UTILISATION DES FONTES IMPURES. DEPHOSPHORATION

de silice et qui fussent cependant réfractaires et capables de former des parois assez solides. MuUer avait trouvé avant 1870 le moyen de faire à Ivry des briques de magnésie pure qui remplissaient assez bien ces conditions ; on possédait donc en France tous les éléments essentiels pour résoudre le problème de la déphosphoration. Malheureusement, par suite de circonstances diverses, on ne fit pas d'essai pratique assez prolongé, la question ne fut reprise que quelques années après en Angleterre. MM. Thomas et Gilchrist arrivèrent à construire des cornues Bessemer revêtues intérieurement de dolomie.

On peut alors, en ajoutant de la chaux, obtenir un laitier aussi basique que l'on veut. Ce laitier retient énergiquement l'acide phosphoriqne ; l'expérience a montré en outre que, pour y faire passer la totalité du phosphore, il faut prolonger l'opération pendant quelque temps, après l'élimination du carbone. C'est ce que l'on appelle le sur soufflage.

Une fois le succès obtenu au Bessemer, on est arrivé rapidement dans bien des usines à opérer la déphosphoration au four Martin, où elle est relativement plus facile. En effet, la sole n'y est pas exposée à des chocs violents comme dans la cornue Bessemer, elle est plus commode à réparer entre les opérations. Elle n'a donc pas besoin d'être aussi solide et on a le choix entre divers matériaux basiques pour la construire.

Les principes de l'opération sont toujours les mêmes,

il faut ajouter à la charge assez de chaux pour former des laitiers pauvres en silice, et prolonger Taffinage jusqu'à l'oxydation complète du phosphore dont les dernières traces ne s'éliminent qu'après le carbone.

Nous allons donner maintenant quelques détails techniques sur la manière de préparer les revêtements basiques et de conduire l'affinage des fontes phospho* reuses soit au Bessemer, soit au Martin^

Préparationdes garnissages basiques. — La chaux était la substance naturellement indiquée pour former des revêtements basiques réfractaires ; mais lorsqu'elle est pure, elle ne prend pas une cohésion suffisante et les parois se détruisent trop facilement. On n'a pu réussir qu'en employant des calcaires contenant assez de matières étrangères pour les rendre non pas fusibles, mais frittables à une haute température. Les dolomies remplissent ces conditions, tout en contenant fort peu de silice : les meilleures contiennent 15 à 20 pour 100 de magnésie, et moins de 1 pour 100 de silice. On peut ainsi employer des calcaires argileux contenant au plus 4 pour 100 de silice, avec 4 pour 100 d'alumine ou d'oxyde de fer. On a fait des pisés pour sole avec des calcaires ordinaires mélangés d'un peu de minerai de fer.

Le calcaire et la dolomie prennent un retrait de 60 pour 100 par la calcinât ion : il faut les cuire avant de les employer ; cette cuisson doit être faite à une température aussi élevée que possible, et prolongée, pour

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que le retrait soit complet. C'est la partie la plus coûteuse de la préparation.

La chaux caustique s'hydrate facilement et tombe en poussière au contact de l'air humide. Les revêtements en dolomie se désagrègent lorsque le four subit un arrêt prolongé. On ne peut donc se servir d'eau pour rendre la dolomie plastique. Il faut la délayer dans du goudron préalablement bouilli ; cette opération doit être faite au dernier moment, sinon les produits doivent être conservés à l'abri de l'air. On obtient ainsi une pâte qu'on peut mouler en briques, ou employer à l'état de pisé en la damant par couches minces avec des

dames de fonte chauffées au rouge.

La magnésie donne un produit plus réfractaire encore que la dolomie ; elle est d'un maniement plus facile, car elle ne se désagrège pas sous l'influence de l'eau. La magnésie absolument pure serait peut-être difficile à agglomérer.

Mais les magnésies naturelles contiennent toujours de petites proportions de corps étrangers qui leur permettent de se fritter à haute température sans se fondre. Celle d'Eubée contient après calcination de 1 à 1,5 pour 100 de silice. Celle de Styrie contient en outre un peu de chaux, d'oxydes de fer et de manganèse; elle est noire après calcination. Les gisements étant rares, ces produits sont encore chers : le .carbonate revient à 50 francs environ en France, la magnésie calcinée sur place en Styrie à 60 francs. Mais on en consonime beau-

coup moins que lorsqu'on emploie la dolomie, qui n'offre pas la même résistance.

La magnésie, pour prendre tout son retrait et devenir inaltérable par Teau doit être calcinée à la plus haute température possible; elle constitue ce qu'on peut appeler la magnésie frittée. Si on l'a seulement calcinée au rouge vif, elle est décarbonatée,et àl'état de magnésie caustique qui est sujette à s'hydrater comme la chaux» mais moins rapidement.

On a essayé d'employer la magnésie artificielle qui peut se retirer des eaux mères des salines, ou des résidus de traitement des sels de Stassfurt. Le procédé Closson, par exemple, consistant à précipiter les eaux saturées de chlorure de magnésium par de la dolomie caustique donnerait, dit-on, de la magnésie à 5 francs la tonne. La chaux de la dolomie se substitue à la magnésie du chlorure : la magnésie n'est pas altérée. Ces produits sont exposés à contenir des traces d'alcalis ou de chlorures qui les rendent trop fusibles. Je crois cependant qu'ils sont employés en Allemagne.

Le procédé Scheibler pour extraire la magnésie ne paraît pas présenter le même inconvénient. La dolomie est délayée, mélangée avec de la mélasse, puis chauffée de manière à expulser l'acide carbonique ; il se forme du saccharate de chaux soluble, et en lavant on laisse la magnésie pure. En chauffant la dissolution de saccharate, on précipite la chaux et on régénère le sucre.

La magnésie s'emploie surtout sous forme de briques ;

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pour en faciliter le moulage on peut ajouter à la magnésie frittée et broyée, si elle est très pure, 4 à 5 pour 100 d'argile; il vaut mieux se servir comme pâte liante de magnésie caustique qu'on délaye dans un peu d'eau juste au moment de l'emploi, et qu'on ajoute dans les proportions de 10 pour 100. On peut encore agglomérer la magnésie frittée avec du goudron. Les briques moulées et séchées peuvent s'employer telles quelles ; elles ne prennent pas de retrait si le frittage a été bien fait. Il est peut-être préférable cependant de leur faire subir une nouvelle cuisson au blanc.

Le pisé de magnésie, qui sert à garnir les soles, se fait avec une pâtée préparée comme celle des briques.

La magnésie préparée et prête à être employée peut revenir à 100 ou 150 francs la tonne ; la dolomie préparée coûte en général moins de 50 francs ; mais on en consomme beaucoup plus. Son emploi semble cependant plus économique, mais celui de la magnésie est plus commode, surtout pour les petites usines.

Les fonds des cornues Thpmas se fabriquent en pisé de dolomie qu'on dame autour de tuyères en terre réfractaire ordinaire. Ces tuyères sont protégées contre la fusion par l'action refroidissante de l'air. Les parois peuvent se faire en briques, mais le pisé paraît encore préférable.

Soles basiques — Dans les fours Siemens basiques, la sole est faite en pisé damé sur une plaque de fonte ou de tôle, le pourtour du bassin est en briques de dolomie

OU de magnésie. Les autels et la voûte sont en briques siliceuses. Il faut les garantir contre le contact de la dolomie qui les fondrait ; on interpose une couche de briques de magnésie, ou de fer chromé. La voûte doit être élevée, les conduites de gaz et d'air, pour lesquelles la disposition en lames parallèles et horizontales paraît la meilleure, doivent être à une certaine hauteur. Un des accidents à craindre est en effet la fusion des briques des régénérateurs par les poussières de chaux entraînées ; il faut le combattre en diminuant la vitesse du courant. La face de coulée doit avoir des portes vastes, permettant de bien réparer toutes les parties de la sole.

Soles neutres en fer chromé. — On emploie encore avec succès les pisés de fer chromé, aggloméré avec un peu de chaux, recommandés par MM. Valton et Rémaury Ce revêtement, très réfractaire et d'une durée presque indéfinie, n'est pas attaqué par la fonte ni par les scories, il n'a donc aucune influence sur leur composition, ses inventeurs le qualifient de neutre. On s'en sert au four Martin pour le traitement des fontes peu phosphoreuses. Il semble qu'il améliore même l'acier en y laissant passer des traces de chrome.

Nature des fontes traitées par le procédé Thomas. — Les fontes traitées au Bessemer basique doivent être chaudes mais peu siliceuses. On tâche de n'y pas introduire plus de 1 pour 100 de silicium, et cette proportion descend parfois à 0,5. Le phosphore doit être assez abondant, car il remplace le silicium .comme élé-

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ment combustible, et s'il y en avait trop peu, il ne se produirait pas assez de chaleur pour fondre l'acier. On ne traite guère que des fontes à plus de 1,5 pour 100 de phosphore, 2 pour 100 paraît la meilleure proportion. Si on dépasse 3, l'opération devient trop longue. Le manganèse est utile pour protéger le fer contre l'oxydation ; il y en a généralement 1 à 1 ,5 pour 100. Le soufre doit être évité, car il ne s'élimine pas par ce mode d'affinage.

Conduite de l'opération — La fonte fondue est versée dans la cornue avec une proportion de chaux calcinée pour que la scorie ne contienne pas plus de 10 pour 100 de silice. La proportion peut être de 10 à 20 pour 100 du poids de fonte. On ajoute aussi un peu de spath-fluor pour rendre la scorie plus fluide.

L'opération comprend trois phases : 1® La scoriflcation pendant laquelle le silicium brûle, elle dure peu. Le phosphore ne passe qu'en petite quantité dans la scorie; cependant si cette dernière est très basique et fluide, il pourra y passer plus de phosphore. Dans ce cas on fera un décrassage pour l'enlever avant de continuer. 2® La décarburation, le carbone brûle avec flamme. Pendant cette période, le phosphore tend plutôt à se réduire et à rentrer dans le métal. Quand la flamme est tombée, le carbone est éliminé ; on décrasse pour enlever la scorie siliceuse et terminer avec une scorie aussi basique que possible. 3® Le sursoufflage : On ajoute encore un peu de chaux et on redonne le vent ; comme il n'y a plus de carbone ni de silicium, le phos-

phore s'oxyde complètement ainsi que le manganèse* On prend une éprouvette qu'on martèle et qu'on trempe; d'après le grain on détermine le temps de sursoufflage qui peut être nécessaire.

Quand tout est terminé on décante les scories ; on ajoute alors du spiegel (fonte manganésée) qui réduit l'oxyde de fer resté dans le bain, et restitue à l'acier le carbone nécessaire. A ce moment, si le carbone agit sur la scorie, il peut y avoir réduction et retour du phosphore dans le métal. Il faut donc décrasser avec grand soin. Souvent on préfère mettre le spiegel dans la poche de coulée ; mais la réaction très vive peut amener des projections. L'emploi du ferro-manganèse est avantageux, parce qu'on en ajoute beaucoup moins, et qu'il y a moins de carbone ; mais on ne peut obtenir ainsi que des aciers doux.

Le déchet peut être de 13 à 15 pour 100 au lieu de 10 à 11, chiffre qu'il atteint d'ordinaire au Bessemer acide. La consommation de dolomie peut aller à 4 ou 5 pour 100. Un fond fait une vingtaine d'opérations. En somme, les frais de fabrication dépassent de 10 francs environ par tonne d'acier ceux du Bessemer acide, ils pourront monter à 25 ou 30 francs.

L'installation présente quelques particularités. Les convertisseurs reçoivent parfois une forme symétrique autour de leur axe, pour verser d'un côté ou de l'autre, car le côté inférieur se garnit de scories figées et si on n'alternait pas, l'autre côté du garnissage s'userait bien

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plus vite. Le bec doit être très large, parce qu'il tend à s'obstruer. Il faut une fosse de coulée de chaque côté du convertisseur symétrique : il est bon de placer les lingotières sur des chariots pour enlever rapidement les scories et le métal. Enfin, le fond doit être entièrement démontable et des appareils spéciaux permettent son remplacement rapide lorsqu'il est usé.

Emploi des scories, — Les scories phosphatées du Bessemer sont souvent utilisées comme engrais par l'agriculture. A ce point de vue, il peut être utile de les fractionner : en enlevant les scories un peu avant la fin du sursoufflage, on obtient des produits riches en chaux et pouvant contenir plus de 20 pour 100 d'acide phosphorique. L'oxydation du fer ne se produit qu'à la fin de l'opération ; les dernières scories qui se forment alors sont beaucoup plus riches en fer, et contiennent moins de 10 pour 100 d'acide phosphorique, on peut les repasser au haut fourneau.

Les aciers Thomas sont, en général, des aciers relativement doux, car pour ne pas réintégrer le phosphore dans le métal, il faut ajouter, après l'affinage, le moins de carbone possible. Ce corps tend, en effet, à réduire les phosphates de la scorie.

On emploie, pour le raffinage, du ferro-manganèse dont le rôle a été expliqué déjà, et qui introduit le minimum de carbone. Toutefois, si on enlève soigneusement la scorie, on peut ajouter ensuite impunément du carbone et faire, même par ce procédé, des aciers durs.

On peut notamment ajouter le complément de carbone nécessaire dans la poche de coulée.

Traitement des fontes peu phosphoreuses. — Il n'y a plus guère qu'une difficulté qui limite dans certains cas l'emploi du procédé Thomas. On ne peut pas traiter de cette manière des fontes modérément phos phoreuses. Chose curieuse : il est plus facile d'éliminer beaucoup de phosphore que peu. Ce corps à la fin de l'opération, reste seul avec le fer et joue, tout en s'en allant, un rôle éminemment utile, celui de combustible. C'est son oxydation qui dégage la chaleur nécessaire pour maintenir le bain fondu. S'il n'y en avait pas assez, l'appareil se refroidirait, et le métal se figerait.

Pour affiner ces fontes qui ne contiennent qu'un peu de phosphore, il faut opérer au four Martin, où le bain est maintenu chaud par un foyer extérieur. Le travail est alors plus long et plus coûteux.

Ainsi, cet élément, qui était autrefois la bête noire des métallurgistes, est presque recherché aujourd'hui dans les usines qui appliquent le procédé Thomas, et dans une communication sur les premiers essais de cette méthode, M. Massenez a pu à bon droit, au grand étonnement des métallurgistes français, appeler le phosphore notre ami.

On pourrait croire que les minerais purs ont néanmoins conservé leur supériorité. Ce serait une erreur : ils sont en général plus chers, et les fontes qu'ils donnent sont rarement tout à fait exemptes de phosphore.

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Aussi les aciers obtenus avec des fontes pures au convertisseur acide, par l'ancienne méthode, sont-ils en moyenne plus phosphoreux que ceux qu'on fait par le procédé basique avec les fontes les plus impures.

Si on veut enlever ces traces de phosphore, il faut affiner sur sole basique au four Martin. Aussi ce dernier procédé s'est rapidement répandu en France, et tandis que la déphosphoration au convertisseur se pratique exclusivement dans l'Est (où on a des minerais phosphoreux .en abondance), la déphosphoration sur sole basique est appliquée partout, dans les usines qui font encore du Bessemer acide avec des fontes pures.

Déphosphoration sur sole. — Les fontes traitées au four Siemens basique doivent satisfaire à peu près aux mêmes conditions que celles qh'on destine au Bessemer, seulement la proportion de phosphore peut être quelconque. Le four étant chauffé, ce corps n'a plus d'utilité comme élément calorifique et ne fait qu'allonger l'affinage.

On charge la fonte près des autels, le fer et la chaux au centre : il y a avantage à mettre toute la charge de fonte à la fois ; elle s'oxyde mieux pendant la fusion au milieu des flammes. A mesure qu'elle devient liquide, elle coule sur un mélange pâteux de fer oxydé et de chaux qui oxyde et absorbe le phosphore. La conduite de l'opération ne présente rien de particulier; souvent on enlève les premières scories et on fait de nouvelles additions de chaux et de riblons pour terminer. Lorsque

tout le phosphore est éliminé, on décrasse très soigneusement, et on ajoute le spiegel ou le ferro-manganèse dans la poche de coulée ou dans le four.

I^s frais de fabrication peuvent être de 30 à 35 francs.

Importance indmtrielle des procédés de déphosphoration. — Le procédé Thomas est actuellement appliqué sur une grande échelle à Longwy.

11 va se répandre bien davantage par suite de l'expiration des brevets qui fera cesser l'espèce de monopole dont il était l'objet en France.

Quant au procédé Martin sur sole basique, il est appliqué un peu partout, notamment pour la fabrication des tôles, des aciers doux, ou des produits de qualité supérieure.

Ces procédés nouveaux n'offrent pas seulement l'avantage de permettre l'emploi des fontes phosphoreuses. Il y a souvent intérêt pour les produits supérieurs à afâner sur sole basique les fontes relativement pures. Celles-ci contiennent presque toujours des traces de phosphore qu'on peut éliminer par ce mode de travail : il se prête du reste mieux à la fabrication des aciers doux.

La découverte de la déphosphoration a produit une sorte de révolution industrielle presque comparable à celle qui avait suivi l'invention du Bessemer. Celle-ci avait provoqué un déplacement important de l'activité métallurgique, la fabrication de l'acier fondu s'était développée surtout là où on pouvait se procurer du

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minerai pur. En France, où ces minerais sont rares, c'est dans le Midi, ou à portée de la mer, c'est-à-dire des minerais d'Algérie et d'Espagne, que s'étaient fondées les usines les plus récentes, comme Beaucaire, Boucau(près Bayonne), Saint-Nazaire. D'autres grands établissements situés sur des bassins houillers comme le Creusot, les usines de la Loire employaient aussi les minerais d'Algérie. La fonte leur revenait plus cher. Mais disposant de bons charbons de forge, d'un personnel très exercé au travail des grosses pièces, ils pouvaient encore produire à bon compte.

Quant aux districts qui avaient dû leur ancienne prospérité à la présence de gisements de minerais de fer faciles à exploiter, mais impurs, comme celui de la Moselle, on n'y pouvait faire de l'acier fondu ; réduits à la fabrication du fer forgé, auquel l'acier se substituait de plus en plus, ils avaient vu diminuer, sinon de leur activité absolue, au moins leur importance relative.

Depuis quinze ans, la situation a changé de face : avec la possibilité d'affiner toutes les fontes, l'avantage est revenu à ceux qui peuvent produire cette matière première à bon marché. Pour les aciers communs (tels que les rails), la Moselle a repris la tête de la production. Parmi les anciennes usines qui avaient le monopole du Bessemer acide, celles qui étaient le mieux situées ont seules pu continuer la lutte. Dans les autres, on ne produit plus guère l'acier qu'au four Martin, pour les fabrications qui demandent des qualités supérieures, et où

le prix de revient a moins d'importance. Les usines du centre ont dû se consacrer surtout soit à la production des aciers spéciaux, soit à celle des grandes pièces de forge, comme les blindages, les canons, pour lesquels le travail du métal joue un rôle bien plus important que le prix des matières premières. Sur ce terrain, Texpérience prolongée qu'elles ont acquise, la possession d'un outillage puissant et d'un personnel exercé à ces difficiles travaux leur assuré encore la prépondérance pour longtemps.

Phases successives de Viyidustrie de V acier en France. — Ces migrations de la métallurgie se traduisent nettement dans la statistique des forges.

En 1864, avant l'invention du Bessemer, sur 700.000 tonnes de fer fabriquées en France, les départements de TEst en produisaient plus de 200.000 ; les emplois de l'acier étaient très limités, la France entière n'en produisait guère plus de 30.000 tonnes dont la moitié venait de la Loire, où des maîtres de forge entreprenants avaient les premiers importé les procédés

anglais.

• En 1875,1e procédé Bessemer était en pleine prospérité, mais on ne savait pas encore traiter les fontes phosphoreuses, la production de l'acier était montée à 250.000 tonnes (dont 180.000 pour les rails). Les diverses usines de la Loire en produisaient 100.000 et le Creusot 80.000.

La production du fer n'avait du reste pas diminué :

UTILISATION DES PONTES IMPURES. DEPHOSPHORATION Ql

elle dépassait 700.000 tonnes : les départements de l'Est n'en donnaient plus que 130.000, mais cette différence provenait surtout de ce que le plus productif, la Moselle, nous avait été enlevé en grande partie.

Actuellement, la production de Tacier est montée à plus de 600.000 tonnes, sur lesquelles le département de Meurthe-et-Moselle qui a le monopole du procédé Thomas en produit 172.000. Le reste est encore fabriqué soit au Bessemer acide, soit au Martin : c'est dans le Nord que se fait la principale production du Bessemer acide (180.000 tonnes) ; ensuite les Landes avec l'usine de Boucau (40.000 tonnes).

La Loire donne à peine 60.000 tonnes, qui sont exclusivement faites au four Martin.

La production du fer a du reste augmenté aussi ; elle dépasse 800.000 tonnes, sur lesquelles l'Est n'en produit que 130.000.

Ainsi, c'est avec la fabrication de Tacier Bessemer basique, que l'Est a repris la prépondérance que le Bessemer acide lui avait enlevée. On voit, du reste, que le développement de l'acier n'a pas empêché la production du fer d'augmenter aussi. Le nouveau métal a enlevé à l'ancien certains débouchés importants comme les rails qui ne se font plus guère qu'en acier fondu; mais grâce à l'impulsion générale donnée à l'industrie, le fer a vu s'élargir les débouchés qui lui restaient, notamment les tôles, les constructions métalliques.

Propriétés des aciey^s basiques. — L'acier basique

bien préparé ne contient que quelques dix millièmes de phosphore, la teneur monte au plus à 1/1000. Il est supérieur à ce point de vue aux aciers qu'on obtenait au Bessemer ordinaire avec des fontes provenant des minerais considérés comme purs. Les métaux qu'on obtient couramment sont peu carbures, moins de 2 ou 3 millièmes : on peut aller sans difficulté jusqu'à 4. Nous avons vu qu'en voulant introduire plus de carbone, il faut des précautions exceptionnelles pour ne pas réintégrer du phosphore. Ils contiennent toujours quelques millièmes de manganèse : en poussant cette proportion à 6 ou 7 on peut obtenir des aciers assez durs pour rails, ayant 60 à 70 pour 100 de résistance avec 10 à 20 pour 100 d'allongement Cependant la qualité qu'on produit le plus couramment est moins carburée : elle correspond à une résistance de 40 à 50 kilogrammes, avec un allongement de 30 à 20 pour 100 et se prête bien à la fabrication des tôles ou des fils de fer.

La figure 17 montre des poutres en fer fondu Thomas auxquelles on a fait subir des pliages mettant en évidence la douceur du métal.

Désulfuration. — Le soufre ne s'est pas montré aussi accommodant que le phosphore, on n'a pas su s'en faire un ami. On n'est pas arrivé à l'éliminer pendant l'affinage, et quand on veut employer des fontes sulfureuses pour des fabrications un peu délicates, il faut les soumettre à un traitement préalable afin de les épurer.

UTlUSATiON DES FONTBS IMPURES. DEPHOSPHOEATION 93

M. Rollet a montré qu'on pouvait désulfurer la fonte, en la refondant lentement dans un cubilot avec des

Fjo, n. — Poutres en fer fondu Thomas.

laitiers ultra-basiques, à 15 pour 100 de silice environ. Le souffre, en effet, ne s'élimine bien qu'à l'état de sulfure de calcium ou de manganèse, c'est-à-dire dans an« atmosphère réductrice comme celle du cubilot : ces

sulfures ne peuvent être retenus que par des laitiers très calcaires et il faut un contact très intime qui n'est pas réalisé au réverbère. Le cubilot est revêtu de dolomie, on y charge la fonte avec du calcaire, de la dolomie, des minerais manganèses et du spath-fluor, pour obtenir un silicate multiple et rendre le laitier assez fluide. On peut arriver à déphosphorer en même temps, si on soumet le métal à un sursoufflage prolongé dans le creuset, mais cela ne paraît pas avantageux, il vaut mieux se contenter de désulfurer et affiner la fonte par les procédés basiques.

Des procédés analogues sont employés aujourd'hui dans beaucoup d'usines, quand on veut obtenir des produits tout à fait supérieurs. On arrive à préparer ainsi des aciers doux comparables comme pureté aux fers fins de Suède.

M. Saniter a indiqué récemment un procédé peutêtre encore plus pratique. Il consiste à faire réagir sur la fonte un mélange de chaux et de chlorure de calcium dont l'effet désulfurant paraît être beaucoup rapide. On fait couler au sortir du fourneau la fonte en fusion dans une poche chauffée au rouge contenant le mélange indiqué : après quelques instants de brassage, l'élimination du soufre est complète.

Du moment qu'on sait éliminer les deux corps qui altèrent souvent la qualité de l'acier, on peut préparer de bon métal avec n'importe quel minerai. On croyait jadis qu'il y avait des minerais privilégiés^ seul capables