DES

(1) Emploi industriel des métaux secon-^ daires. — Les métaux secondaires, employés en métallurgie, tungstène, molybdène, vana<Jium ou titane» servent surtout à préparer des aciers sfiéciaux. Pour tous^le mode actuel d'addition est le même; les métaux sont transformés après traitement mécanique et, le plus souvent aussi, chimique des minerais, en alliages à forte teneur en métal; ces alliages sont ensuite incorporés à l'acier maintenu en fusion dans d<'s condi lions spéciales. Les filaments métalliques nécessaires à l'éclairage par incandescence sont obtenus, eiix, par (Jes procédés ioiil différents.

Nous décrirons d'abord les diverses préparations communes à tous ces métaux tant pour éviter d intitiles répétitions que pour montrer tout de suite quel intérêt présente la question.

Les Métaux secondaires. i

(2) Préparation des alliages à forte teneuren métaux secondaires. — Deux procédés permettent d'élaborer les alliages à forte teneur en métaux spéciaux, ra,luminothermie et. la réduction par lare é 1er trique en présence du charbon. Nous n'indiquerons ici que le principe de chacun de ces procédés qui seront traités en détail dans d'autre? ouvrage^.

En aiiimmolhermie, on utilise la grande chaleur que dégage l'aluminium en se combinant à l'oxygène, pour réduire les oxydes des divers métaux et aussi pour obtenir une masse métallique fondue formée par l'union plus ou moins intime des métaux réduits.

Quand la réaction a été bien conduite, il n'y a pas d'explosion et dans le culot métallique ne se retrouve pas d'aluminium. L'aluminium employé est généralement sous la forme de poudre dont la grosseur du grain varie avec la nature de l'oxyde à réduire, afin dé modérer la. réaction. Avec les oxydes facilement réductibles, tels que l'oxyde de cuivre, l'aluminium en poudre fine produit de véritables mélanges explosifs. Pour rendre la réaction moins vive, on mélange la poudre d'aluminium, en grains de dimensions convenables, avec un oxyde qui interviendra dans la réaction comme oxydant et modérateur. Cet oxyde est généralement de l'oxyde de fer et le mélange s'appelle thermite. L'oxyde à incorporer, bioxyde de molybdène, tétroxyde de vanadium ou acide titanique, sont mélangés intimement à la thermite.

Le mélange final est placé dans un creuset en terre réfractaire ou en plombagine garni à l'aide d'une brasque en magnésie, conformément aux indications fourlies par le capitaine Caron*. Depuis quelques années,

on trouve des creusets en magnésie, colorée en brun par de l'oxyde ferrique, qui sont très résistants et conviennent très bien pour ce traitement.

Le creuset est placé sur une couche de charbon contenue dans une enveloppe en briques réfractaires. On comble Tespace vide avec de petits morceaux de coke qui forment ainsi une enveloppe isolante. Celle-ci protège le creuset contre les pertes de chaleur par rayonnement et par combustibilité et Tabrite surtout contre l'action violente des courants d'air qui amènerait la rupture.

L'opération peut-être intermittente ou continue.

Au-dessus du creuset ou sur le côté (fig. i), on dispose une trémie c en forme d'entonnoir, dans laquelle on place la charge du mélange à réduire. Le fond est >formé par une boule b suspendue à une chaîne que l'on tire plus ou moins, de manière à laisser tomber le mélange dans le creuset. Cette trémie est en fer blanc.

Pendant la réaction, une violente incandescence se produit et d'épaisses fumées se dégagent. Afin de s'en débarrasser, on se sert d'un grand capuchon d qui aboutit à un tuyau e engagé dans une souche de cheminée/. L'opérateur doit porter des lunettes à verres foncés. Au début, une moitié du mélange est placée

4 INDUSTRIE DES BiÉTAUX SECONDAIRES.

dans le creuset, l'autre dans la trémie. L'inQammation de la matière est un des points les plus délicats parce qu'il faut fournir une très grande chaleur initiale ; elle est obtenue à Taide d'une amorce formée de peroxyde de sodium et d*aluminium ou de magnésium métalliques (aS NaO et 5 Al ou Mg). L'amorce est préparée au moment même de s'en servir, parce que le bioxyde de sodium est déliquescent. Le bioxyde de baryum, plus stable, enflamme moins facilement le mélange. On prépare, avec le bioxyde et l'aluminium, un petit cône que l'on pose au sommet du mélange à réduire et on l'enflamme à l'aidé d'un fer rouge.

La réaction a lieu avec une violence inouïe. Dès qu'elle se calme, on soulève la boule 6 de manière à introduire une certaine quantité du mélange et l'on continue ainsi. Au bout de cinq minutes, la réaction est terminée et on fait écouler le contenu du creuset, alliage et laitier. Quand le creuset est en magnésie ou que la brasque est assez résistante, l'alliage s'écoule par un trou pratiqué au fond et l'opération continue ainsi jusqu'à ce que le creuset soit à nouveau rempli.

Bien des variantes peuvent être apportées à ce procédé. Les oxydes des métaux secondaires peuvent être ramenés à un degré d'oxydation inférieur par une réduction préalable au moyen du charbon dans un four ordinaire. Il y a intérêt, en efiet, pour diminuer la dépense en aluminium, à prendre les oxydes les moins riches en oxygène. Ce procédé présente en outre le grand avantage de diminuer la violence de la réaction Dans le cas du molybdène, il est impossible de se servir de l'anhydride molybdique à cause de la facilité avec laquelle il se volatilise. On peut encore chauffer le creuset

OÙ se passe la réaction ; enfin^ on a essayé d'employer un bain d*aluininium fondu.

Le laitier est formé d'alumine qui fond à la haute température produite par la réaction, mais qui se solidifie très rapidement en formant une matière extrêmement dure, appelée corubis. Sa présence rend le creuset inutilisable. Le D'' Goidschmidt \ l'inventeur de l'aluminothermie, a essayé, par l'addition de fondants, d'obtenir des laitiers fusibles. Le meilleur procédé consiste & ajouter du carbonate de sodium ; l'aluminate formé est plus fusible que l'alumine pure.

Le procédé aluminothermique est très rapide ; mais, malgré les nombreux perfectionnements qu'on y a apportés, il présente le grave inconvénient d'être très coûteux. En outre, il ne permet pas de préparer facilement certains métaux réfractaires, tels que le tungstène ou le molybdène. On a bien essayé d'augmenter la température de la réaction en versant de l'air liquide sur le mélailge; mais si le métal ou ses alliages ont pu être ainsi obtenus, on comprend sans peine que ce procédé ne soit pas industriel à cause du prix de revient.

L'aluminothermie a été bientôt remplacée par le four électrique, qui a permis d'atteindre des températures assez élevées pour pouvoir réduire à l'aide du charbon tous les oxydes, même ceux que Ton considérait comme irréductibles. Il semble que la chaleur n'intervient pas seule et qu'il y a en même temps une action due au courant qui traverse la masse chaude et conductrice, fondue ou non. Il se produit une véritable électrofyse.

Sans entrer dans une longue description des fours électriques, rappelons seulement qu'ils peuvent se clas-

ser en trois catégories : fours à arc, à résistance et à induction.

Dans les premiers, qui peuvent être formés d'une ou deux électrodes mobiles, l'arc jaillit entre les électrodes. Dans certains cas très rares, la chaleur seule est utilisée (four du capitaine Stas^ano) ; le plus souvent, le courant traverse la masse à réduire et, à partir de ce

moment, le four fonctionne aussi comme four à résistance.

Le four à résistance fonctionne comme une lampe à incandescence. Le couranttraverse la masse à traiter et réchauJTe. Dans le four à induction, dont ridée est due à Ziani Ferranti et qui fonctionne à Gysinge, sous la forme que lui adonnée M . Kjellin, la masse conductrice des métaux à fondre (bronzes, aciers, etc.), constitue un induit dans lequel on développe des courants secondaires intenses, à Taide d'un puissant inducteur.

Le four électrique employé pour l'élaboration des alliages à haute teneur est le four à arc et à résistance. Celui qui fournît les meilleurs résultats est le four à une seule électrode mobile, représenté schématiquement ci-contre (fig. 2). Dans ce four, le creuset c en graphite, renfermant la matière à traiter, repose sur une plaque conductrice jo, en fer généralement reliée au pôle négatif. L'autre électrode p.2 est constituée par une

baguette en charbon placée verticalement et reliée au pôle positif. Elle est mobile et peut 8*élever ou s'abaisser à l'aide d'un contrepoids a : on peut ainsi produire ou interrompre l'arc à volonté.

Pendant la réaction, il se dégage des quantités considérables de gaz, de fumées et de poussières. Un ronflement énergique et assourdissant se fait entendre. De plus, il se forme de l'oxyde de carbone, dont l'action toxique est malheureusement trop connue. Par le tuyau 6, s'échappent fumées et gaz. Les poussières se déposent au fond d'une petite chambre d reliée à la cheminée. Pour protéger l'opérateur contre la chaleur intense dégagée, un masque en bois m recouvert de fer est placé devant le creuset. Une petite ouverture, fermée par un verre coloré, lui permet de suivre la réaction sans être incommodé par la lumière éclatante qu'elle produit, ni atteint par les projections.

Le procédé qui vient d'être décrit ne peut fonctionner que d'une manière intermittente. A ce défaut, il joint le grand inconvénient de n'employer qu'une seule électrode et de fournir par suite, dans les fours puissants, une température trop élevée en certains points et susceptible d'amener la rupture du creuset. De plus, un souffle puissant prend naissance, balaie les matières fines et rend l'atmosphère irrespirable. Pour mieux répartir l'action caloriGque, on emploie des arcs multiples qui permettent de soumettre, une plus grande surface au courant.

Parmi les difierents fours électriques à arc à production continue connus, nous nous bornerons à décrire le four qui sert à préparer la plus grande quantité du ferrotungstène et la presque totalité du ferrovanadium employés par l'industrie. Il a été construit et breveté

par M. Paul Girod, dont les procédés sont exploités par la Société anonyme Electrométallurgique à llgine, en Savoie, à Courtepin et Montbovon, en Suisse.

Pour éviter d'enrichir trop en carbone les ferroalliages préparés au four électrique, on emploie une en-

FiG. 3 (d'après M. Matignon).

ceinte en matière réfractaire constituée par des briques en magnésie (de Veitsch). Cette enceinte a une forme cylindrique (fîg. 3). Les électrodes A en nombre variable suivant la dimension du four traversent le couvercle du creuset et amènent le courant. Ce dernier se rend (fig. 4) à travers le laitier et la masse métallique aux canaux C pratiqués dans le fond de la cuve, puis aux pièces polaires B, Les pièces sont creuses, afin

de pouvoir lés refroidir par un courant d'eau froide et d'empêcher ainsi leur fusion. Tout Tensemble est porté sur deux tourillons D qui permettent de faire tourner le four autour d'un axe horizontal et de travailler d'une manière continue. Au début, il est néce^^saire de relier les électrodes A et les pièces polaires B par une substance conductrice et d'assurer le fonctionnement de l'arc. On peut y arriver soit en coulant un métal

'^Sy ^'®- 4 (d'après M. Matignon). &&^

OU à l'aide de fils de fer noyés dans la masse du mélange à réduire.

Pour pouvoir fonctionner d'une manière continue, il est nécessaire d'obtenir des laitiers très fusibles. A cause de la magnésie qui constitue l'enceinte, on ne peut songer à ajouter des substances à fonction acide. Les corps employés le plus généralement sont des* bases ou des métaux. L'aluminium semble le mieux convenir. Il présente le double avantage d'être conducteur et de faciliter la réduction du mélange; on emploie aussi le

carbonate de sodium. Chaque usine possède un tour de main particulier que Ton garde soigneusement secret, tant sur la nature de la substance employée que sur la manière de l'ajouter.

(3) Emploi des alliages à forte teneur. — A .

cause même de leur mode de préparation, les alliages ainsi obtenus sont fort oxydables et ne peuvent être ajoutés à Tacier qu'avec de grandes précautions. Deux appareils servent seuls : le creuset et le four électrique à résistance. Le premier, bien connu de nos lecteurs, est encore le plus employé aujourd'hui. Dans certaines usines même, con^me les aciéries Krupp, il est employé concurremment avec le four Martin Siemens. Il n'est pas possible de préparer au creuset beaucoup plus de 4o kilogrammes d'acier; aussi, le procédé est-il d'une application difficile quand il s'agit de préparer des lingots d'un poids considérable. En 1902, l'usine d'Essen avait exposé à Dusseldorf un arbre de navire, en acier au nickel, de 45 mètres de longueur, provenant de rèlaboration d'un lingot de 70 tonnes. Il n'avait pas fallu moins de 1 768 creusets pour obtenir le lingot initial.

Beaucoup plus économiques, en général, sont les procédés électriques et ils sont appelés à remplacer dans l'élaboration des aciers, des bronzes et des laitons le procédé au creuset. En outre du prix de revient, l'emploi des fours électriques à résistance et à réduction présente encore l'avantage de mettre la matière fondue à l'abri des gaz du foyer, dont l'action est particulièrement néfaste quand on ajoute à l'acier du vanadium ou du titane. Dans certains cas, il est possible

d'affiner la matière à traiter, de la décarburer par exemple, en se servant d'une brasque d'oxydes ou d'autres composés. Les fours électriques employés sont ceux de résistance ou ceux à induction.

Les premiers permettent de chauffer les alliages ou les aciers à une température fixe, transportant ainsi dans le domaine de l'industrie les méthodes qui ont permis de réaliser d'importantes découvertes dans les laboratoires. Un des fours qui répond le mieux aux besoins de l'industrie est celui qui a été construit par M. Girod. Il permet de ckauffer à des températures comprises entre 5o® et 2 000^ et on ne se trouve arrêté que par la difficulté de se procurer des matières réfractaires suffisamment résistantes à cette température.

Le creuset est ôhamffé par le fond (fig. 5). Pour cela, il est placé sur un fromage 3 encastré dans la résistance principale 2 . Celle-ci se trouvant amincie en ce point, il en résulte un accroissement de résistance et, par suite, une surélévation de température^, qui dépasse sous chaque creuset 2 000°. Pour éviter la destruction des parois du four, M. Girod a enveloppé la résistance principale d'une seconde résistance, appelée auxiliaire, parce qu'elle n'est traversée que par une partie du courant et qui, moins chauffée, réagit moins énergiquement sur les briques voisines. Les creusets sont disposés en séries et protégés contre les pertes par rayonnement; M. Girod

Fio. 5 (d'après M. Matignon).

a pu réaliser un four contenant 120 creusets et n'occupant qu'un emplacement de 4 mètres sur 3. D'autres fours employés à Ugine permettent de chauffer les creu-