DB PRÉPARATION

Ph ■

Spiegel

Haut-fourneau

Four électrique

Aluminothermie

Ferro-manganèse Ferro-manganèse

Utilisations. — Le ferro-manganèse a trois emplois distincts :

1° La désoxydation et la recarburation des aciers ordinaires (Bessemer, Thomas etMartin), ainsi que nous l'a vons rapidement expliqué dans le chapitre m;

2° La fabrication des aciers au manganèse, dont nous avons donné les types employés dans le chapitre précédent;

3° La préparation de quelques alliages intéressants, tels que bronzes et laitons ferro-manganésés.

FERRO-SIL1C1UMS

Étude théorique (Album, PI. XXXI). — Nous avons déjà rappelé, à propos des aciers au silicium, les recherches faites sur les ferro-siliciums. Nous entrerons ici dans des détails complémentaires.

Hahn fut le premier à s'occuper des alliages fer-silicium. Il

chercha aies obtenir en faisant agir simultanément le silicium et le sodium sur un chlorure double de fer et de sodium, il obtint ainsi un produit à 20 0/0 de silicium qui laissait dans l'acide fluorhydrique un résidu à 50 0/0 de silicium de formule FeSi2. Frémy obtint ensuite un composé cristallisé contenant 33 0/0 de silicium et de formule FeSi, en faisant agir le chlorure de silicium sur le fer chauffé au rouge.

Par action directe du silicium sur le fer ou sur l'oxyde de fer, M. Moissan obtint, en 1895, un troisième composé Fe2Si.

En partant d'un mélange de quartz, de charbon et de fer chauffé au four électrique, M. de Chalmot a obtenu des alliages qu'il dit être formés du composé FeSi2 et Si2Fe3.

D'autre part, M. Lebeau, en 1899, faisait réagir le fer sur un excès de siliciure de cuivre à la température du four électrique. On traite le culot obtenu par l'acide azotique pour dissoudre le siliciure de cuivre et par la soude pour enlever la silice formée dans l'opération. On obtient alors de très beaux cristaux correspondant à la formule FeSi.

MM. Carnot et Goûtai ont pu obtenir, en attaquant un ferrosilicium pauvre en manganèse par l'acide sulfurique, un résidu cristallin magnétique correspondant à FeSi.

M. Osmond, en traitant un échantillon à 11,720/0 de silicium par le chlorure double de cuivre et d'ammonium, a obtenu un résidu renfermant 19,20 0/0 de silicium et correspondant sensiblement à Fe2Si. M. Lebeau est arrivé au môme résultat sur des ferro-siliciums à 10 et 20 0/0 de silicium.

Nous avons dit déjà les résultats auxquels nous sommes arrivés sur les aciers au silicium.

D'autre part, il a été isolé différents siliciures de manganèse qui entrent assurément dans la constitution des produits industriels, surtout des silicospiegels.

M. Vigouroux a isolé le composé Mn2Si ; M. de Chalmot, la combinaison MnSi2; et MM. Carnot et Goûtai, le corps MnSi. Enfin, M. Lebeau a donné des modes de préparation de ces différentes combinaisons {Bulletin de la Société Chimique de Paris, t. XXIX, p. 185, 1903). Il a, de plus, étudié certains pro-

duits industriels dans lesquels il a retrouvé les composés Mn2Si et MnSi.

Étude industrielle. — Fabrication. — M. Valton fut le premier à entreprendre, en 1872, la fabrication du ferro-silicium aux aciéries de Terre-Noire ; il utilisait le creuset et réduisait un mélange d'oxyde de fer et de silice sur le charbon ; on obtenait ainsi un alliage renfermant 10 à 12 0/0 de silicium. En partant de fonte en grenailles, de silice et de charbon, on pouvait atteindre 22 0/0 de silicium.

En 1875, M. Pourcel fit les premiers essais de fabrication du ferro-silicium au haut fourneau dans l'usine de Terre-Noire.

Le ferro-silicium ainsi obtenu devait permettre d'obtenir des aciers sans soufflure. La présence de l'alumine dans le lit de fusion facilite singulièrement la préparation du ferro-silicium; l'alumine donne un aluminate de chaux et la silice reste libre et peut être réduite par le carbone; les laitiers doivent donc être peu calcaires et chargés en alumine.

M. Pourcel, en vue de la fabrication des silicospiegels à 200/Ode manganèse et 120/0 de silicium, ajouta au lit de fusion du sulfate de baryte ; d'une part, il avait des laitiers plus fusibles et, d'autre part, la formation de silicate était moins aisée qu'avec la chaux.

On part, en somme, de minerais de fer quartzeux ou de minerais additionnés de sable ou encore de battitures de fer mélangées de silice. *

Mais le haut-fourneau ne permettait guère que la préparation d'alliages à 10 et 12 0/0 de silicium ; en tous les cas, le maximum que l'on pouvait atteindre était 15 0/0. Actuellement on produit, comme nous allons le voir, des alliages à beaucoup plus haute teneur en silicium au four électrique. On peut employer à cet effet Tune des deux méthodes suivantes : on peut, comme le fait la Wilson Aluminium Company, réduire un minerai de fer mélangé de silice par le charbon ou bien réduire la silice par le carbone et absorber le silicium ainsi formé par du fer que l'on ajoute.

Lorsqu'on agit en présence de minerai de fer, on obtient des produits à très faible teneur en carbone, celui-ci étant brûlé par l'oxygène de l'oxyde.

Dans le second mode de fabrication, il est de toute évidence que le fer ne joue que le rôle de solvant, qu'il est utilisé surtout pour rassembler aisément le silicium.

En France, on emploie surtout comme silice celle qui provient de la Taren taise et de l'Isère.

Nous donnerons quelques mélanges qui sont employés dans les fours électriques de 500 chevaux (400 kilowatts, 50 volts et 8.000 ampères).

Pour ferro-silicium h 25 0/0 de silicium :

Silice (quartzite) 68 kilogrammes

Anthracite (à 10 ou 12 0/0 de cendres) 35 —

Fer 60 —

Pour ferro-silicium à 50 0/0 de silicium :

Silice (quartzite) 68 kilogrammes

Anthracite 35 —

Fer 15 —

Pour ferro-silicium à 80 0/0 de silicium :

Silice (quartzite) + 68 kilogrammes

Anthracite 35 —

Fer Néant

On voit donc que le fer contenu dans le ferro-silicium à 80 0/0 provient uniquement du fer que renferment l'anthracite et la quartzite.

Pour ferro-silicium extra-riche à 85 ou 90 0/0 de silicium :

Cristal de roche 70 kilogrammes

Anthracite (à 4,25 de cendres) 30 —

Fer Néant

Théoriquement, c'est-à-dire d'après l'équation :

SiO* + 2G = Si + 2CO,

il faudrait 24 kilogrammes de carbone pour 60 kilogrammes de silice, soit 28 kilogrammes de carbone pour 70 kilogrammes de silice. On en emploie 30 kilogrammes ; ily a 2 kilogrammes qui compensent les cendres, d'une part, et, d'autre part, la perte qui se fait sous l'orme d'oxyde de carbone au moment de la charge du four.

D'ailleurs, la façon dont on conduit le four joue un très grand rôle. Si l'ouvrier a soin de bien couvrir son four, il pourra utiliser beaucoup moins de charbon qu'un autre qui le laissera brûler à la surface. De plus, il peut se produire des fumées blanches qui accusent une perte de silice par volatilisation ; on l'évite toujours en couvrant avec soin le four. Lorsque le charbon n'est pas en quantité suffisante, on note la présence de laitiers au moment de la coulée; il y a donc de la silice non réduite. S'il y a excès de charbon, il se forme du siliciure de carbone ; la coulée devient alors très difficile, si même elle n'est pas impossible.

L'une des difficultés dans la fabrication du ferro-silicium est d'éviter le phosphore. La déphosphoration n'est pas possible en présence de silice; aussi faut-il surveiller tout spécialement la teneur en phosphore des matières premières, fer et anthracite.

D'autre part, on utilise aux usines de Botzel un procédé se rapprochant du précédent. Mais ici la préparation du. ferro-silicium n'est que le corollaire de la fabrication du carbure de calcium. On réduit la chaux par le charbon de façon à produire la réduction :

CaO + 3G = CaCa + CO,

mais en utilisant un charbon renfermant d'importantes quantités de cendres riches en silice. Cette silice est réduite par le charbon, et Ton ajoute du fer pour dissoudre le silicium formé.

Cette méthode de fabrication a découlé du fait que Ton rencontre toujours dans les fours à carbure un dépôt de ferrosilicium.

Un très grand avantage réside en ce que Ton ne diminue pas la production du carbure, tout en préparant du ferro-silicium.

On peut dans un four produisant 1.700 kilogrammes de carbure en vingt-quatre heures produire simultanément 960 kilogrammes de ferro-silicium ; et le carbure de calcium obtenu a sensiblement le rendement normal. On charge, bien entendu, la fonte en même temps que la chaux et le charbon. Le four possède deux trous de coulée, un dans la partie haute pour le carbure, l'autre dans la partie basse pour le ferro-silicium. Il faut avoir bien soin de ne pas couler la couche de séparation.

On obtient donc tout le ferro-silicium comme sous-produit sans nuire à la fabrication du carbure. Il semble même que ce produit facilite l'opération.

Le tableau ci-dessous indique les résultats obtenus dans 4 fours, dont les numéros 1, 2, 3 produisent seulement du carbure de calcium, tandis que le four 4 produit à la fois du carbure de calcium et du ferro-silicium pendant le même laps de temps.

MARCHANT Ali CARBURE SEUL

Foon 3