DESCRIPTION ET CONSTRUCTION

2(0. Les hauts fourneaux employés à la réduction des minerais de fer { pl. 111) sont des espèces de tours en maçonnerie , au centre desquelles est un vide qu’on nomme destiné à recevoir le combustible et le minerai : c’est le laboratoire où s’opère la fusion, à l’aide d’une forte chaleur et par le contact des charbons embrasés; ses formes et ses dimensions ont la plus grande influence sur la marche du travail.

Les principales parties de la cuve sont :

Le gueulard^ ouverture supérieure par laquelle on introduit la charge ;

Le foyer supérieur , dont la partie la plus large prend le nom de ventre ;

Les étalages, pyramide tronquée ou cône tronqué, qui réunit le ventre à l’ouvrage;

ouvrage , pyramide tronquée, composée de quatre plans qui partent des étalages : trois de ces plans descendent jusqu’à la sole ou pierre de fond; le quatrième s’arrête à une distance de la sole égale à la profondeur qii’onveut donner au creuset, dont on ménage ainsi l’ouverture ; '

Le creuset , espace destiné à recevoir les matières fondues. Si les quatre plans de l’ouvrage étaient prolongés jusqu’.à la sole, le creuset ne serait autre chose que le prolongement de l’ouvrage ; mais pour lui donner plus de capacité , on l’étcnd en dehors et sous la face qui n’a pas

PROCÉDÉS UE FABIUGATI05

été descendue jusqu’à la sole : celte dernière face est terminée par une pierre renforcée par une plaque de fonte, appelée tympe, qui donne son nom à l’ouverture du creuset, laquelle ouverture est fermée par une pierre qu’on nomme dame.

Tout l’espace compris entre le gueulard et le ventre se nomme grande masse, charge ou cheminée supérieur» ; la partie de la cuve qui est au-dessous du ventre est désignée par le nom de grand foyer ^ la partie comprise entre le creuset et le ventre est appelée petite masse ou cheminée inférieure.

La forme extérieure des fourneaux est peu importante ; elle présente ordinairement l’aspect d’un cône tronqué ou d’une jîjramide tronquée, quelquefois d’une pyramide tronquée surmontant un prisme ; le mur extérieur est en talus , pour lui donner plus de solidité. La hauteur audessus du sol varie depuis 6 jusqu’à 20 mètres ; la hauteur moyenne des fourneaux à charbon de bois est de 8 à lO mètres.

La maçonnerie de la surface intérieure, celte qui forme la cuve, se nomme paroi: elle est construite en pierres ou briques réfractaires. Dans les grands fourneaux, destinés à supporter une très forte chaleur, on ne se borne pas à un seul mur de paroi; on en construit un second, concentrique au premier, et quelquefois même un troisième ; ces murs supplémentaires, ou fausses parois , ne sont pas liées,enlre eux ni à la paroi principale ; ils sont séparés par un espace de O”, 15 environ, qu’on remplit de briques pilées, d’argile ou de fragmens de laitiers, pour concentrer la chaleur dans la cuve et permettre aux parois de se dilater sans faire ouvrir l’enveloppe extérieure. En dehors des parois est la maçonnerie de l’enveloppe , qu’on nomme

fA)M6/e-/«u/ <ii7/ewent; l’inlervallc laissé entre ce mur et les parois est aussi rempli de matériaux propres à concentrer la chaleur. Le double muraillement est consolidé par des liens en fer.

Des embrasures sont ménagées dans toute l’épaisseurdu massif pour pouvoir approcher du creuset et de la tuyère ; la première est particulièrement désignée sous le nom à’ embrasure du travail. La partie des paroismise à nu par l’embrasure du travail se nomme poitrine du fourneau.

La plate-forme, ou plan supérieur du fourneau, est entourée d’un mur de 3 mètres de hauteur, appelé bataille, qui a pour objet de prévenir les incendies et d’empêcher que la flamme ne soit refoulée par le vent.

Dans quelques fourneaux, on élève autour du gueulard un mur de 0"',30 à 0“, 60 de hauteur, recouvert par des plaques de fonte, et formant un prolongement de la cuve, qu’on nomme petite masse supérieure, bure ou courtine.

Comme il est très essentiel que le fourneau soit exempt d’humidité, on pratique dans l’épaisseur du double muraillcment des canaux d’évaporation pour le dégagement des vapeurs; dans quelques localités, ils sont suppléés par les joints de la maçonnerie, qui est faite en pierres sèches. Des canaux semblables doivent être ménagés dans les fondations, particulièrement sous la pierre de fond.

U\. Les matériaux les plus réfractaires doivent être employés pour la cuve , surtout pour l’ouvrage et le creuset. On emploie de préférence le grès à grains fins, sans veines ferrugineuses, ensuite le granit, le porphyre, le gneiss, le schiste micacé, etc. 11 faut éprouver ces substances en les soumettant .à l’action d’une chaleur violente , suivie d’un refroidissement subit. Lorsqu’il est diflicilc de se procurer

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de bonnes pierres, on les réserve pour le creuset et l’ouvrage; le reste de la cuve se fait en briques réfractaires, fortement cuite. Enfin, à défaut de pierres, on peut former le creuset de l’ouvrage avec un pisé d’argile blanche réfractaire (composéen grande partie de silice et d’alumine, ne contenant que le moins possible de la chaux et des oxides métalliques) et de débris de briques aussi réfractaires. Le mortier dont on fait usage est lui-même une pâte liquide d’argile réfractaire.

Le creuset, l’ouvrage et les étalages sont ordinairement détruits après chaque fondage, et il faut les refaire â neuf pour le fondage suivant, ces parties de la cuve sont, pour cette raison, rendues indépendantes du reste de.s parois, qui durent plusieurs campagnes.

Lorsque l’on construit en pierres l’ouvrage et le creuset, on commence par étabür la pierre de fond ou la 5ole bien horizontale, surun lit de 16 à 30 centimètres de sable, et, autant que possible, d’une seule pièce. Sur la sole on place trois pierres qui forment la face postérieure du creuset, qu’on appelle la rustine, et les deux faces latérales qu’on appelle \gs coslières ; l’une, costière de tuyères; l’autre, costière de contrevent. Lorsqu’il n’y a qu’une seule tuyère, les faces internes de ces pierres doivent être taillées suivant la pente voulue, et très unies; il en est de même des faces latérales de la rustine, contre lesquelles s’appliquent les costières. Au dessus, on place plusieurs autres rangs de pierres, jusqu’à la hauteur où l’ouvrage doit s’élever ; celles qui reposent immédiatement sur les costières s’appellent les pierres du vent; l’une d’elle est entaillée pour le passage delà tuyère. Ces trois faces de l’ouvrage étant terminées, on place la pierre de tympes, reposant sur les costières et appliquée contre les pierres du vent. Au-dessus

DAHS LES FOHGES. 45

de la pierre de tynape,d’aulres pierres terminent la quatrième face de l’ouvrage.

Les costièrcs qui dépassent la pierre de tympe forment, par leur prolongement , Y avant-creuset, ou la partie du creuset qui s’avance sous la poitrine du fourneau, et qui est ouverte par le haut. C’est par cette ouverture que l’on peut introduire les ringards et puiser la fonte.

La pierre appelée dame, qui ferme le creuset par devant, se place entre les costières, laissant du côté de l’une d’elles, ordinairement celle du contrevent, une ouverture de 6 à 8 centimètres pour le trou de coulée , que l’on bouche avec de la terre glaise jusqu’au moment de donner issue à la fonte. Sur la dame est appuyée une plaque de fonte inclinée, que l’on nomme gentilhomme, et sur laquelle s’écoulent les laitiers quand le creuset estplein.

L’espace vide qui reste entre les pierres de l’ouvrage et le massif se remplit avec du sable de briques , des pierres concassées.

On mure extérieurementla tympe et les pierres de tuyère, pour les préserver du contact de l’air, et on les recouvre de plaques de fonte.

Lorsque l’ouvrage et lecreuset doivent être construits en pisé, on procède d’une manière analogue. On commence par former la sole par couches de 10Ô12 centimètres bien damées; ensuite on élève les côtés, en remplissant de pisé l’espace qui reste entre la maçonnerie et une caisse ayant exactement la forme de la cavité à former : cette caisse se divise en plusieurs parties, que l’on place successivement l’une au-dessus de l’autre à mesure que la construction s’élève, et que l’on retire par le gueulard, en les brisant s’il le faut, lorsqu’elle est achevée. Le devant du creuset doit

PROCÉDÉS DE PaBRICATIOX

toujours être garni de pierres, pour éviter les dégradations qui auraient lieu pendant le travail.

> OONSIDÉBATIONS BELATIVES AÜX FOBUES ET AUX DIMEKSIOHS DES DIFFÉRENTES PARTIES.

42. ouvrage, partie principale des hauts fournaux, a reçu une forme évasée pour faciliter la descente des charges. On fait ordinairement les ouvrages étroits et élevés , afin d’obtenir une chaleur plus intense dans cette partie de la cuve où s’opère la fusion du minerai ; cette intensité, toutes choses égales d’ailleurs, résultant de l’action du vent donné par le soufllet, qui sera d’autant plus puissante qu’elle s’exercera dans un espace plus resserré. Les ouvrages bas et larges ne peuvent être donnés qu’aux fourneaux où l’on traite des minerais très fusibles. Le rétrécbsement de l’ouvrage trouve sa limite dans la qualité plus ou moins réfractaire des matériaux qu'on emploie à sa construction.

Dans les fourneaux à charbon de bois, et pour fondre des minerais réfractaires, les dimensions de l’ouvrage doivent être : hauteur, l'°,88 au moins; largeur dans le bas, 0",60.

Dans les fourneaux à coke, il faut augmenter la largeur, à cause de la forte chaleur qui s’y développe, et qui détruirait les parois ; cette dimension est portée à 0™, 60, et la hauteur est augmentée à peu près dans la même proportion.

Les différentes parties de l’ouvrage ont reçu dans quelques établissemens des dispositions particulières, qui se sont conservées sans avoir été soumises à un examen raisonné. 11 faut éviter en général toutes les formes irrégu-

Hères : l’axe de l’ouvrage doit toujours se confondre avec celui de la cuve. Lorsqu’il est plus rapproché d’un côté que de l’autre, il en résulte un effet nuisible sur l’allure do fourneau, par les descentes obliques et les éboulemens qui se produisent, et par l’inégale répartition du vent qui se porte principalement du côté où la pente des étalages est le moins rapide.

Les étalages ayant pour objet de conduire du ventre à l’ouvrage, par une pente convenable, le charbon et le minerai, leur inclinaison doit être réglée en raison delà densité des charbons, delà force du vent, et de la fusibilité du minerai. Cette partie de la construction ne parait pas encore établie sur des principes bien certains. Les angles que les étalages forment avec l'horizon sont en général voisins de 60 degrés ; ils doivent se raccorder, par des courbes très adoucies, aux parties des parois qu’ils sont destinés ù réunir.

La cheminée supérieure va en s’élargissant depuis le gueulard jusqu’au ventre, où elle atteint sa plus grande largeur, afin que les charges, à mesure qu’elles descendent, se répandent sur une plusgrande surface, que le tassement et la pression sur les couches inférieures soient moindres, et que l’air et les gaz enflammés puissent circuler facilement dans toute la masse. Celte disposition a aussi pour but de réfléchir et de concentrer la chaleur dans l’intérieur de la cuve. Une limite à la largeur du ventre est donnée par la nécessité de conserver à la couche de charbon une épaisseur suffisante poursoutenirle minerai, afin qu’il ne tombe pas en morceaux dans l’ouvrage.

Les cuves sont ordinairement étroites, parce que dans une cuve de cette forme un même volume d’air consume , dans un temps donné, une plus grande quantité de char-

bon, et produit par conséquent une chaleur plus forte que dans une cuve large. Mais lorsque, possédant unemachine souillante très puissante, on peut négliger l’avantage d’en porter l’eflet dans un espace resserré, on doit préférer une cuve large ; car la déperdition de chaleur est moins consi^ dérable que dans une cuve étroite, puisqu’il y a une moindre surface de parois pour un même volume, et aussi parce que, les charges de combustible et de minerai pouvant être plus fortes, la combustion peut y être plus active. Les fourneaux larges et élevés sont ceux qui emploient le mieux toute la chaleur produite : ils peuvent être d’autant plus larges qu’ils reçoivent une plus grande masse d’air; ils doivent être d’autant plus élevés que le charbon qu’on y emploie a plus de densité. Abstraction faite du volume d’air, etparleseul motif de la compacité des charbons les fourneaux à coke doivent être de plus grandes dimensions que ceux où l’on brûle du charbon de bois dur, et ceux-ci plus grands que ceux où l’on emploie des charbons légers. Le rétrécissement de la cuve concentre la chaleur, mais il en résulte sur les matières une compression d’autant plus grande que le rétrécissement est plus prononcé : on ne doit donc faire le gueulard très étroit que dans le cas où le vent est fort, le charbon léger, et que le minerai n’est pas susceptible de se tasser fortement ; il convient qu’il soit large quand on opère sur des minerais ocreux, du charbon compacte et menu, avec une faible machine souillante.

La forme circulaire est celle qu’on donne le plus ordinairement à la cheminée supérieure et aux étalages , qui présentent alors deux cônes tronqués opposés base à base.

Ù3. Les hauts fourneaux n’ont pas généralement reçu jusqu’à présent toute la hauteur qu’ils devraient avoir pour

bien uliliser la chaleur, en préparant le charbon et le mineraiparune température bien graduée. Dans lesfoumcaux peu élevés, le minerai, ne séjournant pas assez, long-temps dans la partie supérieure de la cuve, contient encore en arrivant dans l’ouvrage des matières vaporisables, dont le dégagement emploie alors une partie du calorique qui devrait être destiné à la fusion.

Le minimum de hauteur qu’il conviendrait de donner aux fourneaux pourvus d’une bonne machine souillante

est :

Pour charbons légers 9“,50 ;

Pour charbons de bois durs. . . 11" ,00;

Pour le coke 13“,00.

ZjZi. Le fourneau reçoit le vent par la tuyère, qui est un tube conique d’argile, de fer ou de cuivre. Les tuyères en cuivre sont préférables, parce qu’on peut agrandir ou diminuer leur ouverture pour la proportionner à la quantité d’air qui est jugée nécessaire.

On distingue dans la tuyère trois parties principales : le plat, sur lequel elle est posée; le pavillon, qui est l’ouverture la plus large et qui reçoit les buses; le museau , qui s’avance de quelques centimètres dans l’intérieur du fourneau , et dont l’orifice s’appelle œil ou bouche.

Si le museau est trop large, il n’est pas suffisamment rafraîchi par le vent, et il peutentrer en fusion; le vent d’ailleurs perd une partie de sa pression, ce qui peut nuire à la marche du travail. Dans le cas contraire, la tuyère devient froide , les matières se figent dessus et forment un nez, qui diminue la vitesse des descentes et fait perdre une certaine quantité de vent. En général, il faut que la bouche du museau soit un peu plus petite que celle de la buse, si les souf-

PnoCÉDÉS DE FABItlCATlON

flets doonent peu de vent» et plus grande, s’ils en donnent beaucoup.

La hauteur à laquelle on établit la tuyère au-dessus de la sole dépend de celle de l’ouvrage; elle varie depuis 32 jusqu’à 65 centimètres, n’atteignant cette limite supérieure que dans les fourneaux à coke. En général, dans les fourneaux à charbon de bois, la tuyère peut être placée de 10 à 13 centimètres plus bas que dans les fourneaux à coke, parce que, dans les premiers, la vitesse du vent et lapression exercée par les matières étant moins grandes, la fonte liquide n’est pas poussée avec autant de force vers l’avantcreuset, et le bain n’est pas dépouillé aussi facilement de la couche de scories qui le recouvre.

La tuyère se place à 3 ou 6 centimètres plus près de la rustine que delà tyrape, souventmùme un peu inclinée vers la première, parce que le vent se porte avec plus d’activité vers la partie antérieure, où il trouve moins de résistance : par cette disposition, l’air se répartit dans l’ouvrage d’une manière plus uniforme.

La tuyère peut être horizontale, inclinée vers le haut ou vers le bas : la première position est la plus avantageuse; dans la seconde, la chaleur se porte trop vers le haut de la cuve, ce qui augmente la vitesse de la descente des charges, mais en même temps dérange la marche du fourneau, parce que la combustion est moins rapide du côté du contrevent; dans le troisième, le vent exerce une trop forte pression sur le bain, refroidit le laitier et produit un engorgement du creuset.

Il est avantageux d’employer deux tuyères opposées : la combustion est plus égale, et pour lui donner l’activité convenable auprès du contrevent, on n’est pas obligé d’augmenter beaucoup la pression de l’air ou de faire des ou-

vrages trop rétrécis, pour lesquels il est souvent difficile de trouver des matériaux suffisamment réfractaires. Les fourneaux à coke ont ordinairement deux tuyères ; en Angleterre, on en emploie souvent jusqu’à trois, dont une est placée du côté de la rustine. Les axes de deux tuyères opposées ne doivent pas se trouver sur la même ligne, parce que les deux courans d’air se choqueraient et que l’effet des machines soufflantes en serait diminué.

La tympe doit être, en général, à la hauteur de la tuyère. On la voit quelquefois placée à quelques centimètres plus haut ou plus bas : dans le premier cas, il y a déperdition de chaleur; dans le second, si le laitier n’est pas très liquide, la tuyère peut en être obstruée.