C. Procédé au creuset; I). Procédés électriques
Nous étudierons rapidement ici les deux phases du procédé indirect.
Premièue phase : Obtention d'un alliage riche en carbone, fabrication de la fonte. — Le principe de la fabrication de la fonte est trop connu pour que nous nous y arrêtions, ne pouvant entrer dans les questions de détail.
Rappelons seulement les réactions qui président à cette fabrication.
Le minerai de fer (nous le supposerons renfermant le fer à l'état d'oxyde Fe-08)est mélangé avec des produits qui ont pour but d'aider la formation du /ailier et la fusion. Il est introduit en couches alternées avec le combustible dans l'appareil nommé haut- fourneau.
Celui-ci a la forme de deux troncs de cône raccordés par leur base : la partie supérieure s'appelle cuve; elle est terminée par le gueulard, lequel comprend Yappareil de chargement.
Au-dessous de la cuve se trouvent les étalages ; puis viennent une partie cylindrique comprenant d'abord Y ouvrage et enfin le creuset.
Dans l'ouvrage se trouvent les tuyères, sortes de cône à double enyeloppe et à circulation d'eau. Elles reçoivent et
protègent les busiltons, ajutages qui permettent d'introduire dans l'appareil l'air chaud sous pression nécessaire aux réactions.
L'air chaud soufflé par les tuyères permet au combustible de brûler en amenant la réduction de l'oxyde, suivant les réactions que nous indiquons plus loin.
Dans ces conditions, on obtient un courant ascendant de gaz, un courant descendant de produits solides. L'alliage fercarbone, qui se forme, se rassemble à la partie inférieure, dans le creuset et s'écoule de. temps en temps, ainsi que les silicates fusibles formant les laitiers.
Le courant gazeux montant jusqu'au gueulard du hautfourneau est capté et utilisé pour chauffer l'air qui arrive par les tuyères dans la région de l'ouvrage, cela par l'intermédiaire d'appareils spéciaux d'échange de température, Cooper ou Withwell.
On admet généralement que le haut-fourneau peut être subdivisé en cinq zones :
1° La zone de préparation et de calcination (gueulard et partie supérieure de la cuve) ;
2° La zone de réduction (partie inférieure de la cuve);
3° La zone de carburation (ventre et partie haute des étalages) ;
4° La zone de fusion (bas des étalages et ouvrage);
5° La zone de liquation (creuset).
Nous verrons plus loin que cette subdivision est purement théorique.
Les principales réactions du haut-fourneau sont les suivantes :
1° La réduction de l'oxyde de fer peut avoir lieu soit par le combustible solide (carbone^, soit par l'oxyde de carbone, gaz réducteur produit par la combustion incomplète du charbon sous l'action de l'air.
Il peut alors se produire les trois réactions représentées par les formules :
FeW + 3G0 = 2Fe + 3C0*
2Fea03 + 3C = 4Fe + 3C0»
FeW + 3G = 2Fe + 3G0.
L'action de l'oxyde de carbone sur les différents minerais est variable avec la température et la nature du minerai. Toutefois elle est des plus importantes vers 400° pour tous
les minerais.
De plus, l'action de ce gaz sur l'oxyde Fe'O3 n'est pas aussi simple que l'indique la formule ci-dessus indiquée. M. Moissan a montré que Ton avait successivement : *
3Fe*03 + CO — 2Fe?0* + CO»
Fe30* + CO = 3FeO + CO*
FeO -f CO — Fe + CO2
2° Mais, d'autre part, l'acide carbonique produit peut réagir sur le fer produit et donner de l'oxyde de carbone :
CO» + Fe = FeO + CO.
Cette réaction est très sensible à 417°; elle devient importante vers 650° à 700°.
Mais cette action de l'acide carbonique est d'autant moins nette que le courant gazeux considéré renferme plus d'oxyde de carbone.
11 amême été démontré par Debray, d'une part, et sir Lowthian- Bell, d'autre part, qu'un mélange à volumes égaux d'oxyde de carbone et d'acide carbonique réduit Fe203 à l'état de protoxyde FeO, tandis que le fer réduit est de même amené à l'état de FeO. Il faut donc toujours que l'atmosphère du haut-fourneau soit riche en oxyde de carbone.
3° Au voisinage du gueulard, dans la zone où la température passe de 250 à 800°, l'oxyde de carbone en présence des oxydes de fer ou même de fer réduit se décompose en donnant un dépôt de carbone et d'acide carbonique. On a la réaction :
