HAUT FOURNEAU

Nous croyons inutile d'entrer dans de grands détails sur les diJBTérents systèmes de hauts fourneaux (à coke, à houille, au charbon de bois, à air froid ou à air chaud, avec prise des gaz combustibles ou à gueulard ouvert), sur leur construction, leur mise en train, etc., parce que pour en avoir des notions suffisam-

MET

jnent exactes et utilisables, il faudra toujours avoir recours à des traités spéciaux sur la métallurgie du fer.

Les flg. 385 et 386 représentent un haut fourneau au coke, alimenté d'air surchauffé.

Fig. 385. — Coupe d'un haut fourneau au coke alimenté par l'air aurchauffé.

La partie supérieure ou gueulard est complètement fermée par un cône en fonte mobile a pouvant s'appliquer exactement contre la circonférence la plus petite d'un tronc de cône renversé, également en fonte, dont la circonférence la plus large s'appuie sur les parois du haut fourneau. Pour introduire les charges de minerai, de combustible et de castine dans le gueulard^ on abaisse le cône, et les matériaux glissant le long de sa surface viennent tomber contre les parois de la cuve C, nom que porte la capacité intérieure comprise entre le gueulard et le ventre d, c'est-à-dire la base la plus large de ce tronc de cône. Le tronc de cône renversé, placé au-dessous, s'appelle les étalages e; puis vient Vouvrage f qui s'étend depuis lesétalages.jusqu'aux tuyères m. Enfin la partie inférieure forme le creuset loix se rassemble la fonte. Ce creuset est allongé et s'avance vers le devant du haut fourneau où se trouve Vembrasure du travail k. Cette partie antérieure du creuset se nomme Vavant<reuset g, qui est fermé par un petit mur incliné

recouvert d'une plaque de fonte ou d'dme /i, par-dessus laquelle s'écoulent les laitiers.

Une partie des gaz combustibles est conduite dans un four à sur-

Fig. 386. — Plan du haut fourneau au coke (fig. 385).

chauffer l'air G, où, brûlés par une soufflerie puissante, ils servent à échauffer Tair qui traverse des tuyaux en fonte avant d'arriver aux tuyèreSy par lesquelles il est chassé dans le haut fourneau.

La hauteur des hauts fourneaux est très-variable (de 10 à 20 mètres). Elle doit être d'autant plus grande, que le combustible est plus compacte et le minerai plus dificile à fondre.

Examinons maintenant les réactions qui s'opèrent dans Tintérieur du haut fourneau. La charge déversée dans le gueulard passe d'abord dans la zone d'échauffement ou de distillation (120-300® cent.); elle perd de l'eau, de l'acide carbonique et peut-être un peu de soufre. En descendant elle arrive dans la zone de réduction (400-600®). L'oxyde ferrique passe successivement sous l'influence des gaz réducteurs à l'état de (Fe'0*,FeO), puis (Fe'0*,Fe*0'), puis (l'eO), et se convertit enfin en fer métallique. En même temps, les composés oxydés du soufre et du phosphore se réduisent et donnent naissance à des sulfures et phosphures métalliques; les ox\'des supérieurs du manganèse se réduisent à l'état d'oxyde manganeux.

En descendant davantage, le fer arrive dans la zone de carburation (qui occupe le ventre et les étalages du haut fourneau). En contact 'avec les gaz carbures et le charbon, probablement aussi sous l'influence du cyanogène, le fer se carbure de plus en plus. Cette action est favorisée par le ralentissement de la descente provenant du fort rétrécissement des étalages à partir

du ventre. Les matières siliceuses et terreuses, se fondant, commencent aussi à réagir les unes sur les autres pour donner naissance à des silicates plus ou moins basiques.

En arrivant dans la zone de fusion, les scories et le fer carburé entrent en fusion complète, et la séparation a lieu en vertu de la différence de densité de la fonte et des silicates terreux. Si dans Touvrage la température n'est pas beaucoup plus élevée que le point de fusion du carbure, Fe*G, point qui est à peine supérieur à celui où k silice commence à être réduite pour donner naissance au silicium, il en résulte que ce carbure, Fe*C, n'est guère altéré et qu'on obtient dans le creuset de la fonte blanche non graphiteuse ou très-peu graphiteuse ; dans ce dernier cas, Télimination du graphite est due au déplacement du carbone par ime petite quantité de silicium.

Si, au contraire, la température devant les tuyères est trèsélevée, le carbure, Fe*C, est décomposé ; il perd la moitié de son carbone à Tétat de graphite et se réduit en Fe*C ; en même temps, il y a absorption de silicium, souvent en quantité très-notable. Le résultat est donc la fonnation de fonte grise qui se rassem^ ble dans le creuset.

EMPLOI DE l'air SURCHAUFFÉ.

En alimentant le haut fourneau d'air surchauffé, les charges descendent plus lentement, parce qu'avec une même section de tuyères et une même pression on y lance un poids d'air moins grand quoique le volume soit plus considérable. En effet, les quantités d'air écoulées sont directement proportionnelles aux vitesses qui, elles-mêmes, sont inversement proportionnelles aux racines carrées des densités. L'air chauffé à 267° cent, n'ayant pas la moitié de la densité de l'air à 0**, les vitesses d'écoulement sont = K2:k^îou = l,41 : 1,0.

n en résulte, si la même quantité d'air chaud doit être lancée dans le haut fourneau, qu'il faut en augmenter la pression ou agrandir l'ouverture des tuyères.

L'emploi de l'air surchauffé a pour effet d'augmenter considérablement la température dans l'ouvrage, ce qui se reconnaît à la fluidité des scories, à la nature de la fonte, à l'éclat devant les tuyères, et permet de diminuer la proportion des fondants et du combustible. On observe en même temps que la cuve reste plus froide. Cet effet, en apparence anormal, provient de ce que la chaleur se concentre dans un plus petit espace. Le combustible y

brûle plus complètement; tout Toxygène est absorbé et il n'y a pas de combustion dans les couches supérieures.

Au contraire, Tair froid lancé dans le haut fourneau est obligé de s'échauffer d'abord aux dépens des matériaux qu'il rencontre ; la zone de combustion devient, par là même, plus étendue, et il peut même arriver qu'une partie de Toxygène y reste libre et ne se combine que plus haut avec le combustible, qui, dans ce cas, est consumé en pure perte.

L'économie de combustible, par suite de l'emploi de l'air surchauffé, a été trouvée de 15 à 20 pour 100 pour les hauts fourneaux au charbon de bois, de 40 pour 1 00 et même de 70 pour 100 pour ceux au coke et surtout pour ceux à la houille. L'emploi direct de la houille n'est même possible qu'à la condition d'employer l'air chaud. En outre, la production de la fonte dans un temps donné peut augmenter de près de 50 pour 100, parce que la fusion s'opère plus rapidement; la marche du fourneau est " plus régulière, la fonte se sépare plus facilement des scories, des accidents sont moins à redouter et l'on peut traiter des minerais de qualité inférieure.

Mais à côté de ces avantages il se présente aussi des inconvénients. La fonte fondue à une très-haute température se combine plus facilement avec de fortes proportions de silicium, de phosphore, d'aluminium, de calcium, de magnésium, et devient par là même moins apte à fournir par l'affinage un fer nerveux et de bonne qualité. En outre, les objets moulés avec une pareille fonte sont très-cassants, de structure inégale et, par suite, se contractent très-irréguUèrement.

Nous nous empressons cependant de faire observer qu'à la faveur de cette haute température on parvient souvent à éliminer im corps nuisible par l'autre. C'est ainsi, par exemple, que le silicium élimine le carbone, de manière qu'une fonte blanche non siliceuse peut parfaitement contenir jusqu'à 5 pour 100 de carbone, tandis qu'il est bien rare qu'une fonte siliceuse en renferme plus de 3 pour 100 ; d'un autre côté, la présence du soufre et du phosphore est un obstacle à l'absorption du silicium, et Ton a déjà observé que le soufre et le silicium s'éliminaient mutuellement de la fonte à l'état de sulfure de silicium.