CHAUFFAGES DIVERS

En dehors des procédés de chauffage étudiés précédemment, il en existe encore quelques autres, dont les applications industrielles, quoique limitées, sont trop importantes pour être passées sous silence. Classées ici sous un même titre, celui de chauffages divers, ils ne présentent cependant entre eux aucun point de contact. Ce sont :

I*» Chauffage en enveloppe close; 2° Convertisseur ; 30 Four électrique.

Chauffage en enveloppe close. — Certaines matières doivent être chauffées à Tabri du combustible et des fumées servant à la production de la chaleur. C'est le cas dans la méuUurgie des corps isolés de leurs minerais à l'état de vapeur, par exemple des métaux volatils comme le zinc et le mercure. D^autres fois, il s'agit des matières fondues ou solides, qui pourraient être détériorées par l'action des fumées ou des cendres du combustible, comme le verre ou la porcelaine. Enfin pour la préparation des métaux et alliages à Tétat fondu, il est préférable, au moins lorsqu'on opère sur de petites quantités, de les enfermer ainsi poar les protéger contre l'action oxydante ou sulfurante des gaz de la combustion ou contre l'action carburante du charbon solide lai-

même. Trois dispositifs différents d'enveloppes closes peuvent être employés :

La cornue ;

Le creuset ;

Le moufle.

La corntu est essentiellement constituée par un tube prismatique, dont la longu<:ur est considérable par rapport au diamètre et dont la section, variable suivant les applications, peut être circulaire, elliptique ou de toute autre forme. La cornue est généralement fermée par une extrémité et ouverte par l'autre ; l'ouverture est nécessaire pour permettre le chargementet ledéchargement des matières ou le dégagement des vapeurs. Dans la fabrication du gaz d éclairage, nous avons vu l'emploi de cornues semblables (fig. 42, page 292) dont l'extrémité ouverte, sortant au dehors du four, porte une tête métallique fermée en avant par un couvercle articulé et présentant sur le côté, un tuyau de dégagement pour le gaz.

L'usage des cornues présente deux difficultés relatives, Tune à leur détérioration sous l'action de la chaleur, et l'autre à leur perméabilité aux vapeurs.

Le fer ou la fonte peuvent être employés facilement, sans s'altérer notablement, jusqu'à la température de 400" et plus difficilement jusqu'à 6oo'. Au delà l'oxydation du métal devient très rapide et de plus la fonte se déforme en raison des gonflements considérables qui accompagnent toujours la cristallisation du graphite résultant du dédoublement de la cémentite. Aux températures élevées, on emploie exclusivement la terre cuite. On ne peut pas employer le grès ni aucune pâte céramique vitrifiée, parce que ces matières sont trop sensibles aux variations brusques de température, inévitables quand on charge une matière froide dans une cornue chauffée au rouge. La terre cuite elle-même finit par se fendre plus ou moins rapidement sous l'action répétée de ces variations de température et d'autant plus vite que la température moyenne de chauffage est plus élevée. Les cornues à distiller la houille pour la fabrication du gaz d'éclairage à 900^, durent de i à 2 ans, celles employées pour la fabrication du zinc, à 1.200

quelques semaines seulement. La résistance à ces variations de température dépend de la proportion d'argile crue et d'argile cuite, ou ciment, employée dans la fabrication de la pâte et dans une large mesure également de la dimension des grains du ciment, qui ne doivent pas être trop fins.

Toutes les fois qu'il s'agit de recueillir des gaz ou des vapeurs, la porosité des parois est un inconvénient très grave. Le fer et la fonte sont imperméables aux basses températures, mais vers le rouge ces métaux laissent passer l'hydrogène, comme l'ont montré d'anciennes expériences de Sainte-Claire Deville ; ce phénomène ne devient cependant important qu'à des températures supérieures à celles où Ton peut employer habituellement les cornues métalliques. Les cornues en terre réfractaire sont toujours au contraire très poreuses; elles ne peuvent servir à recueillir des gaz ou des vapeurs que dans les cas où quelque réaction chimique parasite de l'opération effectuée vient obturer les pores de la cornue. Dans la fabrication du gaz d'éclairage, les goudrons et carbures volatils pénètrent dans la pâte et s'y décomposent en bouchant tous les vides par un dépôt de carbone. De même dans la fabrication du zinc, la vapeur du métal se perd en quantités importantes dans les premiers temps de la mise en service des cornues, mais bientôt la vapeur de zinc rencontrant dans l'épaisseur de la paroi l'air et les fumées, qui entrent en sens inverse, donne une précipitation d'oxyde qui bouche peu à peu les pores.

Le chauffage des cornues, placées le plus souvent horizontalement, se fait dans l'un quelconque des fours à âamme qui ont été précédemment étudiés, soit les fours à réverbère ordinaire, soit les fours à récupération. L'absence de portes de travail s'ouvrant dans la chambre, où circulent les flammes, facilite beaucoup la conduite de ces fours ; on peut faire agir la cheminée sur le foyer, en laissant la chambre de combustion en dépression, ce qui est impossible avec des portes de travail. Ici les ouvertures de travail donnent dans la cornue, dont les parois peu perméables suppriment toute communication directe entre le foyer et les ouvertures extérieures.

L(s creusets ont généralement une forme tronc- conique; ils ont leur axe placé verticalement. La base supérieure plus large est ouverte, mais peut être fermée soit par un couveicle mobile, comme dans les creusets à fondre Tacier, soit par un couvercle fixe, comme dans certains creusets de verrerie. Les creusets sont principalement destinés à renfermer des matières liquides : métaux fondus ou verres. L'imperméabilité de la pâte aux gaz, sans être aussi importante que dans le cas des cornues est toujours avantageuse, particulièrement dans le cas de la fusion de Tacier, où elle a pour efiet d'empêcher la pénétration des gaz sulfureux qui altéreraient le métal.

La pâte des creusets est faite tantôt en argile réfractaire, tantôt en graphite lié par un peu d'argile. Les creusets, appelés en général a être déplacés quand ils sont pleins de matières, doivent présenter une résistance mécanique suffisante et par suite, dans le cas des pâtes argileuses, être confectionnés avec un mélange riche en argile crue; par exemple 2 parties d argile crue pour 1 partie d'argile déjà cuite ou ciment. Il faut alors une dessiccation très lente pour éviter les fentes pouvant résulter d'un retrait inégal entre la surface et les parties centrales ; la dessiccation d'un creuset de verrerie, d'une épaisseur au fond de i décimètre demande plusieurs mois.

Dans le cas des creusets en graphite, l'argile ajoutée pour servir de liant n'a pas besoin d'être particulièrement réfractaire, car elle doit en fondant à la surface extérieure, servir de vernis réfractaire pour s'opposer à la combustion du charbon. Ce dernier étant complètement infusible assure une tenue suffisante au creuset, quand même l'argile est déjà ramollie. Les creusets à acier sont assez mous au moment de la fusion du métal, pour qu'en les jetant par terre violemment, comme le font les ouvriers pour s'en débarrasser aussitôt après la coulée, ils se déforment sous le choc sans se briser.

Le chauffage des creusets se fait de trois façons différentes. Pour la fusion des alliages : laitons, bronzes, aluminium, etc., on entoure le creuset de charbon, généralement de coke, en propor-

SOO INTRODUCTION A l'ÈTUDE DE LA MtTALLURGIE

tionnaDi la hmteurdu creusrt et la grosseur du combustible de fiçon à ce que la zane h plus chaude, celle de connbusiioQ complète se trouve i mi hauteur du creuset. Après la fusion on enlève le creuset avec une pince en fer tenue à main d'homme pour les petits creusets, soutenu par une grue ou un pont roulant pour

les grands creusets On transporte ainsi le creuset et on va le vider dans des lingoiières ou des moules. L'espace laissé vide entre le creuset et les parois du four doit être ainsi étroit que le permet la grosseur du combustible, de façon à réduire la dépense de combustible brûlé dans l'unité de temps. Ce mode de chauffage est toujours très onéreux, car les flammes et gaz combustibles sortent du foyer avec toute leur chaleur et sont perdus dans l'atmosphère.

Dans lecas d'une production importante, comme pourlafabricationdu verre ou la fusion de l'acier, le chauffage se fiiit toujours i la

Sammeenappliquant le plus généralement le principe de la régénération des chaleurs perdues de Siemens. Même dans ce cas et malgré l'emploi de procédés des chauffages peifectionnés, la dépense de combustible est considérable ; aussi tend-on de plus en plus, tant pour i'acier que pour le verre, à remplacer la fusion au creustt par la fusion sur sole. On n'obtient peut-être pas ainsi des produits aussi purs, aussi pour certaines matières de choix, comme les glaces en verrerie ou les aciers à outils, donQe>t-on encore aujourd'hui la priférence au creuset.

Un dispositif, relativement récent, qui tend k se répandre dans les fonderies de métaux, consiste à relier d'une façon fixe le four au creuset en donnant aix parois du four une très faibleépaisseur, de telle

sorte que pour vider le Fig 87. — Four creuiei i pitrole,

métal fondu on incline h

la fois le four et le creuset qu'il renferme. La paroi extérieure du four doit, bien eiuendu, dans ce cas, être constituée par une enveloppe métallique qui consolide l'enveloppe rèfractaire intérieure. Ce creuset est placé pendant le chauffage sur un foyer circulnirede même diamètre rempli de combustible solide ; l'impossibilité d'adapter une cheminée il ce foyer mobile oblige à employer une souf6erie. Le même dispositif de la réunion du creuset au four s'applique plus aisément encore aux fours chauffés par le péirole ou par le gaz. La figure B6 représente un four semblable chauffé au charbon Lt h iigurc 87 un four chauffé à l'huile.

Les moufliS sont des chambres en matériaux réfractalres, de forme plus ou moins rectangulaire qui sont chauffés de toutes

parts par la fl.imme qui les environne. A ce point de vue ils ressemblent à des creuseis ; ils en diffèrent surtout eo ce qu'ils sont constitués par la juxtaposition de pièces assemblées entre elles et reliées, pour former un système rigide, aux parois de h. chambre de combustion qui les enveloppe: les dimeDsions en sont estrèmement variables; leur capacité est de quelques litres

Fig, 88. — Moufle pour h décoration de la porcelaine.

seulement dans les fours de laboratoires, ils sont souvent alors formés d'une seule pièce; ils peuvent atteindre i m' lorsqu'ils doivent servir à la décoration de la porcelaine et une dizaine de mètres cubes lorsqu'ils sont destinés h l'émaillage de matériaux communs comme les grès et les faifences destinés ï la construction architecturale. La figure 88 représente un moufle servant ï la décoration de la porcelaine. La flamme s'élève de la grille g autour du moufle M, s 'échappe par les orifices o d'une voûte H B

et pénètre de là dans une cheminée qui n'est pas représentée sur le dessin ; le tuyau d met en communication l'intérieur du moufle avec la cheminée dans le but de produire à Tintérieur par le regard V^ une légère aspiration d'air froid pour s'opposer à la rentrée des gaz réducteurs de la flamme ; les vides ^ sont les passages de flammes ménagés entre les entretoises servant à consolider les parois du moufle.

Convertisseur. — Les convertisseurs sont des appareils de chauffage essentiellement caractérisés par les deux points suivants :

i^ La chaleur est produite par la combustion d^une partie des constituants des matières traitées et non par un combustible indépendant;

2^ Ces appareils enfermés dans une enveloppe métallique très résistante sont montés sur un axe horizontal qui permet, par une simple rotation, de vider rapidement l'appareil, en faisant écouler les matières fondues ou en culbutant les matières restées solides. L'application de beaucoupla plus importante des convertisseurs est celle de la production de Tacier par le procédé Bessemer. La tonte traversée par un courant d*air énergique s'échauffe par la combustion même des impuretés qu'il s'agit d'éliminer, principalement par celle du silicium et du phosphore. La proportion de ces impuretés étant généralement faible, l'opération doit être menée rapidement pour que la quantité totale de chaleur dégagée par leur oxydation puisse fournir à la fois la chaleur nécessaire pour élever la fonte de son point de fusion 1300^ à celui de l'acier l6oo^, et la quantité de chaleur perdue à l'extérieur par refroidissement. Cette dernière croît évidemment proportionnellement au temps. L'opération Bessemer dure environ un quart d'heure ; pour affiner la même quantité de tonte au four Siemens-Martin, il faut au moins six heures, et par suite dépenser vingt-quatre fois plus de chaleur. L'air est envoyé à travers le bain de métal fondu sous une pression de plusieurs atmosphères. Les premières cornues Bessemer avaient la contenance de i t.

d'acier; elles atteignent aujourd'hui des contenances allant jus - 20 t. Le volume intérieur doit être environ de i m' par tonne de fonte traitée à chaque opération ; le métal au repos ne remplît donc le convertisseur que sur une taible partie de sa hauteur^ 0,50 m. environ.

Le revêtement réfractaire placé à l'intérieur de l'enveloppe métallique a une épaisseur de 0,40 m. à 0,50 m. Il s'use peu a peu, au fur et à mesure du fonctionnement ; on doit le remplacer lorsque son épaisseur est tombée à moitié ; la tôle extérieure commence alors à rougir. Suivant la nature des fontes traitées, siliceuses ou phosphoreuses, le revêtement doit être acide ou basique. Le revêtement dit acide est constitué par un mélange naturel ou artificiel de quartz et d'argile, dans lequel la proportion d'alumine apportée par l'argile doit être comprise entre 5 et 10 0/0 du poids total du mélange, ce qui représente de 15 à 30 0/0 d'argile proprement dite ou de kaolinite dans le mélange. Certaines roches naturelles, comme le Ganister des environs de Sheffield, renferment la proportion voulue d'alumine; ailleurs on fait des mélanges d'argile et de roches quartzeuses, broyées pures. On constitue le revêtement, partie avec des briques, partie avec un pisé battu sur place. Il faut avoir soin, quand les briques n'ont pas été suffisamment cuites pour transformer le quartz en silice à faible densité ou quand on emploie du pisé frais, de ménager les vides nécessaires au gonflement de la silice. On les obtient en mettant entre l'enveloppe métallique et le revêtement réfractaire une épaisseur de paille ou de planches qui disparaissent sous l'action du feu.

i'' Le revêtement i'ûtj/yw^ est constitué par un mélange de dolomie calcinée, mise en pâte avec 10 0/0 de goudron déshydraté. On en fait soit des briques comprimées à la machine, soit du pisé qui est battu surplace. Les briques sont faites à la presse hydraulique à froid ; on commence la compression sous une pression de 35 kg. par centimètre carré et on l'achève sons une pression de 350 kg. Les briques sont mises crues en place dans le convertisseur, contrairement à ce qui se fait pour les briques siliceuses

LES POUBS SOÎ

qui doivent être cuites à l'avance, comme les produits réfractaires argileux.

La 6gure 89 représente la coupe venicale d'un convertisseur basique empruntée à l'excellent ouvrage de M. Noble sur la

Fif;, S9. — CoDvertÏKeut basique,

fabrication de l'acier (i). L'axe de rotation perpendiculaire au plan de la Sgure n'est pas visible. L'air arrive par l'axe de I'ud des tourtlloDS qui est porté par la couronne en fonce 4 ; il arrive dans la boîte à veni 8 par l'ouverture 12, et il pénètre de là dans la

(0 Noble, Fabrication di l'acier {DunoJ et Pinat, é4iieurs).

cornue par les tuyères qui traversent le fond 14. La figure indique quelles sont les parties du revêtement faites en briques ou en pisé.

Le second type de convertisseur est celui qui sert au grillage des sulfures de cuivre. On grille les mattes de cuivre dans un petit Bessemer, en opérant sur la matière fondue, comme 00 le fait dans l'affinage de fonte. C*est le procédé Manhès. La faible chaleur de combustion du soufre nécessite la présence dans la matte d'une quantité notable de ce métalloïde, tandis que pour l'affinage de la fonte il suffit de 2 0/0 de silicium ou de phosphore.

Plus récemment on a utilisé une forme spéciale de convertisseur pour le grillage des minerais de plomb, permettant d'opérer à basse température pour éviter la fusion de la matière. On obtient la limitation de la température par des additions de carbonate de chaux dont la dissociation qui se produit à 900*^ empêche la température d'atteindre celle de fusion de la galène. La figure 90 montre le premier type des appareils Huiington Heberlein ; c'est une cuve conique en tôle portant à la partie inférieure une plaque métallique perforée, à travers laquelle l'air est soufflé. Deux tourillons permettent de culbuter l'appareil une fois l'oxydation terminée. La cuve elle-même est portée sur un chariot pour aller faire le culbutage au point de Tatelier où l'on veut déposer le minerai grillé en attendant son passage au four de fusion.

Foar électrique. — Le chauflFage des fours par l'électricité, employé depuis longtemps dans les laboratoires, prend depuis quelque temps un développement considérable dans l'industrie. La fabrication de l'acier au four électrique, jugée irréalisable il y a peu d'années encore, se répand en ce moment avec une rapidité imprévue Le four électrique était cependant déjà employé depuis longtemps à la fabrication du carbure de calcium et de nombreux ferro-alliages : ferro-chrome, ferro- silicium, terro tungstène, etc., sans parler des procédés électrolyiiques dans lesquels le chauffage dû à l'électricité n'intervient pas ou

L".S FOUÏS SO7

jone .seulement un rôle secondaire, comme dans la fabrication de l'alumioïom-.

Le prix de revient élevé de l'unité de chaleur obtenue aux dépens de l'électricité est le seul obstacle à la diffusion du chauffage électrique. Le kilowatt- heure fournit 8éo Cal, On peut compter -comme prix minimum du kilowatt-heure 2 centimes dans les

Fig. 90, — Convertisseur à plomb.

grandes installations hydro-électriques et 4 centimes dans les usines produisant l'électricité avec le charbon, soit un chiffre moyen de 3 centimes. Les i.ooo Cal. reviennent alors à j.s centimes; or en les produisant avec du charbon à 3; fr. la tonne et rendant brut 7 500 Cal- aukilog., le coût des i.ooo Cal. serait du fait de la consommation de combustible de 0,33 centime soit dix fois moindre que celui des i-ooo Cal. électriques.

Les laboratoires des établissements universitaires situés dans les grandes villes payent le kilowatt- heure i un tarif vingt fois plus élevé, soit 6li centimes ; les i 000 Cal électriques reviennent alors à 70 centimes; si l'on compare ce mode de chauffage à l'emploi du gaz compté à 30 centimes le mètre cube pour un

JoS INTRODUCTION A L' ÉTUDE DE LA MÉTALLURGIE

dégagement de 5.000 Gil., les i.ooo Cal. reviennent à 6 centimes, soit dix fois moins cher qu'avec Télectriciié ; nous avons donc le même rapport pour le prix de revient que dans les grandes installations industrielles.

En réalité cependant, même en s'en tenant au seul point de vue économique, le chauffage électrique n*est pas aussi désavantageux que sembleraient Tindiquer les chiffres donnés ici. C'est qu'en effet la totalité de k chaleur lournie par Télectricité est utilisable dans Tappareil que l'on se propose de chauffer et elle est fournie à la température même à laquelle on en a besoin ; au contraire dans le cas des combustibles solides ou gazeux, les fumées emportent avec elles une partie importante de la chaleur dégagée par la combustion, la proportion laissée dans le four diminue à mesure que la température de celui-ci augmente et s? rapproche de la température théorique de combustion. Dans on four à acier, la quantité de chaleur laissée dans le laboratoire, même avec les dispositifs de récupération les plus perfectionnés ne dépasse guère 25 0/0, de telle sorte qu*à chauffage égal d'un four à acier Temploi de Télectriciié ne sera pas dix fois plus coûteux mais seulement deux fois et demie plus coûteux que celui du charbon. S'il s'agit de fondre des ferro-chromes bien moins fusibles encore que l'acier, l'emploi de l'électricité devient moins coûteux que celui du charbon. Dans le laboratoire, tous les appareils de chauffage au gaz ont un rendement bien inférieur encore à celui des fours industriels, aussi l'infériorité économique du four électrique disparait dès qu'il s'agit d'obtenir des températures supérieures à 1.200®.

La transformation de l'électricité en chaleur est toujours obtenue par le passage de l'électricité à travers des corps plus ou moins résistants. La quantité de chaleur dégagée dans un conducteur donné est équivalente au produit de l'intensité 1 du courant par la différence e de force électromotrice. En appelant Qle nombre de calories-kilogs dégagées, on a, d'après la loi de Joule, la relation :

Çi=—^e,i.

Mais en tenant compte de la relation donnée par les lois de Ohm, on a, si on appelle r la résistance en ohms du circuit considéré» la relation :

^ zz r. i.

Introduisant cette relation dans la loi de Joule on a les deux nouvelles expressions de la quantité de chaleur

^ I •* le*

Ces formules montrent que suivant la résistance des conducteurs chauflfés par le courant, il faudra, pour obtenir une quantité de chaleur donnée, de très grandes intensités si le conducteur est peu résistant, et de très grandes forces électromotrices s'il est résistant. Cette seconde condition est de beaucoup la plus avantageuse, car la production de fortes intensités atteignant plusieurs milliers d'ampères, comme cela a lieu dans certains grands fours industriels, exige l'emploi de conducteurs de forte section et surtout des machines extrêmement coûteuses.

Nous passerons rapidement en revue ici les différents types de conducteurs employés pour la production de la chaleur. Dans les fours à arc, ceux dont l'usage est le plus fréquent, le conducteur extrêmement résistant, traversé par le courant électrique^ est l'atmosphère gazeuse du four ; sa résistance croit avec la longueur de la colonne d'air traversée, c'est-à-dire avec la distance des électrodes entre lesquelles jaillit Tare. Une force électromotrice de so volts peut donner une longueur d'arc de 50 mm. ; cette longueur s'élève à 300 mm. avec une force électromotrice de 150 volts. Dans les fours, cet arc peut jaillir soit entre deux électrodes de charbon, comme dans le four de laboratoire de Moissan, soit entre une électrode de charbon et un bain métallique fondu comme dans Tancien four de laboratoire de Siemens ; on peut enfin avoir, comme dans les fours Héroult, deux arcs successifs et voisins placés sur le même circuit électrique, l'un jaillissant d'une électrode de charbon au bain de métal et l'autre revenant du même métal à une seconde électrode en charbon.

5 10 INTRODUCTION A l'ÉTUOE DE LA MÉTALLURGIE

Les fours à arc tendent, dans un grand nombre d'applications industrielles, à prendre l'avance sur les autres procédés de chauffage électrique. Ils sont depuis longtemps exclusivement employés pour la fabrication des ferro-alliages, du carbure de calcium et dans la plupart des usines électro-sidérurgiques.

Passant à l'extrême opposé, on peut employer, comme conduc teur des corps très peu résistants : les métaux. On les emploie de deux façons différentes : dans les laboratoires, surtout pour le chauffage des tubes, sous forme de fils fins et très longs de façon à pouvoir utiliser directement le courant de no volts, sans que les intensités consommées soient trop considérables. On prend du fil de platine de 0,25 à 0,50 mm. de diamètre, noyé pour le protéger, dans un enduit de chaux et d'aluminate de chaux ou des fils de fer et de nickel de i à 2 mm. de diamètre, noyés sous un enduit de sable quartzeux et silicate de soude, tout le four étant plongé lui-même dans une masse de charbon de bois pulvérulent qui empêche Taction de Toxygène sur les fils métalliques ; enfin on trouve depuis quelque temps dans le commerce des bandes étroites et très minces d'un alliage fer-nickel-chrome beaucoup moins facilement oxydable que le fer et le nickel. On peut avec ces dispositifs obtenir des températures s'élevant jusqu'à 300*» environ au-dessous du point de fusion du métal constituant le fil de chauffage. On laisse en général entre les spires successives un intervalle égal au diamètre du fil. L'enroulement se fait très facilement au moyen d'un peigne métallique à quatre dents dont les trois premières sont guidées par les spires déjà posées et dont la dernière met en place le fil au moment de son enroulement.

Dans l'industrie, les essais faits ponr chauffer un bain de métal fondu en le faisant traverser par un courant produit au moyen de machines ont complètement échoué, il aurait fallu des intensités de courant absolument irréalisables; mais on a tourné la difficulté en disposant le métal dans le four sous la forme d'un anneau fermé qui constitue le circuit secondaire d'un transformateur. On arrive ainsi, en partant d'un courant primaire distribué sous une tension de plusieurs milliers de volts, à obtenir

dans le métal à chauffer des courants de plusieurs dizaines de mille d'ampères sous une force électromotrice d*une dizaine de volts seulement. L*inconvénient de ce procédé de chauffage est Tobligation de donner à la masse métallique une surface libre considérable qui tend à augmenter les pertes de chaleur par rayonnement et Tétendue des parois des fours soumis à l'action corrosive du laitier.

Entre ces deux extrêmes, air et métaux, il existe toute une série de conducteurs de résistance moyenne. Il faut d'abord mentionner les charbons agglomérés, semblables à ceux que Ton emploie pour Téclairage électrique, par incandescence. Â raison d'un ampère par millimètre carré de section des charbons, on arrive facilement à obtenir des températures voisines de 200o<*, même sans prendre de précautions bien spéciales pour Tisolement calorifique ; le professeur Tammann, de Gôttingen, a combiné sur ce principe un four électrique de laboratoire, d^un usage extrêmement commode. Un tube en carbone aggloméré de 20 à 30 mm. de diamètre intérieur, 4 mm. d'épaisseur de paroi et 150 mm. de longueur est mis en relation avec un transformateur actionné par le courant de 100 volts et débitant du courant tranformé sous 15 volts. On obtient en quelques minutes la fusion du platine avec une dépense d'électricité sur le primaire de 5 kw. Ce procédé ne semble pas avoir reçu d'applications industrielles importantes.

On peut augmenter beaucoup la résistance des conducteurs en charbon et par suite diminuer encore les intensités nécessaires en remplaçant les masses continues agglomérées par des fragments de la même matière de 2 à 5 mm. de diamètre, versés simplement entredeux enveloppes cylindriques. On obtientainsi des résistances environ décuples de celles du charbon compact; c'est le procédé de chauffage dit au kryptoL Son inconvénient le plus grave résulte de ce que la conductibilité delà matière est extrêmement variable avec le nombre et l'étendue des points de contact des fragments, avec la pression qu'ils supportent; il est très difficile d'obtenir un chauâage régulier d'un point à l'autre de la masse. Ce procédé

de chauffage à travers une coloane de fragments discontinus est employé industriellement dans le procédé Âcheson pour la f ibrication du carborundum ; le courant traverse une masse de fragments de coke mêlés de sable et la porte jusqu'à une température voisine de 2ooo*>.

Il existe enfin une dernière catégorie de corps qui ne deviennent conducteurs qu'à une température élevée.

Leur emploi pour le chaufiage exige un procédé spécial de mise en train qui soit capable d'élever, au début de l'opération, la température des matières jusqu'au point où elles deviennent conductrices de l'électricité. On peut signaler par exemple la cryolite fondue, employée comme dissolvant de l'alumine pour la fabrication électrolytique de l'aluminium; dans cette opération le passage du courant employé pour l'électrolyse suffit à maintenir le bain à sa température de fusion. Au début on provoque la fusion en faisant jaillir l'arc entre les deux électrodes en charbon destinées à servir ensuite d'anode et de cathode dans l'électrolyse.

Enfin un certain nombre d oxydes métalliques, en particulier la magnésie employée sous forme de briques réfractaires dans les fours électriques ou Yyttria constituant le filament des lampes Nemst, deviennent conducteurs, tout en conservant l'état solide, dès qu'ils sont portés au rouge. Cette propriété est parfois un inconvénient dans les fours électriques parce que les voûtes ou parois trop chauffées peuvent établir des courts-circuits entre des électrodes voisines. D'autres fois au contraire le passage du courant dans les parois d'un four peut être utilisé pour le chauffage. M. Igevski a combiné un four électrique rotatif où le chauffage serait totalement produit de cette façon. Dans le four à arc Stassano, dans le four à induction de Rochling, un tiers de l'énergie électrique dépensée peut, dans certains cas, être ainsi utilisé.

Nous passerons ici rapidement en revue quelques-uns des types de fours les plus usuellement employés aujourd'hui dans l'électrométallurgie.

LES KOUKS jlï

Chioffa^e à arc. — Les premiers fours électriques devenus d'un usage réellement industriel et restés aujourd'hui encoie les plus répacdus sont les fours imaginés par l'ingénieur français Héroult : le four i une seule électrode employé d'abord à la fabrication du carbure de calcium, puis le four à deux électrodes, auquel il donne la préférence pour la fabrication de l'acier.

Dans te four à une électrode la sortie du courant a lieu à travers la masse fondue, par la partie inférieure de la sole du four

Fig. 91.

i seule électrode.

que l'on rend conductrice au moyen d'artifices variés. Dans le cas du carbure de calcium, le conducteur inférieur est vm bloc de charbon; pour la fabrication de l'acier, on noie dans la sole en pisé magnésien des barres métalliques dont l'extrémité supérieure vient fondre dans le bain de métal ou bien encore on ménage un canal vide en communication avec l'extérieur, qui se remplit de métal fondu. Dar,s tes parties les plus froides de ce canal, le métal reste solide, tandis que dans les parties plus chaudes, il conserve l'état fondu ; la surface de séparation des deux zones se déplace un peu suivant l'allure du four. Ce type à une électrode est celui qui a été adopté par les usines du Gif, d'AUevard et d'Ugine, La figure 91 représente le dispositif d'un four de petit

514 ir^TRODUCTlON A l'ÉTUDE DE LA METALLURGIE

modèle, dans lequel il n'y a qu'une seule électrode servant à l'entrée du courant; cette disposition convient pour les fours dont la puissance ne dépasse pjs 200 à 300 kw. ; pour les fours de puissance double on met deux électrodes et pour les fours de puissance quadruple on en met quatre. Le courant entre toujours parallèlement par chicune de ces électrodes dont Tensemble esc toujours équivalent à une seule électrode; cette subdivision a seulement pour but de mieux répartir le chauflFage sur toute la section du four.

La sortie du courant par la sole a l'avantage de simplifier les manœuvres d'électrodes, d'éviter les chances de court circuit entre électrodes voisices, soit au niveau de la voûte du four, soit plus encore à la surface du bain métallique, lorsqu*on y projette des matières solides froides, comme des gueuses de fonte.

Lorsque l'arc jaillit entre l'électrode de charbon et le bain métallique à travers la scorie, celle-ci est violemment repoussée vers les parois et la surface du bain se découvre complètement, ce qui facilite son chauffage. Les scories forment une espèce de mur autour des électrodes et arrêtent le rayonnement de la chaleur produite dans l'arc, l'empêchant ainsi d'aller se perdre inutilement à chauffer les parois du four. L'expérience a montré que la marche la plus économique de ces fours correspondait à un écartement de 50 mm. entre TélectroJe et le bain métallique entraînant l'emploi d'une force électromotrice de 50 volts environ.

L'inconvénient le plus grave de ces fours résuhe précisément de la faiblesse du voltage sous lequel ils fonctionnent. Pour y dépenser le nombre de kilowatts voulus et produire ainsi la quantité de chaleur nécessaire, il faut de très fortes intensités, s'élevant à plusieurs milliers d'ampères, ce qui entraîne l'emploi de machines électriques coûteuses.

M. Hérouh qui a réussi le premier à fabriquer industriellement de l'acier au tour électrique, a au contraire abandonné dès le début les fours à une seule électrode^ qu'il employait cependant pour le

LES FOURS ÎIS

carbure de calcium. Il s'est toujours servi, dnns la fabricjiion de J' acier, du four à deux électrodes (fig. 92 et 93). Ce dispositif a le

Four à deux éleciroJes.

Fig. 93. — Four i deux électrodes.

grand avantage de mettre deux arcs dans le même circuit, de doubler par suite le voltage dépensé et de réduire ainsi à moitié l'intensité nécessaire. Les installations récentes de lours destinés à l'clectrosî-

Sl6 INTRODUCTION A l'ÉTUDE DE LA VÈTALLURGIE

dérurgie tendent de plus en plus i adopter le four à deux électrodes. A l'époque même où M. Héroult poursuivait ses éludes à l'usine de la Prai, un olficier italien, M. Siassano, cherchait également de son côté à obtenir la fusion de l'acier au four électrique. Son four (dg. 94) utilise un arc jailiisant directement entre deux électrodes opposées en charbon. Cet arc chauffe par

Fig. 94. — Fojr Siassano.

rayonnement i la fois le bain métallique et les parois du four, qui réverbèrent à leur tour cette chaleur vers le méial. L'arc est maintenu àficm. environ au-dessus du laitier recouvrant l'acier. Contrairement à ce qui a lieu dans les fours précédents, l'arc employé est de grande longueur; il atteint 300 mm. avec une force électromotrice de l jo volis. Le nombre des électrodes est de 2 ou de ) suivant que le courant employé est alternatif ou triphasé. Les électrodes passent à travers les parois verticales du four. Cette disposition a le grand avantage de permettre l'emploi d'une voûte fixe en magnésie, convenablement isolée à l'extérieur, ce qui réduit beaucoup les pertes de chaleur. Des

précautions spéciales doivent être prises si l'on veut éviter le passage du courant à travers les parois magnésiennes du four.

Fig. 9î. — Haut-foumeau élecirique.

Mais cette dérivation n'a pas grand inconvénient; les électrodes étant opposées aux deux extrémités d'un même diamètre, il ne peut se produire de courts- circuits et la quantité de courant ainsi

3l8 INTRODUCTION A L*ÈTUDE DE LA MÉTALLURGIE

dérivée contribue elle aussi au chauSage du four, comme celle qui est produite dans Tare*

Ce four est identique en principe au four de Moissan où le chauffage se fait également par rayonnement d'un arc. Dans ce dernier lour destiné uniquement aux travaux de laboratoire, les électrodes ont déjà 40 mm. de diamètre et dans les petits fours industriels de Stassano ce diamètre ne dépasse pas 80 mm. Ces dimensions résultent de la faiblesse de l'intensité des courants, rendue possible par Télévation du voltage. Dans les fours à une seule électrode et à bas voltage on emploie couramment, au contraire, des charbons de 300 mm. de cô:é.

Le four à électrodes a récemment été appliqué, non plus seulement à la fusion et à Taffinage de Tacier, miis encore à la réduction directe du minerai. Il existe actuellement en Suède, à Tusine de Trollhattan, de petits hauts -fourneaux électriques (fig. 95) dont le rendement est assez satisfaisant pour que Ton songe à généraliser en Suède et en Laponie cette nouvelle méthode de traitement des minerais de fer. Les 600.000 t. de fer actuellement fabriquées en Suède nécessiteraient la consommation de 200.000 chvx électriques ; cela ne représente pas la dixième partie des ressources disponibles dans ces pays.

Dans ce haut-fourneau électrique, le four électrique proprement dit possède trois électrodes pour l'emploi du courant triphasé ; le creuset est surmonté d'une cuve dans laquelle la réduction du minerai commence à se faire aux dépens de Toxyde de carbone dégagé dans la zone de réduction finale et de fusion.

Four à induction. — Les fours à induction (fig. 96) pour la fusion de l'acier ont été essayés pour la première fois en Suède à Gysinge ; mais les expériences furent bientôt abandonnées. L'étude de ce procédé fut reprise à l'usine de Volklingen par M. Rockling, et a conduit à l'établissement dun four très bien compris dans ses détails ; il a été adopté dans quelques grandes usines malgré certaines difficultés d'emploi résultant de la forme annulaire du bain et du développement de la sole.

Le chauffage est obtenu par un transformateur annulaire qui enveloppe une des sevcions du bain métallique et y déve loppe par induction des courants très intenses. Il faut, bien entendu, avoir soin de ne jamais vider complètement le métal

FIg 96. — Four i ioduction.

fondu; il est indispensable d'en laisser sur la £ole la quantité nécessaire pour former un anneau continu ; sans cela il n'y aurait plus de courant d'induction et par suite plus de chauffage possible.

Tous les fours électriques destinés àl'ékcirosidérurgiesoni dis-

posés pour pouvoir osciller. La souplesse qu'il est possible de laisser aux conducteurs électriques ficilite beaucoup Temploi de ce dispositif, avantageux non seulement pour la coulée finale du métal, mais aussi pour les décrassages du bain de scories renouvelés à plusieurs reprises pendant la durée de Taffinage.

La généralisation de l'emploi du four électrique dans la métallurgie de Tacier a causé quelque surprise ; on pensait que le prix de revient de la chaleur électrique serait prohibitif; contrairement à ces prévisions défavorables, il commence après avoir remplacé le creuset dans la fabrication des aciers de choix, à être employé pour des produits relativement grossiers, comme les tôles et les rails. Il doit ce succès d'une part à la supériorité de qualité des produits obtenus, ce qui augmente leur valeur marchmde et d'autre part à la possibilité d'employer des matières premières très communes, à bon marché, ce qui diminue le prix de revient et compense en partie les dépenses supplémentaires de chauffage.

Les avantages du four électrique sont les suivants :

i** Il permet de régler à volonté la température, beaucoup plus facilement et plus rapidement qu^avec les autres procédés de chau&age ; il permet, en outre, d'élever en cas de besoin cette température, comme on le désire, par exemple pour la fusion de laitiers plus calcaires dont Temploi assure une meilleure épuration ;

2^ L'absence de circulation de fumées dans le four entraine une neutralité de Tatmosphère qu* permet à volonté d employer dans le même appareil et d*une façon successive ou mê ne alternée des laitiers oxydants ou réducteurs, nécessaires les uns pour l'élimination du phosphore et du silicium, les autres pour celle du soufre et de l'oxygène ;

3^ Cette même absence de circulation des gaz dans le four évite la présence des composés sulfureux provenant de la combustion du charbon, toujours absorbés en partie par le bain métallique du four Martin et la présence de la vapeur d'eau qui cède si

facilement de Thydrogène au fer, en en diminuant notablement, semble-t-il, la qualité.

En raison de ces avantages et malgré un prix de revient plus élevé de l'unité de chaleur, le four électrique semble devoir se généraliser de plus en plus rapidement dans la métallurgie du ier; ce n*est plus une simple curiosité^ comme il y a quelques années, c*est maintenant un appareil industriel.