ACIERS PRODUITS EN DÉCARBURANT LA FONTE

Les fontes dont on se sert de préférence sont les fontes blanches manganifères (fontes aciéreuses, fontes miroitantes) ou des fontes griî^es qui, par l'addition de scories ti*ès-basiques, passent facilement à Tétat de fontes blanches. Ces fontes proviennent du traitement de minerais de fer spathiques manganifères.

Acier naturel, acier d'Allemagne. — Il se fabrique en traitant la fonte au charbon de bois dans des forges semblables à celles dans lesquelles s'opère Taffinage du fer. 11 y a également une grande analogie dans la conduite de l'opération ; seulement on modère davantage l'action du vent et des scories sur la fonte en fusion, on évite de soulever le métal déjà solidiûé pour le placer directement devant la tuyère et on a soin de le maintenir toujours suffisamment couvert de charbons.

La fonte en se décarburant se convertit en acier brut, qui con-

MET

aturcl.

stitueun gAtcau métallique (la loupe) qu'on divise sous le marteau en 4, 5 ou 6 massiaux triangulaires. On les étire successivement en barres d'acier brut, en se servant pour leur chaulTage de la chaleur de la forge même dans laquelle se fait une nouvelle translormation de fonte en acier.

Ilfaut environ 130 à 140 kilogr. de fonte pour produire 100 kilogr. d'acier brut en barres avec une consommation de 150 à 300 kilogr.de charbon de bois.

L'acier natm^el d'Allemagne, préparé avec les fontes miroitantes , qui entrent en fusion à une température peu élevée et qui s'épaississent rapidement sans être soumises à une oxydation trop énergique, doit à ces conditions des propriétés très-précieuses. 11 représente un acier très-fortement carburé, mais dont chaque molécule est, pour ainsi dire, enveloppée d'une mince pellicule ferrugineuse. Cette dernière rend l'acier naturel d'Allemagne parfaitement et facilement soudable, tandis que sa forte carburation permet de le chauffer trèsfortement, et un grand nombre de fois, sans lui faire perdre ses qualités aciéreuses et sans empêcher qu'à la trempe il acquière un degré de dureté suffisant.

Acier puddlé. — Le puddlage de Tacier se fait dans des fours à réverbère, dont la voûte est ordinairement plus basse que celle de ceux en usage pour le puddlage du fer.

Les conditions pour la bonne réussite de Topération sont : remploi de bonnes fontes et de fontes qui s'affinent d'une manière uniforme ; le choix judicieux des scories d'affinage qui doivent posséder la propriété d'être encore suffisamment fluides, même à une température pas trop élevée; la possibilité de rendre la flamme à volonté oxydante ou réductrice, de produire une très-haute température et de l'abaisser, pour ainsi dire, à un moment donné. (On emploie, à cet effet, des fours dans lesquels le

tirage peut être interrompu instantanément et complètement, et gui quelquefois possèdent deux foyers placés Tun devant Tautre.) Eufîn ime grande attention à saisir l'instant précis où Tacier prend nature pour en empêcher l'affinage ultérieur, le réunir en lopins et Télirer sous le marteau.

On opère de la manière suive^nte :

On établit sur la sole du four un bon lit de scories d'afïinage riches, basiques et aussi pures que possible, auxquelles on mélange souvent de vieilles tôles, de la battiture de fer et quelquefois même des fragments de minerais spathiques et manganifères. Sur ce lit, on place la fonte et on augmente la température de plus en plus. La fonte entre en fusion, réagit sur les scories et commence à s'afiiner. Lorsque l'affinage est suffisamment avancé, on ferme les registres, on projette dans Tintérieur du four de nouvelles scories facilement fusibles pour diminuer rapidement la chaleur ; on ajoute souvent entre les scories différentes matières oxydantes, du chlorure de chaux, du peroxyde de manganèse, des battitures, des minerais de fer carbonates et même du sel marin, du sel ammoniac, de i'argile, etc. On brasse très-fréquemment pour réunir les grains aciéreux, on ouvre de nouveau en partie le registre poiu» augmenter la chaleur, mais en ayant soin de n'avoir dans le four qu'une flamme bien claire et nullement fuligineuse. Pour cette même raison, il faut éviter à cette époque de charger la grille de nouvelle houille. On forme enfin des lopins qu'on étire successivement sous le marteau.

Production de Vacier par Voxydalion de la foule au moyen d'air insufflé (système Bessemer). — Nous en avons déjà fait mention plus haut en parlant de l'affinage de la fonte pour la convertir en fer.

Le procédé Bessemer, assez peu favorable jusqu'à ce jour lorsqu'il s'agit de la production du fer, paraît réussir beaucoup mieux depuis quelques années dans la fabrication de l'acier foudu doux, soudable , très- ductile et présentant ime très- grande force de résistance. On l'apphque sm-tout au traitement des fontes peu phosphorées et peu siUfureuses; mais qui, du reste, peuvent être assez fortement carbonées et même siliceuses, qu'on prépare au moyen d'hématites dans des hauts fourneaux à coke et à air chaud.

La transformation de ces fontes en acier s'opère, à Sheffield, depuis environ deux années de la manière suivante :

Les gueuses de fonte refondues ou finées dans un four à réver-

bère, sont coulées dans un appareil semblable à celui déjà décrit, mais présentant cependant quelques modiûcations importantes.

Il consiste en un grand cylindre, formé par l'assemblage de plaques de fer très-fortes et revêtues à l'intérieur d*un enduit épais d'une pierre siliceuse particulière , appelée ganister^ qui se rencontre dans les environs de Sheffleld, au-dessous de la houille.

L'appareil est suspendu de manière à pouvoir être incliné et même renversé sans la moindre difficulté.

A la partie supérieure se trouve l'ouverture par laquelle on introduit la fonte, et près du fond du cylindre sont fixées sept tuyères en terre réfractaire, percées chacune de sept petites ouvertures. L'air de la soufflerie, passant par l'un des pivots du cylindre, est conduit dans la boite à tuyère située au-dessous du fond, et se rend de là dans les tuyères, sous la pression d'un peu plus d'un kilogramme par centimètre carré.

Celte pression est plus que suffisante pour empêcher la fonte de s'introduire dans les tuyères.

Avant d'introduire la première charge de fonte, l'intérieur de l'appareil est porté à une très-haute température en le remplissant de coke incandescent et faisant fonctionner la soufflerie pendant un certain temps. On renverse alors le cylindre en le faisant pivoter sur ses axes, et on en fait tomber tout le coke.»

Après avoir ramené l'appareil dans ime position à peu près horizontale, on y fait couler la fonte en maintenant pendant tout ce temps la position horizontale, pour éviter que la fonte en fusion ne s'introduise dans les tuyères. Toute la charge de la fonte ayant été amenée dans l'appareil, on met en mouvement la soufflerie, et immédiatement après on ramène le cylindre dans la position verticale normale, avec l'ouverture à la partie supérieure. L'air à haute pression s'échappant par les 49 trous des tuyères est obligé de traverser toute la charge de fonte, à laquelle il imprime une agitation violente. Le silicium, qui forme toujours une partie constituante de la fonte, est oxydé en premier lieu et se transforme en acide sihcique; celui-ci se combine avec une certaine quantité d'oxyde de fer qui, prenant naissance en même temps par oxydation de quelques centièmes de fer, forme une scorie fluide de silicate ferreux. Une très-petite quantité de carbone se trouve également oxydée dans la même période. La chaleur,parsuile de ces réactions, s'élève continuellement jusqu'à ce que la presque tota- Uté du siUcium ait été oxydée, ce qui a lieu dans les douze pre-

33 GUAPITIŒ I. — FEB, FONTE ET ACIEK. MET

mîères minutes de l'opération. A partir de ce moment, le carbone de la fonte commence à se brûler en plus forte proportion , produisant d'abord une petite flamme, qui se développe cependant ayec tant de rapidité, qu'au bout de trois minutes la combudtion est devenue des plus intenses : le métal monte de plus en plus dans le cylindre, occupant quelquefois un espace double de son volume primitif, et dans cet état de boursouflement, il présente une surface énorme à l'action de l'air qui le traverse : toute la masse parait être un mélange intime de fonte et de feu.

Aussi le carbone est-il brûlé avec une si grande énergie qu'il se produit une série de petites explosions, à la vérité tout à fait inoffensives, qui projettent les scories fluides en quantité considérable, tandi£i qu'une flamme blanche volumineuse s'échappe de louverture de l'appareil, illuminant tout le bâtiment et servant, à Tceil exercé de l'ouvrier, d'indicateur très-sensible des différentes phases de transformation que subit la fonte.

En Suède, on arrête la soufllerie, et par conséquent l'oxydation du métal, lorsque le nombre de minutes écoulées depuis l'apparition de la flamme et l'apparence de cette dernière font connaître que la fonte est arrivée au point de transformation où elle est convertie en acier.

A ShefBeld, au contraire, on préfère dépasser ce point, et on continue le courant d'air jusqu'à ce que lacessation presque subite de la flamme brillante et volumineuse indique l'instant où la fonte est sur le point de se transformer en fer malléable. On ajoute alors au métal une petite, quantité exactement pesée de bonne fonte au bois, renfermant une proportion connue de carbone, et l'on peut ainsi produire à volonté un acier d'un degré déterminé de carburation.

On incline l'appareil en avant, et on arrête la soufflerie pour l'introduction de cette petite quantité additionnelle de fonte ; après quoi on reprend l'insufflation d'air, mais seulement pendant quelques secondes, probablement pour déterminer un mélange exact de toutes les parties de la masse.

On fait alors basculer l'appareil, et on laisse couler l'acier fondu dans une grande poche en fer suspendue à une grue. Cette poche, enduite partout d'argile réfraclaire, est percée d'une ouverture à la partie inférieure. Cette ouverture est fermée par ime soupape conique en terre réfractaire, qu'on peut manœuvrer facilement, et qui permet d'ouvrir et de fermer la soupape à volonté. Ayant transporté la poche avec l'acier en fusion qu'elle renferme au-

UI. — ^DICT. DB CHIMXB INDUSTRXBLLS. 8

il ET MÉTAUX USUELS. 34

dessus des moules, on soulève la soupape, et l'acier fondu s'écoule tout à fait exempt de scories en un jet vertical, tombant directement au fond des moules sans en toucher les parois.

Les moules sont légèrement coniques, de manière que le lingot d'acier, en se contractant, se détache spontanément et complètement des parois, et on les dispose en cercle correspondant au rayon de la grue.

. Par ce procédé, on peut convertir de 1 à 10 tonnes de fonte en acier fondu dans environ 30 minutes, et sans employer d'autre combustible que celui nécessaire pour opérer la fusion de la fonte, et pour chaufl'er l'appareil. En outre, toute l'opération n'exige presque pas de main-d'œuvre. Le déchet, en opérant sur des quantités restreintes de fontes anglaises, s'est élevé de 14 à 18 pour 100. En Suéde, où Ton faisait usage de fontes plus pures, et où la fonte était puisée directement du creuset du haut fourneau, le déchet, constaté exactement pendant une quinzaine de jours d'opérations contii^ues, ne s'est élevé qu'à 8 3/4 pour 100.

Le plus grand appareil actuellement construit est celui qui fonctionne à l'aciérie d'Atlas Sleel York, à Sheffield. Il peut convertir 4,000 kilogr. de fonte en acier fondu en 28 minutes, et avec un déchet de 10 pour 100. Nous devons pourtant ajouter qu'on n'est pas encore arrivé au point de pouvoir garantir le succès complet de toutes les opérations ; le nombre de celles qui sont plus ou moins manquées est encore assez considérable; mais celles qui réussissent sont assez nombreuses pour qu'il soit permis d'espérer que le procédé Bessemer se maintiendra, et prendra rang parmi les opérations les plus utiles et les plus favorables de la métallurgie du fer.

Production de V acier par l'oxydation de la fonte au ynoyen d'oxydes métalliques, (Procédés Uchatins, Mushet, etc.) — L'opinion généralement reçue depuis bien longtemps, que la fonte est du fer fortement carburé et l'acier du fer moins carburé, a dû susciter l'idée de convertir la fonte en acier ou même en fer, en la calcinant avec une proportion convenable d'un composé, pouvant céder de l'oxygène à une température élevée, sans nuire à la qualité du nouveau produit qui prend naissance.

L'oxyde dont l'emploi paraît le plus naturel, c'est l'oxyde ou le carbonate de fer. L'opération, connue sous le nom A*adov>cissage de la fonte, s'exécute de la manière suivante : On enveloppe les barres ou objets moulés en fonte avec l'oxyde de fer et on les soumet pendant un temps plus ou moins prolongé (2, 3 à 4 jours)

à une chaleur rouge pas trop intense. Le résultat, fonte malléable, est, suivant les circonstances ou la qualité de la fonte, une espèce de fer ou d'acier de qualité très-ordinaire.

On a conseillé d'employer de Toxyde de zinc à la place d'oxyde de fer, parce qu'il a l'avantage de laisser les pièces à adoucir parfaitement nettes, le zinc se volatilisant à mesure que Toxyde se réduit. On peut mieux graduer la décarburation, et on reconnaît facilement la fin de l'opération par la disparition des vapeurs de zinc, qui, dans des opérations en grand, peuvent être condensées pour regagner le zinc métallique. Il est bien évident qu'en procédant de cette manière les impuretés fixes de la fonte restent tout entières dans le produit, puisqu'il n'y a pas fusion.

Si l'on chauffe le mélange de fonte et d'oxyde de fer ou de manganèse dans des creusets de manière à obtenir la fusion du produit, ce dernier peut être beaucoup plus pur, puisque les impuretés i)euvent passer dans les scories, à l'état de silicates, phosphates, etc.

Mais on rencontre ici l'inconvénient d'avoir les creusets trèsfortement attaqués par ces scories, et en outre on n'est jamais entièrement sûr de la qualité du produit. On a souvent obtenu par ce procédé d'excellents aciers, mais très-souvent aussi l'acier produit était de qualité inférieure et très-variable quant à sa dureté et à sa ténacité.

D'après le procédé Uchatins, on commence par grenailler la fonte aciéreuse (qu'U faut choisir la moins siliceuse, sulfurée et phosphorée possible). On mélange 100 parties de grenaille, 20 de fer spathique pur et 1 à 2 de peroxyde de manganèse, et on fond le tout dans im creuset au rouge blanc. On coule enfin l'acier fondu dans des lingotières.

On a trouvé avantageux d'augmenter dans ces mélanges un peu la proportion d'oxyde de fer ou de manganèse et d'ajouter en même temps une matière carbonée (charbon animalisé ou azoté, goudron, prussiate de potasse).

Lorsqu'on refond de la rocaille d'acier (bouts de barres, vieilles hmes, limaille d'acier), on ajoute ordinairement un peu d'oxyde de fer, de manganèse et 2 à 3 pour 100 de carbone; quelquefois aussi un peu de verre ou de borax pour obtenir ime scorie plus fluide, absorbant mieux les impuretés des matières premières.