SI6 0,SIS

o,nio

u 0,01tf

0^2 OjOIT

(I) Scorie de floerte de UuMeVy près Birmingham. La grande quantité d'acide pho»pborlqae qu'elle contient prouve que le phosphore b'acldlfle en ma* )eure partie pendant le flnage.

(t) Scorie de flnerie. Obtenue sans addlUon. On a trouvé qu'on dlmlodalt le déchet de la fonte en introduisant dans le fourneau une certaine proportion de calcaire ferrugineux.

(3) Scorie de puddlage de Dowlals (pays de Galles)

(1) Scorie de puddlsge de Courala (Pays-Bas ). L*q-

FER

Noos devons dire, en terminant ce long exposé de la métallurgie du fer, que nons nous sommes borné aux notions les plus essentielles sar ce vaste sujet. Pour être complète, notre description aurait dû comprendre plusieurs autres méthodes usitées dans le traitement des mmerais de fer, et celles auxquelles nous nous sommes attaché, comme aux plus générales et aux plus importantes,* comportaient en outre beaucoup de détails techniques que nous avons négligés. Le lecteur qui voudrait étudier les questions que nous avons effleurées ou même passées sous silence, devra donc recourir aux traités spéciaux indiqués à la fin de notre article. Les recherches nombreuses qu'on a faites, surtout dans ces demie* res années , touchant la métallurgie du fer, les perfectionnements qu*on y a apportés et que nous allons mentionner, rendent Tobservation que nous consignons ici plus nécessaire qu'en nul autre sujet que nous ayons à traiter.

Il nous reste à faire connaître quelques modifications introduites depuis plusieurs années dans la métallurgie du fer et appliquées maintenant dans un grand nombre d'usines. Nous voulons parler principalement de l'emploi de l'air chaud et des essais tentés pour remplacer les combustibles carbonisés dans la préparation de la fonte. Ce nouveau sujet nous oonduhm naturellement à apprécier une innovation heureuse, l'usage des produits gazeux de la combustion , qui tend aujourd'hui à se généraliser, et qui , dans un avenir prochain , peut clianger notablement les conditions économiques de la production du fer et de la fonte.

Les notions très-succinctes que nous allons donner à cet égard sont puisées en partie dans un rapport de M. Michel Obevalier an iury central de l'exposition des produits* de l'industrie, en partie dans le Dictionnaire des arts et mam^aeiures , recueil que nous avons déjà cité souvent dans l'Encyclopédie.

En ce qui concerne la substitution du bois au charbon dans le traitement des minerais an haut fourneau , nous n'avons id que peu de choses à dire. Cette innovation, en effet, n'a point donné généralement de résultats satisfaisants, et le nombre des usines où on l'a mise en pratique va sans cesse en diminuant.

Quand on réfléchit à la perte considérable qu^occasionne la carbonisation en grand, quel que soit le procédé qu'on suive pour l'efTectuer, il vient naturellement à l'esprit d'éviter cette perte en employant le bois dans le haut fourneau à la place du charbon. On ne voit pas à priori qae cette sobstitatioB puisse entral-

pération dans laquelle elle a été produite était un euai d'ane sole calcaire poar le four à réTerbère. Cette clrcoDsUnce explique U proportion de cbaox reconnue à l'analyse.

ner des Inoonvénienta pour le traitement du minerai, puisque les principes volatils du bois doivent se séparer dans les hantes régions de l'appareil, et ne point troubler les réactions chimiques qui se passent vers les parties inférieures, entre le minerai et le charbon, puisque ce dernier est alors dans le même état que sll eût été introduit directement dans le fourneau. Il semble, en un mot, puisque le bois se carbonise dans la partie supérieure de la cuve, qu'il revienne au même d'employer le bois ou le charbon qui en provient par une caldnation antérieure. Il n'en est pourtant pas ainsi : la marche des hauts fourneaux est diangée notablement par l'usage du bois vert ou desséché ; et, bien qu'on emploie concurremment une forte proportion de charbon ; bien qu'on alimente l'appareil avec de l'air préalablement chauffé, comme nous l'expliqueroDs ci-dessous , il s'établit constamment , dans l'allure de l'opération, une irrégularité plus ou moins prononcée; c'est ce qui a fait abandonner, dans la plupart des usines , le traitement au bols en nature. L'économie qu'on réalisait amsi sur le combustible était, il est vrai, assez considérable; mais elle ne répondait point à une économie équivalente dans les frais de la production. La raison en est que le transport du combustible à l'usine est beaucoup plus cher pour le bois que pour le charbon, et de là , au moins dans beaucoup de localité, une augmentation dans les frais généraux, qui compense , pour ainsi dire , la réduction opérée sur la consommation du combustible.

On a essayé plus tard un moyen mixte qui consiste à employer le bols imparfaitement carbonisé, à l'état de charbon roux. Cette tentative, sur laquelle l'expérience n'a pas encore prononcé définitivement , semble devoir produire des résultats plus favorables : mais elle est encore trop nouvelle pour que nous puissions l'apprécier dans un ouvrage tel que celuf-ci.

L'emploi de l'afr chaud, dont nous devons parler en second lieu, est principalement applicable aux hauts fourneaux. On a vu que ces appareils étalent pourvus de machines sonfQantes qui y injectaient l'air nécessaire à la combustion et nous avons décrit les modifications subies par la colonne gazeuse depuis son introduction par les tuyères Jusqu'à sa sortie par le gueulard. Nous supposions alors qu'à l'origine les gaz avaient la température de l'atmosphère, en d'autres termes, que l'air lancé par la soufllerie dans le haut fourneau y pénétrait sans avoir été chauffé préalablement. Mais qu'arriverait-il s'il en était autrement, si l'air qui alimente le foyer était porté à 300 degrés, par exemple, an moment où il arrive dans les tuyères?

La théorie que nous avons donnée des pbé-

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nomènes présentés par le haat fonrneau, permet de répondre aisément à cette question. Le oombastible atteint par Tair ainsi écbaofTé brûlera érîdeniment avec pins de rapidité, et la conversion de l'oxygène en acide carlMnique, eonversion qui n'est antre cbose qoe la eombastlon ménie, s'effectaera dans un espace beaucoup plus limité. Par suite, la zone oxydante qui, dans la colonne gaaense, est eonsUtuée par Taeide carbonique, se trouvera moins étendoe; en outre, la température produite par la combustion sera plus élevée. De là résultent les avantages de l'emploi de l'air cbaud dans les hauts fourneaux. Ces avanlages sont tels , que, lors même que l'air est édiauffé au moyen d*an foyer particulier, on trouve encore éâ>nomie de combustible à s*en servir. Gela est surtout sensible dans les appareils alimentés au coke, où Ton peut augmenter d'une part la chargé en minerai et changer, de Tautre, la proportion du fondant , de manière à obtenir des laitiers plus propres à s'emparer du soufre. Dans les hauts fourneaux au cbartwn de bois qui marohenl à Pair chaud, on peut également augmenter la quantité de minerai et diminuer celle da fondant sans aucon inconvénient, parce que la température plus élevée permet de liquéfier des laitiers nnoltts fusibles. Dans tous les cas. Il y a économie notable de combustible et rallure se tronre d'ailleurs améliorée.

La température à laquelle il faut chauffer l'air pour obtenir le maximum d'effet utile, dépend de la nature du combustible et de celle des minerais, comme aussi de la qualité de fonte que Ton yeut obtenir. On ne dépasse guère 300 degrés, en général, et quelquefois n reste bien an-dessous de cette limite.

Les appareils dans lesquels on échauffîn l'air présentent des dispositions très-variables. L*un des plus fréquemment employés en Angleterre consiste en un système de tuyaux , interposés entre le régulatei^r de la machine soufflante et les tuyères. Ces tuyaux sont placés dans des conduites horizontales en briques, qui aboutissent toutes à une cheminée d'appel, et qui sont traversées par la flamme et les gaz de combustibles qu'on brûle sur des grilles placées respectivement à l'extrémité de chaque conduite. 11 y a ordinairement trois de ces canaux : l'un reçoit le tuyau qui communique avec le régulateur, et les deux autres les embranchements qui aboutissent aux deux tuyères. Ceux-ci sont creusés à droite et à gauche du haut fourneau , tandis que le troisième passe par derrière. C'est aussi derrière le fourneau qu'est située la cheminée d'appel y et les trois grilles occupent respectivement l'extrémité la plus éloiguée de chaque conduite. Ce système a d'ailleurs un développement suffisant pour que Tair qui circule

dans les tuyaux avec une certaine vitesse atteigne une température déterminée dans son trajet du régulateur aux tuyères.

11 est fkdie, en se servant toujours d'un foyer partionUer, d'Imaginer d'autres dispositions qui rempliraient l'objet de l'appareil dont nous venons de donner l'idée. Mais ici se présente une première application d'un perfectionnement que nous avons indiqué phis haut, et qui consiste à utiliser, pour élever la température de l'air, la chaleur perdue du haut fourneau.

£n examinant la composition de la colonne gazeuse qui s'échappe de l'appareil par le gueulard, on reconnaît aisément, en effet, la possibilité d'employer les produits qui la composent comme un nouveau combustible. Dans les expériences de M. Ébelmen , les gaz d'un haut- fourneau au charbon de bois, pris à ras au gueulard , contenaient :

Acide carbonique. ..;.... 13,88

Oxyde de carbone .^28,51

Hydrogène ô,82

Azote ; 57,79

Dans un haut fourneau au coke, M. Ébelmea a trouvé pour la composition des gaz égale* ment pris au gueulard :

Acide carbonique 7,15

Oxyde de carbone 28,37

Hydrogène 2,01

Azote 62,47

Et , dans les deux appareils, les gaz , puisés à des profondeurs croissantes au-dessous du gueulard, jusqu'au sommet des étalages, les gaz, disons-nous, offrent une proportion plus grande d'éléments combustibles.

Or, en évaluant l'effet calorifique que l'oxyda de carbone et l'hydrogène produisent en brûlant, M. Ébelmen a trouvé que les gaz qui se trouvent dans la colonne ascendante à la sortie du gueulard renferment une quantité de combustible qui représente moyennement 60 de chaleur, la chaleur totale du combustible employé étant représentée par 100 ; c'està-dire que l'effet utile du combustible brûlé dans un haut fourneau au charbon de bois est réduit au tiers de sa Taleur réelle, quand on n'emploie pas les gaz qui s'échappent de l'appareil. Dans les hauts fourneaux au coke, la perte est plus considérable et s'élève aux }. Ces chifflres montrent assez clairement quel parti on peut tirer de cette chaleur perdue et quelle économie on peut réaliser ainsi dans les frais de production de la fonte.

U est donc évident que les gaz du haut fourneau peuvent servir à échauffer l'air qui doit alimenter la combustion. Mais dans quelle partie de l'appareil puisera-t-on les gaz? Par quels moyens parviendra-t-on à utiliser ce non- Teau combustible?

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Ed puisant les gaz au bas de là cuve , là où ils contie&Deot le plus de principes combustibles, on s'exposerait à déranger Palluredu baut fourneau : il parait donc préférable de les prendre dans le Toisinage du gueulard. De là, ils devront se rendre dans le four où , d'autre part, arrivera Tair. froid de la machine soufflante pour être chauffé. Mais ce four peut être établi, soit au sommet du baut fourneau , sur la plate-forme même du gueulard, soit sur le sol de Tusine. Nous avons ainsi deux dispositions principales.

Dans la première, qui est en usage aux forges de Wasseralfingen, on a placé sur le gueulard une doublure en fonte qui forme le revêtement d'une embrasure par où s'échappe la partie de la flamme qu'on destine au chauffage de l'air. Cette embrasure conduit les gaz à la partie inférieure du four où sont disposés des tuyaux horizontaux dans lesquels circule l'air sortant de la machine soufQrante. A la partie supérieure du four se trouve une cheminée d'appel qui donne issue aux produits de la combustion des gaz, et dans laquelle un registre mobile sert à régler le tirage. Un appareil semblable , placé à l'orifice d'entrée des gaz dans le four, sert également à régler la distribution du combustible. Mais les coulisses qui reçoivent ce second registre sont assez larges pour permettre l'introduction de l'air extérieur; et celui-ci, pénétrant dans le four, y brûle les gaz amenés du haut fourneau. C'est cette combustion, il faut bien le remarquer, qui est la source de chaleur et non la masse gazeuse elle-même , quoiqu'elle ait une température assez élevée : c'est la conversion de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène en acide carbonique et en eau , qui développe la quantité de chaleur qu'on utilise dans ce cas pour le chauffage de l'air, mais qui peut être assez considérable pour suffire, comme nous le verrons, à l'affinage de la fonte.

D'après cette description, on comprendra aisément l'action de l'appareil. Une partie des gaz combustibles , sortant du haut fourneau , passe dans le four et y est brûlée par l'air extérieur affluent La chaleur produite élève ainsi la température de l'air intérieur arrivant de la soufQerie dans les tuyaux du four et descendant ensuite pour gagner les tuyères.

Les appareils de ce genre, placés sur la plate-forme du gueulard , ont l'inconvénient d'exiger une grande force motrice pour la machine soufflante, par suite du grand développement des tuyaux de conduite ; l'espace d'ailleurs manque souvent pour les établir. On les remplace maintenant, en général, par des appareils semblables, construits à la base du haut fourneau , sur le sol même de l'usine. La prise de gaz est faite ordinairement dans ce cas au moyen d'une trémie en. foule ^ haute

de deux mètres environ , que l'on place à la partie supérieure du gueulard. Les parois de la cuve enveloppent, sans la loucher, la surface cylindrique ou conique de cette trémie, et forment ainsi un espace annulaire où se rassemble une partie des gaz. Un canal en briques, ménagé dans le massif du fourneau , s'ouvre en haut dans cette sorle de réservoir pour y puiser les gaz et se raccorde , à son extrémité inférieure, avec un tuyau en fonte qui les amène sur le sol de l'usine. Là se trouve l'appareil destiné à ésliauffer l'air qui doit être injecté dans le baut-fourneau.

Cet appareil est un four à réverbère, dont la voûte très-surbaissée couvre une sole rectangulaire. L'air qu'il s'agit d'échauffer arrive transversalement, près du rampart, circule dans un ensemble de tuyaux qui occupent la longueur du four, et de là se rend dans les tuyères. Les gaz combustibles, pris au haut fourneau, pénètrent dans le four à réverbère en arrière de l'autel, et y sont brûlés par un courant d'air forcé; d'ordinaire, cet air luimême est préalablement chauffé en passant à travers des tuyaux disposés dans la cheminée du four à réverbère.

On ne se sert pas toujours, pour brûler les gaz, d'un courant d'air forcé, comme on le fait dans l'appareil que nous venons de décrire : la combustion a lieu quelquefois au moyen de l'air froid appelé par le simple tirage , comme dans le four de Wasseralfingen.

La disposition la plus simple consiste alors en un système de deux larges tuyaux en fonte , concentriques et verticaux. Les gaz combustibles sont brûlés dans le tuyau intérieur , et l'espace annulaire compris entre les deux tuyaux reçoit l'air de la soufQerie, qui s'y échauffe et se rend ensuite dans les tuyères.

L'emploi de Tair chaud dans les hauts fourneaux est maintenant répandu dans beaucoup d'établissements, principalement dans ceux qui s'alimentent de combustible minéral ou de bois en tout ou en partie. Nous trouvons dans le rapport de M. Michel Chevalier cité plus haut qu'en 1842, sur cinquante-un hauts fourneaux qui brûlaient du combustible minéral, trenteneuf, c'est à-dire les quatre cinquièmes, marchaient à l'air chaud. Sur les trente-quatre hauts fourneaux charge en partie avec du bois cru ou à demi carbonisé, les trois quarts, vingt-six, chauffaient leur air. Au contraire,de8 trois cent quatre-vingt-quatre hauts fourneaux au charbon de bois, cinquante-deux seulement, soit quatorze sur cent , suivaient cette méthode. Dans la C6te-d*0r , beaucoup d'usines qui emploient le charbon de bois travaillent à l'air chaud ; ailleurs, on s'en tient généralement à l'air froid. Comme nous l'avous dit, l'air chaud donne des résultats différents, mi'

FER

3tO

T«nt les difTérentes destinations de la foole. I«a fonte obtenue à l'air chaad est beaucoup plus douée, mais plus difficile à affiner.

L'usage de Pair diaud a été étendu, quoique dans une proportion plus restreinte, à l'affinage de la fonte an 1 bas foyers. Il offre ici les mêmes avantages que dans les hauts fourneaux , c'est-à-dire qu'il procure une économie notable sur le combustible et une certaine réductkNi dans le déchet de la fonte. C'est princi* paiement pour l'affinage des fontes obtenues à l'air chaud, qui sont, comme on l'a dit , plus difficiles à réduire, que ces avantages paraissent marqués. On emploie l'air chaud à la températore de 150 degrés environ dans les feux comCois, et cette température est obtenue en faisant drcoler l'air sortant de la soufllerie dans on système de tuyaux placés, soit directeoBent au-dessus dn foyer, soit dans la cheminée d'un four à s'échauffer, alimenté par la flamme perdue du feu d'affinerie. Il y a d*aiikors, quand on doit travailler à Tair chaud, quelques modifications à opérer dans le montage do feu : mais nous n'entrerons pas dans ces détails.

On vient de voir une application de la chaleur perdue dans les foyers d'affinerie, comme on a vu plus haut l'emploi de celle des hauts fourneaux. Tous les appareils pyrotechniques qui servent à la métallui^ du fer comportent des applications do même genre, et on peut utiliser également la chaleur qu'ils perdent en se servant d'appareils semblables à ceux que nous avons décrits, pour recueillir et brûler les gaz combustibles qui s'échappent de ces appareils. Cest ainsi qu'on a trouvé dans cette nouvelle source calorifique, négligée jusqu'à présent, les moyens de produire la vapeur pour alimenter les machines motrices, de cuire la chaux el les briques, de griller les minerais, de réchauffer le fer dans les fours à réverbère,etc. , * sans dépense de combustible.

On a été plus loin : on est parvenu à produire, au moyen des gaz perdus du haut fourneau, l'opération difficile et délicate de l'affinage de la fonte. Cesten France et concurremment dans le Wurtemberg, à l'établissement déjà nommé de Wasseralfingen, qu'on a résolu ce problème qui présentait de très*graves difficultés. Aujourd'hui , l'affinage par les gaz , devenu un procédé manufacturier, applicable à toutes les usines, promet noe économie conaidérable dans les frais d'extraction du fer.

La description que nous avons donnée ailleurs (Voy, CoHBDsmLBs) d'un four à réverbère , chauffé par les produits combustibles d'un générateur à gaz, nous permettra de donner en peu de mots l'idée du procédé dont Il s'agit. Qu'on suppose, en effet, un haut fourneau remplaçant le générateur, et on aura immédiatement la notion essentielle de l'appareil

dans lequel on brûle lesgaz pour affiner la fonte. Ces gaz sont puisés dans le haut fourneau, soit au moyen d'une trémie semblable à celle dont nous avons parlé ci-dessus , soit au moyen d'ouvertures pratiquées dans la cuve : ils passent ainsi dans un réservoir annulaire ménagé dans le massif, et de là, par un large tuyau , dans le four à réverbère où le puddlage doit s'opérer. Ce tuyau les amène sur l'autel du four, et ils y sont brûlés par un courant d'air forcé, lancé au milieu des gai combustibles, par plusieurs tuyères.

L'air comburant a été chauffé préalablement dans un appareil particulier ou dans la cheminée même du four à puddler. Cette disposition permet d'obtenir dans les appareils une température très-élevée, suffisante et au delà, pour l'affinage. Rien n'est changé du reste à l'opération ordinaire; si ce n'est que la flamme tendant à s'échapper par la porte de travail , on fait passer devant cette porte un courant d'air froid qui rejette les gaz dans le four et laisse à l'ouvrier la liberté de s'approcher autant qu'il est nécessaire. L'opération donne un fer de meilleure qualité , à ce qu'il parait , que celui qu'on obtient par le puddlage à la houille : le déchet d'ailleurs est moins considérable.

Nous ferons connaître, en terminant, quelques chiffres relatils à la production de la fonte et du fer dans les diverses contrées de l'Europe.

Yoid d'abord la statistique des étabUssements consacrés en France à la métallurgie du fer. En 1843 , on comptait , d'après le tableau publié par l'administration :

Fahrication dé la fonte et du fer.

En acUT. CbûUMgc Total.

Hauts fourneaux 471 126 b07

Forges catalanes et corses. 107 28 13&

Foyers de mazeric au charbon de bois 12 7 19

Fineries au coke 15 3 18

Feux d'afiinerie au cliar-

bondebois 815 313 1,128

Fours à puddler 352 92 444

Foyers de chaufferie . . 74 50 l'i4

Fours de chaufferie à réverbère 166 32 198

Fabrication du petit fer.

Foyers de chaufferie. . . 175 61 236 Fours de chaufferie à réverbère 152 52 204

Fabrication de la fonte moulée {V ftasion).

Cobiloto 416 55 471

Fours à réverbère 63 12 75

Ces divers établissements ont livré au oom* mercc en 1845 -. 3,150,125 quintaux métriques de fer, et 4,271,753 quintaux métriques de fonte.