C. — DÉPHOSPHORATION. PROCÉDÉS BASIQUES

Après avoir étudié les procédés Bessemer et Martin, tels ou’ils sont actuellement appliqués dans la plupart des aciéries de l’ancien et du nouveau monde, c’est-à-dire les procédés acides, nous chercherons à indiquer dans les lignes suivantes les progrès réalisés depuis quelques années, grâce à l'emploi de garnissages basiques des appareils de conversion ou de fusion.

Bibliourapiiie. — Daniels. Gazogènes suédois. Génie civil, 15 juillet 1 8 s t .

A.-L. Ilolley. Moulages d'acier coulé sans soufflures, pour l'artillerie, la construction , la mécanique générale, etc., par le procédé de Terrenoire, fabriiation, etc. New-York, 1877.

Importance de la question el historique. — L’abondance des minerais phosphoreux dans certaines régions, où ils étaient anciennement employés à la fabrication de fonies, qui, affinées à la bouille ou au bois, donnaient des fers phosphoreux, il est vrai, mais parfaitement soudables cl

laminabies, a été pendant de longues années une source de richesses pour ces contrées; mais depuis qu’aux rails en fer soudé que l’on fabriquait en France dans les bassins de la Loire, du Gard, de Decazeville, sont venus se substituer les rails en métal fondu Bessemer, tous ces minerais impurs ont été délaissés presque instantanément pour faire place aux minerais riches et purs d’Algérie et autres contrées.

Le succès incontesté des gisements de Mokta et de Bilbao en est une preuve plus qu'évidente; le prix élevé de cos minerais devient toutefois de jour en jour un obstacle à leur emploi exclusif pour les fontes destinées à être converties au Bessemer en acier pour rails, vu le bas prix auquel la concurrence a amené ces derniers. Il n’est donc pas étonnant que, devant b nécessité d’un faible prix de revient du lingot Bessemer ou Martin pour rails, on ait, depuis un certain nombre d’années, cherché à diminuer dans l’acier l’influence de ce corps nuisible à toutes ses qualités, le phosphore. Ces recherches ont élé de deux sortes, les unes ayant pour but l’épuration préalable des fonies servant de base à la fabrication de l’acier; les autres poursuivant plus directement le but, c’est-à-dire déphosphoration des fontes et obtention d’acier pur par une seule opération métallurgique.

Si l’on jette un coup d’œil sur les anciens procédés permettant d’obienir des produits fins avec des fonies communes et phosphoreuses, on constate que la ressource presque unique oflerte a

fer (métallurgie du). — m — fer (métallurgie du).

l’industriel était un mazéage ou un puddlage long: et soigné sur une sole en oxyde de fer (rtblons plus ou moins oxydés) et qu alors même on n’éliminait qu’une certaine proportion de phosphore. En employant au four a puddler un mélange de fontes phosphoreuses et de lontes manganésêcs, de manière à obtenir une moyenne contenant 2 à 3 "/„ de manganèse, on constate que la présence du manganèse ralentit I affinage, et augmente le nombre de crochets qu’il faut passer dans la fonte; finalement on peut arriver, comme cela a été essayé en Belgique, puis en Allemagne et en France, à obtenir un fer pur a 0,05U °/„ de phosphore seulement, en partant d’une fonte qui en contenait 1,600 "/„, fonte qui, puddléo sans addition de fonte manganésée, donnerait un produit à 0,000 ou 0,700 °/0 de phosphore, correspondant par exemple aux rails en fer fabriqués anciennement par le Creusot.

Le tableau ci-dessous montre qu’on arrive à une épuration satisfaisante; mais l'opération est fort coûteuse et ne peut être employée que pour l’obtention de produits spéciaux pouvant se vendre cher, ce qui n’est pas le cas des rails.

FONTE

primitive.

FONTE

fondue.

FER

pudtllé.

Carbone

Silicium

Mamtc'nèse

Phosphore

Traces.

Au Ressemer aride , non seulement on n’obtient aucune épuration, mais on a, au contraire, une concentration du phosphore dans le métal affiné, en proportion même du déchet. L’est ainsi qu’avec de la fonte du Cleveland a 1,160 °/„ de phosphore, M. Lowthian Bell a obtenu de l’acier à 1,620 de phosphore et qu’à Eston, avec la même fonte, on est arrivé à un métal à 1,770 % , produits, par suite, absolument intraitables au laminage.

Dans le procédé Siemens-Martin acile, on observe la même concentration, et ne pouvant se débarrasserdu phosphore contenu dans les riblons servant de base à cette fabrication, on a dû chercher les moyens d’en atténuer les effets : c’est ainsi que, grâce à des analyses répétées et à des expériences laites en grand au four Martin, la Compagnie de Terrenoire est arrivée, il y a déjà plusieurs années, à formuler celte loi : que, le phosphore rendant l’acier fragile, il était nécessaire, pourdiminuer cette fragilité, de réduire la teneur en carbone du métal autant que possible, et que moins un acier contiendra de carbone, plus on pourra y introduire de phosphore. C’était là une première solution pour l’emploi de matières phosphoreuses ; ne pouvant enlever le phosphore par les procédés alors en usage, on en restreignait la mauvaise influence par l’emploi d’alliages riches en manganèse, et on peut de cette manière (voir Martin aride , h'abrication des aciers phosphoreux, et Propriétés et emplois des aciers) obtenir un métal qui n’est peut-être plus à proprement parler de l’acier, mais qui donne au laminage, aux essais et à l’emploi des résultats satislaisants.

En même temps que Terrenoire arrivait pour ainsi dire à la neutralisation du phosphore et fondait la fabrication des rails en acier phosphoreux (bientôt adoptée par d’autres usines), de véritables essais de déphosphoration avaient lieu, principalement en Angleterre.

Sans parler ici d’un certain nombre de procédés basés sur des théories plus ou moins discutables, quelquefois même absurdes (procédé

Sherman), et qui, du reste, n’ont fourni que des résultats fort peu utiles en pratique, nous ne pouvons passer sous silence les recherches faites par des industriels sérieux, M. Lowthian BcU en particulier. Ces recherches ont eu pour but d’obtenir la déphosphoration des fontes par une première opération, dans un appareil disposé ad hoc, pour obtenir un métal épuré qui, une fois refondu et affiné, peut fournir un acier de bonne qualité. Ces deux opérations successives entraînent des frais de traitement fort considérables, ainsi que les procédés inventés par quelques autres ingénieurs et industriels anglais, et celui prôné ces derniers temps par Krupp et basé sur une action mal expliquée des oxydes de manganèse, dans une sorte de four Pernot à garniture d’oxyde de fer et de manganèse.

Nous dirons cependant quelques mots du procédé de M. Lowthian Bell.

Les fontes traitées avaient la composition suivante et étaient fabriquées avec des minerais du Cleveland sans aucun autre mélange :

Carbone 3,6*0 à 3,200 °/0.

Silicium 2, Sll) à 1,500

Soufre O, 02 à 0,020

Phosphore 1,930 à 1,680

Après avoir constaté, comme nous l’avons dit tout à l’heure, qu’au Bessemer, avec un garnissage acide, il y avait concentration du phosphore, M. Lowthian Bell procéda par additions d'oxyde de fer dans le convertisseur pendant l’opération, mais n’oblint pas un résultat, meilleur. Espérant que cet oxyde de fer exercerait à l’état naissant une réaction plus énergique de déphosphoration, il prolongea le soufflage de la fonte au delà du point d’arrêt ordinaire des opérations Bessemer, c’est-à-dire au delà du moment de l’extinction de la flamme. Ce sursoufflige mit en évidence l’exactitude des faits signalés ci dessus : une augmentation considérable dans la proportion de phosphore fût constatée, augmentation qui fut, du reste, en rapport exact avec le déchet résultant d’un sursoufflage dans le convertisseur acide.

En présence de :es insuccès, M. Lowthian Bell fit traiter à la mazerie de Bowling une cortaine quantité de fonte phosphoreuse et obtint après mazéage une déphosphoration de 40 °/0.

Partant d’une fonte contenant :

Carbone 3,120 i

Silicium 2,800 ( Fonte

Suufre 0,110 i primitive.

Phosph ire 1,470 )

il arriva à un produit ne contenant plus que :

Carbone. .

Silicium..

Soufre

Phosphore

traces

Fonte mazée.

et attribua le succès obtenu dans cette operation à la basicité même de la scorie du mazéage.

En faisant couler lentement, à travers une colonne d’oxyde de fer, de la fonte venant directement du haut fourneau, M. Bell constata une déphosphoration analogue à celle obtenue par le mazéage, savoir :

FONTE

primitive.

FONTE

ayant traversé l’uxyde de fer.

Carbcno

Silicium

Soutre

Phosphore

Employant alors le puddlcur mécanique do MM. Godfrcy et llovvsou, qui se compose d’une sorte do convertisseur pouvant tourner sur luimême et s’incliner à volonté, tout en restant chauffé par un jet de gaz, M. Bell lit quelques expériences sur les fontes de Clarcnce. Le garnissage de l'appareil étant composé d'oxyde de fer il obtint une fonte mazée à 0,230 °/0 de phosphore en traitant une fonte initiale contenant •1,500 »/„.

L’épuration était, comme on voit, satisfaisante, mais la faible capacité de l’appareil et les projections de matières firent renoncer à ce procédé.

Pour ses derniers essais, M. Bell imagina un four oscillant, de forme cylindrique (d = I"',000 — L = 4'" ,000), séparé en deux laboratoires patune cloison longitudinale, servant pour ainsi dire <le chicane, pour assurer le déversement de la fonte liquide et son contact avec l’oxyde de fer à chaque oscillation do l’appareil. En dix minutes, une charge de 700 kilogrammes de fonte subissait soixante à quatre-vingts brassages par oscillai ions successives, et on arrêtait l’opéraiion quand on apercevait des bulles d’oxyde de carbone traversant la masse liquide et brûlant à la surface, sous forme de flammèches bleues, comme dans les fours de fusion Siemens-Martin. Sans parler ici du déchet qui fut considérable, par rapport à ce qui se passe au convertisseur Bessemer, M. Bell obtint une déphosphoration remarquable, puisque, partant d’une fonte à 1,500 °/0 de phosphore, il arriva à un produit encore très notablement carburé (2,750 à 3,250 0/o au lieu de 3,500 primitif, fonte purifiée) ne contenant plus que 0.100 à 0,050 °/0 de phosphore.

M. Bell ht connaître le résultat de ces différentes recherches dès 1878 et énonça dès lors le principe suivant, que nous devons citer ici comme résumant les conditions dans lesquelles peut avoir lieu la déphosphoration :

« Lorsque la fonte en fusion est en contact avec des oxydes de fer ou des scories qui en renferment, le phosphore tend à passer dans le fer ou dans les scories, suivant que la température du bain est plus ou moins élevée. A une température relativement basse, les oxydes de fer enlèvent le phosphore à la fonte en fusion, sans diminuer la proportion de carbone, ce qui permet de maintenir la fonte liquide. »

Indépendamment du procédé de M. Loxvthian Bell, nous aurions à parler des procédés Ileaton, Tessié du Motay, etc., basés sur l’action de réactifs alcalins et alcalino-terrcux : l’un et l’autre ont fait leur temps et n’ont donné aucun résultat pratique. malgré lebruit que l’on en a fait en France et en Angleterre et malgré quelques essais faits sur une grande échelle, ayant du reste pour but d’en déterminer la réelle valeur. Nous ne pouvons décrire ni môme résumer ces procédés et renverrons aux mémoires spéciaux publiés dans divers recueils de métallurgie ; mais nous devons faire observer que, si toutes ces recherches n’ont pas abouti au point de vue pratique, elles ont au moins eu pour résultat de préparer la voie aux découvertes ultérieures, en faisant connaître plus à fond les réactions si complexes qui se passent par voie sèche entre les carbonates, silicates et phosphates alcalins, alcalino-terreux et métalliques, réactions signalées dans la plupart des traités de métallurgie, mais peu étudiées jusqu’ici, sauf par quelques auteurs spécialistes.

PROCÉDÉ BESSEMER BASIQUE.

Déphosphoration et désulfuration au convertisseur. — Toutefois l’attention était déjà, depuis longtemps, portée vers l'influence des scories basiques, et bien des métallurgistes avaient songé

à employer au convertisseur Beseemcr un garnissage asique. M. l’inspecteur général des mines Grimer avait conseillé cet emploi, en faisant observer que le phosphore ne pouvait être éliminé dans 1 opération Bessemer qu’en présence d’une scorie extrabasique.

Pour assurer la basicité de la scorie, on chercha à réaliser un garnissage basique ou neutre : on essaya successivement le carbone, les oxydes de fer comme au puddlage, puis la chaux, et on constata que certains calcaires (dolomitiques), cuits à très haute température, durcissent énormément, et ne donnent plus un produit fusant.

D’après des documents récemment publiés à propos de la validité de certains brevets en Amérique, il paraîtrait que M. Beese aurait inventé le procédé Bessemer basique, il y a déjà une dizaino d’années, mais sans appiicalion ultérieure. Ce n’est pas à nous de discuter ici ces questions de priorité, mais nous devons dire que la déphosphoration au convertisseur basique n’a pris quelque consistance que depuis 1878.

Deux chimistes anglais, MM. Thomas et Gilchrist, ayant étudié la question, communiquèrent au congrès de l’iron et Steel Institute, tenu à Paris pendant l’Exposition de 1878, les résultats des essais poursuivis par eux pendant trois ans dans les usines do Bleanavon et de Dowlais. Ces essais ont démontré qu’au convertisseur Bessemer le phosphore pouvait être réellement éliminé, si la scorie était suffisamment basique dès ledébul de l’opération. Pour atteindre ce but, le garnissage de l’appareil était construit avec des briques très bien cuites, faites de dolomie impure (calcaire alumino-magnésien),et au début, de même que pendant l’opération, on procédait à des additions de bases alca’ino-terreuses et d’oxydes de fer (à l’état de minerai), maintenant la scorie très basique pendant toute l’opération.

Tel est le point de départ du procédé Thomas et Gilclinst, généralement désigné sous le nom de Bessemer basique.

Depuis deux ou trois ans, cette découverte a produit un grand mouvement dans le monde métallurgique : il n’est point, de Congrès de l lron et Steel Institute qui n’ait vu apparaître de discussions sur la déphosphoration, tant au point de vue chimique qu’au point de vue du prix de revient, et, quoique le procédé ne soit pas encore complètement pratique, il n’est pas sans intérêt de parler ici des expériences faites en Angleterre, en Allemagne, en Autriche et également en France, où de nouvelles usines sont en création, dans l’Est, en vue de l’application du procédé Thomas.

Avant d’étudier l’opération basique elle-même, nous donnerons quelques détails relatifs à la construction des appareils de conversion et aux matières employées à leur garnissage.

Il a été constaté, dès les premiers essais, que, vu la grande quantité de scorie, il était nécessaire, pour un même poids de fonte traité, d’avoir des convertisseurs plus grands dans le procédé basique que dans le procédé acide. C’est là un grave inconvénient, puisqu’une usine installée pour Bessemer aride diminue tout de suite sa production en procédant au traitement de foutes phosphoreuses par la méthode Thomas; c’est pourquoi, dans les usines créées récemment pour l’application de la déphosphoration, on n’a pas craint d’augmenter, non seulement la capacité des convertisseurs, mais aussi l’espace réservé autour des fosses de coulée pour l’enlèvement rapide des scraps et des scories. A Eston, par exemple, on a installé des appareils de 15 tonnes, ayant 3“' ,50 de diamètre à la ceinture, de manière à avoir une faible épaisseur de fonte (30 à 40 centimètres) sur les fonds, ce qui paraît

•ilcvoir être une bonne condition, d’après les inventeurs, pour la durée de ces fonds.

Le garnissage de l’appareil est fait généralement en briques de dolomie, plus rarement entièrement en pisé dolomitique (le Creusot, VVitkowitz, etc.). La dolomie qui parait devoir le mieux réussir contient :

Silice 7,000 %

Peroxyde de fer et alumine. . 0,500

Chaux 30,000

Magaésio..i 17,000

Acide carbonique 42,000

Nous donnons du reste ci-dessous, d’après

M. Trasenster, quelques analyses de dolomies de divers pays.

Les analyses I, II et III ont été faites en Belgique. — I, est une brique Thomas et Gilchrist crue. — II, est un échantillon brut de dolomie de Durham , probablement employée comme addition. — III, est une dolomie de Srlaignaux. — Les autres analyses sont tirées d'un mémoire de Jl. Reuter, professeur de chimie à l’Athénée de Luxembourg, et se rapportent à des échantillons de calcaire coquillier (muschelkalk), provenant des localités suivantes du grand-duché.