DES FOURS UTILISÉS DANS LA PRÉPARATION DKS ALLIAGES
Les principaux fours utilisés dans la préparation des alliages sont :
1° Les fours à creusets à tirage naturel, connus surtout sous le nom de fours potagers;
2° Les fours h creusets soufflés ;
3° Les fours à creusets chauffés au gaz, à l'huile, au pétrole, etc. ;
4° Des fours spéciaux dont les principaux sont le four Piat, le four Rousseau, le four Leifert, le four Gharlier, etc.;
5° Le cubilot;
6° Les fours à réverbère ;
7° Les fours électriques qui se divisent en deux classes : les fours h électrodes, les fours sans électrodes ;
8° Les appareils spéciaux, dont les descriptions seront données plus ou moins détaillées au cours de cet ouvrage (hauts-fourneaux, convertisseurs, fours à cuves, etc.) et sur lesquels nous n'insisterons pas actuellement.
Les fours à creusets à tirage naturel sont constitués gêné-
ralement par une chambre à section carrée de 0m,30 à 0m,40 de côté et 0m,90 à lm,20 de profondeur ou à section circulaire de 0m,40 à 0m,45 de diamètre. Cette chambre est garnie de briques réfractaires ; un carneau partant du haut la relie à la cheminée, soit directement, soit indirectement par un carneau général desservant tout un massif de fours. Une grille placée dans le bas soutient le combustible, un couvercle en terre réfractaire permet de venir fermer la cavité du four.
L'avantage du four à creusets h tirage naturel réside essentiellement dans sa simplicité et dans la facilité des réparations. Mais il présente certains inconvénients que nous indiquons plus loin.
Les fours à creusets sou/flés se rapprochent beaucoup des précédents ; mais ici il n'y a plus de carneaux d'appel, ni de cheminée de tirage; au-dessous delà grille se trouve seulement un conduit amenant de l'air sous pression.
Ces fours ont l'avantage de supprimer la cheminée, ce qui permet des installations beaucoup plus simples, mais nécessite un ventilateur. Ils peuvent fournir des températures plus élevées et des fusions plus rapides que les fours à tirage naturel.
Percy (Métallurgie, p. 201) a donné un exemple que nous croyons bon de citer : il s'agit d'un four utilisé à l'Hôtel de la Monnaie de Berlin et qui est représentée figure 1. A est une chambre de briques réfractaires ayant une grille plate ordinaire composée de barreaux de fer et une autre grille dans laquelle les barreaux sont placés en échelons b. Avec une semblable grille, on peut employer le poussier de charbon qui ne tiendrait pas sur une grille ordinaire. La surface de la grille par l'arrangement en échelons est considérablement augmentée et offre un grand espace pour l'admission de l'air. Les deux ouvertures rfet e sont fermées par des portes en fer. Un courant d'air est introduit sous les grilles par le tube /. Le combustible est chargé par l'ouverture g qui est fermée avec un couvercle en fer, et par un registre à glissière A. Les gaz, principalement de l'oxyde de carbone, passent à travers le tube K
pourvu d'une valve régulatrice / et s'échappent en m. Immédiatement en avant de l'ouverture m et s'étendant à travers le four, se trouve un tube en fer n, par lequel arrive de l'air. L'oxyde de carbone brûle dans cette région, et la chaleur est communiquée au four dans lequel est placé le creuset. Afin de représenter dans la même section verticale le gazogène et le four à fusion, il a été nécessaire de déplacer le four & fusion de sa position réelle :
il se trouve à côté du gazogène. L'air est insufflé par un petit ventilateur à travers les tubes /"et n, munis de valves régulatrices.
Mais ces sortes de fours présentent de gros inconvénients, que nous ne pouvons passer sous silence :
les manipulations sont difficiles, aussi
bien celles pour
,, i , Fie. 1. — Pour 4 creusets soufflés
mettre le creuset de ,a MonoaiB de Berlin.
vide au centre du
four que celles pour retirer le creuset plein de métal en fusion,
au moment de la coulée.
Ce sont ces inconvénients que l'on a cherché à éviter dans lesdeux types de fours spéciaux que nous allons décrire.
Le type Piat comporte plusieurs sortes de fours : des fours oscillants portatifs et des cubilots-creusets.
Les fours oscillants portatifs sont en tôle, de forme carrée (fig. 2 et 3) ; une ceinture en acier, qui porte deux tourillons, les embrasse sur tout leur pourtour & une hauteur convenable
pour que le four puisse basculer aisément dans un sens comme dans un autre à l'aide d'un levier. Un orifice en forme de
bec est ménagé sur la face de devant pour la sortie du métal liquide.
Une cornière, qui reçoit au dessus la garniture intérieure du four, en forme la base. Ces cornières portent à l'intérieur des renflements dans lesquels sont ajustés deux forts barreaux ronds destinés à recevoir la partie de grille en acier qui porte le fromage %\ quatre ou six barreaux. On laisse à ces barreaux une certaine mobilité qui permet de les rapprocher et de les éloigner afin de faciliter le décrassage et la sortie des scories.
Une pièce de plombagine appelée fromage reçoit le creuset qui s'ajuste au bec du four contre une pièce en terre réfrac-
Fio. * et 5. — Fou» Pist avec rehausse.
taire spéciale. Cette pièce en terre fait partie de la cheminée du four dans laquelle elle est encastrée (fig. 4ct 5).
A la partie diamétralement opposée au bec du four, ou pose un coin en terre réfractaire contre la paroi pour forcer le creuset à rester en place. Le four est ainsi prêt à recevoir le combustible. Le creuset une fois posé sur le fromage est relié au bec du four avec un peu de sable réfractaire mélangé de plombagine et il arrive qu'au premier feu le bec et le creuset ne font plus qu'un.
Après chaque fonte, avant de faire une nouvelle charge de coke, il faut ringarder dans les coins pour faciliter la descente
du vieux coke et faire tomber les cendres provenant de la fusion précédente. Une fois la coulée terminée, avant de remettre le four en place, il faut, toutes les deux ou trois fontes, faire le nettoyage de son feu. À cet effet, on laisse le four suspendu et, le faisant osciller sur ses tourillons à l'aide d'un ringard, on écarte successivement tous les barreaux pour faire tomber les crasses ou scories ; il faut avoir soin dans cette opération de toucher le moins possible le creuset et le fromage.
Le vent qui arrive sous le creuset doit avoir une pression de 12 à 18 centimètres. Un perfectionnement ^donné à ces fours consiste dans l'emploi de rehausse où Ton introduit le métal, en lieu et place du creuset (fig. 4 et 5).
La rehausse qui se rapproche beaucoup d'un creuset est percée d'un trou au centre du fond; de plus, sur le pourtour et à hauteur convenable, elle comporte plusieurs ouvertures. (fig. 4). La forme et les dimensions de ces ouvertures ont une certaine importance. Un trou percé dans les deux parois à la partie supérieure sert à mettre en place la rehausse sur le four et à, l'enlever au moyen d'un ringard.
Le métal à fondre est placé dans cette rehausse. Dès le commencement de l'action du vent dans l'intérieur du four les flammes, qui n'ont pas d'autres issues, viennent passer avec force par les ouvertures du pourtour de la rehausse et forment un puissant chalumeau qui chauffe la masse de métal et la fond très vite.
MM. Piat affirment que l'on arrive avec ce système à fondre 100 kilogrammes de bronze en quinze à seize minutes et avec une moyenne de coke qui ne doit pas dépasser en marche normale 13 0/0. J
Lorsque la fusion est terminée, on enlève la rehausse, on s'assure que le creuset poussé par le coin réfractaire s'ajuste bien; le métal étant bien à point, on arrête le vent; on nettoie ensuite parfaitement le bec lui-même avec le soufflet. Le dessus du bain est écume à la manière ordinaire, et l'on peut procéder à la coulée. Pour les laitons, la rehausse n'est pas percée de trous (fig. 5); elle n'a pour but que d'augmenter la
capacité du creuset. La rehausse des bronzes donnerait av ces alliages une évaporation trop grande.
Les fours peuvent être montés sur des bâtis spéciaux qui facilitent beaucoup la coulée \jig. 2, 3 et 6).
Le cubilot-creuset (fig. 7) est utilisé plus spécialement à la fusion de la fonte, tandis que les appareils que nous venons de décrire servent surtout pour les alliages de cuivre.
Le cubilot est de dimensions restreintes ;• il a le fond percé d'un trou et vient se superposer sur le four. Une colonne creuse qui le supporte sert également pour la conduite du vent. Une vis soulage le poids du four et permet, une fois la fusion terminée, de lever légèrement le petit cubilot, qui tourne alors facilement autour d'une douille.
La fonte est introduite dans le cubilot par charge alternant avec le coke, comme dans les cubilots ordinaires ; on souffle simultanément dans le cubilot et sous le four portatif, et il faut avoir soin de ne commencer à charger qu'au bout de dix minutes environ, soit quand le fond du cubilot a bien eu le temps de s'échauffer.
MM. Piat déclarent que cet appareil permet de fondre 100 kilogrammes de fonte aciéreuse en trente minutes avec une dépense de 30 à 400/0 de coke. Pour des fontes siliceuses, la quantité de coke descend à 16 0/0, soit presque la quantité normale dépensée dans les grands cubilots, allumages compris. On peut aussi utiliser ces cubilots pour lingoter les limailles de bronze, tout en les débarrassant du zinc contenu.
Quelques détails complémentaires intéressants ont été donnés par M. Irresberger dans le Stahl und Eisen du 1" février 1904, sous le nom de four Piat-Baumann ; il s'agit surtout de la distribution de l'air comprimé et d'un nouveau dispositif à bascule, de maniement plus aisé, d'après l'auteur, que le modèle ordinaire.
Le four Rousseau, connu sous le nom de four gazogène amovible, se compose de deux parties : le gazogène et le creuset.
La figure 9 est une coupe longitudinale du four ;
La figure 8 est une élévation latérale vue du côté du mécanisme de commande.
La figure 10 est une coupe horizontale.
Le bassin (ou cuvette) 4 qui reçoit le métal à fondre est cir-
culaire à fond sphérique ou elliptique pour présenter une grande résistance et simplifier sa fabrication; ce bassin est logé dans une capacité 5 en matière réfractaire dont le fond est muni d'une sole; il est porté par des cales 7 encastrées dans la paroi de la capacité 5, laquelle est munie à sa partie supérieure d'une couronne 8 de forme convenable pour que la partie inférieure redescende vers l'intérieur du bassin 4, en réservant entre elle et ce dernier un jeu annulaire de section suffisante pour le passage des gaz de la combustion et pour obliger ceux-ci à lécher la surface du métal liquide avant de s'échapper du four.
Cette couronne 8 est légèrement échancrée en regard du trou de coulée obturé pendant la fusion par un tampon comme h l'ordinaire.
Le foyer 9 est accolé à la capacité 5 et ne communique avec elle que par les conduits 10, 10, qui livrent passage au gaz; mais ces conduits sont disposés à une hauteur telle que, si le bassin 4 vient accidentellement à se vider dans la capacité, le niveau du métal n'atteigne jamais te niveau des conduites 10.
Le foyer 9 est surmonté d'une chambre de combustion 11, autour de laquelle est réservé un conduit 12 qui débouche de chaque côté, à sa partie supérieure, dans un conduit 13, réservé entre les capacités 5 et 11; la chambre de combustion 11 communique directement avec le conduit 13, par des orifices 14, 14, en nombre convenable pour assurer la section suffisante au passage des gaz dégagés par le foyer; ce conduit 13 communique par les conduits 10 avec la capacité 5.
La chambre 11 est fermée par un couvercle 15 serré par une vis 16 engagée dans un levier 17 articulé sur la plaque métallique 18 formant le dessus du four; ce levier peut être engagé à son extrémité dans un anneau 19 articulé sur la plaque 18 et l'empêchant de se relever sous la pression exercée par la vis 16; il est facile d'enlever le couvercle 15 en dévissant cette vis 16 et en dégageant l'anneau 19 du levier 17, ce qui -ss fait très rapidement.
Le foyer 9-11 et la capacité 5 sont tous deux logés dans une même enveloppe de tôle 15, à l'intérieur de laquelle peut circuler l'air nécessaire à la combustion. A cet effet, aboutit à cette enveloppe un conduit 16 qui se divise en deux parties par des tubulures appropriées 17, 18 ; la tubulure supérieure débouche à l'intérieur de l'enveloppe 15, qui se trouve ainsi rafraîchie par l'air, tandis que celui-ci s'échauffe, et la tubulure inférieure 18 débouche sous la grille du foyer [fig. 9). Chacune de ces tubulures est munie d'une valve papillon 19, 20; ces deux papillons sont montés sur un même axe 21 portant extérieurement une poignée de commande 22, et ils sont disposés à angle droit l'un par rapport à l'autre, de telle façon que, lorsque Ton tourne la poignée 22, on ferme l'un des conduits et on ouvre l'autre.
Sur l'enveloppe 15, sont fixés sur le même axe deux tourillons 23, 23, portés par des supports 24, 24 fixés sur le socle du four, lequel peut être muni d'anneaux pour faciliter le transport de l'appareil. L'un des lourillons 23 porte un secteur denté 25 engrenant avec un pignon denté 26 monté sur un arbre 27 ; cet arbre porte une roue dentée 28 engrenant avec une vis sans fin 29 que l'on peut manœuvrer au moyen de l'un des deux volants-manivelles 30, calés aux extrémités de l'arbre portant cette vis.
On conçoit qu'en faisant tourner l'un de ces volants en sens convenable, on transmette au secteur denté 25, et par conséquent à l'ensemble du four, un mouvement de rotation permettant de déverser le métal fondu contenu dans le bassin 4 dans une poche, une lingotière ou un moule.
Sur le couvercle 15 est disposée une tubulure 31 débouchant à l'intérieur de la chambre de combustion 11 et reliée par un tuyau flexible 32 à un réservoir de pétrole ou de tout autre hydrocarbure, de façon à envoyer dans le foyer un jet d'hydrocarbure liquide qui s'enflamme au contact des gaz chauds et ajoute son effet calorifique puissant à celui du combustible du foyer 9.
Les gaz dégagés dans le foyer 9 s'élèvent dans la chambre
de combustion 11, passent par les orifices 14, les carneaux 13 et 10 pour se répandre dans la capacité 5 où la circulation leur est facilitée par des orifices 33 pratiqués dans les cales 7. L air envoyé par le conduit 16 afflue, d'une part, par la tubulure 18, sous la grille du foyer 9, et, d'autre part, par la tubulure 17 autour de la chambre 11, d'où il vient par les carneaux 12 dans le conduit 13 où il y rencontre les gaz s'échappant par les orifices 14, auxquels il apporte l'oxygène nécessaire à la combustion complète.
Dans la capacité 5 les gaz s'élèvent en contournant le bassin 4 qu'ils chauffent activement, puis suivent la paroi inférieure de la couronne 8 pour venir lécher le métal contenu dans le bassin 4, pour le chauffer directement et s'échapper ensuite, comme le représentent les flèches de la figure 9.
Lorsque la quantité de gaz produits est trop grande pour la quantité d'air et qu'il sort du four de l'oxyde de carbone, on tourne la poignée 22, de façon à ce que le papillon 20 ferme davantage le conduit 18 pour diminuer la quantité d'air envoyée dans le foyer et que le papillon 19 ouvre d'une quantité correspondante le conduit 18 pour accroître le volume d'air envoyé dans le conduit 13, pour fournir l'oxygène nécessaire à la combustion complète des gaz du foyer s'échappant par les orifices 14. On peut donc, par la manœuvre convenable de la poignée 22, régler à volonté la combustion.
Le four Leifert-Bosshardt est un four à creuset chauffé au coke avec air soufflé. Ses dispositions sont tenues secrètes, bien qu'il commence à se répandre, surtout pour les moulages d'acier. Nous avons pu voir fonctionner ce four à plusieurs reprises et, d'après ce que nous avons vu et les renseignements que nous avons recueillis, nous pouvons dire qu'il assure, avec une certaine économie de combustible et de creusets, la production d'une température assez élevée pour produire la fusion de l'acier ex Ira- doux en peu de temps.
Le procédé ou plutôt le produit obtenu dans ce four a été lancé en Allemagne sous le nom de fonte réformée; comme un tel nom aurait frappé désagréablement nombre de clients français, on
l'a nommé en France : fer-acier. M. Irresberger, dans le Stahl und Eisen dul5févrïer 190Ï, donne les renseignements suivants : Avec une durée du creuset de cinq fusions d'acier en moyenne et «ne consommation de coke de 175 kilogrammes, ce four peut faire en toute sécurité dans une journée de dix heures trois fusions d'acier de 100 kilogrammes chacune. Un fondeur et son aide peuvent facilement servir jusqu'à trois fours, tout en effectuant en même temps les travaux accessoires. Mais ce système ne saurait £1re préconisé que pourles petits moulages.
Fie. 12. — Four Paieon-Brown, coupe.
Comme autres fours à creusets spéciaux, il faut citer le four de Paxson-Brown, qui présente des avantages importants. Le combustible est de l'huile brute de pétrole. Les figures 11 et 12 donnent, la première, la vue extérieure; la seconde, la coupe du four. 11 se compose, en somme, de deux parties A, et Aa qui sont rapportées et maintenues par des cornières et boulons a {fii}. 11). Un bâti G soutient l'ensemble, qui peut tourner autour d'un tourillon P.
Le creuset se trouve en D, tandis que le brûleur / envoie sa flamme en C. Les métaux sont donc entièrement à l'abri des produits de la combustion. B est une cheminée pour entraîner les produits volatils.
Dans ces mêmes catégories de fours rentre le four Sleelef/îy. 13 et 14). Mais ici le creuset du four 6 a la forme traditionnelle. Il est
supporté par un faux moufle 7, 9, 4 dans lequel brûle le combustible qui, ici encore, est de l'huile de pétrole. Un engrenage 36 et une vis sans fui 37 permettent d'incliner le fond et d'opérer
Fio. 13. —Four Steele, coupe. Fio. 1*. — Four Steele, vue extérieure.
la coulée. Ce four est utilisé, d'après The Métal Industry, dans Tune des plus grandes fonderies de laiton de Baltimore.
Les fours à creusets chauffés au gaz présentent de grands avantages au point de vue de la température élevée que l'on peut obtenir (fusion de l'acier), de la production (ils renferment généralement 18 à 24 creusets sur deux rangs) et du coût du combustible. On y a appliqué, bien entendu, le principe connu des gêné- „ „ L m
, Fie 15. — Four a creusets chauffés su gai,
rateurs Siemens, qui sont coupe.
constitués, comme l'on sait,
par deux groupesde deux chambres parallélipipédiques garnies de briques empilées à claire-voie [fig. 15) : l'air venant de l'extérieur et le gaz venant du gazogène arrivent chacun dans une des deux chambres constituant un groupe ; ils pénètrent dans le four, en se mélangeant dans la chambre de chauffe et, la température du four étant suffisamment élevée, entrent en combustion.
Les gaz brûlés gagnent la cheminée en traversant le second groupe de chambres ; là, ils abandonnent leur chaleur, et Ton conçoit qu'après un certain temps les briques 'deviennent très chaudes. Au moyen de valves spéciales, on vient alors à intervertir le rôle des groupes de chambres : celui qui vient d'être chauffé par le passage des gaz brûlés est utilisé pour l'entrée de l'air et du gaz, tandis que l'autre groupe de chambres reçoit les produits de la combustion et recommence à s'échauffer.
Les fours à creusets chauffés au gaz ne sont utilisés que pour la préparation d'alliages fondant à haute température, tout particulièrement des aciers.
Fio. 16. — Four & réverbère, vue extérieure.
Les fours à réverbère^ ne peuvent être employés que pour une forte production. Ils se composent essentiellement de quatre parties (fig. 16, 17 et 18) :
1° La sole, qui est de forme elliptique ou rectangulaire. Elle est ordinairement faite en briques réfractaires, parfois en sable damé ;
2° La grille qui est séparée de la sole par l'autel, ou rebord en matériaux réfractaires. Rarement le four à réverbère est chauffé par des gazogènes ;
3° La voûte, dont la forme générale est la suivante : arrondie au-dessus de la grille, en pente plus ou moins douce au-dessus de la sole. — Parfois cependant elle comporte (fig. 17) une double pente pour mieux chauffer un endroit déterminé, qui est ici le point bas de la sole ;
1. Les figures 16 à 1S représentent un four un peu spécial utilisé pour la fonte.
GÉNÉRALITÉS SUR LES ALLIAGES St
4* La cheminée qui conduit les gaz de la combustion hors du four et qui prend à l'extrémité de la voûle.
Le trou de travail se trouve généralement suivant le grand axe du four, au-dessous de la cheminée et, par conséquent, au
Fio. 17. — Four n réverbère, coupe.
côté opposé à la grille. Parfois il est sur le côté (en h et c, fy. 16).
Le trou de coulée est situé souvent au-dessous du trou de travail ou parfois sur l'un des côtés du four (en a, fig. 16).
Fio. IS. — Four à réverbère, plan.
La sole a naturellement une pente telle que le métal puisse s'écouler par le trou de coulée.
D'ailleurs, il faut bien noter que la forme du four à réverbère varie beaucoup avec l'usage auquel il est destiné,
On a fait au four à réverbère l'application de gazogènes et des récupérateurs Siemens dans le four Martin.
Le cubilot est un four à cuve dans lequel la combustion du coke est alimentée par un courant d'air sous pression ; il faut
toutefois noter que, dans certains cubilots (types NooriVard, Herbetz, etc.), on fait arriver de la vapeur d'eau sous pression qui aspire le vent de l'extérieur.
Les cubilots ont généralement la forme d'un cylindre; parfois ils sont légèrement coniques, la grande base du cône formant, bien entendu, la base même de L'appareil. Souvent on lui donne un profil se rapprochant de celui du haut- fourneau, afin, comme l'a fait remarquer Ledebur, que l'air pénètre plus facilement jusqu'au centre ou que les parties, qui s'usent le plus, aient une sureV paisseur.
Il faut que la hauteur soit suffisamment r grande pour que les gaz ne sortent pas chauds au gueulard et ne soit pas trop élevée pour que les produits de la combustion ne rencontrent pas une résistance trop grande.
Les tuyères qui amè- „,.,,„. nentl'aircomprimésont
Fio. 19. — Cubilot Kngar. "
réparties d'une façon très variable avec le système de cubilot; parfois elles sont placées sur une même section horizontale du four; quelquefois elles se trouvent sur une hélice à pas allongé ; dans certains modèles, on les rencontre sur des circonférences distantes d'environ 1 mètre (cubilot Ireland). Dans la figure 19 la botte à vent est en d; ici il n'y pas de tuyère, l'air pénètre par de larges ouvertures/ dans le cubilot.
Le creuset commence au-dessous des tuyères eu e. Le cubilot comporte souvent us avant-creuset g, dans lequel coule la fonte au fur et à mesure de sa production ; q est un regard.
Fie 20. — Four Gharlier, vue extérieure.
t et s constituent des ouvertures pour l'écoulement des scories ; p est le chenal de coulée.
La maçonnerie du cubilot est enveloppée dans de la tôle. On a rarement cherché à refroidir cette enveloppe.
L'air amené dans le cubilot est froid ; la pression est généralement obtenue au moyen de ventilateurs à ailettes ou du système Root.
Enfin, il nous faut signaler
une modification importante,
qui est celle du clapet de la
sole. On ménage au-dessous
de la sole , dans les cubilots qui
,, Fia. 21. — Four Charlier, coupe.
sont munis a avant-creuset,
une ouverture d'un diamètre sensiblement égal à celui de la
cuve. Pendant l'opération un clapet k ferme cette ouverture
percée dans la plaque n qui est soutenue par les colonnes m.
Lorsque la fusion est achevée, on fait glisser le verrou qui
retient le clapet et tout le contenu du cubilot tombe sur le sol
de l'atelier.
Comme fours à fondre les alliages et ne comprenant pas de creusets, nous devons encore citer quelques types intéressants.
Le four Charlier {fig. 20 et 21), déjà très répandu en Amérique et qui commence a être employé en France, en Belgique, etc., est extrêmement simple. Il utilise l'huile comme combustible. Il est formé d'un assez long cylindre, dont l'axe est horizontal et qui est monté sur tourillon. Le brûleurïi huile est à l'extrémité. Les ligures 20 et 21 en donnent la coupe et la vue extérieure.
Un four portant le nom d'Orbison se rapproche beaucoup du précédent; mais il est en continuel mouvement, ce qui,
Flo. 22. — Frnir Rockwell.
d'après l'auteur, permet d'obtenir un métal plus homogène.
Un autre four qui est très employé en Amérique est le four Rockwell, dont la coupe se trouve figure 22.
Il est, en somme, composé de deux fours qui communiquent ensemble ainsi que l'indique la figure 22. Tandis que la matière à fondre se chauffe dans l'un des fours en utilisant les flammes perdues provenant de l'autre four, la matière fond dans ce dernier dont le chalumeau air-huile de pétrole fonctionne. Pendant ce temps les flammes s'échappent par la porte du four qui utilise les flammes perdues.
Le métal étant fondu, on le coule et on le remplace par les
produits à fondre ; à ce moment on allume le chalumeau du second four et le rôle se trouve inversé.
Bien qu'utilisant les chaleurs perdues, cet appareil est moins simple et paraît moins pratique que le four Charlier, le garnissage du four est plus complexe et doit être d'un prix assez élevé.
Enfin le four Schwarz a une forme spéciale donnée dans la figure23etquiserapprochede celle d'un Bessemer; onvoitégalement que le brûleur n'est pas suivant l'axe de mouvement du four.
Les fours électriques se divisent en deux classes :
i" Fours électriques à électrodes ;
2° Fours électriques sans électrodes.
On adopte souvent la -~
division en fours élec- __
triques à arc et en fours Fm. 23. — Four Schwarz.
électriquesà résistance .
Mais nous verrons que dans de nombreux cas les fours électriques à arc sont utilisés comme fours électriques à résistance.
Etant donnée l'introduction récente de ces appareils dans l'industrie, nous insisterons sur leur description ; nous reviendrons à plusieurs reprises sur leurs emplois au cours de ce livre.
Parmi les fours électriques sans électrodes, nous citerons tout d'abord les fours de la Société électrométallurgique d'Albertville, dus à son directeur M. P. Girod.
Le principe réside dans l'emploi d'une résistance en graphite, qui entoure le récipient où se trouve la matière à traiter. Le courant est distribué, suivant les dimensions du four, à un nombre plus ou moins grand de sections, les sections étant isolées dans le sens de la longueur par de petites cloisons en terre réfractaire ; le tube à chauffer est placé au milieu de la masse résistante.
Plan.
Fio. 24 et 25. — Four Girod.
Les figures 24 et 25 représentent l'un de ces fours : un tube réfractaire 12 est chauffé extérieurement par une masse résistante 1. Les pièces 2 représentent l'un des pôles, les pièces 3 l'autre pôle ; un mur de briques 4 sépare les deux pôles et entoure la masse chauffante, de façon à éviter les déperditions de chaleur. Les fils conducteurs sont représentés en 5, les plaques supérieures de charge qui sont en bronze sont figurées en 6; les vis 7 et 8 serrent les plaques de cuivre contre le four.
En 9 se trouvent les plaques de bronze inférieures; en 10, les câbles d'amenée du courant inférieur.
Tout le four est fermé par un couvercle en terre réfractaire 13, et le fond du four est constitué par une plaque en terre réfractaire 14.
Enfin 15 sont des plaques d'amiante isolant les cercles de fer qui servent, d'une part, à assurer le contact sur les pôles et, d'autre part, à cercler le four ; et 17 représentent des cloisons en terre réfractaire qui séparent le four en quatre sections de chauffe différentes.
Cette disposition permet, le voltage normal de chaque section de chauffe étant de 50 volts, d'utiliser les fours pour un courant continu à 200 volts en branchant en séries les sections. Suivant la dimension et le voltage employés, les fours peuvent être divisés en un nombre de sections allant jusqu'à vingt ; ce nombre de sections est atteint dans les fours employés pour cuire les électrodes.
On peut aussi utiliser le courant triphasé en sectionnant les fours en un nombre de parties multiples de trois.
Les figures 28 et 29 représentent le même four plus spécialement destiné à des alliages fondant à assez basse température, tels que le bronze.
Le four est porté sur deux tourillons qui permettent de le faire basculer pour la coulée. D'après les expériences faites, un tel creuset peut durer cent opérations.
D'ailleurs, la même disposition peut, bien entendu, être
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Fio. 26 et 27. — Autre four Girod.
Plan.
Fus. 28 «t 29. — Four Girod pour brouzcs et laitons.
adoptée pour les aciers; la plus généralement utilisée est celle des figures 26 et 27.
On peut alors faire dix coulées sans arrêter. La Société électrométallurgique d'Albertville donne, comme production d'acier de son four par kilowatt-vingt-quatre heures, 4 à 6 kilogrammes, suivant l'acier que Ton fabrique et surtout suivant la teneur en carbone des fers ou riblons employés. La production de 4 kilo watts- vingt-quatre heures a trait aux aciers au tungstène à très haute teneur en ce métal et à teneur en carbone très faible (0,30-0,35 0/0). On est alors obligé de partir de fer pur.
Les usines d'Ugine, qui appartiennent à la Société, donnent comme prix de revient du kilowatt-an, 40 francs, prix dans lequel sont compris les intérêts du capital, l'amortissement du matériel et l'entretien des machines. On peut alors établir le prix de fusion de 100 kilogrammes d'acier en admettant que l'entretien des fours et la main-d'œuvre restent les mêmes que dans la fusion de l'acier au creuset; la différence serait plutôt en faveur du four électrique.
La dépense, non compris l'entretien du creuset, est d'environ 2 fr. 70 aux 100 kilogrammes1.
Pour diminuer les pertes de chaleur par rayonnement, on peut laisser des espaces vides dans le revêtement en briques. On peut utiliser des fours analogues pour le chauffage de gros lingots, notamment de grosses électrodes.
Un tel four est constitué par une cornue à gaz; cette cornue porte cinq cloisons> qui divisent la masse résistante en sept sections différentes. On obtient ainsi une régularité de chauffe remarquable, et on peut utiliser un courant eontinu d'un voltage allant jusqu'à 500 volts, en branchant en série les sept sections sur le courant de l'usine, par exemple; dans ce four, chaque section peut avoir 70 volts.
Fours à induction. — Le premier four à induction est dû à Ziani de Ferranti (brevet du 15 janvier 1885; voir Revue de
\. 11 faut bien noter que les fours Girod ne sont que de véritables fours À creusets ; ils n'en diffèrent que par le mode de chauffage.
Métallurgie, janvier 1905, observations de M. Saladin à la suite de la conférence de M. Combes à la Société d'Encouragement). Ce four, qui comprend une armature de transformateur à (rois piliers, supporte deux enroulements. L'un primaire reçoit le courant ; l'autre est formé par une auge en matière isolante et réfractaire qui reçoit le métal fondu. Toute l'énergie induite se transforme en chaleur dans cette auge, qui n'a qu'une spire unique en court -circuit.
Four Kjellin. — Cet appareil a été appliqué aux usines de Gysinge (Suède).
Le four Kjellin comprend une rigole circulaire AA (fy. 30 et 31),
qui est fermée par un i
couvercle B.
Un noyau carré C, formé de tôles minces d'acier doux, se trouve au centre ; il est entouré d'une bobine de fil de cuivre D bien isolée et reliée aux pôles d'une machine à courant alternatif.
Le noyau C se prolonge hors du four en rectangle et entre, en somme, dans le four
comme le maillon d'une Fio. 30 et31. — Pour Kjellin.
chaîne dans l'autre.
Un tel four est en quelque sorte un transformateur dont le circuit secondaire est constitué par l'anneau de métal fondu qui se trouve dans la rigole AA. Le métal est soumis ainsi h un courant alternatif.
On charge dans ce four des morceaux de fonte et de riblons en quantités convenables.
En 1900, on a utilisé à Gysinge un four de 180 kilogrammes de capacité produisant, avec 58 kilowatts h la machine, 600 à 700 kilogrammes d'acier par vingt-quatre heures. Une charge de 100 kilogrammes demandait trois à quatre heures.
Four du Creusot. — Le four de MM. Schneider et Cie a une disposition spéciale permettant de faire circuler le métal en fusion. Le principe, tel qu'il a été donné par M. Saladin, est analogue à celui des chaudières à circulation d'eau dans des tubes. Un grand réservoir plein d'eau et non chauffé peut être entretenu à haute température par un tube de circulation chauffé. La différence de densité entre l'eau froide et l'eau chaude amène au réservoir par une circulation active les
calories fournies au tube. Si on suppose la chaudière remplacée par une enveloppe réfractaire, et l'eau remplacée par de l'acier fondu, il suffit de chauffer l'acier contenu dans le tube au moyen de l'artifice d'inducteur de Ferranti pour entretenir et augmenter même la température de l'acier dans le réservoir. La vitesse du métal atteint ainsi plusieurs mètres par seconde.
Le modèle actuel du four de MM. Schneider et Cu(fig. 32) comprend un grand réservoir à deux tubes rectilignes passant entre les branches d'un transformateur à trois piliers portant l'enroulement primaire. On peut laisser un des tubes horizontal et incliner légèrement l'autre. Fours Froges-tiéroult. — Les fours utilisés aux usines de la Praz (Savoie), par la Société électrométallurgique française, sont des fours à arc *.
Fio. 32. — Four Schneider.
1. Conférence de M. Charles Combes faite à la Société d'Encouragement pour l'industrie nationale, le 9 décembre 1904, et publiée dans la Revue de Métallurgie de janvier 1905.
Parmi les modèles qui ont été essayés industriellement, il
faut distinguer les fours utilisés pour la fabrication de la fonte et ceux employés pour l'obtention de l'acier.
La fabrication de la fonte avec le four de Froges ne présente aucune difficulté particulière. Le four (fig. 33) se compose d'un creuset a où agissent les électrodes b qui sont mobiles et réglables au moyen de tiges, engrenages et volants or, i, A, /, y, e ; le courant est amené en m, d\ il entre par une électrode et sort par l'autre.
Le creuset est surmonté d'une rehausse (fig. 34). 11 comprend un appareil spécial créé par M. Héroultquil'a appelé économiseur. Le minerai seul est amené par une cheminée inclinée ou verticale, dans laquelle doit passer l'oxyde de carbone qui se d égage du creuset. De l'air soufflé à l'entrée de la cheminée
Fig. 34. — Économiseur Iléroult.
Fig. 35. — Coupes de l'économiseur suivant AB, CD et EF.
en d fait brûler l'oxyde de carbone; sous l'influence de la température, le minerai fond et vient tomber dans le creuset où le charbon est chargé directement.
Un autre modèle de four essayé dans le même but a été dénommé four à électrode coulante (fig. 36 et 37). Le creuset G est surmonté d'une cuve à garnissage réfractaire. Cette cuve H renferme une colonne de coke que parcourt le courant
électrique qui arrive en J et sort en I. A ce coke vient se mélanger le minerai provenant de l'économiseur A.
Le combustible forme donc lui-même une électrode qui s'écoule pendant que la réaction se produit. Le contact inférieur par lequel a lieu le passage du courant est formé parla sole du four B qui est en charbon, et le contact supérieur par
des blocs de charbon placés au-dessus de la cuve en F et G.
Le défaut reconnu h ces appareils réside dans l'usure rapide des parois de l'économiseur par l'oxyde de fer fondu.
Les fours destinés à la fabrication de l'acier sont munis de deux électrodes en série, de telle sorte que le courant va de l'une des électrodes à la niasse métallique, qui se trouve dans le creuset du four, par un arc qui jaillit à travers le laitier et
sort par un second arc qui passe du bain métallique à la deuxième électrode.
Le four est muni de deux trous de coulée et d'un couvercle qui permet de concentrer la chaleur.
Les derniers modèles utilisés par les usines de la Praz sont des fours basculants qui peuvent être manœuvres par
F.o. 38. -Fow «ciilaat «nuit. des *PPawHfl hy-
drauliques ou électriques (fig. 38 et 39); on peut ainsi évacuer beaucoup plus facilement les laitiers. Ilscomportent trois portes, l'une placée sur le devant du four, qui est utilisée pour la coulée ; les deux autres, sur les côtés, ont pour but de permettre le chargement et le décrassage des fours {fig, 40, 41 et 42).
Four Stassano. — Le procédé Stassano est le premier procédé qui ait permis de traiter des
masses importantes de „ „„ „ .„ , ..
r Mo. 39. — Four oscillant Hérault.
minerais au four électrique. Le premier modèle n'était qu'un haut-fourneau possédant au-dessus du creuset deux électrodes horizontales, que l'on pouvait faire mouvoir soit a la main, soit hydrauliquement.
Stassano a créé ultérieurement deux autres modèles : l'un est un four à sole avec trois paires d'électrodes dont le
Fie i2. — Four oscillant lléroult, vue au moment de la coulée.
réglage se fait à la main ; l'autre est un four rotatif sur la marche duquel on ne possède pas de renseignements précis.
Précautions à prendre pendant la fusion des alliages.
— Un très grand nombre de métaux s'oxydent aisément pendant la fusion. Il faut éviter cette oxydation, qui est des plus nvisibies, non seulement parce qu'il y a perte de matières, mais encore parce qu'il y a production d'impuretés qui peuvent rester incorporées dans l'alliage et y amener de graves défauts.
Pour empocher l'oxydation, on a soin de disposer à la surface du bain des morceaux de charbon de bois. Parfois même
on emploie des sels qui, fondant aisément, forment à la surface une couche protectrice contre l'action de l'air : le borax ou borate de soude est notamment très utilisé.
