IIL— PRODUCTION DU FER.— AFFINAGE DE LA FONTE

La conversion de la fonte en fer ou l'affinage est une opération à la fois chimique et mécanique. L'opération chimique se fonde principalement sur les deux réactions suivantes :

Action de l'oxygène de l'air sur la fonte amenée à l'état semiliquide ;

Action de scories d'affinage, c'est-à-dire de silicates ferreux très-basiques sur la fonte à une haute température.

Lorsqu'on soumet la fonte, amenée à Tèlat de fusion, à l'action de l'air, l'oxydation est plus ou moins énergique selon que la fonte se présente à l'état de liquide très-fluide ou de liquide épais et pâteux. Dans le premier cas, qui est celui de la fonte

i7 CHAPITRE I.~FER, FOiNTE ET ACIER. MET

grise, la surface du liquide est seule exposée à Pair et s'oxyde. Pour que Toxydation se communique à toute la masse de la fonte, il serait nécessaire de la remuer continuellement pour renouveler les surfaces, travail très-long, très-fatigant et qui serait la cause d'un déchet très- considérable et d'une dépense de combustible extrêmement forte. Si, au contraire, la fonte, comme cela a lieu pour la fonte blanche, au moment où elle entre en fusion, se présente à l'état pâteux, alors elle offre à l'air une masse poreuse, dont la surface est très-grande, qui se laisse aisément pénétrer par l'oxygène, qui s'oxyde sur un grand nombre de points à la fois et qui, en outre, est maniée et travaillée avec assez de facilité. L'oxydation a pour effet de transformer le carbone en acide carbonique ou oxyde de carbone, le silicium en silice, le soufre en acide sulfureux, le phosphore en acide phosphorique, le manganèse, l'aluminium, le calcium en oxydes manganeux, aluminique et calcique, enfin le fer lui-même s'oxyde et passe à l'état d'oxyde ferreux. Les composés qui prennent ainsi naissance ne restent pas isolés, mais réagissent les uns sur les autres. La silice se combine aux bases produites pour former des scories, des silicates de manganèse, d alumine, de chaux et de fer. Observons bien que les trois premiers silicates, ainsi que le sihcate ferreux peu basique, sont irréductibles par le carbone à la chaleur des feux d'afifinerie. Ces silicates sont fusibles, mais l'oxydation continuant et le ffer se trouvant en très-grand excès, il en résulte qu'il se forme une quantité de plus en plus considérable d'oxyde ferreux ; le silicate ferreux devient de plus en plus basique et en même temps de moins en moins fusible. Pour le maintenir en fusion, il faut élever la température; mais alors se passent des phénomènes qui ne sont pas moins importants que ceux dus à l'action de l'oxygène de l'air sur la fonte.

Le silicate ferreux sexbasique (SiO',6FeO) renfermant 17,4 de silice et 82,6 d'oxyde ferreux, mis en contact avec du silicium, fait passer celui-ci à l'état de silice aux dépens de l'oxygène de l'oxyde ferreux qui se réduit en fer métallique.

Si -f 2 (SiO», 6 FeO) = 3 (SiO', 3 FeO) -f 3 Fe. Dans les mêmes ch-con stances, le carbone passe à l'état d'oxyde de carbone.

3 G -1- SiOS 6 FeO= 3 CO -f SiO», 3 FeO -f 3 Fe.

Le soufre, le phosphore, l'aluminium, le manganèse et le calcium exercent ime action analogue.

m. — DICT. DB CHIMIE INOUSTAIBLLB. %

MET MÉTALX tSLKLS. 18

On comprend niaiuteuaut ce qui se passe lorsque la fonte non oxydée se trouve en présence de silicate ferreux sexbasique (qui constitue la partie essentielle de la scorie d'affinage proprement dite), à une haute température. La fonte renfermant du carbone, du silicium, etc., ces corps réagissent sur le silicate de fer basique ; il se dégage de Toxyde de carbone qui occasionne un bouillonnement assez vif dans la masse ; le silicium passe à Tétat de silice; le fer réduit du silicate vient s'ajouter au fer de la fonte, et la scorie étant rendue moins basique est aussi devenue plus fusible . Le fer, débarrassé de silicium et de carbone, ayant un point de fusion de beaucoup supérieur à celui de la fonte, devient en même temps infusible ; il se sépare de la scorie sous forme de grains solides, et ces grains, possédant la propriété de se souder, ne tardent pas à s'agglomérer et à se réunir en une masse encore poreuse et imprégnée du laitier liquide ; mais sous l'action d'appareils de cinglage, de lourds martinets ou de cylindres, les particules du fer sont resserrées et soudées complètement, en même temps que le laitier en est exprimé et chassé.

Dans ce qui précède, on n'a pas tenu compte de l'influence du combustible avec lequel on chaufl'e la fonte et les foyers à foui-s d'afiinage. Lorsqu'on affine au charbon de bois, celui-ci est directement en contact avec la fonte et les scories. Si, d'un côté, Tair insufflé dans les forges produit l'oxydation de la fonte, le charbon et Toxyde de carbone peuvent à leur tour exercer une influence carburante et réductrice. Mais cette dernière ne peut agir que sur l'oxyde ferreux ou le silicate ferreux très-basique qu'elle tend à i^amener constamment à l'état de fer, tandis qu'elle est al)solument sans action sur la silice, les oxydes manganeux, aluminique et calcique, qui, une fois oxydés, sont irréductibles dans ces circonstances. Les alcalis et terres alcalines qui constituent les cendres du charbon de bois contribuent également à favoriser Tèlimination de la silice, du soufre et du phosphore.

On comprend d'après cela que l'affinage au charbon de bois puisse fournir avec des fontes convenables des fers très-purs et de qualité supériem'e.

Dans les fours à flamme (fours à puddlcr) chaufl'és à la houille, la fonte n'est pas directement en contact avec le combustible, qui, d'ailleurs, à cause des impuretés de ses cendres, ne contribuerait guère à l'amélioration du produit. Dans ces fours, on peut rendre la flamme plus ou moins oxydante ou réductrice; mais son action est beaucoup moms directe que dans les forges. Aussi, dans ces

19 chapithe i. — fer, fonte et acier. MET

dernières, est-ce ToxydaLion par le courant d'air qui joue le rôle pilncipal, tandis que dans les fours à puddler, c'est la réaction entre la fonte et les scories d'affinage qui constitue le phénomène le plus important.

Ce que nous venons de dire de la nature tantôt oxydante, tantôt réductrice et carburante de la flamme, permet de comprendre comment, dans les forges calalanes ou biscaïennes, Ton peut produire directement du fer au moyeu de minerais Irès-purs, trèsriches et facilement réductibles.

Dans ces forges (qui, malgré Texcelleuce du fer qu'elles pro* duisent, sont abandonnées de plus en plus parce qu elles n'oflïent qu'un rendement très-faible, tout en exigeant une énorme consommation de charbon de bois), les minerais sont d'abord réduits et carbures au moyen d'un feu très-réducteur et convertis en une espèce de fonte très-aciéreuse ; cette dernière est ensuite décarburée et affinée en la soumettant simultanément à un courant d'air oxydant et à l'action du minerai non encore complètement réduit.