TRANSFORMATION DE LA FONTE EN FER

Pour transformer la fonte en fer, il faut lui enlever le charbon qu'elle contient ainsi que les autres matières étrangères, telles que le silicium, le soufre et le phosphore. Ces trois substances ont des origines différentes. Le silicium et le phosphore proviennent de la gangue qui se

METALLURGIE DU lElL

iOt

trouvait mélangée aux minerais. Quant au soufre, il provient ordinairement de la houille ou du coke : s'il en existait dans les minerais, on devrait s'en débarrasser par un grillage préalable qui transformerait le soufre en gaz sulfureux. Ces trois substances nuisent à la qualité du fer, diminuent sa résistance et le rendent cassant; le charbon de bois ne pouvant introduire de soufre dans la fonte, il en résulte que les fers au bois sont meilleurs que les fers à la houille.

Le principe de l'affinage de la fonte est de la soumettre, pendant qu'on la maintient en fusion, à un courant d'air actif qui brûle les

FiG. 73. — Aflinag^e au petil foyer.

matières étrangères dont nous venons de parler : le charbon et le silicium sont faciles à enlever, le premier se transformant en gaz acide carbonique qui se dégage, le second en acide silicique qui s'unit à une certaine quantité d'oxyde de fer pour donner un silicate fusible éliminé sous forme de scorie on laitier. Quant au soufre et au phosphore, il est très-difficile de les séparer; aussi les fontes qui en contiennent ne donnent-elles que des fers de qualité inférieure.

On affine la fonte de deux manières, soit au charbon de bois, soit à la houille.

L'affinage de la fonte par le charbon de bois a lieu dans un petit foyer quadrangulaire formé par des plaques de fer recouvertes d'ar-

gile, dans lequel le vent est amené par une tuyère log&rement inclinée (fig. 73). Le foyer étant rempli de charbon allumé, on place au-dessus du combustible la quantité de fonte qui doit être affinée. Elle entre en fusion et tombe en gouttelettes liquides, qui passent devant les tuyères et subissent l'action oxydante de l'air lancé par ces appareils; la silice provenant de Toxydation du silicium se combine avec une partie du fer et donne des scories fusibles que l'on enlève de temps à autre. Au bout d'un certain temps, la fonte liquide a pris plus de consistance, ce qui indique un commencement d'affinage. L'ouvrier la soulève alors avec une barre de fer, nommée ri7igard^ et la ramène au-dessus du combustible. C'est ce qu'on appelle avaler la loupe.

Fie. 74-, — Marteau.

On ajoute du charbon et l'on augmente la force du vent. Sous l'influence de cette action oxydante plus énergique, la fonte se transforme en fer.

Lorsque l'affinage est terminé, que le fer a pris nature^ l'ouvrier retire la masse métallique du four, la bat avec son ringard et la livre à d'autres hommes qui la traînent encore incandescente sous une enclume, oti elle reçoit les coups redoublés d'un marteau pesant de 300 à 600 kilogr. et dont la tête est en fer aciéré (fig. llx)\ le marteau est soulevé par les saillies ou cames d'une roue mue mécaniquement, puis il retombe de tout son poids lorsque, dans la rotation la came l'abandonne. Pendant que le marteau fonctionne, l'ouvrier retourne la loupe en tous sens pour qu'elle soit battue de tous les côtés. Sous l'influence de ces coups redoublés, les scories interposées dans le métal et encore liquides sont projetées au loin, et les parties métalliques se soudent ensemble. Cette opération porte le nom de cinglage de la loupe. Elle donne des barres de fer prismatiques que l'on coupe en morceaux plus petits appelés lopins. Chacun d'eux, après avoir été réchauffé au foyer, est forgé à nouveau avec un mar-

teau plus petit appelé martinet^ puis il est étiré en barres à l'aide de laminoirs que nous décrirons plus loin.

Ce procodé donne du fer de bonne qualité que Ton appelle fei- au bois. Mais chaque jour son importance diminue par suite de la né. cessité de produire des fers à bon marché et on ne l'applique plus que dans les cas spéciaux. La production du fer au bois, tant par la méthode catalane dont nous avons dit quelques mots, que par l'afQnage au bois, a diminué, depuis 1864 jusqu'en 1879, de 58 476 à 23 394 tonnes. Le département du Doubs entre dans ce dernier

b'iG. 75.

Puddliige de la fonte.

nombre pour une proportion considérable. Les départements du Jura, des Ardennes, des Vosges, du Cher, de la Nièvre et de la Haute- Saône sont après lui ceux où la production a été la plus considérable.

Pendant que l'affinage au bois diminue chaque jour d'importance, l'affinage à la houille se répand de plus en plus ; ce procédé, qui est anglais, est appelé piiddlage {Au mot anglais. /92^<^rf/(? qui veut dire brasser^. La théorie de l'opération est la môme que pour l'affinage au bois; on oxyde les matières étrangères et l'on forme des scories avec le fer et la silice qui provient de l'oxydation du silicium ; mais le combustible et le four ne^sont plus les mêmes. Les figures 75 et 76 représentent un four à puddler, la première en coupe verticale, la seconde en perspective. La houille est brûlée dans le foyer latéral, et la flamme qui s'en échappe passe dans le compartiment voisin, appelé 7'éverbère^ et le porte à une haute température.

La fonte est jetée en morceaux sur le fond de la sole D du l'éverbère; elle y entre en fusion, et, sous l'influence du courant d'air déterminé

104 INDUSTRIES EXTUACTIVES.

par la cheminée G, Taffînage se produit. Pendant cette fusion, l'ouvrier doit Gontinuellemenl renouveler les surfaces de la masse métallique; aussi hrasse-t-il le mélange avec un ringard qu'il passe par

FiG. 76. — Four à puddier.

,1a porte, mais en l'ouvrant le moins possible, de peur qu'une trop grande quantité d'air ne pénètre dans le foyer et n'y détermine une trop forte oxydation du fer. Ce travail est très-pénible et demande beaucoup d'habileté de la part de l'ouvrier qui doit, à l'aspect de la masse métaUique, juger du point où est arrivée l'opération.

On a cherché dans ces derniers temps à diminuer le rôle de l'ouvrier dans le puddlage et à faire mécaniquement le brassage des matières. MM. Duméril et Lemut ont inventé un système qui donne

FiG. 77.

CJiariut pour porter la loupe.

d'excellents résultats, et que nous avons vu employer avec succès dans quelques usines de l'est de la France. 11 se compose de plusieurs leviers qui, mus par la vapeur, impriment au ringard des mouvements

analogues à celui du brassage à la main et lui font parcourir successivement toutes les parties de la sole.

Lorsque l'ouvrier pense que l'affinage est suffisamment avancé, il fait écouler une partie des scories et rassemble avec son ringard les parties de fer affiné qu'il soude entre elles en les comprimant.

Il forme ainsi un noyau qu'il roule sur la sole du four pour augmenter son volume par la réunion de fragments de fer incandescent qui s'attachent à lui. Quand la boule ou loupe a acquis un volume suffisant, il la sort du four et la fait tomber sur de petits chariots représentés par les figures 77 et 78.

Un autre ouvrier entraîne immédiatement le chariot et porte la loupe au cinglage.

Le cinglage peut se faire avec le petit marteau que nous avons décrità propos del'affinau bois

mais on se sert plus souvent d'un instrument appelé marteaii-piloiiy dont nous allons dire quelques mots.

Ce puissant appareil de percussion, qui est très-employé maintenant dans les forges et dans les ateliers de construction, est représenté par la figure 79. Il se compose d'une masse en fonte dont le poids varie de 3000 à 5000 kilogr., qui peut glisser entre des colonnes verticales. A sa partie supérieure est adaptée une tige de fer qui est en môme temps la tige du piston d'une petite machine à

FiG. 78. — Chariot pour porter Ja ioupe.

vapeur superposée au bêlti de l'appareil. Un levier, manœuvré par un ouvrier spécial, permet de faire entrer la vapeur sous le piston. Par sa force élastique elle soulève le marteau, et lorsqu'il est arrivé au haut de sa course, l'ouvrier, agissant une seconde fois sur le levier, met la partie inférieure du cylindre en communication avec Tair e.\-

FiG. 79. — ]M;irtcau-i)ilon.

térieur. La vapeur s'échappe au dehors et le marteau retombe de tout son poids sur l'enclume où l'on place la loupe à cingler.

Le marteau-pilon constitue un outil remarquable par sa puissance, par la rapidité de son action et par la facilité avec laquelle on le gouverne. L'ouvrier qui manœuvre le levier peut, en réglant la sortie de ia vapeur, faire descendre le marteau avec la rapidité ou la lenteur

nécessaire. Pour donner une idée de la sensibilité de cet appareil, nous dirons qu'il peut boucher, sans la briser, une bouteille de verre posée sur l'enclume.

L'ouvrier cingleur placé près du marteau-pilon saisit avec de fortes pinces la loupe apportée du four, la met sur l'enclume et la retourne en tous sens pendant que le marteau la frappe à coups redoublés. Le cingleur, pour se garantir des éclaboussures du laitier incandescent, porte une véritable armure; il est muni de grandes bottes, de brassards de tôle, d'un masque de toile métallique et d'un épais tablier de cuir.

Rien n'est plus saisissant que l'aspect d'une forge importante où

FiG. 80. — Laminoir.

l'on voit en circulation les chariots portant les loupes incandescentes : le feu jaillit de toutes parts; de robustes ouvriers, aux épaules athlétiques, manient avec aisance les masses de fer qu'ils façonnent peu h peu sous les coups répétés du marteau-pilon.

Après le cinglage, la loupe est immédiatement portée au laminoir, qui doit la transformer en barres. Le laminoir se compose d'une ou plusieurs paires de cylindres (fîg. 80) tournant en sens inverse au moyen d'engrenages à vapeur. Chaque train de laminoir comprend deux équipages, formés chacun par deux cylindres superposés qui présentent à leur surface des cannelures de formes diverses. Le premier équipage, dit dégrossisseiir et que Ton voit à droite de la figure, est muni de cannelures à section ogivale dont les dimensions vont en diminuant progressivement; le second, ou finisseur^ se compose aussi de deux cylindres : le cylindre inférieur porte des cannelures rectangulaires dans lesquelles pénètrent les saillies de même forme que Ton voit à la surface du cylindre supérieur. Les laminoirs sont faits avec des fontes d'excellente qualité et leur fabrication exige beaucoup do soin.

108 IXDUSTfUI^S EXTIÎAGTIVES.

Lorsque la loupe déjà façonnée arrive au laminoir, l'ouvrier la saisit à l'aide de fortes pinces et présente une de ses extrémités à la cannelure la plus grosse de Téquipage dégrossisseur : les deux cylindres, en tournant, l'entraînent dans leur mouvement de rotation et la forcent à s'aplatir et à s'allonger, en môme temps qu'elle prend la forme de la cannelure dans laquelle elle passe. Un ouvrier, placé de l'autre côté de l'appareil, prend avec des pinces la barre ainsi formée, et, la soulevant par-desssus le laminoir, la repasse au premier ouvrier qui la présente à la seconde cannelure, et ainsi de suite. Lorsque la barre a passé dans toutes les cannelures ogivales, on la livre à l'équipage finisseur, qui la réduit en lames plates à section rectangulaire. On comprend qu'en écartant plus ou moins le cylindre supérieur du cylindre inférieur h l'aide de vis de commande, on augmentera ou Ton diminuera l'intervalle existant entre le fond des cannelures et la surface des saillies; par suite, la barre qui passera dans ces intervalles sera plus ou moins épaisse.

La figure 81 représente l'intérieur d'une usine dans laquelle s'effectue le travail que nous venons de décrire.

Le fer que l'on obtient ainsi n'est pas du fer marchand^ c'est encore du fer brut : ses parties sont mal soudées; il présente des défauts appelés vailles; en un mot, sa qualité médiocre ne le rend propre qu'à un petit nombre d'usages. Avant de pouvoir être employé dans l'industrie, il doit être soumis à une opération qu'on appelle corvoyage. Pour cela, les barres de fer sont découpées en morceaux à l'aide de puissantes cisailles G, C, mues par la vapeur (fig. 82). En superposant ces morceaux et en les liant avec du fil de fer, on en fait des paquets que l'on réchauffe dans un four à réverbère, appelé four à souder^ qui diffère peu du four à puddler. Quand les paquets sont à la température du blanc soudant^ c'est-à-dire à une température à laquelle les morceaux de fer ramollis pourront se souder entre eux par la pression, on les retire du four et on les fait passer dans des laminoirs exécutés avec plus de soin que ceux qui travaillent le fer brut. Sous l'influence de la pression, les différentes pièces se soudent et l'on obtient des barres d'un fer très-homogène et ne présentant plus les défauts du fer brut.

En 1879, la France a produit 837 903 tonnes de fer; nous donnons en note les détails de cette production (1).

(1) La production du fer marchand au combustible- minéral (houille ou coke) a été ^ en 1879, de G 11) 746 tonnes. Les départements de la Moselle, de la Loire, de Saône-et- Loire, de la Haute-Marne, du Nord, de TAllicr, de la Nièvre, des Ardennes, de l'Avoy-

MÉTALLnnrWE DU FER.