PIN

du sursoufflage.

Manganèse.

Soufre.

Soufre.

Opération n»

Traces.

0,3 il

en résulte. On a recours dan3 quelques cas à une addilion de 0 à 8 °/„ de spiegeleisen seulement, et on complète le total de manganèse, mêlai exigé pour la désoxydation, par une addition ultérieure de 2 à 3 de ferromanganèse à 60 ou 70 u/„ de manganèse, mais dans ce dernier cas le métal devient moins carburé et ne peut servir aux mêmes usages (en particulier aux rails) quo ceux obtenus nu Bessemcr acide par l'addition de 8 à 10 ••/„ do spiegel a 18 ou 20 °/„ de manganèse. (Voir plus loin quelques exemples.)

Vu la grande quantité de scories qu’il est nécessaire d'amener à l’état fluide, l’opération Bes-

semer basique a toujours une tendance à être d’allure froide

Le métal déphosphoré est coulé dans une poche à garniture siliceuse ; il est généralement très bulleux, mais peut toutefois se laminer en rails ayant une structure plus ou moins ferreuse et sur la qualité desquels, à l’emploi, l’avenir seul pourra prononcer.

période ou over afler blnw. — L’opération basique pour la déphosphoration, indiquée par MM. Thomas et Gilchrist, est terminée a la fin de l’after-blow ; mais si, après élimination presque complète du phosphore, on continue encore

FER (MÉTALLURGIE DU). — 767

à souffler, le soufre commence à disparaître. Cette dernière phase est encore peu étudiée, mais il y a tout lieu de croire que l’on pourra arriver à éliminer tout le soufre pendant 1 ’overafter blow.

D’après von Tunner, le soufre, en ce qui concerne l'affinage de la fonte, parait se comporter d’une manière fort capricieuse au convertisseur basique; mais cet auteur pense que l’on peut arriver à une élimination complété, s'il y a du manganèse présent, et si l’on prolonge beaucoup l’over after blow : à Witkowitz, par exemple, on est arrivé à obtenir de bons aciers par ce moyen, en partant de fontes non seulement phospho- ; reuses, mais contenant en outre 0,500 à 0,000 "/„ de soufre.

On doit toutefois faire observer que par cet over after blow on brûle beaucoup de fer, et l’on obtient un produit bulleux, de telle sorte que l'emploi d'une fonte non sulfureuse est, et sera sans doute encore pendant longtemps, la pierre d’achoppement des industriels traitant des minerais impurs.

Si les minerais dont on dispose contiennent du soufre, le mieux est de cherchera l’éliminer au haut fourneau en marchant en fonte manganésée et laitier calcaire. Le prix de revient de la fonte sera évidemment augmenté par cette allure, mais on obtiendra des produits de meilleure qualité en traitant au Bessemer basique des fontes rendues impures seulement par le phosphore et non par le soufre.

Sans parler plus longuement en ce moment de l’élimination du soufre et revenant à la question de la déphosphoration, nous insisterons sur ce point (b en établi par M. Pourcel et admis ensuite par d'autres auteurs), que la caractéristique de l’opération basique est et restera le sursoufflage, pendant lequel se fait le départ du phosphore.

A quel état se fait l'élimination du phosphore? C’est là un point sur lequel ont roulé beaucoup de discussions. M. Stead, de Middlesborough, admet d’après ses expériences que le phosphore passe dans la scorie à l’état de phosphate de chaux, tandis que M. Pourcel, de Terrenoire, démontre l’existence du phosphate de fer dans la scorie par l’expérience suivante : une scorie, provenant d’une des premières opérations basiques faites a Eston, soumise pendant trois ou quatre heures à l’action d’un courant d'hydrogène au rouge cerise, donne une perte de poids correspondant exactement à l'oxygène nécessaire pour former le composé, 2Ee O, Phs05, avec la quantité de phosphore contenue dans la scorie, composé provenant de l’oxydation du phosphure de fer, FePh, quo l’on admet depuis longtemps comme existant dans la fonte.

En tout cas, et en admettant l’une ou l’autre théorie, il est un fait bien établi aujourd’hui, et c’est le point important au point de vue pratique, c’est que le départ du phosphore se fait pendant le sursoufflage, lequel est absolument nécessaire à la réussite de l’opération.

Nous avons dit plus haut que la forte oxydation du bain nécessitait une addition souvent très considérable de spiegol, laquelle donnait lieu à une réaction violente, projetant la scorie hors du convertisseur. Dans quelques usines, cette addition est faite en deux fois, quelquefois mémo dans la poche de coulée après s’ètre débarrassé de la scorie; mais les retards ainsi occasionnés conduisirent toujours à un métal froid et bulleux; les fonds de poche étaient fort considérables et. par suite le déchet at teignait 18 °'0 environ, au lieu de 11 à 12 obtenu dans les opérations Bessemer acide.

Dans le double but d’eviter la longueur des manceuv rcs et les projections, AL Pourcel appela l’attention des métallurgistes sur le rôle du sili-

FER (MÉTALLURGIE DU)

cium, déjà utilisé pour la fabrication des aciers coulés sans souillures : le silicium, prévenant en effet la formation de l’oxyde de carbone, devait empêcher les projections de scories. Vérification faite à nouveau, il fut dès lors possible d’introduire dans un bain sursoufflé aux convertisseurs acides, les seuls dont M. Pourcel disposât à Terrenoire, les quantités de spiegel ou de ferromanganèse requises pour obtenir le degré de carburation convenable; les réactions se firent avec calme et l’on pouvait dès lors obtenir un produit parfaitement déterminé et suffisamment dur, pour rails par exemple.

L 'emploi des siticiures de fer et de manqanèse simplifia la question : il réduisait les additions à une seule, et en outre les alliages à forte teneur en silicium et faible teneur en carbone permettaient d’obtenir des produits doux pour des usages spéciaux. L’essai du siliciure de fer et de manganèse fut fait alors en Angleterre, mais dans des conditions imparfaites, car l’alliage employé ne contenant que 3 % de silicium ne permit pas d’obtenir tout l’effet qu’on en attendait. L’idée fuL toutefois reprise dans ces derniers temps et semble aujourd’hui nous revenir d’outrc-Manche, ainsi que l’a annoncé M. Richards dans un récent travail présenté à l’institut des ingénieurs américains. Quoi qu’il en soit, il est certain que les additions d’alliages de manganèse et de silicium peuvent rendre de très réels services dans le traitement des fontes phosphoreuses au convertisseur basique.

L’emploi des alliages de silicium, ainsi que l’a fait également observer M. Pourcel, présente, en outre, un grand avantage, celui d’éviter la rephosphoration par les additions finales. Il a été constaté dès les premières opérai ions qu’une certaine quantité de phosphore repassait dans le métal par suite de ces additions (spicgcls) et deuxthéories ontététout de suiteen présence pour l’explication de ce phénomène: l’une, duo à AL Pourcel, basée sur l’action réductrice de l’oxyde de carbone; l’autre, due à Al. Stead, et fondée sur l’action réductrice du manganèse sur les phosphates. Voici à ce sujet comment s’exprime le premier (voir V Industrie minérale de Saint- Etienne, mars 1880) :

« Si, arrivé à la période de sursoufflage, la silice de la scorie n’est pas complètement neutralisée par la chaux, elle décompose en partie le phosphate de fer qui prend naissance, s’empare de son oxyde de fer et met en liberté de l’acide phosphorique. Celui-ci, en présence d’un excès de fer, est réduit par ce métal et donne, en dissolution dans le bain, à la fois du phosphure de fer qui demande une prolongation de sursoufflage pour être scorifié et de l’oxyde de fer. Simultanément, le silicate de fer qui s’est formé est décomposé, en présence de la chaux (réactif), donne du silicate de chaux fixe et une nouvelle quantité d’oxyde de fer : le milieu n’étant plus réducteur, puisque le carbone n’y reste qu’à l’état de traces, cet oxyde de fer ne peut être réduit comme il l’est dans la péi iode normale de l’opération et reste en dissolution dans le bain. Or plus la fonte contiendra de silicium, plus la scorie sera acide avant le sursoufflage. Par conséquent, la durée de la période de scorification étant augmentée, on dissoudra plus d’oxyde de fer dans le bain métallique et l’on sera obligé de forcer le poids de l’addition finale ou sa teneur en manganèse.

« On s’explique ainsi le dégagement tumultueux d’oxyde de carbone et ce qui s’ensuit, surtout la réintégration du phosphore dans le métal. »

Et plus loin :

« Reportons-nous aux tableaux d’analyses de

FER (MÉTALLURGIE DU

FER (MÉTALLURGIE DU

M. Stead. Les résultats qu’ils indiquent sont : « 1° Que l’acide phosphorique ne figure en quantité notable dans la scorie que lorsque le carbone est réduit à 0,07 dans le métal;

a 2° Que le phosphore et le fer augmentent simultanément dans la scorie;

« 3° Que l’addition du spiegel amène une augmentation de nhnsTvhnrp dans le méinl rnrroanondant

à une diminution d’acide phosphorique et de fer dans la scorie.

« Cette dernière constatation n’est-elle pas un argument en faveur de l’existence du phosphate de fer dans la scorie, et n’est-il pas admissible que l’oxyde de carbone est le réducteur de ce phosphate de fer? M. Stead, sans rien affirmer, mais crevant avoir démontré suffisamment rnr ' -

Fig. 53.- Opération de Hoerde (juin 1880). - Variations dans la ( dans 1 opération Bessemor basique, d’après Masseoez.

le ////>' eu /wmt/t'ÿ

analyses et des synthèses de scories calcaires que e phosphore qu’elles renferment y est combiné à la chaux, croit plutôt que c’est le carbure de 1er ou le manganèse même qui est le réducteur. » A cela M. Pourcel répond :

« 1° Que si l’on ajoute, au lieu d’un spiegel, une lonte sans silicium ni manganèse, ou du moins avec des traces seulement de ces corps, et que le gage ment d oxyde de carbone qui accompagne cette addition se fasse abondant et tumultueux

ÏL TV d.une Jscorie fluide> 11 Y a réintégration de phosphore dans le métal.

« 2° Si au contraire on ajoute une fonte avec peu ou point de manganèse; mais renfermant du

Suppl.

silicium en quantité suffisante, plus de silicium : que de carbone, tout dégagement d’oxyde de carbone est supprimé, et l’on n’observe plus alors do réintégration de phosphore dans le métal, maigre la fluidité de la scorie. »

Ces faits montrent bien que le réducteur du phosphate de fer est l’oxyde de carbone et non pas le manganèse, puisque, du moment que la formation d’oxyde de carbone est évitée, la rcphosphoration ne se produit plus; du reste, le degre de rephosphoration sera proportionnel à la quantité de phosphate de fer libre restant dans la scorie, et en augmentant suffisamment la quantité de réactif (chaux), on peut diminuer

de plus en plus (surtout si l’on traite une fonte peu chargée en silicium) cette quantité de phosphate de fer libre.

Nous ne nous étendrons pas ciavanlage sur ces questions théoriques, mais nous ferons observer que les explications données ci-dessus des phénomènes complexes qui se passent dans le convertisseur Ressemer, sont en accord parfait avec les lois de la thermochimie 6i savamment établies par M. Berthelot.

FxEMn.ES DE TRAITERENT I1ASIQUE. — Ail point

de vue de l’application industrielle du Bessemer basique, nous dirons qu’après avoir pris naissance en Angleterre, ce procédé, essayé primitivement à liston, y a été momentanément abandonné, jusqu’à ces derniers temps où M. Richards a fait établir, comme nous l’avons dit plus haut, des convertisseurs de 15 tonnes. Les aciérice rhénanes, Hoerde, Ruhrort, Kaiserslautern, Roths Erde et Bochum , celles do Witkowitz et Kladno en Autriche, Angleur en Belgique, le Creusot en France, Brown, Bailcy etDixon à Shefficld, l’ont

Fig. 09. — Opération de Hoerde (juin 1880). — Métal d'après Masscfiez. — Variations des tenours en manganèse silicium, soufre et phosphore dans l'opération Bessemor basique.

Appliqué successivement. Nous ne pouvons donner ici Ie9 nombreux détails relatifs aux diverses usines, mais nous pensons qu’il est utile de résumer en quelques mots les traits saillants de chacune de ces applications.

a. A Hoerde , par exemple, on traite des fontes blanches phosphoreuses, refondues au cubilot, avec une surcharge de coke. On ajoute 150 à 200 kilogr. de chaux par tonne de fonte introduite dans le convertisseur et les additions finales se composent de 5 à 7 % jusqu’à 9 à 10 °/0 de spiegel, suivant les qualités du métal à obtenir.

L’acier déphosphoré y est employé principalement pour bandages et produits doux, tôles, rivets, billett.es de tréfilerie, longrines, essieux, rails et blooms à refondre.

b. A Huhrort, on traite des fontes contenant en moyenne, d'après von Tunner, 0,700 à 1,250 de silicium, 1 à 2 °/0 de manganèse et 1,700 à 2 °]0 de phosphore; le garnissage des convertisseurs est fait en pisé dolomitique; on ajoute 13 "/„ de chaux dès le début de l’opération sans

| réchauffer le convertisseur, ce qui donne lieu à Une opération froide au début, correspondant à 43 à 16 minutes de soufflage normal, 4 à 5 minutes de sursoufflage; on coule avec 7 °/o de I spiegel à 10 ou 12 °/„ de manganèse et souvent , 1/2 % de ferromanganèse. L’acier est employé à la fabrication des rails.

c. A Witkowitz (Moravie), on emploie pour la confection des appareils des dolomies silésiennes ne contenant guère que2%de silice et ou en fait un pisé avec 7 °/0 de goudron. La fonteemployée est refondue au réverbère et correspond à

Manganèse 0,800 (

Silicium 0,750

Soufre 0,210

Phosphore 0,900

La quantité de chaux ajoutée est de 18 à 20 du poids de fonte traitée; le soufflage dure H à 15 minutes, le sursoufflage 1 à 3 minutes; on ajoute 10 à 20 kilogr. de ferromanganèse à 50°/,, pour 3 tonnes de toute. On obtient de cette ma-

nière un acier extradoux et très pur qui est correspondant à la composition suivante et employé pour tôles, rivets, etc., se soudant comme le fer puddlé, etc. :

Manganèse 0,200 à 0,300

Carbone 0,050 à 0,150

Silicium Traces.

SouCro 0,020

Phosphore 0.020 a 0,050.

Les essais à la traction oscillent entre 3t et 54 kilogr. do résistance à la rupture par millimétré carré, ordinairement 40 à 42 kilogr. avec une contraction voisine de 60 %• (voir Essais mécaniques.)

d. A Iiladno, en Bohême, avec une fonto contenant 2,600 */o de silicium et 1,300 °/„ do phosphore, on produit un acier à 0,084 de silicium et seulement 0,030 °/o de phosphore.

Fig. liO. — Opération da Huhrort, d’après Wedding. — Variation des teneurs en manganèse, carbone, silicium, soufro

et phosphore dans l'opération Bessemer basique

e. A Shef/leld, chez MM. Brown, Bailey et Dixon, on arrive également à produire des métaux ferreux contenant seulement :

Manganèse 0,235

Carbone Traces.

Silicium Traces.

Soufre 0,075

Phosphore 0,030.

Pour obtenir des aciers à rails, on recarbure à la fin avec des fontes hématites blanches.

f. Au Creusot, on a appliqué la première fusion à la fabrication des rails : on obtient des métaux peu carburés, mais qui, étant fortement manganesés comme à Eston, répondent aux conditions de réception. Une certaine quantité de rails en métal déphosphoré est actuellement en essai sur le réseau de Paris-Lyon-Méditerranée, et les résultats qu’ils fourniront à l’emploi peuvent seuls permettre de donner une appréciation sur la véritable valeur des rails en acier déphosphoré toujours plus ou moins doux par le carbone. La compagnie de Paris-Lyon-Méditerranée a, du reste, imposé dans ses nouveaux

cahiers de charges une teneur minimum en carbone fixée à 0,350 %. Quoique nous considérions cetto nouvelle clause comme une entrave à la liDerté et au progrès de l’industrie, nous avons cru devoir la signaler ici pour rappeler que les chemins de fer français préfèrent encore à l’heure actuelle les rails durs et n’ont pas épousé les théories, du reste très discutées même en Amérique, do M. Dudley, qui est partisan des rails doux.

Conclusion. — Nous terminerons ce qui est relatif à la question si intéressante de la déphosphoration au convertisseur en disant que jusqu’à nouvel ordre il n’est pas encore démontré que le procédé basique supplante le procédé acide, mais qu’il pourrait être une annexe à ce dernier pour l’obtention de produits très purs et extradoux destinés à des usages spéciaux ou devant servir de base à la fabrication Siemens-Martin.

D’autre part, nous insisterons sur ce point qu’il sera toujours difficile de traiter par ce procédé des lontes sulfureuses, et économiquement la quantité de manganèse requise pour la désulfuration (qui devra être faite de préférence au haut fourneau en chargeant en manganèse en présence d’un laitier basique) sera toujours une grande

difficulté pour l’industriel. Enfin, pour obtenir do l’acier suffisamment dur pour rails, on n’y arrivera qu’avec une forte consommation de spiegel, de manière à avoir un métal qui, doux par le carbone, devra ses propriétés résistantes au manganèse, ce dernier allant jusqu’à 1 o/0) comme cela a lieu à Eston. Le procédé basique, peut au contraire, fournir des métaux doux et purs comme àWitkowitz, et il est peut-être appelé dans un laps de temps très court, sinon à supplanter, au moins à remplacer en grande partie l’ancien puddlage.

« Le véritable centre d’application du procédé basique, dit M. Trasenster, est l’est de la France et l’Alsace-Lorraine, et s’il se répand dans les autres districts, ce sera probablement dans l’ordre suivant : Westphalie, Sheffield, Belgique et Cleveland.

PROCÉDÉ MARTIN BASIQUE.

Déphosphoration et désulfuration sur sole. — Pour terminer ce qui est relatif à l’emploi des matières phosphoreuses, nous aurions maintenant à parler de quelques essais ayant pour but d’obtenir une déphosphoration au four Siemens-Martin. Nous avons dit plus haut que, grâce à l’emploi des alliages riches en manganèse, la compagnie de Terrenoire était arrivée à produire des aciers phosphoreux, pauvres en carbone, mais suffisants pour la fabrication des rails; d’autre part, l'application des garnissages basiques au convertisseur a appelé l’attention des industriels sur l’emploi de garnissages analogues dans les procédés ayant pour base la fusion sur sole.

Un certain nombre d’essais ont été faits dans cette voie, dans quelques usines françaises et étrangères, mais les renseignements manquent a peu près complètement sur cette intéressante question. «Les aciéries, dit M. Jordan (conférence faite à la Sorbonne), restent un peu muettes sur les résultats des essais auxquels elles se livrent : celles qui dépensent du temps et de l’argent en tentatives coûteuses ne se soucient pas, évidemment, de mettre leurs concurrents en meilleure situation qu’elles, en leur faisant connaître leurs déboires et leurs succès. »

On peut dire toutefois que les industriels qui ont essayé la déphosphoration au four Martin opèrent sur une sole construite en dolomie, en établissant entre la matière basique de la sole et la silice de la voûte du four un joint en graphite ou en bauxite, ou autres matières neutres. D’après les chiffres publiés par le Creusot, on a traité des fontes phosphoreuses, il est viai, mais il semble que l’on a dilué la quantité de phosphore dans une grande quantité de métal, et les résultats obtenus ne peuvent jusqu’ici être considérés comme concluants. t

En appliquant les principes sur lesquels repose le procédé Bessemer basique, c’est-à-dire garnissage en pisé dolomitique, additions dé chaux et de minerai pendant le cours de l’opération, et en modifiant ces principes suivant les circonstances, nous sommes persuadés que par la persévérance on arrivera à produire sur sole, non seulement des métaux déphosphorés pour rails, mais des métaux spèciaux et d’une grande pureté en partant de matières inférieures phosphoreuses.

Dans un autre ordre d’idées et en nous reportant à ce que nous avons dit des difficultés résultant de l’emploi de fontes sulfureuses au Bessemer basique, on doit signaler, à côté des essais de déphosphoration, ceux de désulfuration au four Martin, ainsi qu’au four Pernot. Cette question sera sans doute résolue par la suite, mais les

études faites jusqu’à ce jour sont si peu concluantes, que nous ne croyons pas devoir les indiquer autrement qu’en renvoyant à la note bibliographique ci-dessous.

Bibliographie. — Lowthian Bell. Sur la séparation des carbone, silicium, soufre, phosphore dans le finage, le puddlage et l’opération Ressemer. Iron and Steel Institute. Meeting de Londres, 1878.

Thomas et Gilchrist. Déphosphoration au convertisseur. Iron and Steel Institute. Congrès do Paris, 1878.

Trasenster. Études sur la déphosphoration . Revue universelle des mines. Liège, 187!) et 1880.

Divers auteurs. Déphosphoration et désulfuration. Bulletin mensuel de l’industrie minérale de Saint-Etienne, 1879-1880-1881.

Pourcel. Etudes sur la déphosphoration. Iron and Steel.

Gautier. Sur les progrès de la déphosphoration. Société des ingénieurs civils, 1879-1880.

Pourcel. Essais de phosphoration et déphosphoration des tontes. Bulletin de l’industrie minérale do. Saint-Etienne, 2e série, t. VI, 1877.

Pourcel. La déphosphoration au congrès métallurgique de Dusseldorf. Génie civil, 15 novembre 1881. « Greinert. — Installations américaines pour le procédé Bessemer basique d’après A.-L. Holley, Revue de Liège, janvier 1882.

m. — PROPRIÉTÉS DES ACIERS