralement plus de fumée que les cheminées en briques. A la vérité, on diminue l'inconvénient dont il s'agit en garnissant les cheminées à l'intérieur d'un revêtement en briques réfractaires, mais ce moyen qui, d'ailleurs, n'est pas généralement employé, n'est qu'un palliatif à cause de la faible épaisseur qu'on donne à cette chemise. On compte qu'une cheminée en tôle coûte deux fois plus et dure quatre fois moins qu'une cheminée en briques; au bout d'une dixaine d'années de service, elle est généralement brûlée et usée au point qu'il faut la remplacer.

Par contre, les cheminées en tôle sont plus légères et occupent moins de place ; elles se montent plus vite, s'établissent où l'on veut et peuvent être déplacées en peu de temps et sans beaucoup de frais, ce qui est impossible pour les autres cheminées. Cette facilité du déplacement a même lieu pour les cheminées en tôle garnies intérieurement de briques réfractaires, car on réunit ces briques à l'aide d'un mortier qui permet de les retirer et de les utiliser de nouveau, tandis que, dans les autres cheminées, les briques, reliées par un mortier calcaire, ne peuvent être extraites sans ruptures. Enfin, lors de la démolition, une cheminée en tôle conserve une certaine valeur, tandis qu'une cheminée en briques ne forme que des décombres sans valeur.

67''''^ Construction, prix de revient, etc. — Les cheminées en tôle sont à section circulaire et lorsqu'elles sont très-élevées, on leur donne une forme légèrement conique.

La tôle doit être suffisamment épaisse et parfaitement saine, sans pailles ni criques, assemblée, rivée et matée avec autant de soin que pour les chaudières à vapeur.

L'épaisseur du métal, assez forte dans le bas, diminue progressivement en allant vers le haut, afin que le faîte ne soit pas trop chargé et que la cheminée se soutienne d'elle-même, comme celles qu'on construit en briques, sans avoir besoin d'être retenue ou arc-boutée. On donne à la tôle au haut de la cheminée à peine 4 mm. d'épaisseur et l'on ajoute en descendant 1/4 mm. par mètre. Pente extérieure 0,01.

Les cheminées de tôle sont généralement fixées par des boulons à une large plaque de fonte boulonnée elle-même sur des fondations, qui n'ont pas besoin d'autant de solidité que celles des cheminées en briques.

Comme le principal inconvénient des cheminées de tôle consiste

CHAI». li. — •

DES FOLllS A RÉVERBÈRE.

dans leur grande sensibilité aux variations de l'atmosphère et que l'influence du refroidissement extérieur croit en proportion de la hauteur et en raison inverse du diamètre, c'est surtout pour ces cheminées, qu'il faut avoir égard aux raisons développées plus haut en faveur des cheminées larges et peu élevées. Ici encore il y a une différence notable entre les prix d'une cheminée large et peu élevée et d'une cheminée haute et étroite, quoique cette différence ne soit pas aussi considérable que pour les cheminées de briques. Ainsi, par exemple, une cheminée de 10"" de hauteur et de 1"" de diamètre, aura pour section 78*', pour contour 3'",'14o et pour surface Son épaisseur sera en haut de en bas de 6"™, S, et en moyenne de 8""",25. Or, l""" de tôle de 5 1/4 mm. pesant 41 on pourra évaluer le poids de la tôle entrée dans la cheminée à 1300'', en tenant compte des recouvrements.

De même une cheminée de 39''',27 et de 40 mètres de hauteur aura pour diamètre0'",707, pour contour 2"", 221 et pour surface 88"'',84. Son épaisseur sera en haut de 4'"'", en bas de l^-"™, et en moyenne de 9'"'". Un mètre carré de tôle de cette épaisseur pèse 70 k. Donc le poids de la cheminée sera au moins 6500 k. ou quintuple du précédent. D'ailleurs, la première cheminée exigera moins de rivets, moins de courbure et moins de main-d'œuvre que l'autre.

A Sclessin, on a pour huit fours, indistinctement à puddler et à réchauffer, une cheminée en tôle non revêtue de briques, de 2S mètres de hauteur, 2'",10 de diamètre à la base ctl™,90 au sommet; épaisseur de la tôle en bas 10 à 12 millimètres, en haut 5 ou 6 mm. ; les 100 k. de la cheminée faite ont coûté 3o ou 36 fr., et le transport de la cheminée jusqu'à sa place ainsi que le montage ont exigé une dépense de 600 fr. — Plusieurs cheminées pareilles fonctionnent déjà depuis vingt ans.

A Seraing, le prix de revient d'une cheminée en tôle avec garniture intérieure en briques réfractaires, pour quatre fours à puddler, de 80 pieds anglais de hauteur, 5 pieds de diamètre intérieur à la base et 4, S pieds au sommet, a été de S350 fr., en 1849. Une cheminée de la même hauteur, mais d'un diamètre intérieur de 4 pieds et servant pour deux fours, a coûté 4000 fr.

68. Modérateur. — Lorsqu'il n'y a qu'une cheminée pour plusieurs fours et que ceux-ci sont à tirage souterrain, le modérateur est une glissière verticale qui s'adapte au canal par lequel chaque four communique avec la cheminée générale. Pl. 4, fig. 4, c, conduit; r, glissière munie d'un contre-poids ou d'une roue à déclic.

68 SECTION I. — NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

C) MOYENS DE TinER PARTI DE l'aCTION DES VENTS POUR AUGMENTER LE TIRAGE DES CHEMINÉES (').

Pour compléter l'exposé de nos connaissances sur les cheminées, il nous reste à faire connaître l'effet du vent sur la vitesse d'écoulement de la fumée et les moyens de combattre l'influence nuisible des vents contraires de manière à faire servir môme ces vents au profit du tirage.

69. Effet, du vent sur la vitesse d'écoulement de la fumée. — La direction du vent peut être liorizontalc ou oblique. Dans le premier cas le courant peut se trouver à une certaine distance au-dessus de la cheminée, ou bien il rase rembouchure de celle-ci. S'il y a une masse d'air stagnant entre la cheminée et le courant, la fumée sera refoulée, dans le cas contraire, on remarquera une accélération du tirage. Le vent oblique peut être dirigé de haut en bas ou de bas en haut. Dans le dernier cas, la composante horizontale du vent augmentera la vitesse de la fumée et exercera une aspiration au sommet du tuyau. A la vérité, la section de la colonne de fumée sera en même temps diminuée au-dessus de l'embouclrare d'écoulement, mais cette action est plus que balancée par les deux premiers effets. En général, tout courant d'air qui frappe la cheminée sans pouvoir y pénétrer favorise l'écoulement des gaz.

Si les courants d'air ascendants sont avantageux au tirage, il n'en est pas de même des courants descendants. En effet, désignons par v la vitesse avec laquelle la fumée s'échappe on temps calme d'une cheminée ordinaire, par v' la vitesse d'écoulement modifiée par l'action du vent, par c la vitesse du vent et par « l'angle sous lequel ce dernier rencontre la section supérieure horizontale de la cheminée. La vitesse de la fumée en temps calme correspond à une hauteur de chute égale à : 2i7; la composante verticale du vent étant c sinx, la hauteur de chute correspondante sera siV a : 2(/, de sorte que la fumée conservera finalement la vitesse donnée par la formule : = — sin^ «. La vitesse étant diminuée, le tirage ou le volume (ici la quantité ou le poids) de fumée qui s'écoule du tuyau en une seconde et qui s'obtient en multipliant la vitesse par la section de sortie, subit également une réduction souvent considérable.

70. Moyens de combattre l'influence nuisible des vents contraires. — Premier moyen : Élévation de la température de la fumée par une consommation plus forte de charbon dans le foyer. — Ce moyen, outre qu'il est dispendieux, n'augmente pas toujours la quantité d'air écoulée, le tirage étant susceptible d'un maximum qui correspond il une température d'environ 300" C.

71 . Deuxième moyen : Rétrécissement et élévation de la cheminée. — Le rétrécissement du passage de la fumée a pour objet de diminuer la surface en prise à l'action du vent. Comme il a aussi pour résultat de restreindre le débit, on doit l'accompagner d'une élévation du tuyau, ce qui, en donnant lieu à des frais de construction, en limite l'emploi.

72. Troisième moyen .-Forme bisclée donnée au sommet de la cheminée. — Lèvent se brise par l'obliquité de la surface, de manière que la composante verticale de la vitesse n'agit plus sur la fumée. La fig. 9, pl. 1, représente le sommet d'une cheminée carrée. Soient c = ab = bc, la vitesse du vent en grandeur et en direction, et « = bd, la vitesse de la fumée. En rencontrant la surface inclinée eb, il se décompose en deux parties dont l'une prend la direction bf, suivant laquelle elle a la vitesse bf = be — ab. cos (a -t- jS). Cette vitesse se composant avec celle du vent en b donne une vitesse dirigée selon bg. Celle-ci se composant avec la vitesse bd de la fumée donne une vitesse et une direction finales bh = Uj. La figure fait voir que v^^ = /«» -f- Si on mène la ligne ïk perpendiculaire à la direction bh, suivant laquelle la fumée sort et si on nomme d le côté de l'orifice,

C) Schwamkrug [An. du Génie civil, novembre 1865, p. 168, et Polytechnisches Centralblalt), Buff (Ding., t. 180, p. 21i) et Noggerath (Ding., t. 183, p. 136).

le volume de la fumée qui s'échappera sera Q = d. kl. Vt, car d. kl représente la section de sortie. Onu kl ~ bl. ht : bh = bl. hi : d'où Q = rf. bl. hi — hi.

On a aussi hi — hg -\- ij (= If) — gj = v + c cos {x + /3) sin ^ — c sin x, car hg = v = bd et gj = c sin a. D'où enfin Q = [« -t- c cos (a -4- sin fi — c sin «].

Si on veut que la quantité de fumée débitée soit constamment Q = vd^, comme dans l'air calme, il faut que l'on ait cos (a -H j3) sin j3 — sin a. ou, ce qui revient au même, j3 — sir? (3(1 — 3 sitt? a) -H s«V a =0, puisqu'il sulTit de remplacer cos" a et cos" /3 par 1 — sm" a et par 1 — s«V /3 pour transformer la première équation dans l'autre.

De là on tirerait l'inclinaison /S à donner à la partie supérieure de la cheminée.

Pour que Q soit un maximum, il faut que l'on ait cos (a H- fi) cos fi — sin (a -+- fi) sin fi = 0, car si l'on prend fi comme seule variable indépendante, il faut que la dérivée de cos (a -t- j3) sin fi — sin a soit nulle, ce qui donne l'équation rapportée. De là on déduit

cos (st + 2j3) — 0 et fi = 4S — 5 . Avec cette inclinaison la quantité de fumée qui sort par seconde est :

Q =z rf2 1^1, + c cos -t- 1^ sin — — c sin a J = ti" î) + c I cos f — sin a I I ,

L V 2 yj'

valeur théorique qui surpasse la quantité écoulée en temps calme. Comme l'inclinaison du vent reste entre 10 et 20", une pente de 53 à 40° est très-convenable pour le sommet de la cheminée.

Il faut observer que, contrairement à ce qui est admis dans le calcul précédent, la fumée ne prend que petit à petit la direction du vent et que, par conséquent, la section de la colonne de fumée au sortir du tuyau n'est pas aussi petite qu'on le suppose ici.

73. Mitres fumifuges. — L'objet de ces appareils n'est pas seulement d'augmenter l'efficacité des vents qui soufflent de bas en haut, mais encore de garantir les cheminées contre les vcnls dirigés de manière à pouvoir enti'er par l'embouchure, et même de faire servir ces vents au profit du tirage.

74. Mitre de Sclessin. — Cette mitre, qui diffère peu d'une de celles dont on garnit d'ordinaire les cheminées d'appartements, se trouve adaptée à Sclessin à une grande cheminée d'aérage de houillère.

Elle se compose d'une plaque en tôle un peu plus grande que la section supérieure de la cheminée, maçonnerie comprise, et soutenue à l'aide de trois pieds en fer, à quelque distance au-dessus de l'embouchure. Cette disposition empêche l'entrée de l'air dans la cheminée et favorise, en outre, l'écoulement de la fumée. En effet, lorsqu'un courant d'air rencontre la surface extérieure de la cheminée, il acquiert, en se condensant, une tension suffisante pour pouvoir diverger dans toutes les directions et il s'en élève une partie le long de la cheminée de manière à produire un appel d'air, une espèce de vide, au sommet. Cet effet est tellement sensible qu'un courant d'air descendant, même incliné sous un angle de 18", non-seulement a été empêché de pénétrer dans une cheminée ordinaire sans mitre^ mais a exercé, en outre, une attraction sur la fumée en mouvement. La mitre renforce cette aspiration en l'empêchant de s'étendre au loin et de s'exercer en majeure partie sur l'air extérieur, et non sur la fumée seulement.

Il convient que la couronne à l'extrémité supérieure de la cheminée déborde peu les faces latérales ou convexes et soit arrondie vers le haut ou pénètre vers l'extérieur.

7S. Mitre de Nijggeralh. — La fîg . 10, pl. 1, représente cette mitre en coupe verticale. Au-dessus de l'embouchure circulaire ef de la cheminée se trouve disposé le manteau abcd d'un cône tronqué, de manière que cette embouchure soit à une distance ae du plan supérieur ab du manteau, égale ou peu supérieure à la même ouverture.

70 SECTION I. — NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

L'axo du cône tronqué coïncide avec celui de la cheminée. Le manteau est fixé par trois points au moins à celle-ci. Il est ouvert en haut et en bas. Tout l'appareil peut se construire en tôle. Si l'ouverture au sommet de la mitre est égale à l'embouchure de la cheminée, aucun courant d'air incliné de 0 à 43» ne peut pénétrer dans celle-ci, de sorte que tous les courants d'air, de quelque direction qu'ils arrivent, passent sans entrer et communiquent aux gaz un mouvement favorable au tirage.

76. Aspirateur de Damboise (Ding., t. 191, p. 4S6). — Cet aspirateur, représenté pl. 2, fîg. S, a 1 mètre de hauteur, 0^,17 de diamètre au petit bout et 0m,50 au gros bout.

Lorsque l'air atmosphérique tend à entrer dans la cheminée, il ne le peut que difficilement au moyen des petites ouvertures latérales dans la surface du cylindre, ni par les quatre petites cheminées supérieures ; mais il ne trouve aucun obstacle à entrer avec toute sa force par l'entonnoir qu'une girouette (Windfahne) tourne constamment dans une direction opposée à celle du vent. Arrivé dans la partie inférieure coudée du tuyau, il change brusquement de direction et s'élève avec une grande vitesse, laquelle est dans le rapport de l'ouverture de l'entonnoir a l'ouverture inférieure d'écoulement ; ensuite il sort par les trous du cylindre opposés à la direction du vent.

L'appareil est en tôle de zinc ou en tôle de fer galvanisé. La manière dont il est assujetti à la cheminée lui permet de résister aux coups de vent les plus violents. La girouette, l'entonnoir et le tuyau coudé forment un tout bien réuni qui peut tourner librement autour d'un axe vertical sur un pivot à la partie supérieure de l'appareil. Il n'y a d'autre précaution à prendre que d'huiler de temps à autre ce pivot.

ARTICLE TROISIÈME