MÉTAUX DE LA TROISIÈME SECTION

Sommaire. ~ Du Fer. ~ De son abondance dans la nature. — De l'exploitation des minerais de fer. — Fabrication de la fonte et du fer doux. —De la tôle et du fer-blanc. — Du moiré métallitiue. — De l'acier. — Composition des fontes des aciers et du fer ductile. — Préparation du fer pur. — Fer pyrophorique.

Les métaux de la troisième section. Messieurs, dont je vous parlerai en particulier, sont le fer et le chrome. Ils sont infiniment intéressants à étudier, en raison des nombreuses applications de la plupart de leurs composés, et des ser>ices qu'ils rendent eux-mêmes dans leur état de liberté.

\)V ri:i;.

F^^. 537. — Amas de miuerai de fer en grains dans le terrain jurassique.

♦ s' rnflar»^»'' (!<' s.ihlc, fljn'irili', de cilciiic. (Jiiaii'l il (■>! pur, il coiilicnt ./•Jii p. i*tO do (er iiiclalliquc. (l'«'^l le iniiu'iai \c j)lus abuiulaiil (!«' la lamille, qu'on trouve à peu près dans tous les terrains, en amas puissants, Burtotit dans les masses de calcaire compacte et oolitique du terrain jurassique (AÂ, /19.537), et plus fréquemment encore dans les terrains tertiaires et d'alluTÎon. 11 est connu sous les noms de limonite ou fer limofieux, fer oolitique ou mine de fer en grains^ hématite brune, fer hydraté ou hydroxydé. C'est

lui qui alimente la plupart des nombreuses usines de la France, dans la Normandie, le Berry, la Bourgogne, la Lorraine, la Franche-Comté.

Quand il est en boules creuses au centre et contenant un noyau mobile, il prend le nom de pierres d'aigle ou à!œtiteSy que les anciens portaient conune amulettes, parce qu'ils leur attribuaient la vertu d'écarter les voleurs et de favoriser l'accouchement. Il est vrai qu'il fallait que ces boules eussent été trouvées dans le nid d'un aigle I

2* Un troisième oxyde de fer naturel est celui que les minéralogistes désignent sous les noms de fer oxydulé, oxyde de fer magnétique. C'est un oxyde salin formé par la combinaison de 31 p. 100 de protoxyde et de 69 p. iOO de peroxyde; on le représente par la formule FeO,Fe'0', et par abréviation par FeW.

Il est en cristaux octaédriques {fig, 538), noirs, doués de l'éclat métallique, et donnant une poudre noire, ou en masses compactes, d'un gris d'acier, sans éclat métallique, mais dans tous les cas pourvu de propriétés magnétiques très-prononcées. C'est lui qui constitue la pierre d*aimant ou Vaimant naturel, que les Italiens «ippellent calamité (i).

Il appartient exclusivement aux terrains granitiques, dans lesquels il forme des bancs puissants, des montagnes entières qu'on exploite avec grand avantage en Suède, en Norvège, en Piémont, en Hongrie, dans les mopfs Ourals^ dans les monts Altaï, aux Etats-Unis, etc. C'est le

(1) Le nom de ma^ne^ donné par les anciens à l'aimant, et d'où l'on a tiré rexpression française maynétique qu'on ajoute comme qualification après certains mots (exemple : fluide magnétique), serait tiré, au dire de Nicandre, du nom d'un pâtre Cretois appelé Magnés, qui aurait fait la découverte d'une pierre d'aimant en menant paître ses bœufs sur le mont Ida ; les clous de sa chaussure et l'extrémité ferrée de sa houlette s'attachèrent à un aimant. (Pline, Uy. XXXVI, ch. XXV.)

Fig. 538. — Fer oxydulé ou magnétique.

342 VIKGT-SEUVIÈME LEÇON.

minerai de Ter le plus riche et qui fourail le fer le plus pur; il en

rcurennc 71, S p. 100.

3° I.e carbonate de fer, FeO,CO\ connu des mînéralogiatei el d«

mineurs sous les noms de lidéroie, ftr tfa-

thi'/uf, mine d'acier, quand il est en crisliiu

rhomboëdriquei d'un blanc JauDflIre, îdeo-

liquce il ceux du spath d' Mande [fg. 539), te

montre en couche* assez considérables du»

les terrains anciens de la Saxe, de la Bobéme,

du T^rol, de la Styrie, dans les Pyrécéei, It

Daupbiné, l'Ille-el-Vilaine, etc.

en erituûi rhombo«dri- ^^ '^ Irouve aussî en massGS compaclei et

<]uFi- terreuses, d'ua gris nolrâlre, dans le lemin

bouitler : aussi l'appelle-l-on dans ce cas {a

des homiléres, fer carbonate lilhoSde. II est moins pur que le fer spathiqiK,

mais il ofTre l'inappréciable avantage d'i^tre auprès du combustible qui

convient le mieun à son traitement. La plupart des bassins houillén

de l'Angleterre sont favorisés sous ce rapport ; en France, il n'y a que

ceux de Saint- Etienne, d'Anzin et de l'Aveyron qui présentent celte

réunion des deux substances minérales.

EsirâtiloB. — L'extraction du fer est une des opérations les plus laborieuses de la métallurgie. Le plus habituellement on amène d'abord le minerai ù l'étal de fbnte ou de fer crti, c'est-à-dire de fer plui au m^ins cliargé de charbon, et on convertit ensuite cette /bnte en /h- dou ou fer ductile,

Pour réduire les oxydes ou le carbonate, on lire parti de la propriété qu'il le charbon d'enlever l'oxygène aux métaux à une haute tempér»lure ; on se sert pour cela de charbon de bois ou de coke.

Mais, avant d'en arrivcrlà, on soumet les minerais à plusieurs opérations préliminaires dont je dois vous dire quelques mots. ^' Opératiom préliminaires. — Les minerais constitués par l'ox; de de

fer hydralé, ou les mines terreuses, comme diseni les oi mélangéi de sable, d'argile cl de calcuire, ont besoin d'Être di!'barrassi^ de cei mali^rcs ëlrangères pour rendre leur Irailcment plus facile. On les soumel donc à un dibourbage énergique dans uapatouillcl (fig. S'tn). I.ei Bulres minerais de fer ordinairement en morceaux plnsoumoiiis volumineux que Ils outners désignent sous le nom commun de mines eu roche, ton! d abord trtis à la main pour les séparer de la gangue et des morceau<( trop pauvres puis concassés cnir des cylindres de fonle -

h iocards Ifig. H'Jj.Celk- piiudre es', cnsuilo débarraissjju de b mojei

314 VINGT- NtUVlÈMB LEÇON.

parlie dos subslancet terreuses par dei lavagei lur det tabici ou dam des auges (flg. 5t3).

Les minet en roche eonl le plus souvent grillée*, afin d'en cbauer

Fig. !lll. — La»(t di

l'eau et l'acide carbonique, en mf me temps que pour en diminuer la cohésion cl les rendre par \k plus attaquables parles agents dumi^uu dans les opérations subséquentes.

I.e grillage s'opùrc iL l'air libre ou dans des Tours A Teu conlino mscmblanl assez aux fours à chaux.

2» RéâuHion. — llauls-foumeaus. — Apr*s loules ces opérfelioiu préliminaires, on procède A la réduction du mlnerdi en le chauffant, avec du charbon de bois ou du coke, quelquefois avec un mélange des deux, ou même avec de la houille, dans des espèces de fours coniques, qu'on appelle Hauts-finirneavx A cause de leur grande hauteur comparée A leur largeur.

Ces fours, de dimensions considérables, dont la première idée appartient aux métallurgistes slyriens du huitième siècle, mais dont la construction perfectionnée est duc aux ouvriers anglais duseiiiëme siècle, ces fours représentent deux troncs de cène réunis par leurs bases {fig. 544).

I.e supérieur BC, ou la rate, est en briques réfractairei; l'inrérienr DE, dit les étalages, est formé avec des pierres siliceuses infusibles. L'espace cylindrique CD, qui sépare ces deux troncs de cOne, porle le

nom de ventre. An-dtttat des étalages se trouve une sorte de cylindi-e EF, en pierres rérractaire^, appelé fourrage, enSn, tout à Tait nu bai de cette immense cavité, on voit un bassin C, nommé creuset, qui sert â recevoir le métal fondu.

Sur (rois des cAtés du creuset, el un peu au-dessus, tiois ouvcilurcs

^.iti.-

reçoivent les tu;èresT d'une machine soumante dont la puissance ect telle, qu'elle peut injecter quelquefois jusqu'ft ItO maires cubes d'air par minute.

Le baut du fourneau B est désigné sous le nom de gueulard; il est sunnonlé d'une cheminée A, dans laquelle sont pratiquées deS' portes pour permettre le chargemeul. Le plus habituellement, le haut-fouroeau estconilmit auprès d'un escarpement consolidé par de la maçonnerie, el du sommet ou du flanc de celui-ci paît une terrasse qui arrive à la hauteur du gueulard. Les charges de combuslible et de minerai font amenées par des wagons roulant sur un chemin de fer qui rf-gne

sur la (errasse et la plate-forme du gueulard. On monte à la terrasse par un plan incliné.

Le haut- fourneau, chauffé au coke, a 20 mètres environ d'élévation; il n'a guère que iO mètres lorsqu'il est alimenté par le charbon de bois, ce qui devient de plus en plus rare.

C'est parle gueulard qu'on projette alternativement le minerai et le cliarbon; mais on y associe toujours un troisième corps, nommé fondant, ayant pour objet de former, avec la gangue terreuse qui accompagne l'oxyde de fer, des silicates fusibles, afin que les particules métalliques réduites par le charbon puissent Jacilement se réunir.

La nature de ce fondant varie nécessairement avec celle de la gangue. Tantôt c'est de l'argile {erhue des ouvriers), lorsque le minerai est trop calcaire ; mais, le plus ordinairement, c'est du carbonate de chaux (castine des ouvriers), parce que la gangue la plus commune est de l'argile ou du quartz.

En général, dans les fonderies françaises, on mélange les trois matières premières dans les rapports suivants :

Minerai 3Ô0 kilogr.

Charbon 110 —

Castine ... 80 —

Lo'rsque le haut-fourneau a reçu sa charge complète, on y met le feu, cl on fait jouer la machine soufflante, qui détermine bientôt une température très élevée. Voici ce qui arrive alors : le charbon, en brûlant, fournit de l'acide carbonique, mais la plus grande partie de ce dernier, en passant dans les étalages^ sur du charbon porté au rouge blanc, se trouve ramené à l'état de gaz oxyde de carbone. Celui-ci, à son tour, en s'élevant dans la cuve, où la température est au rouge sombre, réagit sur l'oxyde de fer du minerai, le désoxygènc et repasse à l'état d'acide carbonique : il résulte donc de là du fer métallique très- divisé interposé dans la gangue terreuse.

Loi-sque le mélange de fer réduit, de gangue^ de fondant et de charbon est descendu peu à peu dans les étalages, où la température est si élevée, la castin"*, qui a perdu son acide carbonique dans les régions supérieures et qui ne consiste plus alors qu'en chaux vive, attaque l'argile et les parties siliceuses de la gangue; elle forme, avec elles et avec les cendres du combustible brûlé, des silicates multiples à bases d'alumine, de chaux, de magnésie, de protoxyde de fer et de manganèse. Les nouveaux composés se fluidifient à mesure qu'ils arrivent dans Vouvrage, et tombent dans le creuset h l'état liquide : c'est alors ce que les ouvriers nomment du laitier. Pendant ce temps, le fer métallique s'unit à une certaine quantité de carbone, passe de la sorte à l'état de F(mte, dont le nom indique assez la plus grande fusibilité, et vient tomber à son tour dans le creuset. Les deux liquides se superposent suivant leurs densités respectives : la fonte en bas, le laitier au-dessus.

IK4 que la surface du bain de laitier dépasse le niveau de la paroi du creuset, qui porte le nom de dame M, le liquide vîireu\ s'écoule au deliora sur un plan incliné HN,et, ensererroJdissanI,il fonne des plaques ùlreuees et colorées qu'on eulralae avec des croclieis. Levolume de ce laitier est cinq à six fois plus considérableque celui de la fonte. On s'arrange de manière que celle-ci soit toujours recouverte de laitier, autrement l'air lancé par la tuyère pourrait l'oxvder.

Ce n'est qu'au bout de U â S4 heures, suivant les dimensions du haulfoumeau, que le creuset est rempli de fonte et qu'on peut procéder à la coulée. Pour cela, on enlève un tampond'argilc, qui jusqu'alors bouchait le Irou de coulée, placé au bas et sur l'un des cûtée de la dame; un ruisseau de métal, rouge de feu, s'élance et se répand dans les Niions triangulaires qu'on a creusés dans le sable qui recouvre le sol de la fonderie. On obtient ainsi des cylindres métalliques, à section demicirculaire, qui sont connus dans les ateliers et le commerce sous les noms de gueuses ou deffti^usets, suivant leur longueur.

Lorsqu'on emploie la fonte immédiatement au sortir du hauirourneau pour mou'er de grands objels qui n'exigent ni un grand fini, ni la flexibilité et la résistance du fer, tels que tuyaux pour la conduite des eaux et du gaz, colonnes, bornes, parapets, kâliK de macliines, etc., on conduit le métal fondu dans de grauds moules en sable enterrés dans le fossé qui est toujours vis-à-iis du trou de coulée. Lorsque les objels sont de petites dimensions, tels que marmites, plaques, grilles, boulets, biscaïens, etc., on se sert encore de moules en table, dont toutes les parties sont maintenues par des cliAssis en fer, et on tes remplit avec de la fonte en tasioa qu'on transporte dans des [loches en tôle, revêtues in teneur emeni d'argile {fig. 545}.

Depuis 1828, on a in- n,. s49. - p»ch<> i^rTam xucouiiKcde u [«i.itd'ui troduil dans les usines A lo mouici.

fer une modification remarquable, tfjcd consiste à injecter sur le minerai introduit dans les hauU-fboimeaox, non de l'air froid, mais de l'air écliaufTé à Sou 300 degrés au moyen delà flamme perdue du gueularl. L'idée de cette subslilnliOD de l'air chaud à l'air froid appartient à M. Mebon de Glasgow qui, de concert avec HH.Mackintusb et Wilson, établit ce nouveau procédé dans les fonderies de la Clyde, en Ecosse. On obtient ainsi plus de produit arec beaucoup moins de combustible, et les hauts-fourneaux fonctionnent plus régulièrement. L'économie du combustible varie de 16 h 30 p. 100, et le rendement en métal est augmenté de 2 à 10 p. 100. Hais ce procédé a le grave inconvéaienl de dénaturer le fer, et de rendre la fonte plus aigre, plus cassante, moins tenace, plus difScile à Iraiaillcr et à affiner que la fonte produite avec l'air

froid. Aussi beaucoup d'usines sont-elles revenues à Tancien procédé. Ebelmen (1), qui a étudié avec tant de soin les phéaomènes chimiques qui se passent dans l'intérieur des hauts-fourneaux, nous a fait connaître, en 1839 et 184i, la nature des gaz produits dans les diverses régions de ces appareils. Le tableau suivant montre combien ils diffèrent et permet d'entrevoir la succession des effets d'oxydation et de désoxydation qui ont lieu dans toute la hauteur de l'immense cavité où la température est si variable.