FABRICATION DE LA FOJNTE DANS LES HAUTS FOURNEAUX

On ne possède que des renseignements assez incertains sur l'origine de la méthode des hauts fourneaux. On croit qu'elle prit naissance en France ou en Allemagne à la fin du xiv^ siècle; on sait en tout cas, d'une manière certaine, qu'un haut fourneau fonctionnait en lZi09 à Riembach (Haut-Rhin), à Audincourt (Doubs), en lû/iO. L'Angleterre n'adopta cette méthode qu'en 1535, mais surpassa bientôt les aufres nations par les développements qu'elle lui donna et les progrès qu'elle lui fit faire.

On appelle haut fourneauX^ fourneau dans lequel se fait la transformation du minerai en fonte. Il offre l'apparence (fig. 70) d'une tour ronde ou carrée d'une hauteur de 15 à 18 mètres. Cette tour, formée de trois enveloppes concentriques, dont l'intervalle est environ de 10 centimètres, est garnie à son intérieur de briques réfractaires de

qualité excellente. La cavité intérieure du haut fourneau a la forme de deux troncs de cône réunis par leur grande base. Le tronc de cône supérieur est appelé cuve. L'ouverture supérieure G de la cuve porte le nom de gueulard; elle est surmontée d'une cheminée, nommée gueule^ percée de plusieurs portes servant au chargement du combustible et du minerai. Le tronc de cône inférieur s'appelle étalage et se

FiG. 70. — Haut fourneau.

continue par un espace prismatique 0 nommé ouvrage^ à la partie inférieure duquel aboutissent des tuyères T qui lancent dans le haut fourneau un courant d'air actif. Au-dessous de l'ouvrage est le creuset H qui recevra la fonte liquide : l'une des parties du creuset est formée* par une pièce A appelée dame^ qui se termine au dehors par un plan incliné AG.

Lorsque le haut fourneau n'a pas encore servi, on commence par le sécher parfaitement au dedans, en faisant pendant quinze ou vingt

jours un feu assez vif à la partie inférieure. Lorsqu'on ]uge que la maçonnerie est suffisamment ^èche, on emplit le fourneau jusqu'à A ou 5 mètres au-dessous du gueulard avec du coke , au-dessus avec des charges de minerai et de combustible; puis on met le feu à la masse par la partie inférieure oii se trouvent de la paille et des fascines. Au bout de quelques jours, on commence à voir la fonte en fusion tomber en gouttelettes dans le creuset; il est temps alors de poser les tuyères et de faire arriver le ve7it. Ce vent est de l'air chassé avec une grande force par de puissantes machines soufflantes, qui dans certaines usines, au Creu2ot par exemple, atteignent des proportions colossales ; il augmente l'activité de la combustion et élève par conséquent la température. Le minerai se dessèche et commence à se réduire dans la cuve, oii il perd environ le tiers de Toxygène qu'il renferme ; il descend peu à peu et arrive dans les étalages et dans l'ouvrage; c'est là qu'ont lieu surtout la décomposition du minerai et sa transformation en fer; mais c'est là aussi que le métal, se combinant avec le charbon, se change en fonte. La fonte liquide tombe dans le creuset oîi arrive en même temps le laitier en fusion qui, en vertu de sa plus grande légèreté, flotte à la surface de la fonte et, lorsque son niveau a atteint le bord de la dame, s'écoule d'une manière continue sur le plan incliné AC dont nous avons parlé.

Dans certaines usines , le laitier tombe directement dans des wagons qui s'emplissent peu à peu et qui, une fois pleins, l'emportent au loin. Dans d'autres usines, au Creuzot, il s'écoule sur un lit de sable; des barres de fer tordues en crochets sont placées sur le chemin de la matière liquide qui se solidifie autour d'elles; à ces crochets on fixe des chaînes , et au moyen d'un treuil on tire au dehors ces masses sans cesse renouvelées, que des wagons transportent sur les lieux oii elles doivent servir de remblais.

On est arrivé dans ces derniers temps à faire avec le laitier des briques et des pavés d'un emploi avantageux.

La marche ou allure du haut fourneau est indiquée par l'aspect des laitiers. Ainsi, par exemple, s'ils coulent facilement, s'ils sont presque transparents ou d'un gris clair, l'allure est bonne. S'ils affectent une teinte bleue, jaune ou verte, ce qui indique qu'ils ont absorbé une certaine quantité d'oxyde de fer, on est averti que l'allure est froide, que la réduction du minerai est incomplète. Leur apparence la plus mauvaise est lorsqu'ils sont d'un brun foncé, presque noir, et qu'ils coulent en un jet large et boursouflé ; cela indique que la charge de combustible a été insuffisante pour produire la léduction du minerai.

Toutes les douze ou huit heures on procède à la coulée de la fonlc. Pour cela, on enlève un tampon d'argile qui ferme une ouverture pratiquée au bas de la dame ; la fonte s'élance alors du creuset sous la forme d'un jet incandescent que Ton voit se diriger en serpentant dans les rigoles creusées au milieu du sable, qui constitue le sol de Tusine au pied du haut fourneau. La fonte se refroidit peu à peu, et se présente, après la solidification, sous forme de lingots appelés gueuses. La coulée terminée, on rebouche le trou et l'opération continue comme auparavant.

Après avoir exposé les principaux détails de la marche d'un haut fourneau, nous allons revenir sur quelques points essentiels que nous avons à dessein laissés de côté pour rendre l'exposition plus claire et plus rapide.

Le choix du combustible fixera d'abord notre attention; il est d'une très-grande importance dans la fabrication de la fonte et exerce une influence directe sur la qualité des produits.

Dans l'origine le charbon de bois était partout employé; sa pureté, comparée à celle des autres combustibles, l'énergie de ses affinités chimiques, et par suite la facilité avec laquelle il prend feu sont des qualités d'une grande valeur , quand on peut se le procurer en quantité considérable et à prix modérés ; mais ces circonstances sont rares et son emploi devient de plus en plus restreint, quoique la fonte fabriquée avec le charbon de bois soit de qualité supérieure à celle que l'on obtient avec les autres combustibles.

Le coke est très-employé dans la métallurgie du fer; il provient de la calcination de la houille en vase clos. Cette calcination a pour effet d'éliminer le soufre et les autres substances nuisibles aux qualités du métal. ' ,

Depuis que dans la plupart des usines on a substitué, comme nous le verrons, l'emploi de l'air chaud à celui de l'air froid, on ne regai'de pas toujours comme nécessaire d'opérer à part la transformation de la houille en coke : on charge le haut fourneau avec de la houille, et, sous l'influence de l'élévation de température produite par l'emploi de l'air chaud, cette houille se transforme en coke dans la partie supérieure de l'appareil avant d'agir sur le minerai.

Le métallurgiste ne saurait apporter trop d'attention au choix des houilles ; de leur qualité dépend celle des fontes et des fers fabriqués. Aussi, dans certaines usines, la houille est-elle concassée, lavée, triée avec soin et mélangée en proportions variables, suivant lès provenances, avant d'être transformée en coke ou d'être livrée au four-

INDUSTRIES EXTRAGTIVES.

neau. L^'emploi de ce combustible devient plus important chaque jour; on le mélange quelquefois avec le charbon de bois.

De 18G0 à 18G9, la production de la fonte au charbon de bois a diminué de 274G58 tonnes a 112 099 tonnes, celle de la fonte aux deux combustibles (végétal et minéral) a diminué, dans le même laps de temps, de 73601 tonnes à 65440 tonnes; mais de 1860 à 1869, la production de la fonte au combustible minéral seul (houille ou coke) a varié de 547176 tonnes à 12029;jr> tonnes. En 1875, la quantité de fonte au coke produite a été 1 213377 tonnes, la fonte au bois de 104919 tonnes et la fonte mixte de 54 693 tonnes.

L'ouverture supérieure du haut fourneau se trouvant en général h une assez grande hauteur au-dessus de sa base, on a dû se préoccuper de trouver des moyens commodes et économiques pour y transporter le combustible et le minerai.

Quand la situation de l'usine le permet, on adosse le haut fourneau à une colline au haut de laquelle arrivent le combustible et le minerai, qui se trouvent ainsi transportés au niveau du gueulard; quand cette disposition est impossible, on se sert d'appareils différents destinés à établir une communication entre le sol et le gueulard.

Le monte-charge, appelé balance d'eau^ est souvent employé à cet effet. II recompose de deux plateaux disposés de manière que, pendant que Tun monte, l'autre descende; l'un des plateaux reçoit les charges, l'autre est creux et présente l'aspect d'une caisse plus ou moins grande. Chacun d'eux est attaché par une chaîne à un treuil commun, de telle sorte que, pendant que l'une des chaînes se déroule du treuil, l'autre s'y enroule. Supposons le plateau creux au haut de sa course. En y arrivant, il ouvre de lui-même un robinet qui laisse couler dans la caisse un courant d'eau. Dès que celle-ci en contient une quantité suffisante pour l'emporter sur le poids qu'il s'agit d'élever, elle commence à descendre en fermant d'abord d'elle-même, par un mécanisme très-simple, le robinet d'alimentation. A mesure qu'elle descend, elle fait touriier le treuil auquel elle est attachée, et celui-ci élève l'autre plateau sur lequel ont été disposés des wagonnets pleins de minerai ou de combustible. Parvenus à la partie supérieure, ces wagonnets sont vidés dans le gueulard et remis en place; mais, pendant ce temps, la caisse pleine d'eau en arrivant en bas est venue toucher un butoir qui a soulevé la soupape qu'elle porte à sa partie inférieure; elle se vide, et, devenue plus légère, elle remonte d'elle-même, tandis que l'autre plateau, plus lourd, redescend pour aller cherclier de nouvelles charges.

Avant de quitter les hauts fourneaux, nous décrirons un dernier

perfectionnement dont le traitement du fer a été l'objet. Pendant longtemps on a laissé perdre par la partie supérieure des fourneaux les gaz provenant de la combustion du charbon et de la décomposition du minerai. Des expériences faites avec le plus grand soin ont conduit MM. Bunsen et Playfair à conclure qu'au haut fourneau d'Alfreton on perdait, sous forme de gaz, 81 p. 100 de matières combustibles encore utilisables, représentant par vingt-quatre heures 11 tonnes de charbon; que ces gaz, qui étaient inflammables, étaient capables en brûlant de produire une température assez élevée pour fondre le fer. Depuis cette époque, la plupart des métallurgistes on^

FiG. 71. FiG. 72. ' A ' !

Prise de gaz dans les hauts fourneaux.

soin de les recueillir et de les employer à chaulTer soit des chaudières à vapeur, soit l'air injecté par les tuyères.

Ces gaz doivent être recueillis sans qu'il en résulte de perturbation dans la marche du haut fourneau ; pour cela, il faut les prendre au point oii l'on est sûr qu'ils ont cessé d'exercer leur action, et en même temps à une distance telle du gueulard qu'ils puissent sortir à l'état sec. Il est facile de comprendre que dans la partie supérieure du haut fourneau le rainerai et le combustible se dessèchent et cèdent aux gaz qui les traversent l'eau qu'ils renferment.

On a employé plusieurs dispositions : nous décrirons deux d'entre elles.

Sur la figure 71 le haut fourneau est fermé à la partie supérieure» En Oj sont des ouvertures par lesquelles s'échappent les gaz qui

too

LNDLSTRIES EXTUAGTIVES.

se rendent dans une chambre annulaire C, d où ils passent par le tuyau T dans les appareils oîi l'on doit les utiliser.

Sur la fiizure 72, la partie supérieure du haut fourneau est formée par une espèce d'entonnoir 00 dont l'orifice inférieur peut être fermé par un cône en fonte G supporte par une chaîne et un contre-poids : iCS gaz s'échappent en T. On charge le combustible et le minerai dans l'entonnoir, et, quand on veut les faire entrer dans le gueulard, on abaisse le cône G.

L'utilisation des gaz des hauts fourneaux est chaque jour la cause d'une économie considérable et de progrès importants.

Nous en dirons autant de l'emploi de l'air chaud, quoique ses avantages aient été plus discutés. L'air que lancent les machines soufflantes est pris par elles au milieu de l'atmosphère, et, au lieu de se rendre directement dans les tuyères, il passe soit h travers des chambres remplies de briques que l'on a chauffées en y faisant circuler pendant un certain temps les gaz des hauts fourneaux, soit à travers des tubes de fonte dont l'extérieur est chauffé par ces mêmes gaz. La température à laquelle on élève l'air varie de 70 à àoO degrés, avec la nature des minerais et des fontes.

Suivant la nature du minerai employé et surtout suivant la température à laquelle s'est opérée la fusion, on produit dans les hauts fourneaux des fontes de propriétés diverses que l'on peut ramener à deux types principaux : la fonte blanche et la fonte grise. La première est obtenue a une température plus basse que la seconde, et, par suite, c'est celle dont la fabrication exige la moins grande consommation de combustible. Elle est de couleur blanche, très-dure, fond à 1100 degrés, n'est jamais très-fluide et convient surtout à la fabrication du fer et de l'acier. La fonte grise est produite à une température plus élevée ; elle est douce, grenue, facile à travailler : elle n'entre en fusion qu'à 1260 degrés; mais comme elle devient très- fluide, elle est très-convenable pour le moulage des objets en fonte dont nous parlerons plus tard. En raison des usages auxquels on destine ces deux espèces de fonte, on donne souvent dans l'industrie à la première le nom de fonte daffinacje^ à la seconde celui de fonte de moulage.