I. Tuyère

H. Chambre du ereoset.

Le massif du fourneau est évidé dans la partie inférieure , et présente sur trois, et quelquefois sur quatre,, de ses faces de grandes ouvertures voûtées, qui établissent, au niveau du solde l'atelier, les communications nécessaires entre l'intérieur et l'extérieur du fourneau. C'est par ces ouvertures que passent les conduites qui amènent l'air lancé par les machines soufflantes :' les Inues ou extrémités de ces conduites aboutissent aux tuyères, dont le nombre varie de 1 à 3, et qui débouchent dans le fourneau à la hauteur de la base de l'ouvrage. C'est encore par l'une de ces ouvertures que l'ouvrier s'approche du creuset, pour surveiller la marche du fourneau y pour

FER

évacuer les laitiers ec pour tàkt la coulée. Ces opérations sont facilitées par les dispositions suiTantes : la paroi du creuset à laquelle aboutit l'ouverture pratiquée dans le massif est fermée en bas par une forte pierre , appepeiée dame , au-dessus de laquelle est une ouverture qui sert à l'écoulement du laitier; en haut, par une antre pierre, qui prend le nom de tympe^ et sur laquelle repose la maçonnerie supérieure. A odté de la dame se trouve le trcu de coulée , fermé par un tampon d'argile , et donnant issue à la fonte lorsque l'ouvrier fait la percée. Un canal profond, creusé dans le sable qui forme le sol de Tateller, reçoit alors le métal en fusion et donne à la ffueuse cette forme seroi-cyllndrique sous laquelle elle arrive aux foyers d'affinage.

Ajoutons, enfin, que les fondations du haut fourneau doivent être faites avec soin et de manière à garantir de l'humidité les parties inférieures de l'appareil. Pour cela , il est nécessaire d'y réserver des canaux ou galeries voûtées sur lesquelles reposent les prendères assises du massif, et notamment la base du creuset avec la grille qui la supporte. Toute la construction d'ailleurs doit être reliée et consolidée par des armatures en fer intérieures et extérieures.

En résumé ,' l'on voit que la capacité d'un liant fourneau comprend quatre parties distinctes, mais continues, qui ont pour axe commun l'axe du fourneau, et qui sont, en commençant par le haut : i^ la cuve ; 2** les étalages : ces deux parties ayant la forme de deux troncs de cône, rapprochés par leurs grandes bases, et dont les hauteurs respectives sont à peu près dans le npport de S à 1 ; 3** Touvrage, capacité prismatique on cylindrique dont la partie inférieure reçoit la tuyère ou les tuyères des machines soufflantes qui amènent Tair dans le fourneau ; 4* le creuset, partie inférieure de Tappareil, qui reçoit la fonte et les laitiers produits par le traitement des minerais.

Supposons un appareil semblable, neuf ou remis à neuf, et exposons la série d'opérations et de phénomènes qui se succèdent depuis la mise en feu jusqu'à la coulée de la fonte.

Avant tout, il faut déterminer, par un essai préalable, la richesse du minerai qu'on a à traiter, la proportfon et la nature des substances étrangères qu'il contient. Ces substances étrangères qui constituent la gangue, peuvent être , comme nous l'avons dit, Far* gile , le quartz , l'alumine , la chaux, etc. Si la gangue est argileuse , Il faudra ajouter, pour fondant , du carl>onate de chaux ; si la chaux ou l'alumine y sont en excès, on emploiera comme fondant la silice ou l'argUe. Et dans les deux cas la proportion du fondant devra

être telle qu'il donne naissance avec la gangue à un silicate fusible; condition qui exige que les quantités respectives de la siKce et des bases soient dans un certain rapport que l'expérience a fixé (1). Des essais par voie sèche permettent d'ailleurs, dans chaque cas particulier, de déterminer la proportion de fondant la plus convenable pour remplir cette condition. Quelquefois la gangue seule est asses fïisible, et alors on se passe de fondant ; souvent aussi, si l'on a des minerais de nature différente, on pourra, en les mélangeant dans un certain rapport, obtenir un minerai nouveau dont la gangue sera d'ellemême asses fusible. A cet égard , une analyse complète ou seulement un essai par voie sèehe conduira toujours facilement à la déterminatfond'on mélange convenable et propre au fondage. Ajoutons qu'il est quelquefois nécessaire d'ijouter en outre un laitier tout formé, lorsque le minerai n'est pas de nature à le produire en quantité suffisante ;c*est que le laitier a, dans ce mode de traitement, une action utile : il sert, comme nous le verrons, en enveloppant la fonte , à la préserver de Toxydation.

Le traitement chimique du minerai étant ainsi fixé, on procède à fopération, comme nous allons maintenant Texposer.

Dans l'hypothèse où nous nous sommes placé , d'un appareil qui n'a pas encore fonctionné, il y a certaines précautions à prendre avant d'entreprendre Topération métallurgique. Il faut dessécher le fourneau : pour cela, on entretient du feu dans la chambre extérieure qui précède le creuset, et, celui-ci étant ouvert, il s'établit dans le haut fourneau, comme dans une cheminée ordinaire , un tirage qui entraîne, avec les produits de la combustion et l'air échauffé, l'humidité de l'appareil. Au bout de quelque temps, c'est dans le creuset même qu'on établit le foyer; pois bientôt après on remplit de charbon le creuset tout

(I) L'eoiemble des Mtt a apprit que paml let eonpos^ que U sliice peut forver avec la chant et falumlne* les plus fkisiblea sont eeax qal sont compris entre (C, A ) S* et (C. A) 8^, et que ces composés sont d'aotant pins ftaslltles qolls se rapprochent plus d'sTolr ponrbase C* A : Ils fondent encore asseï bien quand cette base est C A ; beaucoup moins facilement, an contraire, quand elle est C A*. Les argllea 1rs plus riches en alumine ont généralement poar formule de composition A S* ; d'où U sqlt qu'en les mé* langeant d'une quantité de diani Intermédiaire entre C et C*. on d'une quantité équivalente de carbonate de chaux, elles doivent dereaU' Aislbles : mais la fusion doit dCTcnlr plus facile encore en y ajoutant de S à S4 de silice. L'addltloa de la ^Ulee, d'ailleurs, est presque toqjoars superflue, parée qull est rare que les argiles ne soient pas mélangées de sables qnartzenx. « Une longue prattque, dit M. Berthler, a qui nous empruntons ces renseignements, nous a appris que ron rend «ne argile quelconque aaset fusible pour que des grenailles métaUlques puissent la traTcrser et se réunir en culot, en y alôuunt la moitié ou lea trois quarts de son poids de earbonate de chaux >•

entier et nue ptrtie de l'ouTrage : on oommeoce alon à fkmner le vent, d'abord à une fUble pression y ensnite sons une pression plu forte, à mesure qu'on augmente la charge de eombostible. Vient enfin le nnoment où le charbon remplit l'appareil : alors on introduit le minerai et le fondant dans des proporlions réglées à l'aTance. A partir de cette première charge» et dès que l'allure dn fourneau est ré* gnUère (ce qui d'ordhiaire n*arri?e pas immédiatement)» les opérations se suivent dans un ordre inYariable : le minerai et le fondant, d*nne part, de l'autre, le combustible, sont chargés en quantités constantes et à des interralles fixes; par suite, on fait également b ooolée de la fonte périodiquement , et toutes ces phases dn traTiil, se succédant sans interruption pendant des années entières , ne s'arrêtent que lorsqu'il doTient nécessaire de réparer le fourneau.

Prenons l'opération au moment où elle a acquis cette régularité ioTariable, et suivons le dérdoppement des phénomènes auxquels elle donne naissance.

C'est par le gueulard , ouTertnre supérieure de la cuYO, qu'on introduit dans le haut four* neau le minerai , le fondant et le combustible, et c'est par la base de l'ouTrage qu'afllue incessamment Pair nécesssire à la combustion.

U y a donc, dans un haut fourneau en acttrité, deux colonnes en mouvement : Tune, ascendante, absolument gaieuse, provenant originairement de l'air atmosphérique mêlé de vapeur d*eau, et formée, à sa sortie, d'axoie, d'abord, puis de matières volatiles que le minerai, le fondant et le combustible ont dégigées, enfin des produits de la combustion ; Pautre, descendante, composée à l'origine de matières solides, minerai fondant et combustible, qui se résout finalement en matières liquides, fonte et laitiers.

Get exposé, que nous empruntons en partie ao rapport d^ dtédeM. Chevreul, nous amène maintenant k foire connaître le résultat des recherches de M. Ébelmen. Ces recher^ cfaes , dans ce qui touche à la question que nous traitotts, ont en pour but : 1° de reconnaître, par l'expérience directe, la composition chimique de la colonne ascendante , prise depuis sa sortie par le goeiMsrd jusqu'à son origine devant la tuyère ; 2« d'éUUir la théorie des hauts fourneaux, en coordonnant les foits constatés avec les faits déjà connus sur )a compositioB de to colonne descendante. Cest donc uniquement le résultat de ce travail que nous avons à exposer pour faire connaître complètement an lecteur l'opération métallorgique que nous décrivons.

A rétat le plus compilexe , la colonne gazeuse qui monte dans le faÀut fourneau contient de la vapenr d'eau, de l'adde carbonique, de

l'oxyde de carbone, de l'hydrogène et de l'azote. Mais ces divers gaz ne se renoontreut pas tous ni dans les mêmes proportions en chaque tranclte de la colonne. On trouve, au contraire, des différences considérables dans b composition , quand on analyse ces tranches gazeuses prises à diverses hauteurs.

Si l'on suit, en effet, dans le fourneau une masse gazeuse déterminée , depuis le moment où, toncée par la tuyère, elle pénètre dans l'ouvrage, jusqu'au moment où elle s'échappe par le gueulard , voici la série de faits que l'on constate : composée à l'origine d'oxygène, d'azote et de vapeur d'eau, cette masse gazeuse subit tout d'abord une première modification, qui consiste dans la conversion de l'oxygène en acide carbonique et dans la décomposition de l'eau , dont les éléments se séparent. Ces phénomènes , dos à l'ioûncnce simultanée do charbon et de la température , sont suivis immédiatement de réactions nouvelles, par lesquelles Tacide carbonique et l'oxygène libre, qui ont pris naissance dans la période antérieure, comme on vient de le dire, passent tous deux à Pétat d'oxyde de carbone. Cette transformation , d'accoitl avec les faits chimiques déjà connus, s'explique naturellement par la présence du charbon en excès : le prodoit final de la combustion est, en effet , dans ce cas, comme tout le monde le sait, non l'acide carbonique , mais l'oxyde de carbone. L'azote de Pair et Phydrogène de Peau persistent d'ailleurs et sortent libres.

En sorte que, peu après son entrée dans l'appareil , la masse d'air que nuus considérons se trouve changée, par l'effet des réactions que nous venons d'indiquer, en une masse correspondante d'azote, d'oxyde de carbone et d'hydrogène. Cette conversion est accomplie en totalité, conune l'^sxpérience le démontre , quand la tranche gazeuse arrive au sommet des étalages.

A partir de ce point Jusqu'au gueulard, c'est-à-dire de la base au sommet de la cuve , on voit reparaître l'acide carbonique : il se trouve dans toutes les tranches de la colonne gazeuse, eu proportion croissante du bas au milieu de la cuve, en proportion constante depuis le milieu jusqu'à l'extrémité supérieure; en même temps, la quantité d'oxyde de carbone diminue, et la quantité d'hydrogène, au contraire, s'accrott jusqu'aux approches du gueulard.

11 est focile de se rendre compte de ces faits. D'abord, en ce qui concerne l'acide carbonique , il doit provenir en partie de la réduction de l'oxyde de fer par l'oxyde de carbone , et c'est ce que confirme la diminution observée dans la proportion de ce dernier gaz; en outre, s'il se trouve, comme il arrive d'ordinaire, des carbonates dans le minerai ou

FER

dans le fondant , ces malières doivent de? enir, aous Tinfluence de la clialenr, une source nouvelle d*adde carbonique. Quant à Taug* mentation de l'hydrogène, il &ot l'atlribuer, soit au combustible , qui , par Taction de la chaleur, laisse en effet dégager ce gaz eâ certaine quantité, soit à rhumidité des matières premières introduites dans le fourneau, etcontenant toujours de Teau, qui Tient se décomposer sur le charbon.

Telles sont, en efTet, les causes diverses des variations que l'analyse signale dans la composition de la colonne gazeuse ascendante.

Il devient maintenant facile, en reportant Tattention sur la colonne descendante , d'apprécier les modifications correspondantes que subissent les matériaux qui la composent, dans leur iniei à travers l'appareil. Jointe à la précédente , cette analyse constitue la théorie des hauts fourneaux , qu*on peut résumer, aveo M. Ébelmen, par les conclusions suivantes :

1* La cuve d'un haut fourneau est un appareil où le charbon perd son humidité et dégage de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone;

V* Il n'y a aucune action chimique entre le charbon et le minerai ;

3° Il n'y a aucune action chimique entre le charbon et l'acide carbonique, que ce dernier provienne du fondant ou tout à la fois du combustible et du minerai;

4® La seule action chimique dont la cuve soit le théâtre, c'est la conversion du minerai en fer ou en oxyde magnétique, réduction opérée par Toxyde de carbone produit dans les régions inférieures du fourneau;

5* L'hydrogène provenant, soit de la distillation du combustible , soit de la décomposition de l'eau , ne parait exercer aucune action chimique dans le haut fourneau;

6** La quantité de carbone consommée depuis les étalages jusqu'à l'endroit où les dernières parties d'acide cariranique sont transformées en oxyde de carbone, est de 6 pour 100 du carbone total ;

7* Le minerai perd dans la cuve les {j de l'oxygène par la réaction de l'oxyde de carbone, et perd les -^ restants, depuis les étalages jusqu'à la tuyère, par l'action directe du carbone. U est probable que le fer commence à se carboner dans la moitié inférieure des étalages, et il est certain que c*est tout an plus à 0™,3 de la tuyère que s^opère la fusion du laitier et de la fonte.

Nous ne nous étendrons pas davantage sur ce sujet, quoique nous ayons encore k hire connaître quelques observations intéressantes de M. Ébelmen sur la distribution de la chaleur dans les différentes parties du fourneau : mais cette partie du travail qui nous sert de guide comporte des développements trop étendus pour trouver place ici. Nqns nous borne-

rons à mentionner le fait, en renvoyant le lecteur au mémoire original, cité à la fin de notre article. ^

Il ne nous reste ainsi , pour terminer, qu'à donner quelques analyses des produits de l'opération que nous venons de décrire. Celles que nous consignons ci-dessous sont extraites du savant ouvrage de M. Berthier.

VONTGB PROVENANT DE MINERAIS OXYD^.

Provenaoeet.

Phosphore.

Ancy-le-Prane(i).

AatreT(«)

Satnt-Dl2ter(S). . .

TrédlooM)