CONSIDERATIONS GENERALES SUR LA REDUCTION DES MINERAIS- DE FER

4Ö0. LorsquW veut réduire les minerais en petit ^ il suffit de les mêler avec de la poussière de charbon et de Içs exposer dans un creuset à une haute température. Cette méthode serait trop dispendieuse pour leur traitement en grand. On les soumet donc à Faction immédiate de la char* leur ^ ce qui ^ en général ^ peut s"*exécuter de deux manières différentes : dans les fours à réverbère ou dans les fourneaux à cuv€.

Le premier moyen exige la présence dW réactif, qui puisse enlever Toxigène que le fer retient avec tant d^énergie: bien que ce moyen soit pratiquable, il parait pourtant plus dispendieux que le deuxième^ parce que les terres mêlées aux minerais de fer sont en général très-réfractaires, lorsquVUes ne contiennent point de silicate d^oxidule doi^tv la destruction forme précisément le but de Topération. Dans les fours à réverbère, les laitiers deviennent moins liquides qu ils ne le sont dans les hauts fourneaux. D s^ensuit que la séparation des matières , après que la réduction €st achevée, doit être plus incomplète dans les premiers^ que dans les derniers, ^expérience a prouvé que dans les fours à réverbère, on peut obtenir de la fonte ^ mais on ne Tobtient que par une plus grande dépense en combustible , et par un mélange de minerai et de fondant qui donnent des laitiers très-fusibles. Il est rare qu''on puisse y produire de la fonte grise ^ parce que les scories chargées d^oxidule de fer, réagissent sur le fer cru et favorisent la production de la fonte blanche. On y remédierait en quelque façon par une forte addition de pierres à chaux ^ il en résulterait

alors une grande dépense en combustible : toutefois il est possible que des minerais qui sont très -riches en fer et pauvres en silice soient soumis à ce traitement sans désavantage *. Dans le plus grand nombre des cas^ on préfère charger les minerais avec le combustible par couches alternatives^ dans un fourneau à cuve. La séparation des matières sVffectue ensuite avec plus de facilité^ parce qu'*elles n''arrivent dans les régions où elles doivent se fondre^ que préparées et par petites doses :^ tandis que dans les fours à réverbère^ toute la masse est soumise en même temps à la chaleur de la fusion. La quantité de minerai qui entre à la fois en liquéfaction^ est en rapport direct avec la capacité du fourneau.

461. Ne connaissant pas les moyens de produire le haut degré de chaleur nécessaire pour opérer là séparation du métal et des substances terreuses ^ les anciens ne pouvaient utiliser que les minerais riches. Nous ignorons si , diaprés leurs méthodes ^ les minerais et les charbons étaient placés par couches dans les fourneaux^ ou si ^ mêlés ensemble , ils étaient exposés simultanément à Finfluence du courant d^air. Suivant le premier de ces procédés, les minerais^ fondus par petite quantité, peuvent donner un produit liquide, qui se rassemble en masse sur la sole du foyer. Diaprés le deuxième, la réduction ne se faisant que devant

* M. le comte Vandeobroeck a fait une série d^expériences eo ^prand pour le traitement des minerais de fer, et des scories de forge, dans les fours à réverbère. Il en est toujours résulté une grande consommation de combustible. Cependant Fauteur croit pouvoir concfure de ces expériences que , par la suite , cette opération pourra devenir plus avantagieuse que le traitement de ces substances dans les hauts fourneaux , quand on aura perfectionné le travail et la construction de ces foyers (Voyez^ à ce suiet, le tome II* des archives , année 18^6, page a$o et suivantes).

On a fait aussi , aux forges de ChatiHon , en 18Q7, des expériences sur le traitement des minerais de fer , dans les fours à réverbère , et Ton assure avoir obtenu des résultats satisfaisants. Le T.

la tuyère, la fonte, en même temps qu^le se forme, est 'décarburée et convertie en fer ductile. Dans les fourneaux à cuve même , le fer cru obtenu par les anciens , devait passer en grande partie à Tétat d^acier,

462, Les minerais pauvres ou réfractaires, fondus dans de semblables foyers, à un si faible degré de chaleur, ne donneraient point de fer^ et si la réduction pouvait s'^opérer partiellement , on n^obtiendrait qu un faible produit , qui se trouverait accompagné de laitiers chargés de métal, et qui, par le courant d^air aussi bien que par la présence des oxides non réduits, se changerait en fer malléable.

Tant d'^opératîons diverses qui se succèdent immédiatement , ou qui ont lieu à la fois devant la tuyère , doivent occasionner un déchet considérable. Les méthodes à la catalane ou à Fitalienne , que Ton pratique encore aujourd'hui , et qui consistent à fondre les minerais par morceaux devant la tu j ère, pour en obtenir du fer ou de Tacier, en fournissent la preuve : il en sera question par la suite. En général la perte est proportionnelle à la quantité de silicate d^oxidule nécessaire pour liquéfier la masse des terres, à une température donnée. C'est aussi pour cette raison que les minerais , qui contiennent beaucoup de silicate de fer, donnent de si faibles produits par TafEnage immédiat , et que les anciens ne pouvaient traiter dans les bas fourneaux que des minerais riches. Les silicates neutres et purs seraient tout- à- fait intraitables dans ces foyers.

4^^* La fusion des minerais stratifiés avec les chai^ bons dans les fourneaux k cuve présente donc un avantage réel. Ce procédé diffère essentiellement de Taffinage immédiat dans le foyers dits à la catalane. On serait dans Terreur en pensant que ceux-ci ont pu donner naissance à ceux-là, et qu'ils ne diffèrent entr eux que par leur hauteur.

Dans raffinage immédiat ^ les minerais réduits ^ mais non fondus^ sont travaillés par morceaux devant la tuyère ^ afin qu'ail en résulte une oxidation partielle^ que les terres puissent recevoir le silicate de fer nécessaire pour les en^ traîner en liquéfaction ^ et que d^un autre c6té lacombus* lion du carboi^e combiné avec le métal puisse s^opérer en entier. Tandis que dans les fourneaux à cuve ^ la réduction et la carburation se continuent sans interruption^ jusqu'^à ce que les diverses charges soient descendues au foyer de fusion. Si alors ils ne sont pas dans un état tel que la sépa«ration des terres et du fer puisse avoir lieu instantanément^ le fer se décarbure ^ une partie se combine de nouveau avec Foxigène^ et il en résulte un silicate de fer ^ qui détermine la liquéfaction des terres.

On ne pourrait le plus souvent opérer la fusion^ si le minerai n''était pas stratifié avec le combustible. On a voulu quelquefois mélanger les deux substances^ pour multiplier leurs points de contact et favoriser par conséquent la réduction ^ mais c^esfun moyen dVrrêter le travail, à moins que ]es minerais, traités d^ailleurs dans de petits fourneaux, ne soient à la fois très-fusibles , et dans un état de pureté telle quHls ne contiennent que de Foxigène et du carbone^ et dans ce cas on n^obtient, au lieu de fonte, qu'Hun fer demi-af&né. ^élévation progressive qu^ont reçue les fourneaux à cuve, est une suite naturelle du traitement des minerais pauvres et réfractaires, dont on voulait obtenir de la fonte.

464- I^* diversité d^opinions sur la hauteur qu il faut donner aux fourneaux à cuve , peut s'^expliquer d"*après la nature même des minerais. Fusibles , facilement réductibles , non mélangés de substances étrangères, ils peuvent être traités dans des fourneaux à cuve si petits et en si forte dose par rapport à la charge de charbon , que la réduction peut à peine s^opérer. Anciennement on ne faisait usage que de

DES MATIÈRES PREMIÈRES. SSq

ces fourneaux qui sont encore usités dans quelques contrées. La petite quantité de laitier produite par les minerais ri-* ches qu'ion y traite^ devient fusible par le silicate de fer^ bien que le degré de chaleur obtenu soit très-faible. Cette basse température^ la largeur du foyer, les interruptions périodiques , et Faction prolongée des machines soui&antes, changent la fonte en fer malléable. Ce métal aciéreux sç rassemble en une masse sur la sole des fourneaux qui ont reçu le nom de stuckofen {Jburneaux à masse).

Bientôt on s^aperçut que ce traitement ne convenait qu'eaux minerais les plus riches^ que ceux qui retenaient une grande quantité de terres , ne pouvaient se réduire complètement, et que la majeure partie du métal était absorbée par les scories. De là , le besoin d^élever la cuve , aiSn qu^ou put produire un plus haut degré de chaleur, et déterminer la vitrification des terres. On vit en même temps la possibilité de continuer le fondage sans interruption , en faisant^ écouler de temps à autre le fer liquide, avant qu^il ne fut coagulé. Les foyers prirent alors le nom de flussofen ou blauofen , (^fourneaux de fusion ). Ils doivent leur origine aux stuckofen, et dans le principe , ils n^en différaient point sous le rapport de leur hauteur. La seule distinction carac-i téristique quil soit possible d'établir entre eux, c'est que les flussofen sont plus rétrécis dans la partie inférieure de la cuve, afin que la chaleur produite soit plus intense. Ils furent substitués aux autres, et c'est alors seulement que Ton commença d en augmenter la hauteur pour des minérais moins fusibles et qui, dans les petits fourneaux, se traitaient avec désavantage.

465. Le changement des fourneaux à masse en fourneaux de fusion fut, dans le travail du fer, une amélioration des plus importantes. Mais l'élévation progressive, que reçurent plus tard les fourneaux, ne fut pas moins essentielle. Les minerais difficiles à réduire, conmie les silicates ou en gé-

36o DEUXIÈME SECTION.

néral ^ ceux qui sont chargés de silice ^ se traitent bien plus avantageusement dans des fourneaux élevés que dans ceux qui ont une petite hauteur^ parce que ^ dans ces derniers^ ils arrivent au foyer de fusion ^ avant d^avoir éprouvé une réduction complète. Tous les minerais mélangés d''une gangue réfractaîre sont de nature à être traités pour fonte grise et dans les hauts fourneaux. Ceux-ci proviennent des flussofen ^ ils en diffèrent pourtant par un plus grand rétrécissement du foyer *^ et par leur creuset dont une partie est à jour^ pour faciliter le dégagement des scories^ tandis que les fourneaux de fusion^ entièrement fermés par devant^ n^ont qu''une petite ouverture circulaire^ qu'ion débouche pour faire écouler la fonte ou le laitier^ et qu^on referme chaque fois ^ après avoir achevé cette opération.

466. Les laitiers des hauts fourneaux sont ordinairement plus visqueux et plus abondants^ que ceux qu'ion obtient dans les fourneaux de fusion^ employés au traite^ ment des minerais riches et facilement réductibles. On doit préférer les flussofen aux hauts fourneaux ^ lorsque les minerais riches ne sont point mélangés de substances nuisibles à la qualité du fer^ mais il faut en rétrécir le foyer. On pourrait même s^en servir pour des minerais riches ^ dont la gangue serait très-réfractaire ^ pourvu qu''on leur donnât un foyer resserré et une élévation convenable. Les hauts fourneaux sont toutefois plus commodes^ et présentent plus de facilité pour Técoulement des scories et le nettoiement du creuset. Ils sont en usage pour la réduction de tous les minerais pauvres et réfractaires.

4^6'j. Si une trop forte élévation des hauts fourneaux^ peut devenir nuisible^ on n'*en doit chercher la raison que dans un eflfet purement mécanique ; parce que la colonne ..

* Le mot de foyer, dans ce sens, doit s^entendre de la partie de la cuye où la chaleur est la plus forte , des environs de la tuyère.

des matières contenues dans la cuve ^ peut ^ lorsquVUe pèse avec beaucoup de force sur les couches inférieures ^ fermer le passage au vent.

Cette compression produit un effet très-sensible^ si les minerais sont friables ^ susceptibles alors de se serrer fortement^ et d'^obstruer le passage à Tair^ surtout quand on» les traite avec de petits charbons. Le plus grand mal qui puisse en résulter , c^est la lenteur avec laqiielle s^effectuent les descentes des charges. Mais on doit préférer de donner au fourneau une trop grande hauteur^ plutôt que de tomber dans lé défaut opposé : les matières seront mieux pré^ parées avant d'entrer dans le foyer de la fusion^ dVilleurs^ Thumidité des minerais^ un grillage défectueux «^ un cassage en trop gros morceaux ^ sont des causes de dérangement qui influent avec plus d'énergie sur le degré de chaleur et Tallure des petits fourneaux.

468. On pourrait admettre en principe^ que tous les minerais d'une richesse moyenne, produisant ^o à 5o p. y^ de fer cru et susceptibles d'être traités pour fonte blanche^ sans donner aucun vice au fer , doivent être fondus dans les flussofen ;; tandis que ceux qui produisent des fers défectueux, doivent être traités dans les hauts fourneaux, à une forte chaleur. Cette règle ne peut subir de modification que pour les minerais riches , qui du reste n'ont point de mauvaises qualités^ on pourra les réduire dans l'un et l'autre fourneaux, en les mélangeant avec des minerais pauvres et sans défaut : au reste c'est toujours de Isijbnte blanche ou mêlée qu'on doit en obtenir.

TOM. u

^DES COMBUSTifilES,

469. L'étude des combustibles estplus importante pour le maître .de forges que pcfur tous les autres métallurgistes praticiens. La grande Consommation de «es miatières^ même pour les établissemens qui n^ont quNine faible étendue^ le force d'^acquérir une connaissance parfaite de leur nature et d« leurs propriétés^ afin de diminuer ses frais dVpprovîsionnemeiit. U doit savoir apprécier leur effet ^ et Knfluçnce qu''ils peuvent exercer sur la qualité des produits. Vu le bas prix du fer ^ il est de la plus haute importance^ pour le sidérurgiste^ de les employer de la manière la plus avantageuse. Une consommation mî^l entendue peut détruire de fond en comble la prospérité de son industrie. Tout ce qui est relatif à Tachât et à la préparation des combustibles^ est regardé à juste titre comme une partie essentielle de Fart des forges^ ces objets oiit>^ avec le travail du fer^ une liaison plus intime qu'avec toutes les autres branches de la métallurgie.

470. Dans 1 extraction du fer^ le combustible sert à la Ibis comme moyen d'élever la température et comme agent chimique.' La féductibilité des oxides métalliques est très- Yariable. Les uns se réduisent au degré de chaleur qui liquéfie le métal désoxidé^ d'autres exigent pour se réduire un degré de chaleur plus élevé ^ et d'autres enfin une plus Lasse température. Les oxides de fer sont dans ce cas^ attendu que leur réduction peut s'opérer par le charbon à la chaleur rouge. D'autres agens ^ comme par exemple le soufre et sur- tout Fliydrogène^j les réduisent à la chaleur rouge brune ^ mais ici il ne peut être question que de la réduction effectuée par le charbon.

471. Le corps qu^oa veut réduire doît être en contaçf immédiat avec le, réactif« La flamme . seule ne pourrait produire Teifet demandé^ parce. <{u^ell&n''est que le résultat de la combinaison des matières combustibles avec To^-gène.~ Si donc ces matières doivent désoxider le fer^ U ne faut pas qu^elles. soient déjà brûlées. .

47,2; Il:paraltrait résulter des derniers paragraphes qu'ion trouverait de Favantage à employer les combustibles bruts ^ parce. que Fhydrogène qu'ails renferment contribuerait puisr samment à la réduction^ mais.rexpérience est loin de con- firmer cette opinion : Tliydrogène renferma dans les com-* bustibles non carbonisés ne se combine pas avec Foxigène du. métal ij mais il absorbe Foxigène contenu dans le combustible ^ à peu près dé là même manière que si le corps était soumis à la carbonisation. Des obstacles mécaniques^ jpints.d^ailleurs à la raison d^économie , font rejeter Femploi des combustibles à Fétat brut. Pour ce qui est de la houillei^ ses parties composantes agiraient d^une manière nuisible sur'la qualité du fer : iLfaut donc les soumettre à. une pré-^ paration^ et en séparer les substances qui-, dans, un air non condensé, peuvent brûler avec, flamme : c^estcequon ap^ pelle la carbonisation»

Tous les corps employés comme* combustibles^ le bois ^. la tourbe^ les houilles brunes ou noires, contiennent, outre le carbone, de Fhydrogène, de Foxigène et quelquefois aussi.de Fazote,dans des proportions telles, qu'^à une tem-r pérature convenable , au-dessous; même de la chaleur rouge et hors du contact de Fair, ces substances, forment avec une petite dose de carbone, de nouvelles combinaisons et se dégagent à Fétat d^eau, d^huile, de gaz combinés, d'acide acétique , etc. etc. Il paraltque ces nouveaux composés exigent, pour leur formation , d'autant moins de. carbone que la température est plus basse. Au^ reste, on est 'obligé de la varier dW combustible à un autre ^ il est assez vraisem-

hlable que le degré de chaleur doît augmenter avec la quantité de carbone contenue dans ces' matières inflammables. Préservé du contact de Fair, le charbon est inaltérable à la plus forte chaleur.

473. On^ voit diaprés ce qui précède ^ que le combustible cru considéré comme corps désoxidant ^ ne peut agir avec plus d"*énergîe que si préalablement il avait subi la carbonisation : car Teffet de Thydrogène se trouve neutralisé^ par Toxigène du combustible^ à une assez faible chaleur.

Les fréquentes variations dans la température ^ la prompte destruction des matières inflammables ^ la perte de carbone dont une plus grande partie s''échappe avec le gaz^ sans brûler^ sont des inconvéniens qui détruisent tous les avantages que semble promettre Femploi des combustibles bruts. H y a donc économie , lorsquW veut produire une chaleur continue^ à les carboniser^ parce que les charbons se consument très-lentement.

Ce n'*est que dans le cas où il faut éviter le contact immédiat et médiat du minerai ou du métal avec le combustible , et dans les travaux qui exigent un coup de feu violent plutôt que prolongé ^ qu^on doit préférer les matières inflammables brutes , à celles qui ont été carbonisées.

474* On ne doit point confondre la combustion avec la carbonisation^ elles sont diamétralement opposées: pour Tune , on évite le contact de Taîr, pour Fautre , il est indispensable. Les combustibles crus, exposés k la plus forte chaleur qu'on puisse produire dans nos fourneaux , ne subissent d'autre changement que celui de se convertir en charbon ^ et ce corps n^est susceptible de se volatiliser qu'^à Faide d'un courant de fluide électrique.

Si la carbonisation pouvait toujours s'effectuer sans le contact deFair dans des vases clos^ on obtiendrait tout le carboue qu'il est possible de retirer des combustibles, et Fon n'en perdrait que la dose qui est nécessaire pour former

les nouveaux composés dont il a été question au paragraphe (472)^ maïs cette manière de procéder serait dispendieuse dans les opérations en grand*'. On en brûle donc une partie pour élever la température et pour carboniser le reste.

47,5. LHnflammabilité des combustibles est en rapport inverse de leur richesse en charbon. Une chaleur rapide ^ une flamme vive^ mais passagère, ne peuvent donc s^obtenîr quWec celles de ces substances qui ne renferment pas une grande quantité de carbone. D''un autre côté , plus les combustibles sont poreux., plus ils s''enflamment facilement^ et les charbons qu ils produisent suivent la même loi. L^inflammabilité décroissant , depuis la paille sèche , le bois, la houille , jusqu'au diamant ou jusqu^au graphite et Tanthracite, en fournit la preuve. On peut conclure de ces faits, -que Fhydrogène contenu dans les combustibles doit augmenter leur inflammabilité. Les charbons sont d^ailleurs d^autant plus poreux, et par suite d'autant plus inflammables, que les combustibles crus dont ils proviennent renferment plus dliydrogène.

Il en existe qui sont tellement peu inflammables, qu'ails ne brûlent que dans un air condensé.

476- Il ^t prouvé depuis long-temps par Fexperience, qu^à volume égal , les charbons pesans développent le plus de chaleur^ mais à poids égaux, on ne connaît pas leur

* Cette méthode se pratique près des grandes villes y où le bois est très-cher et où Ton peut trouver un facile de'bit des produits de la distillation. On peut , dans ce cas , réunir le combustible sur des points déterminés, parce qu^il s^agit moins d^ëconomiser les frais de transport que la matière première. Il en serait tout autrement dans les usines où les dépenses occasionnées par le chariage , excéderaient souvent la valeur du bois. Il parait d^ailleurs que le charbon obtenu par la distillation du bois dont on extrait du vinaigre, est plus léger , et donne beaucoup moins de chaleur que celui qu^on obtient dans des meules ^ par les. procédés ordinaires: cette différence n^est due qu^à la manière dVpérer , ou pour mieux dire au degré de chaleur employé. Le T.

effet d^une manière aussi positive. Cet ettet n'est'pas entièrement proportionnel à leur pesanteur spécifique^ ce sont les charbons légers qui ^ dans ce cas ^ paraissent d^ gager le plus de chaleur ^. Mais le rapport des effets produits^ et la raison qui peut motiver cette différence^ voilà ce qu'ail s'^agirait d^examiner encore.

477. Nous ne devons point négliger Tétude-des combustibles bruts , puisqu'^entre leurs propriétés "et celles de leurs charbons^ il existe tant d^analogie. Les résidus de la combustion de Tune et de Tautre substance^ sont les cendres.

Le degré de température auquel les charbons commencent à brûler^ est encore un sujet de contestations parmi les chimistes. Il paraîtrait résulter des expériences de Rumfort^ que le carbone se combine avec Foxigène et se change en acide carbonique ^ à un degré de température bien audessous de celui où il brûle d^une manière Visible : mais ces expériences n ont pas été faites avec du charbon pur, qui^ du reste ^ brûle toujours sans flamme^ tout en. produisant le plus haut degré de température. Il ne résulte, d^une lente combustion , qu un faible dégagement de chaleur. En général , les charbons doivent brûler dans un temps déterminé par leur porosité. Si la combustion est trop rapide , la température peut s'^éjever momentanément au plus haut degré que le charbon puisse produire, mais cette chaleur est très-passagère, et Teffet devient aussi incomplet, qu^ si le charbon se consumait avec trop de lenteur.

La dudrée du temps la plus, avantageuse pour la combustion, est -elle la même pour des poids égaux de charbons durs et de charbons légers? La solution de cette ques-

* Quand oa veut produire un haut degré- de xbaleur , it fimt né* cessairement employer du charbon dur; on manquerait son but, quelle que fut la quantité de cbarbon tendre qu'on brûlerait : dans ce cas , <m ne peut établir aucune comparabon entre oes oombustibles. Le T..

tion reste encore abandonnée aux recherches des physiciens. Si les divers charbons produisaient par la combustion^ dans des temps égaux ^ des effets proportionnels^ il suffirait à^en examiner une seule espèce^ de déterminer le temps ou la densité de Tair qui donnerait le maximun d'^effet ^ et de chercher ensuite les rapports qui existeraient entre les densités de Tair qu^on devrait employer^ pour brûler les autres charbons pendant ce temps.