CHAPITRE V
Les principaux alliages utilisés dans la fabrication des aciers ordinaires ou des aciers spéciaux sont par ordre approximatif d'importance :
1° Les ferro-manganèses ;
2° Les ferro-siliciums;
3° Les ferro-aluminiums;
4° Les ferro-chromes ;
5° Les ferro-tungstènes ;
6* Les ferro-molybdènes ;
7° Les ferro-vanadiums ;
8° Les ferro-titanes.
Il est bien entendu que Ton trouvera déjà des renseignements intéressants sur la constitution de ces alliages dans les chapitres précédents. Nous ne donnerons ici que les résultats des observations micrographiques que nous avons faites sur ces produits. Nous nous empressons d'ajouter que nous devons la plupart des échantillons que nous avons étudiés à l'amabilité de la Société électro-métallurgique et de son direc-r teur M. Paul Girod.
FERRO-MANGANÈSES
Parmi les alliages de fer et de manganèse, on distingue : 1° Le ferro-manganèse proprement dit, dont la teneur en manganèse est supérieure à 250/0 ;
2° Les spiegels, qui contiennent moins de 25 0/0 de manganèse. Parfois même on distingue le petit spiegel, qui renferme 5 à 7 0/0 de Mn.
Étude théorique. — Les observations que nous avons faites sur les ferro-manganèses et les spiegels nous ont donné les résultats suivants :
Sur les spiegels : cristaux magnifiques entourés d'eutectique. Ces cristaux apparaissent par polissage en bas-relief et sont colorés en gris par le picrate de soude en solution sodique. Ils doivent être formés d'un carbure double. Dans les ferro-manganèses, le fond de la masse semble être formé de la même matière, qui est en grande abondance. On voit peu de perlite.
L'étude de MM. Carnot et Goûtai semble prouver, comme nous l'avons vu, l'existence des composés
Fe3C,4Mn3C pour des teneurs en manganèse de 74 à 85 0/0
Fe3C,2Mn3C — — de 60 à 74 0/0
2Fe3C,Mn3C — — de 30 à 60 0/0
4Fe3C,Mn3C au-dessus de 18 0/0
Mais il ne faut pas oublier que le silicium et le soufre se combinent au manganèse pour donner les composés MnSi et MnS.
Les ferro-manganèses ne doivent pas contenir le carbure Mn3G découvert par MM. Troost et Hautefeuille.
Étude industrielle. — Historique. — L'étude industrielle des alliages fer-manganèse est liée essentiellement au développement de la sidérurgie. Aussi croyons-nous devoir rappeler brièvement l'historique de leur utilisation.
C'est vers la fin du xviu* siècle que Binman découvrait qu'en fondant de la fonte grise avec de l'oxyde de manganèse en parités égales on produit un métal blanc,- fragile et qui n'est pas attiré par l'aimant.
D'autre part, des minerais spathiques de Siegen (Allemagne),
traités au haut-fourneau, donnaient des fontes blanches, extrêmement fragiles, à grandes facettes, qui les ont fait appeler fontes spéculaires ou miroitantes (spiegeleiseri) ; elles ont une teneur en manganèse qui va de 5 à 12 0/0.
Vers 1839, Heat avait noté l'intérêt que semblait présenter l'addition du manganèse dans la préparation de certains aciers dans Tlnde. Il apporta le fruit de ses observations aux métallurgistes de Sheffield et fabriqua du manganèse métallique en réduisant l'oxyde par du charbon. On nota que le manganèse rendait les aciers plus malléables. Mushet fabriqua ensuite des fontes riches en manganèse et en proposa l'emploi à Bessemer, à une époque où celui-ci, ne sachant pas désoxyder et décarburer son métal, se butait à des difficultés considérables de laminage et de martelage, et Ton peut dire que c'est l'intervention du manganèse qui assura l'existence du procédé Bessemer.
Fabrication. — Sur la demande de Bessemer, Henderson, chimiste d'une usine anglaise où Ton fabriquait des quantités importantes de chlore en partant des oxydes de manganèse, essaya d'utiliser les résidus de sa fabrication.
Il y réussit en employant un four Martin dont la sole était faite en briques de graphite ou de coke. L'alliage obtenu ainsi renfermait 22 à 25 0/0 de manganèse.
D'un autre côté, Prieger de Bonn prépara, en 1866, un alliage à 70-80 0/0 de manganèse en réduisant dans un creuset le peroxyde de manganèse par le carbone.
La Compagnie de Terre-Noire, qui a joué un rôle si important dans la vulgarisation de ces produits, centralisa bientôt la production de ces alliages de fer et de manganèse tant par le procédé au four Martin que par le procédé au creuset.
Mais on fut rapidement conduit à remplacer ces modes de fabrication par l'emploi du haut-fourneau.
Déjà, en 1873, à l'Exposition de Vienne, on avait remarqué des échantillons de spiegel à 20 0/0 de manganèse qui provenaient d'un haut-fourneau de Suède et du fcrro-manganèse à 33 0/0, produit par un haut-fourneau de Carniole.
En 1874, il fut fait h Montluçon des essais sur la préparation d'un spiegel renfermant 26 0/0 de manganèse. Mais c est en 1875 que M. Pourcei entreprit aux usines de Terre-Noire la fabrication du ferro-manganèse au haut-fourneau; il obtint de suite des teneurs de 63 0/0 et arriva bientôt à 75 et 80 0/0 de manganèse. Peu après, d'autres usines, Saint-Jacques & Montluçon, Saint-Louis à Marseille, entrèrent dans la même voie1.
Il n'est peut-être pas inutile de rappeller qu'en 1875 le rôle du manganèse était encore discuté par Siemens.
Pour les ferro-manganèses, on utilise les minerais riches du Caucase, du Chili et de l'Espagne (45 à 57 0/0 Mn); pour les spiegels, les minerais de Siegen, deCarthagène (10 à 200/0 Mn).
La fabrication des ferro-manganèses au haut-fourneau est basée sur la réduction des oxydes de manganèse et des oxydes de fer par le carbone ou l'oxyde de carbone.
Le manganèse, quelle que soit la forme sous laquelle il est introduit, est amené à l'état d'oxyde salin Mn304 sous l'influence de la chaleur, à quelques mètres au-dessous du gueulard. Quand il est introduit à l'état de bioxyde de manganèse MnO2, il y a un dégagement d'oxygène très important d après la réaction bien connue :
3MnO* = Mn»0* + O* ;
d'où combustion très intense du carbone.
L'oxyde de manganèse est d'abord réduit à l'état de protoxyde par l'oxyde de carbone. Il est amené à l'état de manganèse métallique par contact avec le carbone. Ceci a lieu, bien entendu, au-dessus des tuyères. Il s'allie au fer qui a pris naissance par réduction de l'oxyde chargé dans le haut fourneau.
1. M. Carnillo a signalé qu'en 1885 un haut fourneau des ateliers Edgard Thompson produisait un ferro-manganèse à 94 0/0 de manganèse obtenu en partant d'un minerai de Virginie.
Dans cette fabrication, il y a toujours des pertes importantes de manganèse ; ces pertes atteignent jusqu'à 25 0/0 de la quantité contenue dans le lit de fusion en allure chaude.
Un autre mode de fabrication du ferro-manganèse réside dans Temploi du four électrique.
Dans cette fabrication, on utilise des fours du même genre que ceux à carbure. Mais, au lieu de marcher à 45 ou 50 volts, il est préférable de se tenir à 29 ou 30 volts. On allume le four en marchant à 50 volts; puis, quand il est très chaud et qu'on a déjà un peu de métal, on baisse doucement le voltage à 30 volts environ. On charge complètement le four, qui marche alors en résistance. On supprime ainsi la majeure partie de la perte de manganèse par distillation. On emploie notamment le mélange suivant :
Minerai de Romanèche (30 0/0 Mn) 8! ,3
Anthracite anglais (à 4-5 0/0 de cendres) 17,8
Spath-fluor 0,9
Avec 4.000 kilogrammes de ce mélange, on obtient 800 kilogrammes de ferro-manganèse à 85 0/0 de manganèse.
Cette fabrication ne présente aucune difficulté et un même ouvrier conduit aisément deux fours.
Il faut, d'ailleurs, ajouter que le four électrique n'est pas arrivé à concurrencer le haut-fourneau pour cet alliage. Le prix de revient est trop élevé et les frais de transport sont trop considérables pour être aisément supportés par ce produit de valeur relativement peu élevée, et Ton ne prépare à peu près au four électrique que le ferro-manganèse nécessaire à la fabrication du silico-spiegel, que nous décrivons plus loin.
Enfin l'aluminothermie permet d'obtenir, comme nous l'avons déjà dit, du manganèse métallique.
Propriétés. — Le ferro-manganèse est toujours d'un beau blanc d'argent. Sa teneur en carbone est d'environ 6 0/0.
Lorsqu'il ne renferme pas de silicium, tout le carbone est à l'état combiné.
En présence de quantités importantes de silicium (plus de 5 0/0), la teneur en carbone tombe et peut descendre audessous de 2 0/0.
Voici des compositions de différents alliages de fer et de manganèse.
