C. Le procédé au creuset

D. Les procédés électriques.

A. Procédé Bessemer. — Le principe du procédé Bessemer réside essentiellement dans la combustion intermoléculaire du carbone, du silicium, du phosphore, du manganèse, etc., ainsi qu'il a été indiqué, le 2 février 1856, par sir Henry Bessemer, à la British Association, sous le titre de Fabrication du fer et de V acier sans combustible.

L'appareil utilisé dans le procédé Bessemer est une cornue (ou convertisseur), dont l'enveloppe formée de plaques -métalliques est garnie intérieurement d'un revêtement réfractaire. Cette cornue, soutenue par une frette, peut tourner dans deux paliers ; l'un des tourillons, qui est creux, permet d'amener l'air provenant d'une machine soufflante dans la boite à vent, qui forme le fond de la cornue.

Le second tourillon porte un pignon qui, par l'intermédiaire d'une crémaillère, peut faire tourner la cornue.

Les réactions du Bessemer varient avec les deux sortes de procédés :

a,) Procédé acide.

— La charge de fonte est introduite à l'état liquide (venant du haut-fourneau, du mélangeur ou du cubilot) dans la cornue inclinée et préalablement chauffée.

On redresse la cornue et l'on donne le vent (on évite ainsi la rentrée de la fonte dans les luyères de la boîte à vçnt).

Les réactions commencent immédiatement. On dislingue les trois périodes de la scorification ou des étincelles, de la carburation ou des flammes, et des fumées.

Dans la période des étincelles — ainsi nommée parce qu'on note de nombreuses étincelles „ .,„ L n

l r 10. u2 et 53. — Cornue Bessemer

««es à 1 entraîne- (Procédé Thomas).

ment de globules de métaux et scories par le vent — le silicium brûle d'abord en donnant de la silice; d'où un dégagement de chaleur considérable. t,e manganèse brûle peu. Quant au carbone, il ne brûle pas du tout.

Dans la période de décarburation ou des flammes, le manganèse finit de brûler et le carbone brûle en donnant une flamme longue et qui, jaune orange au début, devient blanche.

La période des fumées indique la combustion du fer ; elle est caractérisée par le départ d'une fumée d'abord blanche, puis rouge. On arrête alors l'opération. A ce moment on a encore à opérer ladésoxydation et la recarburation du bain. (On est, en effet, en présence de fer sans carbone ayant dissous de l'oxyde de fer.) Cette opération, étant commune aux procédés Bessemer et Martin, sera décrite plus loin.

a2) Procédé basique ou procédé Thomas. — Ce procédé a rendu possible l'affinage des fontes phosphoreuses ; il est dû à MM. Thomas et Gilchrist, qui publièrent leur théorie en septembre-octobre 1878.

Le principe du procédé consiste à oxyder le phosphore de la fonte en le transformant en acide phosphorique,et cela en présence d'un revêtement basique et d'addition de chaux.

D'ailleurs ces conditions de la déphosphoration avaient déjà été indiquées par L. Gruner (Traité de Métallurgie, 1875).

Les fontes, qui sont employées, doivent contenir un minimum de silicium, sans quoi il y aurait formation de laitiers acides supposant à la déphosphoration. On distingue dans une opération Thomas les phases suivantes : La période des étincelles, la période de décarburation, la période de sursoufflage, la période de combustion du soufre.

La fonte liquide versée dans le convertisseur est additionnée de chaux. Au moment où l'on redresse la cornue et où l'on commence à souffler l'air, on aperçoit des étincelles provenant de la combustion du silicium et du manganèse ; mais cette période dure peu, les teneurs en silicium et manganèse étant faibles. La chaux donnera avec la silice du bain des scories.'

Le phosphore et le carbone brûlent ensuite.. Il se forme de*

l'acide phosphorique; mais, comme, en même temps, l'oxyde de carbone prend naissance, une partie de l'acide phosphorique non encore uni à la chaux est réduite. Aussi le phosphore ne peut-il être complètement éliminé avant que la décarburation ne soit complète.

On a donc ici une période de décarburatienquiest suivie dé celle de déphosphoration proprement dite ou de sursoufflage ; le phosphore brûle, donne de l'acide phosphorique qui s'unit à la chaux pour donner en majeure partie du phosphate tétrabasique de chaux.

Le phosphore étant éliminé, le soufre brûle; mais en même temps une partie du fer est oxydée. On rend cette période aussi courte que possible.

B. Procédé Martin. — Le procédé Martin peut être utilisé de deux façons :

b{) Procédé Martin acide ;

b2) Procédé Martin basique.

Mais, dans chaque procédé, on peut utiliser l'un des trois modes d'opération suivants :

1° Le procédé dit de dilution ou scraps process;

2° Le procédé au minerai ou ore process ;

3° Le procédé dit des loupes.

Le four Martin se compose de deux parties ;

L'appareil de chauffage, gazogène, chambres de récupération, etc. ;

Le four proprement dit.

Pour la description détaillée, nous renverrons aux traités spéciaux. Nous dirons seulement que le four n'est pas autre chose qu'un réverbère dont la sole est formée de plaques de fonte sûr lesquelles on vient disposer un revêtement réfractaire variable avec la marche (on emploiera un revêtement basique dans le cas de marche en procédé basique ; un revêtement acide dans l'autre cas) et dont la voûte est toujours en briques siliceuses.

Donnons de suite les caractéristiques des trois méthodes qui peuvent être utilisées, que l'on soit en marche basique ou eh marche acide.

Dans la marche au scraps process, on dilue le carbone ôc la fonte dans des riblons de fer ou d'acier à faible teneur en carbone.

On utilise généralement 1/3 fonte et 2/3 riblons.

Dans la marche au minerai (ores process), on recouvre le bain, qui peut être de la fonle ou un mélange fonte et riblons, par du minerai qui produit la décarburation.

Via. 51. — Pour Siemens-Martin.

Enfin, dans la méthode dite des loupes, on remplace les riblons par des loupes fournies par un procédé direct.

Examinons rapidement maintenant ce qu'est le procédé acide et ce qu'est le procédé basique.

Dans le procédé acide, le carbone se dilfuse dans tout le bain sous la haute température du four, le silicium s'oxyde sous l'influence de l'atmosphère du four, maintenue oxydante, et des oxydes des riblons, et il y a formation de scories, auxquelles viennent s'ajouter les oxydes de manganèse.

Enfin, le carbone, qui est peu brûlé par l'oxygène de l'atmosphère du four, peut être diminué par la présence du minerai.

Dans le procédé basique, on utilise des fontes phosphoreuses. Mais il ne sera pas utile d'avoir des fontes très phosphoreuses, puisqu'il n'est pas question ici de combustion intermoléculaire. On enlève l'acide phosphoriqne, produit par oxydation, par la chaux. Toutefois on sait pratiquement que l'on ne peut enlever les dernières traces de phosphore que lorsque le bain ne renferme que 0,1 0/0 de carbone environ.

Des additions finales. — Que Ton ait affaire au procédé Martin ou au procédé Bessemer, il faut faire une addition finale. Cette addition finale a pour but, dans le procédé Martin, d'amener exactement le métal au degré de carburation voulu ;• dans le procédé Bessemer, de désoxyder le métal en même temps que de le recarburer.

On utilise presque toujours à cet effet un des alliages de fer et de manganèse que nous décrirons dans le chapitre v. L'addition se fait dans l'appareil même, quelquefois dans la poche de coulée.

On a cherché, de nombreux côtés, à recarburer le métal par le carbone, sous forme de coke ou d'anthracite. On a utilisé le coke jeté à la pelletée dans la poche de coulée, des briquettes de coke agglomérées par du lait de chaux que l'on jetait aussi pendant la coulée ou même dont Ton parait la poche de Coulée. Darby a proposé un entonnoir de forme spéciale sur le fond duquel est placé du charbon; le métal, y passant, dissout le carbone.

On s'est buté dans les premiers cas à Ja combustion du coke, à la non- homogénéité du métal et au gros ennui connu sous le nom de fond de poche et provenant de ce que le métal est trop vite refroidi et ne peut couler. Le procédé Darby a eu dans quelques aciéries plus de succès, sans cependant paraître donner la solution définitive de cet important problème.

Procédés similaires. — Nous ne citerons que pour mémoire

quelques procédés qui ne sont que des modifications du procédé Martin1.

A. Le procédé Bertrand-Thiel, employé dans les usines de Kladno (Bohème}, consiste essentiellement à traiter, dans un premier four Martin, de la fonte riche en phosphore et silicium par Vore process, et de couler le produit ainsi obtenu dans un second four, dans lequel on a fondu des riblons. Ceuxci, étant un peu oxydés, agissent non seulement par dilution, mais aussi par oxydation.

B. Le procédé Duplex consiste dans le traitement au convertisseur acide d'une fonte siliceuse; après la perte de silicium, la fonte est déphosphorée et décarburée dans un four Martin.

C. Le four Talbot est un grand four basculant qui permet de ne retirer que le quart de la charge à des intervalles rapprochés. La partie de la charge qui reste constamment dans le four forme volant de chaleur et permet à la matière introduite d'être portée rapidement à la température désirée. Un appareil Talbot est en construction en France dans les usines de Senelle-» Maubeuge. Plusieurs de ces appareils fonctionnent régulièrement en Angleterre et en Amérique.

C. Procédé au creuset. — Le principe sur lequel repose le procédé au creuset est extrêmement simple; c'est, en quelque sorte, celui de la synthèse: on fond ensemble toutes les matières nécessaires pour produire l'acier voulu : fer, fer cémenté, (ou fontes), additions spéciales (ferro-chrome, ferro-tungstène, etc.), de façon à arriver aussi exactement que possible aux teneurs désirées dans les différents éléments.

Les creusets employés contiennent de 12 à 60 kilogrammes d'acier et sont formés d'argile renfermant généralement du graphite.

Ces fours sont chauffés au gaz avec récupérateurs, au pétrole ou même au coke; on a construit dans ces dernières années des fours soufflés au coke qui permettent d'obtenir rapidement

1 . Voir, pour plus amples renseignements, la communication faite au Congrès de métallurgie de Liège (juin 1905), par M. Acker.

l'acier fondu !. Ces appareils tendent beaucoup à se vulgariser. Le procédé dit au creuset est celui qui permet la préparation des aciers à outils ordinaires et spéciaux.

D. Procédés électriques. — Durant ces dernières années, on a beaucoup parlé de X acier électrique; aussi tenons-nous à insister sur ces procédés de fabrication.

Nous avons indiqué, à propos des fours électriques, quels étaient les principes de la fabrication.

Au point de vue acier, il faut distinguer le four (tel celui de M. Girod) qui n'a pour but que de fondre les matières et de se substituer aux fours à creuset, et celui dans lequel on fait Taffinage, comme le four de la Praz.

Nous donnerons sur ce dernier point quelques détails qui sont empruntés à la très intéressante conférence qu'a faite M. Combes à la Société d'Encouragement pour l'Industrie nationale (9 décembre 1904; Revue de Métallurgie , janvier 1905).

Dans ce four de la Praz, on charge la fonte liquide ou solide ou des riblons.

Après la fusion, on évacue le premier laitier çt par addition de minerai on forme un laitier oxydant, qui opère la décarburation du métal.

L'oxydation terminée, le laitier est de nouveau évacué et remplacé par un laitier artificiel autant de fois qu'il est nécessaire pour atteindre l'épuration complète. Pour enlever le soufre et le phosphore, on opère comme suit : on commence par écouler le premier laitier de fusion et on le remplace successivement par deux laitiers artificiels de composition convenable, lesquels sont évacués quand on les a laissés suffisamment en contact avec le bain. En somme, le travail effectué à la Praz a de nombreuses analogies avec Y are process. Cependant ici on fait intervenir différents laitiers. Quant à la recarburation, elle est obtenue au moyen d'un aggloméré de fer et de charbon, qui est assez dense pour traverser la couche de laitier et venir en contact avec le bain métallique, dans lequel

2. Voir, au chapitre u, la description du four Leifert-Bosshardt.

il se dissout rapidement, grâce à la chaleur de Tare électrique. En terminant, disons qu'à l'usine de la Praz on a fait des coulées de 7 tonnes d'acier et que la dépense d'énergie par tonne serait de :

6f,40- 8f,00 avec la force hydraulique, le kilowatt-heure coûtant 0,008-0,010 40 ,00-48 ,00 avec des machines à triple expansion, — 0,05-0,06

25 ,00-32 ,00 avec des gazogènes et moteurs à gai, — 0,03-0,04

46 ,00 environ avec le gaz de haut-fourneau, — 0,02 env.