AFFINAGE DANS LES FOURS A RÉVERBÈRE, PUDDLAGE DU FER

Le four à i^uddler (fig. 390) se compose essentiellement du foyer A qui doit être sufiisamment grand pour produire ime température très-élevée, du four proprement dit B, auquel on a accès par une ou deux portières D et de la cheminée G, qui doit pouvoir être fermée hermétiquement par un registre.

La sole du four et les parois peuvent être en maçonnerie (fours pleins), ou bien en fonte ou en fer, soit en une pièce, soit formés par l'assemblage de plusieurs pièces (fours à air ou à bouillonnement). Pour empêcher que le métal ne soit promptement détérioré par la haute température du four, on y ménage des canaux à travers lesquels on fait circuler de Tair froid ou même de Teau qui refroidissent constamment la fonte ou le fer.

Les fours à air consomment plus de combustible, mais exigent, par contre, bien moins de réparations.

La fonte à puddler ne doit jamais être en contact direct avec la sole; à cet effet, on commence toujours par la recouvrir d'un lit de scories d'affinage, de battiture de fer, de vieille ferraille et de sornes de feux d'affinerie. On donne un bon coup de feu pour

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Fîg. 390.— Four à puddler.

réunir tous ces matériaux, qu'on égalise ensuite de manière à former un lit de 8 à 12 centim. et même plus, d'épaisseur.

Le four étant trés-chaud, on y introduit de 150 à 250 kilogr. de fonte. Quand la fusion commence, on ferme le registre, on ajoute de la battiture de fer ou des scories riches et Ton remue jusqu'à ce que les scories recouvrent le métal. On lève ensuite le registre et on augmente le plus possible la température. Le silicium, le carbone, etc., s'oxydent, soit par le courant d'air, soit plus encore par la réaction entre la fonte et les scories basiques. Il se dégage de l'oxyde de carbone en quantité, qui produit un fort bouillonnement et fait gonfler et soulever les scories.

A mesure que le fer s'affine, le bouillonnement diminue. Le fer étant devenu demi-solide et d'un blanc éclatant, on le retourne, on le roule, on l'expose près de l'autel, à l'endroit le plus chaud du four, et on finit par en former des balles ou loupes du poids d'environ 25 à 30 kilogr., qu'on sort enfin et qu'on cingle pour en exprimer les scories.

Lorsque tout le fer est sorti du four, on laisse écouhn- les scories et on recharge. Le traitement d'une charge se fait eu 1 3/4 à 2 1/2 heures. En 24 heures on peut traiter de 1,300 à 2,000 kilogr. de fonte. Pour 1 ,000 kilogr. de fonte, on brûle de 700 à 1,200 kilog. de houille et Ton obtient 885 à 940 kilogr. de balles ou loupes qui fournissent 750 à 820 kilogr. de fer en bandes.

La conduite du four à puddler est susceptible de dift'érentes variations (par le puddlage à Peau, dans lequel on maintient la fonte à l'état de demi-fusion, en l'arrosant de temps à autre avec de l'eau; on remue constamment jusqu'à ce que le ferait pris nature, en cherchant à maintenir dans le four une flamme oxydante; on donne enfin un bon coup de feu pour procéder à la formation des balles). On s'est bien trouvé de l'injection de vapeur d'eau, surtout de vapeur surchauffée à la surface du métal en fusion. Elle rend de bons services lorsqu'on afiine des fontes très-impures, sulfureuses, phosphoreuses, etc. Au lieu de vapeur d'eau, on lance aussi quelquefois avec force une nappe d'air surchaufTé sur la fonte en fusion.

Pour le chauffage , on peut substituer avec avantage à la houille les gaz des hauts fourneaux ou des gaz combustibles, produits expressément dans des fours générateurs de gaz, qui permettent d'utiliser même des combustibles de qualité inférieure. La combustion de ces gaz est obtenue au moyen d'un courant d'air surchauffé. {Puddlage au gas.)

Or aioiUe quelquefois à de la fonte impure l pour 100 de son poids d'un mélange de 2 parties de peroxyde de manganèse, 3 parties de sel marin, et 12 parties d'argile, au moyen duquel on doit obtenir un fer plus nerveux et de meilleure qualité.

AFFINAGE PAR IJSSUFFLATION d'aIR DANS LA FONTE. PROCÉDÉ RESSEMER.

Dans ces dernières années, un nouveau procédé d'affinage, dit affinage sans combustible, mis en avant, étudié et suivi avec persévérance par Bessemer, mais revondiqué ép^alement par Martier, Nasmyth, Avril et autres, a produit une très-grande sensation, non-seulement parmi les métallurgistes, mais encore parmi les hommes de science.

Le principe de ce procédé est très-simple. Il repose sur la haute température développée par la combustion du fer au contact de Toxygéne de l'air atmosphérique. Tout le monde connaît Texpérience classique de la combustion d'une spiralede fer ou d'acier daM une cloche remplie d'oxygène ; on sait que les globules d'oxyde de fer qui en résultent et qui tombent goutte à goutte possèdent une chaleur telle, qu'ils traversent une couche d'eau et viennent néanmoins encore s'incruster assez profondément dans le verre formant le fond du flacon rempli d'oxygène. La cause de cette haute température est facile à comprendre. Le fer en brûlant développe, aussi bien que le carbone et Phydrogène, une température élevée ; mais le produit de la combustion du fer étant un corps solide, toute la chaleur développée est accumulée dans ce produit; tandis que les produits de la combustion du carbone (oxyde de carbone ou acide carbonique) et de l'hydrogène (vapeur d'eau) étant des corps gazeux, une bonne partie de la chaleur développée devient latente et est employée à maintenir ces produits à l'état de gaz ou de vapeur.

On peut maintenant aisément se rendre compte de ce qui arrive, lorsqu'on insuffle avec force un rapide courant d'air dans de la fonte liquide et assez chaude pour que la combustion ait lieu immédiatement. Les éléments de la fonte, le carbone, le silicium et surtout le fer éprouvent une véritable combustion. Il en résulte de l'oxyde de carbone, de la silice et un excès d'oxyde de fer. La chaleur développée par la combustion s'accumulant dans le métal en fusion et dans les scories nouvellement formées, la température devient rapidement excessivement élevée, ce qui d'un côté favorise encore la combustion, et d'un autie côté produit une

MET

violente réaction entre les produits déjà oxydés et le reste de la fonte non encore altérée. Cette dernière s'affine rapidement dans ces ci rconstances et se transforme en fer. Mais la chaleur est tellement intense que le fer, au lieu de rester solide ou pâteux, entre luimême en fusion complète; il devient parfaitement liquide et fluide, et se laisse couler et mouler comme de la fonte. Toute l'opération s'achève dans un temps excessivement court (l'affinage de 300 kilogr. de fonte prend un peu plus de 15 minutes), et si Ton se sert de fonte puisée directement dans le creuset du

haut fourneau, l'affinage s'exécute sans la moindre dépense de combustible; en outre, Ton peut couler le fer dans des moules et lui donner de premier jet des formes qu'il serait difficile et quelquefois impossible d'exécuter au moyen du forgeage et sans recourir au soudage et à l'assemblage de plusieurs pièces de fer séparées.

Ce genre d'alïinage s'exécute dans des appareils semblables à celui que nous allons décrire (fig. 391).

Il se compose d'un petit cubilot t/, cylindrique construit en matériaux les plus réfractaires possible, de 1 mètre de hauteur sur 55 centini. de diamètre intérieur. Le dôme e peut être soulevé pour l'introduction de la fonte liquide et il porte une ouverture par laquelle s'échappent les étincelles.

Le fond est uni et incliné en avant vera l'ouverture 6, par laquelle ou fait écouler, après l'opération, le fer liquide et les scories.

Autour du cubilot se trouve un gros tuyau en fonte a d'où partent des tuyaux en fer plus petits c, par lesquels l'air pénètre dans l*intérieur du cubilot à une petite distance du fond, et dans

Fig. 891.

- Affinage par le procédé Bessemer.

une direction un peu excentrique pour donner à la fonte liquide un mouvement de rotation très-rapide.

On commence par remplir le cubilot de charbons allumés, dont on entretient la combustion très-active, jusqu'à ce que les parois et tout l'intérieur aient acquis une température très-élevée. On nettoie bien exactement la sole, on ferme l'ouverture b et on verse 300 à 400 kilogr. de fonte liquide dans Tintérieur. Il faut donner le vent un peu avant ou au moment d'introduire la fonte, pour empêcher que les ouvertures c ne soient bouchées. La pression de l'air insufflé doit être telle, qu'elle puisse vaincre facilement la pression de la colonne de fonte liquide (1/3-2/3 d'atmosphère).

Au bout de deux minutes déjà la réaction devient apparente. La fonte se boursoufle considérablement, des gerbes d'étincelles s'échappent violenunent de l'ouverture supérieure et bnllentavec une flamme jaunâtre brillante. Peu à peu (au bout de 10 minutes) elles prennent une teinte bleuâtre et le boursouflement diminue.

Lorsque les étincelles et la flamme reprennent la teinte jaunâtre, l'opération est terminée. On débouche b et on laisse écouler le fer fondu qui est d'un rouge blanc des plus éclatants et parfaitement fluide.

n est extrêmement important, pour des opérations suivies, de pouvoir déterminer exactement le volume d'air lancé dans le four afin de pouvoir arrêter l'oxydation au moment le plus favorable et de n'employer que la quantité que l'expérience aurait appris être la plus convenable.

Nous avons indiqué les avantages du procédé Bessemer, mais en voici aussi les graves inconvénients :

La séparation complète du fer et des scories est très-difficile, et il en résulte qu'il est rare d'obtenir un fer homogène et sans défauts ; la perte de fer à l'affinage (par suite de la formation d'oxyde et de scories) est extrêmement considérable et trois à quatre fois plus forte que dans les méthodes d'afRnage ordinaires. Enfin, le fer est presque toujours cristallin, à grandes facettes, cassant à froid et à chaud, sans ténacité, peu ductile et présentant tous les défauts du fer brûlé. Même lorsqu'on a pu l'étirer ou le marteler, il a été difficile de le rendre nerveux et tenace.

En outre, les fours, à cause de la haute température qu'ils ont à supporter, se détériorent très-rapidement et exigent de fréquentes réparations.

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Les grandes espérances que le procédé Bessemer avait fait naître n'ont donc été réalisées que très-imparfaitement.

Une des causes du non-succès du procédé Bessemer, lorsqu'il s'agit d'affiner des fontes ordinaires et impures, provient de ce qu'il est incapable d'éliminer le phosphore et le soufre de la fonte dont il oxyde parfaitement le carbone et le silicium. On obtient donc des fers riches en phosphore et soufre et possédant toutes les mauvaises qualités dues à la présence de ces deux métalloïdes.

Les résultats sont incomparablement meilleurs lorsqu'on affine des fontes aciéreuses très-pures, fontes qui, riches en manganèse, en carbone et même en silicium, ne renferment que des traces de soufre et de phosphore. Mais ces fontes se prêtent en même temps admirablement A la préparation de Tacier, et, en leur appliquant le procédé Bessemer, il suffit d'interrompre l'injection d'air lorsque le silicium est éliminé et le carbone ramené à la proportion convenable pour que le produit soit un acier fondu trés-utilisable et dont la préparation est peu coûteuse. Aussi la fabrication de l'acier ordinaire, d'après ce procédé, est-elle essayée en Suède sur une très-large échelle, et, d'après les derniers renseignements, avec un succès incontestable.

Nous croyons utile de donner la description d'un autre four (fig. 392) pour l'affinage de la fonte, inventé par Bessemer, parce

Fig. 399. — Four rotatif pour Taffinage du fer.

qu'il présente des dispositions ingénieuses qui pourront être

utilisées dans d'autres opérations industrielles et métallurgiques.

Ce four se compose de trois parties, dont l'une, la cheminée C,

Vi CHAPITRE I.— FER, FONTE ET ACIER. MET

est fixe, tandis que les deux autres, le foyer A et le four proprement dit B, sont montés sur des chariots placés sur des rails, et peuvent être disjoints et éloignés l'un de l'autre et de la cheminée.

Le four B est de forme elhptique et peut être mis en rotation au moyen de la vis sans fin f qui s'engrène avec une roue dentée g, solidemment fixée à la circonférence extérieure. L'appareil fonctionne de la manière suivante :

Le foyer et le four étant ajustés et en communication avec la cheminée, on charge la grille g de combustible et on chauffe jusqu'à ce que le four ait acquis une haute température. En ouvrant le registre Q, qui permet ^ Tair extérieur d'arriver directement dans le four B sans passer par la grille g^ on peut rendre la flamme plus ou moins oxydante. On recule ensuite le foyer A pour dégager l'ouverture extérieure du four, on charge celui-ci de fonte, on ramène le foyer devant le four et on chauffe jusqu'à ce que la fonte soit en pleine fusion. En imprimant un mouvement lent de rotation au four; on renouvelle la surface de la fonte, et cet effet est encore augmenté par plusieurs rangées de briques réfractaires, plus grandes que celles qui tapissent l'intérieur de Tellipsoïde et qui obligent la fonte à se déverser en nappe d'un compartiment dans l'autre. A ce moment, on éloigne de nouveau le foyer, et, par le conduit D, on fait arriver dans le four et, par conséquent, sur la fonte un fort courant d'air ou de vapeur surchauffée.

La fonte s'affine rapidement dans ces circonstances, et, lorsque l'opération est terminée, on fait écouler le produit par une ouverture pratiquée à la partie la plus déclive de l'ellipsoïde. ^