V. — Des creusets en fer
Ces creusets en fer consistent souvent en fragments d'acier dont la forme ressemble à celle des briques ordinaires et assemblés comme elles par assises superposées et joints alternés. Ils résistent très bien à l'action des laitiers, mais la fonte s'infiltre dans les joints et les disloque.
Les perçages sont alors à craindre malgré les frettes dont on aura entouré le creuset. Il semble donc que la question importante dans la construction d'un creuset en fer, soit de veiller à ce que les infiltrations de la fonte ne soient pas possibles à travers les joints deTassemblago.
Dis creusets en fer très bien organisés sont aujourd'hui installés dans un assez grand nombre d'usines, à Denain, à Chasse, à Firminy, etc..
Nous examinerons, avec quelques développements, la construction du creuset en fer des usines de Firminy dont les dispositions si originales et si efficaces sontdues au regretté M. Boivin fl), resté longtemps Ingénieur du haut-fourneau et du puddlage.
C'est dans un mémoire paru dans les Comptes-rendus de la Société de rhid'iHtrie minérale de Saint-Ê tienne que M. Boivin expose les prin ripes qui l'ont guidé dans la construction de son creuset.
A. — Les briques n'étant presque pas conductrices^ la corrosion n'est pas limitée.
Il nous semble nécessaire, avant de procéder à l'étude de détail, d'exposer les considérations générales de cet habile Ingénieur au sujet dr la conservation des creusets des hauts-fourneaux.
La non conductibilité pour la chaleur des briques siliceuses, alumineuses et graphiteuses fait que l'action corrosive des laitiers de naturo fort variée produit son effet jusqu'à ce que l'épaisseur du revêtement soit telle qu'il y ait équilibre entre la quantité de chaleur qui lui est communiquée par l'intérieur dans un temps t ot la quantité de chaleur
(1) M. ringénieur Boivin, récemment décéilé, est l'auteur d'un grand nombre de progrès caractéristiques dans la conduite du haut-fourneau et du cubilot Rollet. Nous devons, pour notre part, à cet ingénieur et à ce chimiste distingué, qui a été notre ami, une grande part de reconnaissance pour nous avoir si souvent dirigé et guidé dans nos études métallurgiques. L. G.
que cette épaisseur peut transmettre dans le même temps à l'eau d'arrosage. On peut appeler cette épaisseur: épaisseur (Téquilibre.
Or, avec des briques, l'épaisseur d'équilibre ne peut être atteinte et le creuset cède à l'effet hydrostatique au bout d'une durée de marche plus ou moins longue.
B. — Avec un creuset métallique^ la corrosion est très vite limitée.
Pour faire cesser les perçages, il faut donc s'efforcer d'augmenter répaisseur (Téquilibre et, pour y arriver, employer des matériaux conducteurs.
Or, le refroidissement extérieur par aspersion empêche les éléments métalliques de se souder, même de rougir. Il en résulte que la matière qui emplit le joint des éléments métalliques ne peut point y fondre pour lier les éléments et devient pulvérulente.
Au bout d'un certain temps ces joints, surtout les joints verticaux qui donnent plus de prise au travail du ruissellement, finissent par se vider.
Les choses restent en cet état tant que le garnissage que le revêtement a formé par son action glaçante sur les matières fondues ne se lézarde pas, mais si une fente se produit, ces matières commencent à s'écouler au dehors. L'eau du refroidissement entre en caléfaction en cette région, l'épaisseur d'équilibre se détruit, l'eau n'accomplissant plus son action refroidissante; Un perçage peut arriver comme conséquence de l'agrandissement du joint par fusion locale, à moins qu'on ne réussisse à faire la coulée immédiatement. Dans tous les cas, une réparation urgente s'impose.
Il en résulte que le joint est la partie essentielle dans un creuset métallique.
G. — Description du creuset, — L'acier moulé et recuit a été choisi comme matière conductrice. Les éléments composant l'appareillage sont aussi grands que possible pour diminuer le nombre des joints. Ils comprennent :
a) Les Youssoirs formant cinq assises ; chaque voussoîr a 1 mètre de largeur, 48 centimètres de hauteur et 13 centimètres d'épaisseur.
Ils sont munis de deux oreilles destinées à faciliter leur manœuvre, sont assemblés par des frelles en fer dur et ne se touchent que par l'intérieur.
LE IIAUT-FOURNRAC
L'espace qu'ils laissent entre eux est bourré de terre maigre, puis une tresse d'amiante préalablement aplatie est introduite et relevée à refus contre la terre: derrière cette tresse on place de petits fers à T qui s'appuient exactement sur la tresse, la cote en dehors.
Cette cote est coupée en biseau vers les extrémités du fer qui viennent
Pig. 35. — Assemblage des voussoirs.
V, Voussoir en acier moulé.
Fig. 36. — Détails flu joint.
s'insérer sous les frettes. Enfin, des calages en fer sont disposés entn les portées de freltage pour permettre aux frettes de serrer sans déranger la position des voussoirs. Le tout forme alors une tourelle étanche
b) Les gendarmes (droite et gauche) qui sont deux pièces verticales en acier moulé, «'assemblant aux voussoirs voisins, reliant les extrémités de toutes les assises et encadrant la coulée sur toute la hauteur du creuset.
L'espacement des gendarmes est de 70 centimètres.
Celte fente de 70 centimètres, bourrée en matériaux réfractaires, est destinée à laisser suivre au trou de coulée les mouvements de montée ou de descente de la sole.
c) Un voussoir spécial qui occupe l'emplacement de la tuyère à laitiers.
On remarque que le revêtement métallique se prolonge bien au-dessous du niveau de la sole; cette disposition est prise dans le but d'empêcher la fonte de s'étendre en largeur au cas où la sole se creuserait. Il est clair qu'il faudra que le refroidissement du creuset soit efficace sur toute sa hauteur.
JO
Fig. 37. — Insertion des fers ù T sous los frellos.
Le creuset du haut-fourneau de Firminy alluméle 20 novembre 1891,
Fig. 38. — Développement de l'appareillage.
a fort bien résisté pendant une campagne de cinq années malgré des marches exagérées à dessein et des fabrications de fonte très variées.
Fig. 39. — Creuset en acier doux.
a b. Axe du haut-fourneau. — B, Brasque. — C, Maçonnerie réfractaire.
— D, Matériaux réfractaires. — 7?, Revêtement métallique.
Fig. 40. — Coupe horizontale du creuset.
Ce creusetjdont le bon fonctionnement a reçu du reste la sanction expérimentale, peut être regardé à bon droit comme un des meilleurs types de creusets métalliques.
VI. — Examen critique des diverses dimemions des hauts- fourneaux.
Dans l'étude du profil d'un haut-fourneau, il y aura à réaliser un volume donné tout en déterminant les diverses dimensions de manière
que la descente des charges puisse s'y faire facilement et que la réduction s'accomplisse le mieux possible.
A. — Hauteur. — Elle est limitée par la résistance des matériaux qui composent le lit de fusion. De plus, la hauteur doit être en rapport avec la pression du vent et cette dernière est d'autant plus forte que le combustible est plus dur et plus difficile à brûler.
Nous avons donné antérieurement les hauteurs généralement adoptées dans la pratique pour les hauts-fourneaux marchant au coke ou au charbon de bois.
En général, Texpérience n'a pas été favorable aux hauteurs exagérées (25 à 30 mètres), sauf toutefois pour les hauts-fourneaux à l'anthracite à la condition d'avoir des pressions de vent considérables.
B. — Diamètre de Vouvrage. — Le diamètre de l'ouvrage est fonction de la température à réaliser ; plus celle-ci est forte, plus il devraêtre, faible.
Dans les hauts-fourneaux au coke, l'ouvrage a un diamètrevarianl de 2 mètres à 2"™o0; on n'a jamais dépassé 4 mètres.
Pour les fontes grises il vaudra mieux se tenir au-dessous de 2 m. et se rapprocher de l"oO.
On emploie cependant dans certains pays des creusets de plus de 3 mètres de diamètre sans qu'on ait trop à s'en plaindre : il y a lieu de remarquer dans ce cas que le nombre des tuyères a été très augmenté (il atteint 11 quelquefois) et que la pression du ventest de0"40 ou 0'"S0.
En fait, le diamètre au creuset est déterminé par la limite pratique de la pression du vent qui doit être assez forte pour faire pénétrer la zone chaude jusqu'au centre du fourneau.
C. — Diamètre du gueulard, — Le gueulard doit être assez étroit pour qu'on puisse bien répartir la charge sur toute la section.
Quand il n'y a pas d'appareil de chargement, ce qui est le cas des petits hauts-fourneaux au bois, il a environ 1 mètre de diamètre; dans les hauts-fourneaux au bois de plus grandes dimensions il atteint deux mètres et dans les hauts-fourneaux au coke munis d'un appareil de chargement il peut aller jusqu'à 4 mètres.
Il y a cependant en Amérique des hauts-fourneaux marchant très régulièrement avec des gueulards très larges : cela s'explique par la forte
pression du vent, la richesse du lit de fusion, la dureté des minerais et des combustibles.
En pratique, le diamètre du haut-fourneau au gueulard est souvent limité par celui qui convient à l'appareil de chargement, soit pour la facilité de la manœuvre, soit même pour son bon fonctionnement.
D. — Forme de h cuve. — Le diamètre étant limité au haut et au bas du fourneau, on est amené pour augmenter le volume à élargir le fourneau au centre, soit au ventre. La largeur du ventre sera limitée de manière à ménager les raccords avec les régions supérieure et inférieure du fourneau.
Pour assurer une bonne circulation des gaz, la pente doit être raide, elle est généralement comprise entre 70 et 80 0/0. Avec des étalages plats, une zone considérable échappe à Faction des gaz et la charge descend à l'intérieur du profil qui se trace naturellement au milieu des garnissages accumulés dans l'angle plus ou moins aigu des étalages.
Oti a vile reconnu que le profil devait être celui qui correspondait à la descente naturelle de la charge.
Gruner classait les hauts-fourneaux en trapus, moyens ou élancés, suivant que le rapport de la hauteur au diamètre était inférieur à 3, compris entre 3 et 4, ou supérieur à 4. Seuls, les fourneaux élancés ont donné des résultats satisfaisants.
Quant à la position du ventre, la règle ancienne était de le placer au tiers de la hauteur en lui donnant le double du diamètre au gueulard; aujourd'hui on le place au quart ou même au cinquième de la hauteur, son diamètre étant supérieur d'un tiers ou d'un quart à celui du gueulard.
Tantôt on compose la cuve et les étalages de deux troncsde cône réunis par leur base, on intercale une partie cylindrique au niveau du ventre, ou bien on adopte un profil courbe donnant au fourneau une forme ovoïde.
En résumé, toutes les règles relatives au profil découlent de la nécessité de réaliser un volume convenable et de celle d'éviter toute dimension exagérée et tout changement de section brusque afin d'assurer la régularité de la descente des charges.
E. — Volume du haul-fourneau. — Qu'est-ce donc que ce volume conve7iable èi réaliser? Ce sera celui pour lequel les gaz seront en con-
LE HAUT-FOURNEAU i49
tact suffisant avec les minerais pour opérer complètement leur réduction. Il doit exister un certain rapport entre le volume du fourneau et la production journalière. C'est ce rapport qu'on a appelé le volume spécifique du fourneau.
Toutes les règles posées plus haut concernaient des déterminations relatives pour des fourneaux dont les hauteurs variaient entre des limites assez étendues, elles n'avaient trait qu'au volume spécifique du fourneau.
Le volume absolu V peut varier beaucoup avec la production, mais il comporte un maximum naturel dépendant évidemment des limites que nous avons données plus haut et qu'on ne peut dépasser sans s'exposer à une mauvaise marche.
Pour unhaul-fjurneau de dimensions modérées et élancé, V=200à 230*"^ ou 309 si les minerais sont durs. On estallé dans certains hautsfourneaux à 800, 600 et même davantage.
Si l'on prend pour limite 230, la production journalière en fonte blanche pourra atteindre 100 tonnes et 63 en fonte grise dans les grands fourneaux. Les fourneaux moyens donneraient 40 à 30 tonnes de fonte grise, 60 à 80 de fonte blanche.
Mais ces nombres ne correspondent qu'aux productions moyennes du continent. Les Américains, vers 1880, se sont engagés dans la voie des fortes productions. Ils augmentèrent progressivement la quantité du vent lancé, le diamètre du creuset et le volume du fourneau jusqu'au moment où ils purent faire passer dans un fourneau de 380""^ un volume de 730™^ de vent chauffé à 600**; la production put atteindre 330 tonnes de fonte par 24 heures, mais la consommation de coke atteignit 840 kilogrammes par tonne de métal produit.
Akticle 2. — Les appareils a air chaud
En 1828, James Beaumont Neilson, Ingénieur de l'usine à gaz de Glasgow en Ecosse, pensa qu'il pourrait être utile de chauffer l'air venant de la machine soufflante avant de le lancer par les tuyères dans l'intérieur du haut-fourneau, en utilisant pour ce chauffage la chaleur dégagée dans des appareils spéciaux par la combustion d'une partie des gaz recueillis au gueulard.
« L'idée avait un certain attrait, nous dit M. Lowthian Bell dans
« ses « Principes de fabrication du fer et de Tacier w et fut rapidement (( mise à exécution.
« Quatre ans après, les fourneaux de la Clyde^ en Ecosse, fabriquaient (( le double de leur production première sans exiger plus decombusti- « ble pour la forte production comme pour la plus petite. En d'autres « termes, la consommation par tonne de fer du combustible employé, (( avec un air chauffé à 315®, fut moitié moindre que celle qui était préce cédemment nécessaire en faisant usage du vent chauffé à la tempe- ' (( rature ambiante. »
Ces résultats excitèrent la plus grande surprise dans le monde scientifique ; nous avons vu dans notre étude élémentaire de la combustion comment on explique ce rendement calorifique.
