CHAPITRE m

I. Procédés d'affinage de la foate. — IL Fabrication des diverses qualités d'acier. — III. Utilisation des fontes impures. Déphosphoration. — IV. Aciers spéciaux. — V. Fabrication des aciers moulés. — VI. Petits convertisseurs. — VII. Fabrication du fer forgé.

La fonte est un composé de fer avec 4 à 5 pour 100 de carbone ; elle contient en outre presque toujours du silicium, souvent du phosphore et du soufre : ces deux derniers en diminuent beaucoup la valeur parce qu'ils rendent le fer cassant. Cet alliage complexe est loin d'avoir les propriétés du fer doux. Il est fusible ; au point de vue mécanique, il a une résistance beaucoup plus faible que le fer, et il est cassant au lieu d*être malléable. Pour le transformer en fer, il faut en séparer le carbone : c'est ce qu'on appelle l'affinage de la fonte.

Procédés anciens. — Pour l'affiner, on l'expose, en la maintenant fondue dans un four, au contact de l'air. L'air brûle peu à peu le carbone, qui disparaît sous forme de gaz (oxyde de carbone). A mesure que le fer prend naissance, comme il est moins fusible que la fonte, il ne peut rester liquide à la température des fours ordinaires.il s'isole en grumeaux, imprégnés de scories, qu'il faut souder ensuite par martelage. On n'obtient ainsi que des barres de faibles dimensions ; il faut les réunir, les réchauffer et les souder de nouveau pour faire des pièces un peu plus grandes.

Telle est la marche de l'affinage ordinaire qui s'est pratiqué d'abord au bas foyer, puis dans les fours à puddler ; il sert encore aujourd'hui à fabriquer le fer forgé.

Quand on veut obtenir de l'acier par ce procédé, on rencontre de grandes difficultés. L'acier est du fer allié à quelques millièmes de carbone, qui lui donnent plus de rigidité. Il semble que, pour le préparer, il n'y ait qu'à pousser l'affinage un peu moins loin, à l'arrêter avant le départ complet du carbone. Mais on n'est pas maître de l'action oxydante de l'air : elle s'exerce inégalement sur la surface du bain, et si on l'arrête avant qu'elle n'ait produit tout son effet, on trouve sur la sole du four des grumeaux de composition très variable : les uns sont du fer, les autres de l'acier beaucoup trop carburé. Le soudage les superposera sans les mélanger et donnera un métal tout à fait hétérogène.

Pour obtenir de Tacier par l'affinage ordinaire, il faut modérer l'action de Tair et obtenir qu'elle soit régulière dans toutes les parties du bain, afin de laisser dans chaque grumeau la même dose de carbone.

Le puddlage pour acier, qui a été introduit dans les usines de la Loire, vers 1850, était une opération très délicate. L'affinage au bas foyer, donnant ce qu'on appelle l'acier naturel, était la spécialité de quelques pays étrangers comme la Styrie ; en France on ne le pratiquait guère qu'à Allevard.

On pouvait obtenir l'acier plus facilement par voie ndirecte, en recarburant des barres de fer qu'on chauffait .en caisse avec du charbon de bois (c'est ce qu'on appelle la cémentation), puis en les fondant au creuset : on ne pouvait faire dans un creuset que 10 à 15 kilogrammes d'acier fondu.

Ce procédé a été d'abord appliqué en Angleterre et c'est à lui que les fondeurs de Sheffield ont dû la supériorité de leurs aciers, restés longtemps sans rivaux. Il a été pratiqué avec succès dans les usines de la Loire, et sert encore à fabriquer les aciers supérieurs. Mais il est trop coûteux pour les produits courants.

Procédé Bessemer. — Ce fut une véritable révolution en métallurgie, que l'invention du procédé Bessemer, faite il y a environ trente-cinq ans : car il permit d'obtenir directement de grandes masses d'acier fondu, par des moyens si simples que son prix est parfois inférieur maintenant à celui du fer forgé ordinaire.

Ce procédé est, par son principe, extrêmement curieux et fécond : c'est ce qu'on pourrait appeler l'affinage spontané. La fonte fondue est versée dans une grande cornue qu'on nomme convertisseur , dont le fond percé de petits trous, laisse arriver des jets d'air fortement comprimé. Non seulement le métal ne se fige pas au contact de l'air froid, mais, sans l'intervention d'aucun

foyer extérieur, on voit la température s'élever; il se dégage des gerbes d'étincelles, puis une flamme éblouissante quand le carbone brûle, et à la fin de l'affinage l'acier et le fer sont obtenus bien liquides, résultat difficile et même impossible à réaliser autrefois dans les fours les plus puissants.

D'où vient ce dégagement de chaleur presque miraculeux ? De l'oxydation rapide des éléments étrangers de la fonte (silicium, carbone, manganèse). Tous ces corps brûlent en produisant de la chaleur. Il en était de même dans les procédés d'affinage anciens, mais leur combustion avait lieu lentement, elle ne se produisait qu'à la surface, et la chaleur dégagée dans un temps donné était bien inférieure à celle qui se perdait par rayonnement dans l'atmosphère. Dans la cornue Bessemer (fig. 15), la fonte liquide occupe une hauteur de 40 à 60 centimètres et l'air est injecté au fond : c'est donc dans toute la masse que se produit la combustion ; elle est du reste bien plus rapide. En vingt minutes on affine 10 tonnes de métal, quand il fallait au four à puddler une à deux heures pour en affiner 200 kilo-

grammes. On brûle donc, dans le même temps cent fois plus d'éléments étrangers, on dégage cent fois plus de chaleur; la masse offre du reste beaucoup moins de surface au refroidissement. 11 n'est pas étonnant que,

Fio. 15. — ConTertiEBeuT Beasemer.

dans ces conditions, cette chaleur, au lieu de se perdre tout entière par rayonnement, suffise à déterminer la fusion de l'acier.

On réalise ainsi ce résultat paradoxal d'obtenir, sans dépense de combustible spéciale, des températures qui étaient difficiles à produire dans les meilleurs fours, et on peut fabriquer en grandes masses l'acier fondu qu'on nelsavaitfpréparer jadis^qu'en petits lingots, au

creuset. Grâce aux perfectionnements successifs apportés à l'outillage, Tacier fondu commun est devenu moins coûteux même que le fer forgé. 11 présente sur lui de grands avantages, il a une résistance supérieure (pouvant aller à 60 kilogrammes par millimètre carré au lieu de 30 à 35) ; on l'obtient en blocs aussi considérables que l'on veut, et on peut faire d'un jet, en métal homogène, des pièces énormes pour lesquelles il fallait autrefois réunir et souder péniblement de nombreuses barres de fer forgé. Aussi, il s'est substitué à ce métal pour la plupart des usages importants, sauf pour ceux où la douceur est une condition nécessaire. Par la faci lité d'obtenir de gros lingots, le procédé Bessemer a agrandi dans des proportions merveilleuses les ressources de l'industrie, en rendant courante la fabrication de grosses pièces qui étaient autrefois des tours de force.

Procédé Martin. — A côté de ce procédé et presqu'en même temps que lui s'en est développé un autre moins original, mais non moins utile, qui lui sert en quelque sorte de complément, c'est le procédé Martin- Siemens.

On savait depuis longtemps que, en fondant un mélange en proportions convenables de fonte de fer, on pouvait obtenir de l'acier. Mais, par suite de la haute température nécessaire, cette opération ne réussissait qu'en creusets et sur de petites quantités : on ne savait pas chauffer assez énergiquement de grands fours. Le

premier, Siemens arriva à réaliser industriellement, dans de grands fours à réverbère, des températures extrêmes, en y brûlant des gaz et de l'air préalable^ ment surchauffés par leur circulation à travers des empilages de briques que les flammes perdues du four lui-même ont portées au rouge.

Grâce à cet outillage nouveau, M. Martin, à Sîreuil, put réaliser la fusion de l'acier sur sole qui était depuis quelque temps l'objet d'essais nombreux en France. La fonte est fondue sur la sole d'un four Siemens, puis on y incorpore peu à peu du fer, des riblons, parfois du minerai de fer pur, de manière à diminuer peu à peu la teneur du bain en carbone. Ce corps s'élimine du reste en partie par oxydation lente. La fabrication de l'acier, par ce moyen, est plus coûteuse et beaucoup moins rapide qu'au Bessemer : le traitement d'une charge dure huit à douze heures, au lieu de se faire en vingt ou trente minutes. Toutefois, la différence de prix n'est pas très grande; c'est un moyen d'utiliser les riblons, les déchets; l'opération est plus facile à régler, et convient mieux pour préparer des aciers de qualité supérieure. Aussi, le procédé Martin a pris une place importante dans l'industrie à côté du Bessemer.

Progrès de ces dettœ procédés. — Depuis leur origine, ces deux procédés ont reçu des modifications importantes. L'outillage s'est développé et a atteint une puissance remarquable. Les premières cornues Bessemer ne contenaient que 4 à 6 tonnes de fonte : aujour-

d'hui, on emploie des cornues de 10 à 12 tonnes. Des dispositions spéciales ont été prises pour enlever et remplacer d'un seul coup les fonds qui s'usent plus vite que le corps de l'appareil. Les fosses de coulée sont devenues plus vastes et plus commodes; elles sont desservies par plusieurs grues puissantes qui permettent

dsùjsm

FiG. 16. — Section transversale d'un atelier Martin.

d, poche de coulée; (/, grue amenant les moules sous la poche de coulée ; A, grue de démoulage enlevant les lingots pour les placer dans le puits p; p, puits disposé en cellules, en briques réfractaires où les lingots rouges demeurent pour égaliser leur température ; m, grue enlevant les lingots pour les livrer au laminoir s.

d'enlever rapidement les lingots et de déblayer le terrain après chaque opération (flg. 16), on y a gagné de pouvoir faire un plus grand nombre d'opérations par jour : la production d'un atelier a été notablement augmentée et le prix de revient diminué.

Les fours Martin ont reçu des agrandissements analogues. Les premiers fours ne traitaient à la fois que

5 OU 6 tonnes, les fours actuels en font 12, 15 et même20 par opération.

Les fours anciens étaient recouverts de voûtes surbaissées qui laissaient fort peu de place au-dessus de la sole et qui s'usaient très rapidement. Les fours plus vastes que l'on construit maintenant reçoivent généralement des voûtes cintrées qui résistent bien mieux; le laboratoire ayant plus de hauteur, on peut y charger plus de matières, les réparations sont aussi plus faciles.

Ces modifications ont beaucoup abaissé le prix de revient. Au début du Bessemer, l'acier fondu coûtait plus de 300 francs par tonne. C'était encore un métal de luxe, comparativement au fer. Aujourd'hui, on a vu le prix des rails en acier s'abaisser à 120 francs et même au-dessous. Ils sont moins chers que ceux en fer, malgré leur qualité bien supérieure. La .transformation de la fonte en acier ne revient pas à plus de 20 francs par tonne au Bessemer, 30 francs au Martin.

Au point de vue chimique, la fabrication de l'acier a reçu des transformations encore plus importantes. Aux débuts du Bessemer et du Martin, on ne savait produire couramment que certaines qualités de métal, et on était obligé d'employer des matières premières choisies : une partie importante des minerais de fer ne pouvait être utilisée par cette industrie nouvelle. Aujourd'hui, on sait produire toutes les variétés d'acier, en employant au besoin les fontes impures. Les progrès accomplis se