Cornue (industrie)
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En métallurgie, en sidérurgie et dans l'industrie des gaz manufacturés, une cornue appelées quelquefois « cornue à feu », est une enceinte en matériaux réfractaires, en fait un four, dans laquelle on décompose par chauffage, du charbon (de la houille), du zinc, du sodium, etc. Une première famille de cornues furent utilisées dans la production du coke ou des gaz manufacturés, une autre, dans la production de l'acier
En chimie
Les première cornues sont des récipients en verre utilisé dans un laboratoire de chimie pour la distillation ou la distillation sèche de substances.
Dans les cokeries et les usines à gaz
Dans les usines à gaz ou les cokeries, la « distillation » de la houille s'opère dans des cornues.
Dès le XVIIIe siècle, des opérations de « distillation » de la houille sont réalisées dans l'industrie pour obtenir entre autres du coke, ou des gaz manufacturés[1]. Ces opérations doivent être plus justement appelées pyrolyse: le terme « pyrolyse » est apparu probablement au XIXe siècle[2] pour établir la distinction entre la distillation (procédé de séparation de mélange de substances liquides dont les températures d'ébullition sont différentes) et les opérations de décomposition ou thermolyse, d'un composé organique par la chaleur pour obtenir d'autres produits (gaz et matière) qu'il ne contenait pas: dans la pyrolyse, le matériau est détruit.
On peut supposer que par analogie, la cornue en verre utilisée dans les opérations de distillation donnera son nom aux cornues en matériau réfractaire utilisées dans les opérations de pyrolyse bien qu'il n'existe pas grand-chose de commun entre les deux.
La distillation de la houille dans des cornues est pratiquée dans un premier temps pour obtenir le coke, invention de l’industrie métallurgique anglaise réalisée pour pallier l'utilisation de charbon de bois, initialement utilisé dans les fonderies, et dont l'usage intensif a diminué de manière préoccupante les ressources. Le charbon de terre, comme on appelle la houille, à l’état brut, est impropre aux utilisations de cette industrie; il nécessite une « distillation » qui est effectuée dans des fours à l'abri de l'air, les cornues, regroupés en batteries, dans une usine appelée cokerie.
La distillation de la houille est ensuite réalisée pour obtenir le gaz d'éclairage (appelé gaz manufacturé ou gaz de ville) ensuite dans des usines à gaz. Les gaz manufacturés furent essentiellement du gaz de houille. Mais des expériences furent tentées avec quelquefois des applications industrielles avec les gaz manufacturés suivants: gaz de bois, gaz d'huile, gaz de pétrole (le gaz Pintsch et le gaz Blau), gaz de résine, gaz de tourbe, gaz de haut fourneau, gaz à l'eau, etc. À chaque gaz produit correspond une technique différente, toujours dans des cornues.
La distillation de la houille permet d'obtenir le coke, le gaz de houille et, objet d'étude de la carbochimie, le goudron de houille, hétérogène et visqueux, vendu d'abord aux usines, et qui par distillation fractionnée produit huiles, benzol (mélange de benzène, de toluène et de xylène), couleurs, et naphtaline, etc.
Dans les opérations de distillation en vue d'obtenir du gaz d'éclairage, les appareils comporteront toujours les organes suivants:
- – une cornue à feu;
- – un distillateur de goudron ou barillet;
- – un épurateur.
Les premiers appareils conçus par Frédéric-Albert Winsor ou par William Murdoch pour obtenir du gaz d'éclairage ne produisent qu'une fumée épaisse que l'on allume et qui prend le nom de gaz d'éclairage. L'espèce de poêle, ou fourneau portatif, dans lequel on introduit verticalement une cornue qui se pose sur un trépied de fer battu, qui envoie le gaz dans un condensateur divisé en trois compartiments superposés :
- l'un supérieur contenant de l'eau;
- l'autre au milieu contenant une solution de potasse caustique, composée d'environ deux parties de potasse et de seize parties d'eau, ou d'un mélange de chaux vive et d'eau, à la consistance d'une crème très légère;
- le troisième, au-dessous, restant vide pour recevoir le goudron que l'on soutire au moyen d'un robinet, pour que le gaz se rende ensuite dans le gazomètre, où il n'arrive qu'après avoir traversé une multitude de petits trous formés à un coude recourbé dans l'eau de la cuve et «où, plus sa surface était divisée, mieux le gaz se lavait et se purifiait[3].
Dans les usines à gaz ou les cokeries, les cornues sont des récipients cylindriques ou demi-cylindriques, en terre réfractaire, dans lesquels on charge une certaine quantité de houille. Les cornues sont chauffées au rouge cerise, dans des fours spéciaux en maçonnerie.
En sidérurgie
Le four Bessemer ou convertisseur Bessemer est une installation métallurgique capable de fournir des gros tonnages d'acier de qualité moindre à moyenne. Sa forme de cornue en verre le fait aussi appelé « cornue Bessemer ».
Dans le procédé Bessemer, de l'air soufflé traverse le bain de fonte dans toute son épaisseur. Il brûle le carbone de la fonte, le silicium, le manganèse, le phosphore. En brûlant, ces éléments fournissent la chaleur nécessaire pour maintenir liquide la fonte enfournée, alors que la température de fusion passe de 1250°C à 1600°C.
Dans le procédé Thomas, le revêtement de la cornue est un revêtement réfractaire de type basique à base de dolomie. Grâce à ce revêtement, il est possible de mettre de la chaux dans le convertisseur avant de charger la fonte. Celle ci se combine au phosphore. On récupère le laitier par décantation de la fonte. La scorie résultante est utilisée comme engrais. Les procédés Bessemer, et surtout Thomas, ont comme inconvénient que l'air injecté, contenant de l'azote, se combine au fer pour donner des nitrures qui rendent le fer cassant. L'azote emporte aussi de la chaleur dans l’atmosphère.
Dans les cornues LD (Linz et Donawitz), de l'oxygène pur est soufflé au dessus du bain. D'autres méthodes furent mise en œuvre qui améliorent les aciers produits. Le procédé LD-AC (Linz, Donawitz, Arbed et CRM), la chaux est fluidifiée dans le jet d'oxygène, etc[4]. Pour faciliter la pénétration de la lance dans la cornue et éviter que le réfractaire du bec, en tombant, ne bouche l'ouverture, ces convertisseurs ont un bec symétrique.
Notes et références
- « Si les charbons, au lieu de brûler à l'air libre, sont distillés dans des vaisseaux fermés , on peut recueillir à part toutes leurs parties constituantes. La portion bitumineuse se condense sous la forme de goudron, il s'en précipite, en même temps, un fluide aqueux mêlé d'une portion d'huile et d'ammoniaque. Une quantité considérable d'hydrogène carburé et d'autres gaz inflammables se dégagent, et laissent dans l'appareil distillatoire la base fixe du fossile, sous la forme d'une substance carbonacée appelée coke ». Dans M. Accum. Traîté pratique de l’Éclairage par le gaz inflammable, contenant une description sommaire de l'appareil et du mécanisme employés pour l'illumination des rues, des maisons et des manufactures. Librairie encyclopédique de Roret, 1816 (Consulter en ligne)
- Mémoires de la Société des sciences physiques et naturelles de Bordeaux. Gauthier-Villars, 1869 (Livre numérique Google)
- Désiré Magnier Nouveau manuel complet de l'éclairage au gaz, ou Traité élémentaire et pratique à l'usage des ingénieurs, directeurs, etc. LIBRAIRIE ENCYCLOPÉDIQUE DE FORET 1849 (Livre numérique Google)
- Robert Halleux. Cockerill. Deux siècles de technologie. Editons du Perron. 2002
