O.ODo

tr.nce.. .

trace.. .

Marig.iiièse

Cuivre

Ni<kel

Coljill.

Aluminium

Tilanc.

l^laf;rlé^iulu

ArSfMiic

Quand on laisse solidifier très lenlement le fer de nuance blanche il devient gris et le fer gris refroidi rapidement devient blanc. La cause de cette différence est compréhensilile, seulement en supposant qu'il y a une étendue limitée de température, probablement jirès du point de solidification du métal, dans laquelle le carbone se sépare du fer, et que la quantité de carbone séparé, dans un cas donné, est proportionnelle au temps que la gueuse qui refroidit meta traverser cette gradation de températures. Néanmoins, la présence du silice jouerait un grand rôle dans la séparation du carbone comme graphite. Le silice, aussi bien que le carbone, rend le fer plus fusible; mais commele fer contenant du silice se produit à une haute température, le temps qu'il prend pour refroidir donne le moyen au carbone de se séparer et, en conséquence, nous trouvons que le fer gris contient beaucoup plus de silice que le 1er blanc. Le soufre se trouve dans beaucoup de minerais de fer et dans presque tous les charbons minéraux. Plus le fourneau est chaud et plus les cendres sont basiques, plus il y aura de soufre rejeté dans les escarbilles. Quand les conditions opposées existent, une grande partie du soufre contenu dans la charge du fourneau se trouvera dans la gueuse. L'influence qu'il exerce n'a pas été déterminée avecprécibion. D'après Eggertz, 0,4 p. lOl) de soufre rend la gueuse plus forte et plus tachetée. Le fera canon de Suède contient de 0,07 à 0,1 p. 100 de soufre. C'est une opii^ion générale parmi les fondeurs que le soufre rend la gueuse plus dure, plus blanche et plus infusiblo, mais on n'a pas de preuves expéri-

FER

mentales à ce sujet. Le phosphore est presque toujours présent dans la foule; peu de minerais de fer ou do calcaires en sont absolument exempts ; il rend la fonle plus liquide quand elle est en fusion; et cristalline, et dure quand clic est solidifiée. En conséquence, le phosphore est utile dans les nioula.^es soignés, paice qu"il remplit bien les moules et qu'il fait ressortir les contours délicats avec la plus iirande finesse. — Fer forgé ou fer doux. La plus grande partie du fer forgé dans les arts esl obtenu de la gueuse en enlevant le carbone, le silice, etc., an moyen de l'oxydalion dans

Haut fjunic;iu alktiiaiid

des fourneaux à réverbôre. (Voy. MANUFACTUitE DU FEn.) L'homogénéité du produit dépend du fini du travail et celui-ci à son lour dépend de la température et de la fusibilité du laitier. La gravité spécifique du fer forgé dilfère suivant la manière dont il est travaillé. Les déterminations suivantes sont celles do Kirkaldy ; le fer laminé do 7'7626 à 7-2898; lofer battu, de 7-8067 à 7-7200; la tôle, de 7-74)9 à 7-b381. Les propriétés physiques du fer forgé sont intimement en rapport avec sa composition chimique. Le carbone est presque toujours présent en petites quantités; sans lui, le fer est susceptible de prendre l'oxyde de fei-; il se rouille ou se brûle. Le silice rend le fercassaut et, comme on l'a déjà remarqué, plus fusilile. Le soufre rend le fer cassant à la chaleur rouge; le phosphore, au contraire, le rend cassant quand il est froid. L'etfet du phosphore sur le fer forgé dili'ère suivant le travail auquel celui-ci a été soumis; sa tendance, même quand il n'existe que dans la proportion de 0,1 p. dOO, est de donner au fer une grossière texture cristalline; mais si le phosphore ne se trouve pas en trop grande quantité et si le fer est étiré à une étendue telle qu'à une fracture lente il montre une structure fibreuse, le métal devient à la fois fort et tenace. — Fokce du fer. La force de la fonte et du fer doux varie dansdes limites étendues. La fonle esl inférieure en foice au fer doux, quand elle esl exposée à une foi ce de tension, de torsion ou transversale; mais elle oppose une très grande résistance à la compression. La fonle ne s'allonge que légèrement par la tension, à cause de sa rigidité, tandis que le f;r forgé s'allonge considérablemenl. En eslinianl la force de tension, on doit tenir comple de la surface rompue aussi bien que de la surface primitive. — MANUFACTunE du fer. Le fer est réduit de son minerai j ar une simple

FER

opération, exigeant seuloment que le minerai soit mis en conlact avec des combustibles embrasés dans un lieu dos, ou au milieu du feu ; il n'est donc pas surprenant que ce procédé ait été employé dans l'antiquité la plus reculée. Suivant Diodore, les Egyptiens attribuaient l'art de travailler le fer à Osiris, lour grande divinité nationale, admoltanl ainsi que cet art était connu de temps immémorial. Layard a découvert à Nimrud un grand nombre de spécimens, moiilranl que les Assyriens possédaient une grande cuniiaissance et une habileté consommée à travailler ces métaux. La plupart de ces spécimens ayant été entièrenienl convertis en oxyde, tombèrent en pièces quand on les toucha. Parmi ces objels,se trouvaient des plaques d'armure, des poignards, des boucliers, des fers de lances et de flèches, un pic, une scie à deux mains et des objets de bronze combinés avec le fer (le premier ayant été coulé autour du second). On a découvert des ornements de fer des anciens Chaldéens, mais aucun outil, ce qui prouve que, pour eux, le fer était encore un métal précieux. On trouve dans l'Inde les preuves les plus remarquables des progrès faits par les anciens dans la métallurgie du l'ei-, bien que cet art, tel qu'il y est aujourd liui pratiqué, soit encore excessivement simple et grossier. Dans les ruines des temples, on a trouvé des poutres en fer, dont l'une mesure 24 pieds de long et 8 pouces de seclion. A Delhi, la fameuse colonne en fer forgé, appelée Cutlub Minar, dansla mosquée de Cultul) .Shaw, a plus de 48 pieds de long. Son diamélro, à l'extrémité inférieure, esl d'environ 10 pouces et demi; à son oxlrémité supérieure, elle esl de 12 pouces. Elle cunlienl environ 80 pieds cubes de métal et peso 17 tonnes. On suppose qu'elle fut érigée 319 ans ap. J.-C. Comment une lellc pièce a-t-elle pu être forgée'? cela reste un mystère. — Une simple conslruction en argile ou creusée dans le Haiic d'une colline, avec des ouvertures au fond pour le passage d'un courant d'air ou d'un vent artificiel, est tout l'appareil requis pour fabriquer le fer. Les fourneaux de l'Iiido ont habituellement de 3 à 0 pieds de haut el de 10 à 18 pouces en diamètre. Le vent, fourni par des soiifUets en peaux, est poussé dans le fourneau à travers des tuyères d'argile. Le fourneau esl chargé alternativement avec du minerai et du charbon jusqu'à ce que la quantité requise de minerai y ail été mise. Après avoir soufflé pendant une période de 3 à '18 lieures, on relire du fourneau une masse do fer tendre et malléable, mêlée de cendres, soit en brisant la [lartie basse de la construction, soil en enlevant avec des pinces la loupe par l'extrémité supérieure. Le poids de la loupe varie de 4 ou 6 jusqu'à 200 livres; elle est battue pondant qu'elle est encore chaude, chaulfée et maitelée do nouveau, jusqu'à ce que la plus grande partie de la crosse en ait été rejetée. En Styrie et en Angleterre, les traces dos anciennes manufactures sont abondantes; la méthode employée différait de celle qui est en usage à présent dans l'Inde. Le charbon et le minerai étaient placés dans un fourneau composé d'un petit foyer, généralement rectangulaire, pourvu d'une tuyère dans le mur de fond el ressemblant à la forge d'un foigeron. Celle forme de fourneau esl parvenue jusqu'à nos jours el on s'en sert encore dans beaucoup de localités. La forge catalane, dont on se sert principalement dans les Pyrénées, el la forge américaine (forge modifiée do l'Allemagne), en usage seulement au Canada et dans la partie septentrionale de l'étal de N'ew- York, sont les exemples les plus remarquables de l'ancienne méthode. (Voy. Eorge.) La nature du procédé dans les bas fourneaux est extiêmement simple. Le fer contenu dans le minerai est réduit par le carbone el par l'oxyde carbonique, et, n'étant pas fusible

FER

à la température du fourneau, s agglutine en une masse pâteuse qui tombe gra'luellemenl et s'accumule dans le fond du fourneau. C'est pourquoi on ne peut jamais obtenir un/ réduction complète dans les bas fourneaux, et, en conséquence, de riches minerais sont les seuls employés pour ce procédé. Le fer jiroduit dans de tell'-..~ conditions est généralement de qualité sup.'i 'eure, parce q:'.e les inqiurelés du minerai pa ■•ent dans les cendres, mais il estsujcl àraanq ur d'uniformitédanssa structure et sa comp'jition. Le progiès de développement, depui.- les bus fourneaux jusqu'au haut fourneau moùerne, a été lent; et ce ne fut pas avant la découverti; de l'art de faire des moulages el de convertir la foute en fer forgé, que la métallurgie moderne du fer pril son essor. D'après 'V'erlit, la fonte était connue en Hollandeauxiii* siècle, et en 1400 on faisait en Alsace des plaques de poêles. On a trouvé, dans le Sussex (Angleterre), d'anciennes fontes ornementales; Lower fait remonter leur fabrication auxiv" siècle, mais Karsten dit que la production systématique du fer pour les usages de la fonderie ne doit pas remonter au delà de la fin du xv" siècle. D'après Lower, le premier canon de fonte fait en Angleterre fut coulé par Holph llogge, en 1043. En Styrie, où les minerais spalhiques purs ont été régulièrement fondus depuis l'année 712, il y avait, en lG2o, 19 Stùkôfi-n ou Wolfôfen ifourneaux locaux de 10 à 16 pieds deliaul),produisantparticulièroment du fer malléable que l'on en sortait en une masse (Sluck ou Wolf). En 1700, on introduisit les Flossofcn de 2"> pieds de haut, et l'on fit continuellement el régulièrement de la foute blanche. Ce fer élail ensuite décarburé el converti en fer forgé dans des foyers à charbon de bois. Depuis cette époque, les Stiikôfcn disparurent graduellement. Les FlûSkôfcn s'agrandirenlpeu à peu, cl devinrent des Blanofen ou Blaseofon ; en l-Oi, il y en avait 34-cn Styrie. Ces fourneaux ont de 28 à 46 pieds de haut; ils dill'érent du haut fourneau moderne, principalemenl en ce qu'ils sont fermés et qu'ils ont des coulées pour le fer el le laitier; tandis que le haut fourneau possède un foyer ouvert devant, destiné sans doute, à son origine, à permeltre d'enlever le fer liquide pour le moulage, el conservé généralemonl maintenant, en raison de la facilité d'accès qu'il donne dans l'intérieur du foyer du fourneau, pour le cas d'obstructions ou de dépôts que l'on aurait à enlever. Dans les dernières années, on a adopté avec succès la (7(i>«c ou fermeture antérieure, pour les grands fourneaux, mais la construction du foyer antérieur est encore celle que l'on préfère. En augmentant la hauteur des fourneaux et la force du vent, on a eu pour résultat intiuédiat une extraction plus parfaite du fer et unegrandeéconomiede combustible. En ajoutant de la chaux commefondanlaux minerais calcaires, on facilite également l'extraction du fer, et les cendres ainsi formées, au liou de contenir beaucoup de for, connue c'était le cas auparavant, conlienncnt seulement les ingrédients terreux du minerai, et très peu de fer. Les cendres produites dans les bas fourneaux ont été pendant longtemps fondues avec succès dans les Btaiwfen. — Le haut fourneau consiste en une construction verticale, de section circulaire, garnie de briques réfraclaires. La partie la plus basse esl ordinaiioment on forme do cylindre; on lui donne le nom do foyer. On bâtit dansla maçonnerie du foyer les tuyères (au nombre de doux à huit); ces tuyères sont des cônes tronqués et creux, en métal ; un courant constant d'eau froide les lafraichil. L'cxlrémilé dos tuyaux qui projotleiit le vent passe dans ces tuyères.'La partie du foyer au-dessous des tuyères s'appelle le creuset, c'est là où le fer et les scories s'accumulcntjusqu'à l'ouverture do la coulée. Les considéiations suivanles

FER

sonl celles qui doivent iléterminer les dimensions et li's formes extérieures dos ii.uils fourneaux. La température olitenuo daii^ ie foyer et de laquelle défiendenl la nature ol la qualilc du Ici", est le résultat de plusieurs facteurs, tels que la pression nu int['odur'l;on du vent, la qualité et la quantité du conibustiblc et le dianii'lre du foyer. On trouve facilementcedernier, quand on connaît les antres facteurs. Le travail régulier d'un fourneau dépend principalement de la descente régulière des cliarges. Comme la charge diminue de volume en descendant, ce (pii est dû à la réduction du for et à la i^ombustion des matières mêlées au minerai, la capacité du fourneau doit diminuer en conséquence, c'est-à-dire que les parois doivent se rétrécir par eu bas. Notre gravure représente la section verticale du foyer antérieur d'un haut fourneau allemand, construit entièrement en maçonnerie. Sa hauteur est de 48 pieds et son plus firand diamètre est do 14 pieds. — Les accessoires essentiels d'un haut fourneau sont: les machines soufllantes, les fours à vents chauds et le rnonte-charpe. Une des plus grandes machines soufllantes ([ui aient été cunslruitcs est la machine à balancier, de Dowlais, dans le comté de Galles. Le procédé du haut fourneau réduit à sa forme la plus simple est le suivant : on cbai'ge le fourneau avec du minerai. du combustible et du calcaire, et ces matières desrendent t;railuellenienl dans le fourneau à mesure qiuî la fusn)n s'opère. L'air projeté par la machine souillante, venant en contact avec le combustilile incandescent, est converti en gaz acide carbonique; mais, prenant rapidement un autre atome do carbone, il est réduit en osydc carbonique, lequel avec l'azote inerte de l'air, monte à travers les charges descendantes, enlève'l'oxygène du minerai et sort de la bouche du fourneau sous forme d'acide carbonique. Quand le fer réduit atteint le voisinage des tuyères, il s'empare du carbone; il fond et tombe dans le creuset du fourneau, tandis que les matières terreuses du minerai forment le laitier en se niClaut au combustible qui coule également dans le creuset et Hotte à la suiface du for en fusion. A des intervalles réguliers, on coule la fonte dans des moules de sable ou de fer, où elle se refroidit en gueuses. L'explication précédente fait connaître simplement le procédé général et le résultat liual d'une opération dans un haut fourneau. Les phénomènes de la fonte du fer ont été récemment l'objet de savantes recherches et nous devons principalement nos connaissances actuelles aux études de 13cll cn.'Vnglelerre, deTunner en Autriche, d'Akermann en Suède et de Gruner en France. Ce qui suit contient les principaux résultats de ces investigations, spécialement de ccllesde 1. Lowthian Bell, qui a donne les conclusions les plus étendues, les plus utili;s et les plus importantes. Les réactions léciproqui.'S du carbone, do l'acide carboniciue, de l'oxyde carbonique, du fer métallique et, de l'oxyde do fer sont exprimées dans les formules suivantes : Fe^ O'J ■\-yCO = x\.'c-\- yCO-; œFe -f yCO'= Fe' Ou -f î/CU ; xl'^e -\-yCO = Fe ^ On + yC : n'e Ov — ' -f CO = Fe-^ 0" -|- C ; 2 Fc^ 0'J+ijC=^ i/CO ' + 2 a;Fe ; CU^ -f G = 2C0. Ces réactions montrent que, non-seulementl'oxyde carbonique absorbe l'oxygène de l'oxyde de fer, mais qu'il communique aussi l'oxygène au fer métallique et à ses oxydes", que l'acide carbonique, qui résulte de la réduction du fer par le carbone ou par l'oxyde carbonique, peut aussi oxyder le fer métallique et que l'acide carbonique est susceptible de prendre un second atome de carbone.

— Fer FOuoiJou j'cr doux. C'est le produit direct du minerai ou de la gueuse, liansle premier cas, le procédé consiste à réduire le fer de son oxyde; dans le second cas, il consiste dans l'oxydation du carbone, du silice, etc., de la gueuse. Quoique le fer produit dans les

FER

bas fourneaux et dans les foi'gescatalanessoit habituellemenl d'une grande, pureté, le procédé direct a presque complètement disparu des contrées civilisées, comme n'étant pas capable de rivaliser commercialement avec la production indirecte du fer tor;;é provenant de la gueuse, cl en raison de la petite quantité obtenue, de la perte du fer et de la nécessité d'employer do riches minerais et des charbons de première qualité. (Voy. Forges.) La conversion de la gueuse en fer' forgé s'elfectue, soit dans des foyers semblables aux foyers des forges catalanes ou dans un fourneau à réverbère. La nalure du procédé est la même pour les deux cas, et consiste dans l'oxydation du silice, du manganèse, du carbone, du phosphore, du soufre, etc., de la gueuse, par l'oxygène de l'air et aussi par celui de l'oxyde de fer. On ajoute généralement ce dernier; mais il se forme toujours pendant l'opéi'ation elle-même. L'oxygène sous la forme solide est le plus actif, parce qu'il peut être intimement incorporé avec le ter, tandis que l'oxygène de l'air agit seulement sur la surface de contact. "L'ordre dans lequel les substances étrangères de la gueuse sont libérées, est l'ordre dans lequel elles ont été nommées ci-dessus. Le fer est aussi promptement oxydé et forme avec le silice résultant de l'oxydation du silicium, un silicate de fer basique, ou cendres qui réagissent sur le carbone et sur b: silicium restants, les convertissent en oxydes, pendant «[u'une quantité équivalente de fer mélallique est réduite. Ainsi le fer sert de véhicule d'oxygène pour les éléments non métalliques. Cet échange d'éléments continue jusqu'à ce que le fer soit presque ou entièrement décarbiiré. — Le puddiage consiste à faire fondre la gueuse sur le lit d'un four à réverbère ch.iulfé par la flamme, et à la remuer activement dans une atmosphère oxydée, jusqu'àce qu'elle devienne malléable. Ce procédé fut, en premier lieu, introduit en Angleterre par Henry Corten 17S4. Les parties essentielles d'un four à puddler sont : la grille, le foyer et le tuyau de cheminée. Le tirage du feu est effectué par une haute cheminée et souvent on ménage un courant d'air sous la grille. La qualité du fer forgé produit par le puddiage, dépend de la composition des gueuses que l'on emploie et des soins apportés au travail. Le déplacement du silicium et du carbone est facilement obtenu par un bon travail, mais le phosphore et le soufre ne sont jamais entièrement expulsés. D'après Harry on élimine ordinairement 7a à 80 p. -100 de phosphore et 80 p. 100 de soufre. La manière de déplacer le phosphore est quelque p.eu douteuse.

Quand le fer est arrivé à un état convenable de consistance, on rainasse en boules pesant

FER

rotateur de Burden, qui consiste en un cylindre faisant sa révolution excentriquement dans un châssis concave, ce qui comprime la boule. DO pilon ou marteau, on conduit la boule encore chaude au laminoir, là elle est passée à travers diliércntes rainures et transformée en plaque ou eu barre. Elle est chauffée de nouveau et [lasséo au cylindre [)our être livrée au commerce. — L'opération du puddiage demande une grande force musculaire et une grande patience. On a fait plusieurs essais pour substituer des machines au travail manuel. Samuel Uanks, de Cincinnati, a construit et introduit la première machine àpuddler rotative qui soit pratique eleflicace. — La gueuse peut être complètement décarbiiréc par la chaleur dans une atmosphère oxydante, h. une température moindre que celle delafusion. Le déplacementdu carbone s'effectue graduellement et lentement de la surface au centre. On emploie seulement ce procédé pour les articles ayant moins d'un pouce d'épaisseur, à cause du temps qu'il faut pour opérer la conversion. La fonte blanche, qui se prête le mieux à ce procédé, est coulée dans des moules et les objets ainsi obtenus sont enfermés dans de l'oxyde de fer et exposés à la chaleur rouge pendant cinq ou six jours. Quand ils ont refroidi, on les retire , ils sont alors souples et malléables, si toutefois le fer avec lequel ils ont été formés est do qualité conven.ible et si la conversion a été opérée uniformément. — Dans ces dernières années on a fait plusieurs essais pour obtenir le fer forgé et l'acier directement du minerai, sans employer le hautfourneau. Ces procédés directs diffèrent de celui des forges catalanes, dans lesquelles on obtient le même résultat, par la réduction du minerai à une température au-dessous de la fusion. — Minerai de fer. Le terme minerai de fer est limité aux oxydes de fer, qui sont souvent combinés avec l'eau ou avec l'acide carbonique. D'autres composés de fer, comme le sulfure, ne sont pas propres à la fabrication du fer. Le terme minerai de fer est donc limité aux dépôts d'une pureté et d'une richesse suffisante pour rendre profitable leur emploi industriel. Les oxydes l'errique et magnétique se rencontrent quelquefois presque purs; on les appelle respectivement hématite (hématite rouge ou hématite anhydre) et magnétite. L'oxyde ferrique se rencontre aussi en combinaison avec l'eau dans diverses proportions définies; ces composés sont appelés hématite hydratée ou hématite brune. L'oxyde ferreux est un composant de beaucoup de minéraux, mais seul le carbonate ferreux est important comme minerai de fer; il est connu sous le nom de minerai spathique. Les minerais de fer peuvent se grouper comme suit :

FUHMK CmSTiLLlNB

Gravité

spfcilliiue

COULEDR DB LA POUORB

ftr

Ici4t

niitill.

Eau

carbo-

p. lOi)

OKioa

HÉMlTtTE . ,

Liiiionile . .

X;uitho^ideii

LiMOMTE. . .

GoLtiito. . . .

Tuigile

Oxyde ferrigiie. — Hcmatite rouge,

. |l"c' 0' lUeiagonale 1 5. 3-6. 5 14.5-5. 31 Du rouge cerise au brun rougcàtrc.

Oxyde ferrique hydraté. — Bématite brune.

Va'- 0', 3 H» 0 Fi;2 0'-. i W- 0 i Vc- O'. ,1 H' 0 Fe= 0^ IV- 0 iFe«02,H-0

Massive

Massive ou libreuse .Massive ou terreuse Orthorhombique ..

Massive

Du brun jaunâtre au jaune rouille.

Ocre jaune

Brun jaunâtre

Du brunâtre au jaune d'ocre

Rougeàtre