I. MATIÈRES PREMIÈRES
Les matières premières employées dans l’industrie du fer et de l’acier peuvent se diviser en deux grandes catégories : 1° celles servant à la construction même des appareils, c’est à-dire les matériaux réfractaires proprement dits, pouvant résister, soit aux hautes températures obtenues aujourd’hui dans les fourneaux métallurgiques, soit à l’action corrosive des scories et des bains métalliques eux-mêmes; 2“ celles désignées sous le nom plus spécial de matières premières, et servant de base à la fabrication des fontes et alliages indispensables aux aciéries BessemeF et Martin, c’est-à-dire les combustibles, les fondants et les minerais.
Matériaux réfractaires, acides, basiques et neutres. — Nous passerons rapidement sur ces questions, et en particulier sur l’industrie des matériaux réfractaires. Ceux-ci peuvent se diviser en deux ou trois classes, savoir : les produits acides , les produits basiques, et enfin les produits intermédiaires que l’on peut appeler neutres.
Les premiers, acides ou siliceux, sont de composition variable suivant les régions et consistent ordinairement en terres argilo-siliceuses, servant à la confection de garnissages en pisé (appareils Bessemer acide, soles de fours Martin, Pernot, etc., acides), ou d’autres fois à la fabri-
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cation de briques réfractaires de qualités diverses, employées pour la confection des hauts fourneaux et autres, des fours métallurgiques non destinés aux opérations de fusion, des chambres et récupérateurs de chaleur (Siemens, Boétius, Ponsard, otc.), des voûtes de fours à puddler, fours à réchauffer, fours de recuisage, etc., simplement chauffés à la houille.
Ces produits réfractaires ordinaires argilo-siliceux ne peuvent résister à des tempé: attires plus élevées, celles nécessaires à la fabrication de l’acier sur sole et à la fabrication des aciers au creuset, lorsque ceux-ci sont obtenus, ainsi que c’est le cas aujourd’hui, dans des fours Siemens disposés ad hoc; il est nécessaire alors, dans ces derniers cas, d'avoir recours à de véritables briques de silice fabriquées à l’aide de quartz très bien choisis, exempts d’oxyde de fer et d’alcalis; ces quartz, bien broyés, sont agglomérés et moulés en briques avec une très petite quantité de chaux (2 à 3 % au plus), et les briques cuites à une très haute température. La fabrication de semblables produits, connus sous le nom de briques de silice, a d’abord été réalisée en Angleterre, et les briques de Dinas sont encore préférées, à l’heure actuelle, dans bien des aciéries de l’Europe et de l’Amérique. Depuis un certain nombre d’années cependant, des fabricants de produits réfractaires en Allemagne, en France, etc., sont arrivés à produire, à un prix abordable par l’industrie, la bri ;ue de silice, indispensable dans les aciéries pour la construction des carnaux et voûtes de fours Martin, Ponsard, destinés à servir d’appareils de fusion ; certains maîtres de forges ont même annexé à leurs aciéries un atelier spécial pour la fabrication des produits réfractaires : briques réfractaires ordinaires, briques de silice, tuyèros pour convertisseurs, etc.
La brique de silice possède la propriété di se dilater au feu et offre, par cela môme, un énorme avantage pour la construction des voûtes : les joints se resserrent, et on ne risque pas de voir les voûtes passer dans œuvre ; la réussite des produits réfractaires, composés presque exclusivement de silice, est tout entière dans le choix des quartz, dans la bonne compression des briques, et enfin dans leur cuisson à très haute température, etc.
Parmi les produits que l’on peut appeler produits réfractaires neutres, on peut citer :
l°La bauxite, qui a éléessayée sans grand succès par diverses usines, soit pour la construction des cuves de hauts fourneaux, des voûtes de fours, qui, par suite du retrait de la bauxite à la chaleur, rentraient dans œuvre, etc.
Dans ces derniers temps, quelques usines ont employé la bauxite dans les essais de déphosphoration sur sole, pour faire la jonction si délicate entre les briques de silice des carnaux et de la voûte des fours Martin et la matière basique de la sole; les mômes usines y ont eu recours pour la confection du joint des tuyères siliceuses avec le fond basique des convertisseurs Bessemer, traitant des fontes phosphoreuses par le procédé Thomas (voyez Déphosphoration).
2° Le carbone, à l’etat de graphite aggloméré à l’aide d’une certaine quantité de goudron, a été employé dans des conditions analogues, et les usines de Terrenoire y ont eu recours, il y a quelques années, pour les soles de fours Martin destinés à la fabrication des ferro-manganèses. Lo grand inconvénient de cette matière (cependant neutre par excellence) est de brûler au contact des gaz plus ou moins oxydants servant au chauffage même de l’appareil, et nous verrons tout à l’heure comment on peut arriver a éviter l’emploi, et de la bauxite, et du graphite, ou de
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i tout autre produit réfractaire neutre, même dans l’opération de la déphosphoration sur sole.
Les produits réfractaires basiques ont fait leur apparition dans l’industrie métallurgique dès que l’on s’est, préoccupé d’éliminer le phosphore des fontes; les procédés ayant pour but cette élimination étant en principe, comme nous le verrons plus loin, basés sur des additions de chaux et de minerai, en même temps que sur une forte oxydation du bain (voyez Bessemer basique, Sursoufflage), il en résulte une scorie fortement chargée en oxyde de fer et en chaux, qui corrode les parois des convertisseurs Bessemer ou des fours Martin construits en matériaux siliceux (voyez Ore process).
On a dû dès lors avoir recours à des garnissages basiques de magnésie, ou, pour mieux dire, de dolomie, contenant aussi peu que possible de silice intimement mélangée; la dolomie, fortement cuite et réduite en poudre, est agglomérée avec du goudron ou des huiles lourdes, de manière à former des briques que l’on soumet ensuile à une nouvelle cuisson à température aussi élevée que possible. Ces briques dolomitiqucs sont employées pour le garnissage des convertisseurs B ssemer ou des fours de fusion; dans certains cas, le garnissage peut être fait en pisé dolomitique aggloméré également au goudron et cuit sur place; cette manière de procéder est employée par quelques usines d’Allemagne et d’Angleterre, et par le Creusot en France. Les garnissages basiques obtenus, soit à l’aide de briques, soit à l’aide d’un pisé dolomitique, peuvent dès lors résister aux réactions chimiques qui se passent, par exemple, dans le convertisseur, lorsqu’on procède à des additions de chaux, d’oxvde de fer sous forme de minerai et que l’on produit une grande oxydation à l’aide de soufflages prolongés.
Nous disions tout à l’heure que l’une des difficultés inhérentes à la déphosphoration sur sole basique, essayée par quelques usines, est d’avoir un joint parfaitement neutre entre les matériaux acides de la voûte et la matière basique formant la sole même du four. — L’emploi de la bauxite et du graphite ne paraît avoir jusqu’ici donné que des résultats médiocres; certains auteurs pensent que l’emploi du four Pernot, à l’aide duquel on éviterait tout contact, pourrait donner de bons résultats; mais la véritable solution sera, sans aucun doute, l'emploi pour la voûte de matériaux également basiques. La difficulté à vaincre est de fabriquer des briques de cette nature ne faisant que peu et même point de retrait à haute température; nous le répétons, les briques de bauxite ont, à cause de cette contraction, fait leur temps; les briques de dolomie ne paraissent pas devoir mieux réussir, mais certains industriels versés dans la question si délicate des produits réfractaires cherchent actuellement à fabriquer de toutes pièces des briques de magnésie pure, suffisamment cuites et ne donnant plus lieu ni à des retraits ni à des dilatations. Quoique ce problème ne soit peut-être pas encore complètement résolu, il est indispensable de citer ici ces recherches,, et il paraît certain que le jour où l’industrie des produits réfractaires pourra fournir aux aciéries, à des prix suffisamment bas, des briques de magnésie résistant à la haute température des fours Siemens Martin , bien des difficultés inhérentes à la fusion sur sole seront écartées.
Nous ne nous étendrons pas davantage sur la question des matériaux réfractaires et nous renverrons pour plus de détails à la déphosphoration des fontes (Bessemer basique), où nous donnerons en particulier quelques analyses de dolomie et de briques dolomiliques; nous ferons
remarquer seulement que tous les mélanges employés au laboratoire, pour les creusets dans les essais par voie sèche, peuvent trouver leur emploi, souvent avec de légères modifications, dans le garnissage des appareils métallurgiques.
Combustibles. — Les combustibles employés à la fabrication delà fonte sont tantôt des charbons do bois (Suède, Autriche, quelques régions en France et quelques districts en Amérique), et dans certains cas un mélange do charbon de bois et de coke; mais dans la plupart des usines françaises, belges, anglaises et allemandes, on a recours à l’emploi des cokes métallurgiques, ou dans quelques cas particuliers à celui des houilles et anthracites crus, ainsi que cela se pratique aux Etats-Unis. Pour la fabrication de la fonte, les cokes purs doivent naturellement être recherchés; ils doivent être denses, durs et compactes, exempts de soufre et de phosphore, et contenir le minimum possible de cendres. Certains cokes anglais ou américains contiennent quelquefois moins de 5 à 6 °/„ de cendres, et la plupart des cokes anglais ne dépassent pas 8, 10 à 12 °/0, tandis que sur le continent européen on est obligé, par économie ou par position de district, d’employer de très mauvais cokes à 14 et 16 % de cendres, si ce n’est plus. (Voir pour l’étude des combustibles les articles spéciaux.)
Fondants. — Avant de passer à l’étude des minerais de fer et de manganèse, nous devons dire quelques mots des matières premières employées comme fondants.
Suivant la nature siliceuse ou calcaire des minerais, et en même temps suivant la composition même des cendres de coke, on est généralement obligé de joindre à la charge du haut fourneau (minerais et combustible) une certaine quantité de matières facilitant la fusion; c’est-àdire dans la plupart des cas des calcaires, dans quelques-uns des matières siliceuses, de manière à former un laitier d’une composition déterminée, suivant les fontes ou alliages à obtenir au haut fourneau : ce sont les proportions relatives des bases et des acides qui règlent les quantités respectives de matières calcaires ou siliceuses à ajouter (voyez Silicates).
Les calcaires ( castine ) doivent être exempts de soufre et de phosphore,' et ceux le plus géné-
ralement employés en France, par exemple, appartiennent aux formations jurassiques et néocomiennes, ne contenant que peu d’argile et pouvant être considérés comme des calcaires purs ; en Angleterre, en Allemagne, etc., on emploie, comme élément basique, des calcaires de formations géologiques spéciales aux régions, et il parait qu’aux Élats-Unis on a recours, à côté des calcaires en roches, à l’emploi des coquilles d’huîtres contenant environ 55 % de chaux.
Il est rare que Fon soit obligé d’ajouter de la silice au lit de fusion naturellement obtenu par le mélange dos minerais : toutefois nous devons citer l’emploi, soit du quartz, soit des feldspaths, ces derniers ayant le grand avantage, vu la mul t.iplicité des bases, de donner des laitiers plus fusibles ; on s’en sert également lorsqu’on cherche à produire des laitiers très chargés en chaux, facilitant l’obtention de produits riches en manganèse. Il faut en effet, dans ce cas, multiplier le nombre des bases, afin d’éviter le passage de 1’ox.yde de manganèse dans les laitiers : on y arrive dans certaines usines en produisant des laitiers à base de chaux, potasse, soude; dans d’autres, chaux et baryte ; dans d’autres, chaux, magnésie, etc... Dans certains cas on a essayé le spath fluor, afin de rendre solubles certains silicates, qui ne peuvent être fusibles par euxmêmes ; mais on est tombé dans le grave inconvénient d’avoir au gueulard du haut fourneau des gaz incombustibles, ne pouvant plus dès lors servir au chauffage des chaudières à vapeur, des appareils à air chaud, etc.
Minerais de fer. — Nous ne pouvons ici faire une étude complète des minerais de fer et de manganèse, et nous renverrons pour les détails de composition aux articles minéralogiques; mais nous devons présenter certaines considérations relatives à leur emploi industriel (voyez Percv, Métallurgie; Valtox, Exposition Philadelphie; Trasenster, Exposition Dusseldorf; Akerman, Exposition Paris, 1878).
Parmi les minerais auxquels a recours l’industrie actuelle du fer et de l’acier, il en est qui, par leur richesse, leur abondance, leur pureté, sont recherchés de toutes les parties du monde, et pour ne citer que les exemples principaux, « nous voyons, dit M. Jordan (conférence faite à
