FABRICATION DE LA MATTB BRONZE AUX USINES DU MANSFBLD (SAXE PRUSIENNB
Les usines du Mansfeld sont les plus importantes mines îe cuivre du continent; sous la direction intelligente le V Oberbergrath Leuchtner, on y a appliqué tous les perfectionnements récents qui ont été apportés à la rabrication du cuivre. Les fours qui y sont en usage pour la fusion de la matte bronze (fig. 56) sont chauffés au coke ; ils se composent d'une cuve cylindrique, en briques réfractaires légèrement évasée vers le haut. A la partie inférieure, elle se termine par un creuset où se rassemble la matte fondue, tandis que la scorie plus légère s'écoule d'une manière continue par une ouverture placée au-dessus du creuset. La cuve est entourée d'une enveloppe en maçonnerie, qui repose sur des colonnes en fonte, et qui est destinée à protéger les parois réfractaires contre les intempéries des saisons, et à
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supporter les appareils de chargement du gueulard ou orifice supérieur. L'air nécessaire à la combustion est insufflé par quatre tuyères placées & 80 centimètres au-dessus de la sole du creuset ; il est produit par d6 grandes machines soufflantes à vapeur, qui le compriment à une pression variant entre 1 mètre et 1"*,50 d€ hauteur d'eau. Le vent sort à la partie supérieure du four, par des conduits en tôle doublés de briques, passe par des chambres de condensation, où il laisse déposer les poussières qu'il renferme, puis circule autour de tuyaux en fonte, qui amènent l'air frais aux tuyères et s'échappe enfin dans l'atmosphère par de grandes che • minées. Cette disposition permet d'échauffer l'air nécessaire à la combustion, qui arrive ainsi aux tuyères à une température de 150 degrés environ. On récupère de cette façon une partie de la chaleur qu'emportent les gaz à leur sortie du four. Le chargement se fait par le gueu« lard ; les minerais et le coke sont élevés à la liauteur de la plate-forme supérieure par un monte-charge, puis versés dans le four par une trémie en forme de double cône, qui les répartit régulièrement dans l'intérieur de la cuve.
Les minerais traités au Mansfeld sont, comme nous l'avons dit, des schistes bitumineux cuprifères; au sortir de la mine, on les dispose en t£[s rectangulaires de 3 à 5 mètres de haut, qu'on allume avec un peu de bois. La combustion, une fois commencée, se continue grâce au bitume que contiennent les minerais*
Fie. 56. — Four AruTs pour la fusion des tj'pa du Muureld.
l/lO FABRICATION DE LA MATTE BRONZE AU FOUR A CUVE
Ce grillage leur fait perdre 10 à 12 pour 100 de leur poids.
Les minerais grillés sont chargés dans les fours sans aucune addition de fondant; leur gangue ren ferme de la silice et des bases en proportions convenables pour produire une scorie facilement fluide. U matte obtenue par leur fusion est assez riche ; son poiè est environ les 0 centièmes du poids des minerais traités. Sa composition varie un peu, suivant la région dont proviennent les minerais.
Analyse des différentes mattes»
Cuivre 30,500 36,400 44,815
Argent 0,152 0,180 0,255
Plomb 1,210 1,040 0,643
Fer 20,600 23,900 23,778
Nickel 0,590 0,485 0,480
Cobalt 0,180 0,055 0,146
Zinc 9,149 5,550 3,012
Mangonèso 4,601 4,701 .'^,011
Soufre 27,123 25,302 23,540
Les scories sont pauvres ; elles sont formées princi paiement par des silicates de chaux, de fer et d*alumin et contiennent 2 millièmes de cuivre. On n'a pas réusx jusqu'à présent à produire des scories complètemen dépourvues de cuivre ; toutes les additions de minerai: sulfurés faites dans ce but sont restées inutiles. Refroi dies lentement, les scories prennent une structure crii^
FABRICATION AUK USINfiS DU MaNS^KLI)
talline et deviennent très dures, on les emploie avantageusement comme matériaux d'empierrement.
Analyse des scories correspondant aux maites n«" /, 2 et 3.
Silice ....
Alumioe • . . Gbaux. . . .
Magnésie. . • Protoxyde de fer Oxyde de cuivre Oxyde de zinc • Fluor. . ,
Les gaz qui s'échappent du gueulard ont une tempe rature d'environ 300 degrés; ils ne renferment pas l'acide sulfureux, à cause de la perfection du grillage les minerais. Leur composition, d'après des analyses récentes, est la suivante :
Acide carbonique 10,8 15,0
Oxygène 0,4 0,1
Oxyde de carbone 16,8 14,0
Azote 72,0 70,9
Dans une partie des usines appartenant à la Compagnie des mines du Mansfeld, on emploie des fours l'une construction un peu différente ; au lieu d'avoir les creusets intérieurs, ces fours sont munis d'avant-
creusets, dans lesquels la matte et les scories s'écouleat d'une manière continue ; elles s'y séparent par ordre de densité (flg. 57).
Les fours à creuset intérieur ont une production considérable; on y traite 160 tonnes de minerai par jour, en ne consommant pas plus de 180 kilogrammes de coke par tonne ; ils sont exposés à la formation fréquente de corps ferrugineux, qui empêchent la fusion. Les fours à avant-creusets au contraire traitent au maximum 100 tonnes de minerai, mais ils présentent Tavantage que les masses ferrugineuses s'écoulent dans l'avant- creuset et n'ont aucune influence fâcheuse sur la marche des fours.
FOURS A CUVE AMÉRICAINS
La construction des fours à cuve allemands, doni les fours du Mansfeld présentent le type le plus perfec-J tienne, exige de grandes quantités de matières réfractaires de bonne qualité ; il est rare qu'aux environs des mines de cuivre on puisse s'en procurer à des prii suffisamment bas ; aussi les métallurgistes américains, dont les mines sont souvent installées dans des déserts. se sont-ils préoccupés de réduire autant que possible la consommation des matières réfractaires et d'augJ menter la production journalière des fours, pour e diminuer le nombre. Dans cet ordre d'idées, ils on
leà avanl-creiuel pour la faeioa des minerait cuivre, type du Uaiureld.
imaginé deux types de fours : les water-jackets ou fours à enveloppe métallique refroidie par Teau, et les grands fours rectangulaires en briques.
Fio. 58. — Water-jacket américain pour le traitement des pyrites
a) Fours water-jackets, — Depuis longtemps, on se servait de Teau pour refroidir les parties des fourneaux soumises à de trop hautes températures ; on eut Tidée,
FOURS A CUVE AMERICAINS 15t
m Amérique, de construire des fours dont Tenye* oppe est formée par deux surfaces ofiétalliques entre esquelles circule un courant d*eau froide. On créa dnsi le water-jacket qui a perofiis Texploitation d*un [rand nombre de mines, dont les minerais n'auraient )u être traités par les méthodes ordinaires.
Les water-jackets (fig. 58), qu'on rencontre le plus réqaemment, se composent d'une cuve métallique de làSmètresdehaut, où se fait la réduction des minerais, t d*un avant-creuset également métallique, qui est mobile sur roues, et qui est destiné à recevoir les scoles et la matte.
La cuve a une forme elliptique ou rectangulaire ; expérience a montré que cette forme est préférable à i forme circulaire, parce que le vent, qui n*est soufflé, u'à une faible pression pour la fabrication des mattes e peut pénétrer jusqu'au centre d'un cercle de grand iamètre. Les deux parois sont en tôle de fer ou d*acier oux; elles sont espacées de 10 centimètres environ et }Qt supportées par des colonnes en fonte.
L*introduction de l'eau se fait par la partie inférieure e Tenveloppe ; au fur et à mesure qu'elle s'échauffe, eau monte et s'échappe à la partie supérieure par un lyau de diamètre un peu supérieur au tuyau d'arrivée, our un four de l'",20 de diamètre minimum, la con- )mmation d'eau est de 6 mètres cubes par heure.
Le fond de la cuve est formé par une sole d'arile ou de minerais sulfurés agglomérés par un coup
de feu énergique. Les tuyères, au nombre de 10 en moyenne, sont placées à 25 ou 30 centimètres au-dessus du fond. Tout au bas de Tappareil, s'ouvre un conduit qui permet aux matières fondues de s'écouler dans un bassin, de forme elliptique ou rectangulaire, à parois métalliques, refroidies par une circulation d'eau, dont le fond est formé par des briques réfractaires, réunies par une armature métallique supportée par des roues.
La scorie et la matte s'écoulent d'une manière continue dans ce bassin ; elles s'y séparent par ordre de densité.
Ce procédé a l'avantage de ne pas laisser trop longtemps les matières fondues soumises à l'action réduc tive des gaz de la cuve ; on évite ainsi la formation des loups ferrugineux qui bouchent si souvent les creusets et obligent de vider les fours au prix d'opérations longues et pénibles.
La hauteur des water-jackets dépend essentiellement des minerais qu'on y traite; les minerais siliceux et réfractaires exigent des hauteurs plus grandes que les minerais sulfurés et facilement fusibles.
Pour le traitement des pyrites, la hauteur varie de 3<",50 à 5 mètres. Les gaz s'échappent à la partie supérieure ; selon les cas, on les laisse s'échapper dans l'atmosphère ou on les fait passer par des chambres de condensation.
La figure 59 représente un water-jacket construit par MM. Fraser et Chalmers, de Chicago; l'avant-
Fta. 59. — WaUr-jscket pour la fusion de« minerais de ci (coDsIructeure : Fraser et Chalmers, de Chicago].
creuset est supprimé ef remplacé par un creaset à parois métalliques refroidies par une circulation d*eau. Ce four donne d'excellents résultats.
Les water-jackets permettent de traiter des quantités considérables de minerais ; ainsi, dans le Montana, on cite un four de 1"^,20 de diamètre dans lequel on passe, en vingt-quatre heures, de 60 à 65 tonnes de pyrite grillée avec une consommation de 20 pour 100 de coke.
A la mine de Copperqueen on vient même de construire un four devant traiter 115 tonnes par vingtquatre heures.
b) Fours rectangulaires en briques. — Les fours water-jackets présentent surtout de grands avantages pour le traitement de minerais sulfurés facilement réductibles et de composition régulière ; il est plus difficile d'y traiter des minerais fortement siliceux ou oxydés, parce qu'on ne peut trop élever la température sous peine de détruire les parois métalliques. Aussi, dans les pays où Ton trouve des matières réfractaires à bon marché, on s*est préoccupé de construire des fours en briques permettant de traiter de grandes quantités de minerais de toute provenance. De nombreux essais ont été faits en Amérique pour modifier les fours à cuve employés dans l'ancienne méthode continentale. Les meilleurs résultats paraissent avoir été obtenus à la Compagnie d'Orford, à Borgonport, New- Jersey, dont les fours représentent le type le plus parfait des grands fours rectangulaires usités en Amérique.
FOURS A CUVE AMERICAINS
Dans les fours Orford (flg. 60), la cuve, dont la largeur extérieure est de 3 mètres et la longueur de de5'",80 environ, repose sur des fondations de2 mètres
4e profondeur; les parois du four s'appuient directe- «Dent sur ces fondations, elles sont construites uniquement en briques réfractaires et présentent une épaisseur de 50 centimètres. Elles sont maintenues par une forte armature en fer qui s'enfonce dans les fondations. Les tuyères, au nombre de 14, ont une base de 5 centi-
mètres carrés ; elles sont placées symétriquement à une vingtaine de centimètres au-dessus de la base de la cuve; au centre de Tun des grands côtés se trouve la tuyère d'écoulement pour les scories et la matte.
Le four est surmonté par une haute cheminée verticale ; le chargement se fait par trois portes de grandes dimensions placées sur une des faces du four, à 3 mètres au-dessus du niveau des tuyères.
Le fond de la cuve est formé par une masse de pisé réfractaire, dont la surface est légèrement inclinée vers Toriflce d'écoulement.
L'avant-creuset se compose d'une boite rectangulaire ou carrée de 1*^,30 de côté, construite en tôle d'acier, doublée par des briques réfractaires de bonne qualité ; elle est divisée par une paroi en briques réfractaires en deux compartiments, dont les dimensions sont dans le rapport de 2 à 5.
Le plus grand des deux est muni à la partie supérieure d'un conduit d'écoulement pour les scories, ei communique avec le deuxième par un trou pratiqué à l partie inférieure de la cloison de séparation, qu'on peul fermer par un tampon d'argile au début delà campagne Les matières fondues s'écoulent par la tuyère centrali dans le plus grand des deux compartiments, qu'elles rem plissent rapidement. La matte se rassemble au fond e se sépare par son poids des scories, qui s*écoulent pa la partie supérieure. Lorsque la proportion de matte e^ suffisante, on perce le tampon d'argile à l'aide d'uu
FOURS A GUVB AMERICAINS 157
barre de fer, et la matte passe rapidement dans le deuxième compartiment.
Le premier compartiment, est alimenté sans interruption par les matières fondues, sortant du four, la séparation de la matte et des scories s'y fait continuellement. La matte passe peu à peu dans le deuxième compartiment ; lorsqu'elle est arrivée à un certain niveau, elle s'écoule par un canal latéral dans des fosses destinées à la recevoir. On obtient ainsi une séparation mécanique des scories et de la matte ; il suffit pour régulariser l'opération, de nettoyer de temps en temps, le trou de la cloison de séparation, à l'aide d'une barre de fer rouge.
Fio. 61. — Proûl d'un four à cuve. Forme que les corroBioni donnent au bout de quelques mois au rectangle constituant le profil primitif.
La conduite de ces fours nécessite un personnel expérimenté; lorsque les chargements ne se font pas avec une grande régularité, il peut se produire des solidifications dans l'intérieur du four, ou les parois peuvent être percées par des scories trop corrodantes. Un four mené avec soin peut fournir des campagnes de neuf mois à un an. La figure 61 montre la fc
les corrosions donnent, au bout de quelques mois, au rectangle constituant le profil primitif.
Les fours d*Orford permettent de traiter en vingtquatre heures 100 tonnes de minerais pyriteux avec une consommation de 15 pour 100 de coke.
Les résultats économiques donnés par les waterjackets et les fours rectangulaires en briques sont très différent&r, suivant le prix des combustibles et des différentes matières employées.
Les dépenses pour un water-jacket elliptique de 1 mètre 20 de diamètre, traitant par vingt-quatre heures 56 tonnes de minerais facilement fusibles, s*élèvent en Amérique, aux chiffres suivants, dans l'Ârizona et dans les États de l'Est :
Dépenses en 24 heures.
Etats de l'Ett Arif ont fir. fr.
8 tonnes coke 200 » 1«000 »
CJombuftible pour ]a production de la vapeur nécessaire à la soufflerie et autres appareils . 27 » 80 »
Addition d*argile 27 » 75 »
Consommation d*eau . . • • 24 » 55 »
Réparations du four et des machines 10 » 25 »
Réparations des creusets et des fosies 12 » 23 »
Divers (frais généraux, etc.). . 50 » 80 »
Mains-d'œuvre 150 » 325 »
Par tonne 9 » 29 60
Pour un grand four rectangulaire traitant 100 tonnes par jour, les dépenses dans les États de TEst s'élèvent aux chiffres suivants :
te.
13 tonnes de coke à 25 francs 295 »
4 tonnes de charbon à vapear à 17 fr. 50 . . 70 »
Additions d*argile 12 »
Réparations des creusets et des formes ... 19 »
Réparations des autres outils 85 50
Réparations journalières des fours .... 13 »
Réparations de la fin de la campagne * . . 14 50
Machines 13 »
Divers 45 »
Main-d*œuyre Direction .
Par tonne 7 32
Les mines du continent et les mines américaines emploient exclusivement les fours à cuve pour la fabrication de la matte bronze ; en Angleterre, au contraire, les fondeurs se servent depuis de très longues années de fours à réverbère.
La fonte du minerai au réverbère, comme celle au four à cuve, a pour but de séparer le cuivre de sa gangue par la formation d'une matte, qui concentre tout->-
cuivre à Tétat de sulfure. A cet effet, le minerai grillé est fortement chauffé : Toxyde de fer s'unit à la silice de la gangue pour donner de la scorie, et Toxyde de cuivre décompose une partie du sulfure de fer pour produire la matte. L'action réductrice est beaucoup moins énergique dans le réverbère que dans le four à cuve ; le sesquioxy de de fer n'y est pas réduit ; il en résulte que les scories contenant du sesquioxyde de fer sont peu fluides et entraînent mécaniquement des grenailles de matte, qui les rendent beaucoup plus riches en cuivre que les scories du four à cuve.
FABRICATION DE LA MATTE BRONZB A SWANSBA
Dans les usines de Swansea, on emploie exclusivement le réverbère tant pour la fusion de la matte bronze que pour toutes les autres fusions. On y traite des minerais venant de toutes les parties du monde : pyrites de cuivre et de fer, cuivres gris, oxydes, silicates, et carbonates. Tous ces minerais sont mélangés de manière a former une masse facilement fusible, renfermant 8 a 10 pour 100 de cuivre. On commence par les griller dans de petits fours à réverbère, puis on y ajoute des scories riches obtenues précédemment dans les fontes de concentration et Ton traite le tout dans des fours à ^verbère (flg. 62).
Tjft sole de ces fours doit être faite avec soin, elle est
FABRICATION DE LA HATTB BRONZE A SWANSBA
supportée par ane masse fortement damée de sable quartzeux, reposant sur uoe solide fondation en maçonnerie. Sur la couche de sable, on met la soie proprement dite, qui est construite en forme de bassin, avec du
Fia. 6£. -' Four i réTerbdra pour la futioudMmmeraitdaci (Cotes ÎDScrilei au piedi.)]
sable siliceux légèrement calcaire qu'on agglomère par un coup de feu avantla fusion des mettes.
On fait tomber le minerai dans le four par la trémie, placée à la partie supérieure ; on l'étalé rapidement sur la sole, en couche uniforme, avec un râble, puis on ferme les portes de travail et on active le feu. Quand la charge est fondue, ce qui demande à peu près cinq heures, on brasse bien la masse en fusion, compo-
cuivre à l'état de sulfure. A cet effet, le minerai grillé est fortement chauffé : Toxyde de fer s'unit à la silice de la gangue pour donner de la scorie, et Toxyde de cuivre décompose une partie du sulfure de fer pour produire la matte. L'action réductrice est beaucoup moios énergique dans le réverbère que dans le four à cuve; le sesquioxyde de fer n'y est pas réduit; il en résulte que les scories contenant du sesquioxyde de fer sont peu fluides et entraînent mécaniquement des grenailles de matte, qui les rendent beaucoup plus riches en cuivre que les scories du four à cuve.
Dans les usines de Swansea, on emploie exclusivement le réverbère tant pour la fusion de la matte bronze que pour toutes les autres fusions. On y traite des minerais venant de toutes les parties du monde : pyrites de cuivre et de fer, cuivres gris, oxydes, silicates, et carbonates. Tous ces minerais sont mélangés de manière k former une masse facilement fusible, renfermant 8 à 10 pour 100 de cuivre. On commence par les griller dans de petits fours à réverbère, puis on y ajoute des
ories riches obtenues précédemment dans les fontes
concentration et Ton traite le tout dans des fours à
verbère (flg. 62).
T^a sole de ces fours doit être faite avec soin, elle est
