The grate bars are pieces made of special iron forming the bottom of the fireplace where the coal burns. They are exposed to extreme heat and must perform several functions.
Parce qu'il n'y a pas de détails laissés au hasard sur les locomotives, les barreaux de grille ne sont pas de simples bouts de ferraille alignés mais des dispositifs soigneusement étudiés.
En effet, ces barreaux sont exposés à une température d'environ 1200°C sur le dessus et seulement à la température ambiante en dessous. Cela est suffisant pour causer des déformations alors que les barreaux sont sensés former un plan plutôt lisse pour faciliter l'étalement du charbon.
Because there is no details left to random on the locomotives, the grate bars are not simple in-line bits of steel but rather carefully designed items.
Indeed, these bars are exposed to a temperature of approximatively 1200°C on the top side, and only at ambiant temperature on the lower part. It is enough to cause distortions while the bars are ment to form a rather flat surface to ease spreading the coal.
La déformation peut également être causée par une conduite inadéquate du feu, soit par une chaleur excessive, soit par une exposition non souhaitable à de l'air froid. Quand les barreaux sont très chauds et que charbon est retiré de la grille pour arrêter la production de vapeur, l'air refroidit les barreaux trop rapidement et de manière inégale, ils se déforment. Le profil qui présente plus de matière en haut qu'en bas fait que la dilatation n'est pas la même partout et des tensions internes se créent dans la matière, créant d'autres déformations.
Distortion may also be caused by an improper lead of the fire, either by excessive heat, either by an unwanted exposure to cold air. When the bars are very hot and the coal is withdrawn form them to stop steam production, the air cools down the bars too fast and unevenly, they distort. The profile that shows more matiere on top than downside makes the dilatation to be different through it and internal tensions are created inside the material, causing more distortion.
Le profil des barreaux est établi de sorte à faciliter le passage de l'air tout en assurant leur maintien en place. Selon les versions, ce profil peut privilégier la résistance à la déformation par une hauteur plus importante, ou le passage de l'air par une forme aérodynamique. Le tirage est plutôt mauvais à froid et l'apport en air frais dans le foyer est particulièrement important. Le profil des barreaux présente des bossages latéraux pour leur donner un écartement minimum qui garantit le passage d'air minimum. En cas de déformation, le passage peut être réduit ou au contraire trop grand, avec perte de combustible et refroidissement localisé.
The bars profile is designed as to facilitate the airflow while insuring they keep in place. According to versions, this profile may privilege the resistance to distortion by a more important height, or the airflow by an aerodynamic shape. The natural draught is rather bad when cold and fresh air supply in the fireplace is of paramount importance. The bars profile shows some side protrusions to give minimum separation distance insuring minimum airflow. In case of distortion, the passage may be reduced, or on the contrary too large, with loss of coal and localized cooling.
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| A gauche: profil résistant à la déformation, à droite: optimisé pour le débit d'air Left: profile resisting to distortion, right: optimized for airflow |
Les dimensions sont évidemment variables selon la taille du foyer et offrent suffisamment de jeu pour compenser la dilatation et laisser un espace d'où les cendres pourront être évacuées facilement. L'accumulation de cendres et de mâchefers doit en effet être évitée pour que les barreaux puissent se dilater librement sans forcer sur le cadre du foyer, cela freine un peu leur déformation. Ce nettoyage fait partie des premiers préparatifs que le chauffeur doit exécuter le matin avant l'allumage, et c'est parfois un exercice pénible quand la machine est encore chaude de la veille: le foyer est entouré d'eau chaude et la masse métallique est alors difficile à toucher alors qu'il faut bien nettoyer partout en passant le bras jusqu'à l'épaule...
Les barreaux sont simplement posés sur deux fers plats solidaires du cadre inférieur de la boîte à feu. Quand ils sont tous en place, ils ne peuvent pas tomber mais ont suffisamment de place pour se dilater et même pour être légèrement secoués par le chauffeur qui veut évacuer des cendres et mâchefers pour activer son feu.
The dimensions are of course variable according to the fireplace size and offer enough room to compensate the dilatation and keep a space from where the ashes and clinker could be evacuated easily. Accumulation of ashed and clinker must indeed be avoided for the bars to axpand freely without forcing on the fireplace frame, it slows their distortion a bit. This cleaning is part of the first preparations the fireman must perform the morning prior to lighting, and it is sometimes a painful job when the machine is still hot from the day before: th;e firebox is filled with hot water and the metal mass is then difficult to touch while it is required to clean everywhere with the arm inserted up the shoulder...
The bars are simply laid on two flat irons attached to the firebox lower frame. When they are all in place, they can not fall down but have enough room to expand and even to be slightly shaken by the fireman who wants to get rid of ashes and clinker to activate the fire.
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La matière première est probablement de la simple fonte à l'origine, c'est maintenant une fonte plus élaborée, enrichie au chrome, pour améliorer sa résistance à la chaleur. Cela ne fait que retarder l'usure des barreaux, celle-ci est inévitable tant les conditions sont extrêmes à cet endroit. Par usure, on entend moins l'usure mécanique que l'usure chimique. Le frottement du charbon et du croc pour l'étaler ne sont pas suffisants à eux seuls pour expliquer la disparition des arrêtes. L'usure chimique, vient du fait que le métal porté au rouge est beaucoup plus sensible à la contamination par les gaz de combustion. Il se produit alors des échanges moléculaires qui changent la nature du métal et le rendent friable en surface. Dès lors, une action mécanique comme l'étalement du charbon avec le croc enlève de petites écailles. Au bout d'un certain temps les barreaux sont passablement usés et leur résistance diminue en conséquence.
Le phénomène est irréversible, on ne peut ni le freiner ni le stopper, seule l'usage d'alliage le plus résistant permet d'obtenir une durabilité acceptable. Les barreaux de grille sont des pièces d'usure au même titre que les sabots de frein.
The original raw material is probably simple iron, it is now a more elaborated iron, enriched with chrome, to improve its resistance to heat. It only delays the wear of the bars, this wear remains inevitable due to the so harsh conditions there. By wear, we mean less the mechanical wear than the chemical wear. The rubbing of the coal and the hook to spread it are not enough to explain the removal of edges. The chemical wear comes from the fact the red hot metal is more sensible to contamination by combustion gases. Then molecular echanges happen, changing the nature of the metal and make it brittle on surface. Since then, a mechanical action as the spreading of coal with the hook removes some little scales. At some point, the bars are significantly worn out and their strength diminishes accordingly.
The phenomenon is irreversible, we can not slow it nor stop it, only the use of a more resistant alloy gives a more acceptable durability. The grate bars are expandable like the brake shoes.
Nos barreaux sont très déformés et corrodés, ils ont fait leur temps. Ils ne seront renouvelés que lorsque nous aurons pu remplacer la chaudière. Par contre, on en fera un modèle en bois pour le jour où l'on en fera faire en fonderie. Ce sont des pièces d'usure qu'il faut remplacer de temps en temps, lorsque c'est nécessaire.
Our bars are very distorted and corroded, they did their time. They will be renewed only when we could replace the boiler. However, wer will make a wooden model for the day we will have some made by a foundry. These are expandables that must be replaced from time to time, when necessary.
En bonus, une vidéo où Edgard nous montre les barreaux en question et les remet en place dans le foyer.
Bonus: a video where Edgard show us the said bars and replace them in the fireplace.
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