PROCÉDÉS D'ÉLABORATION PRODUISANT LE MÉTAL A L'ÉTAT PATEUX

Article 1®'. — Aperçu général

Les procédés d'affinage peuvent se diviser en deux grandes classes, si on ne considère que l'étal sous lequel est produit le métal en fin d'opération.

Dans la i'« classe , nous (Comprendrons ceux dans lesquels le métal est obtenu à Y état pâteuXj mélangé plus ou moins intimement avec les impuretés. Ils constituent les procédés anciens en partie abandonnés, mais dont certains ont encore une importance considérable, tant en eux-mêmes que comme auxiliaires des procédés nouveaux.

Dans la 2^ classe^ nous comprendrons ceux dans lesquels la température est suffisante pour que le métal produit soit obtenu à l'état liquide, ses impuretés également liquides et de densité différente s'en séparant par liquation dans l'appareil même d'élaboration. Ils constituent les procédés actuels dont l'origine remonte à une quarantaine d'années environ.

L'acier fondu au creuset est cependant d'origine beaucoup plus ancienne, mais ce n'est que dans cette dernière période qu'on a pu perfectionner sa fabrication et étendre, d'une façon remarquable, Ja série autrefois si restreinte des métaux ferreux que ce procédé pouvait produire.

Nous nous occuperons d'abord des procédés d'élaboration produisant le métal à l'état pâteux.

Le métal ainsi obtenu se présente sous forme d'épongé métallique constituée par des grumeaux de fer ou d'acier assez ramollis pour pouvoir se souder grossièrement entre eux et contenant dans leurs insterstices les scories à l'état plus ou moins fluide.

Ces scories liquides seront expulsées de la masse ferreuse ou aciéreuse par l'opération du cinglage consistant à exercer sur cette masse une action de pression ou de percussion. Ce cinglage accompli par des presses ou des marteaux n'expulsera que fort imparfaitement les sco-

ries qui, supposées très fluides au début même de Topération, deviendront de plus en plus visqueuses vers la fin.

La loupe ainsi cinglée et transformée par ce travail est un parallélipipède plus ou moins régulier, appelé massiau ou lopin selon ses dimensions, contenant toujours, interposées dans sa masse, des particules scoriacées.

De là, la nécessité de faire subir au massiau le corroyage qui comprend l'ensemble des opérations accessoires destinées à achever son épuration. Ce corroyage est une sorte de travail mécanique subi parle massiau porté à haute température et dont le détail sera donné plus loin.

La fonte soumise à Taffînajje devra être portée à une température élevée pour que les réactions puissent s'accomplir. Or, selon que le combustible destiné à fournir la chaleur nécessaire sera mélangé avec la fonte ou en sera nettement séparé, on pourra distinguer dans les procédés de cette 1'® classe : l'affinage au bas foyer et V affinage au four à réverbère ou puddlage (1).

Article 2. — Affinage au bas-foyer

Nous ne pouvons donner ici qu'une idée générale sur ce procédé d'affinage, aujourd'hui presque abandonné, mais pratiqué encore néanmoins dans certains pays d'une façon courante parce que les minerais y sont très purs et le combustible végétal à bon marché.

A. — Appréciation du procédé. — Le bas-foyer, à quelques perfectionnements près, est le même appareil qui servait autrefois à la production du fer pour le traitement direct du minerai au contact du combustible.

La fonte est fondue au contact du combustible solide et exposée ensuite à l'action fortement oxydante d'un jet d'air atmosphérique lancé par des tuyères.

Cette méthode était celle qui fut exclusivement employée jusqu'à la fin du siècle dernier; elle est encore pratiquée mais elle tend de plus en plus à être abandonnée pour les raisons suivantes :

1° Elle ne permet pas toujours réliinination régulière et complète

tl}De c to puddle, brasser, réunir ».

du C contenu dans la fonte ; Fafiinité du combustible pour la fonte s'oppose au but qu'on veut atteindre, l'habileté de l'ouvrier joue un grand rôle dans ce procédé puisqu'il a à s'opposer à chaque instant à la recarburation.

Quoiqu'il soit phis aisé d'obtenir par ce procédé des fers légèrement aciéreux, il n'en est pas moins vrai qu'on peut y fabriquer aussi des fers d'une très grande ductilité : les scories y sont très fluides, la température très élevée ; l'essentiel pour l'ouvrier sera d'empêcher le combustible de défaire ce qu'a réalisé l'atmosphère oxydante.

2® La méthode est coûteuse par suite de Temploi forcé du charbon de bois comme combustible; les houilles et le coke renfermant toujours du soufre en proportion assez forte pour influer sur la qualité du fer avec lequel ils seraient en contact. En outre, le combustible minéral, à cause de la nature argileuse de ses cendres et de leur abondance, rend peu fusibles et pâteuses les scories que le cinglage serait impuissant à expulser.

Si la méthode est coûteuse, elle possède cependant l'avantage d'assurer la disparition des impuretés par suite de la grande perte de fer qui l'accompagne en pratique. Le fer ainsi obtenu dit « fer au bois » jouit, quand il vient de Suède notamment, d'une réputation de pureté amplement justifiée.

3° Elle ne permet de traiter à la fois qu'une quantité relativement faible du métal, de 30 à 150 kilos, suivant les variantes de la méthode.

B. — Description du foyer. — Le creuset est construit avec des plaques de fonte et comprend uYi espace à peu près rectangulaire.

L'ancienne sole en grès fut vite remplacée par une plaque en fonte de 5 à 10 m. d'épaisseur qui résista mieux aux corrosions.

On appelle luarme la plaque qui supporte la ou les tuyères, haire ou rustine celle qui est opposée à la face de travail, contrevent celle qui est opposée à la tuyère.

La plaque de travail est horizontale et s'appuie sur une plaque verticale dite de cA/o opposée à la rusline, dans laquelle on ménage un ou plusieurs trous destinés à livrer passage aux scories. — Les feux d'affinerie furent d'abord découverts puis disposés sous dévastes cheminées dont la partie inférieure terminée en hotte couvrait 4 à 5 mètres carrés. On construisit ensuite des feux couverts, en entourant le creuset d'une cage fixe en maçonnerie réfractaire, à parois verticales, supportant une

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voûte pourvue d'une ouverture pour le passage des gaz chauds. Deux des parois verticales étaient munies d'ouvertures, soit pour le travail, soit pour le chargement.

Pour fabriquer de l'acier on modère l'action oxydante, on traite des

Fig. 68. — Ancien feu d'affinerie à Siegen (Prusse).

il. Argile. — B, Buse. — C, Contre-vent. — G, Grès réfractaire (ancienne sole). — H, Haire ou rustine. — W, Warme. — T, Tuyère.

fontes se prêtant le mieux à la formation des scories bien liquides préservant le métal contre une oxydation trop rapide ; si besoin est, on ajoute des battitures, etc. . . Sous cette nappe protectrice, l'ouvrier pourra mieux conduire à sa guise et d'une façon progressive la décarburation partielle à laquelle il veut arriver.

Les deux éléments qui influent le plus sur l'activité de Taffinage sont la profondeur du foyer et l'inclinaison des tuyères. Dès que le foyer est profond et la tuyère peu plongeante, le métal fondu occupant le fond du foyer est plus ou moins soustrait à l'action oxydante du vent ; l'affinage est alors lent et souvent incomplet. Au contraire, une faible profondeur associée à un vent fort et plongeant favorise l'oxydation. De très faibles changements, sous ce double rapport, peuvent notablement modifier la marche de l'opération. Nous ne décrirons pas le travail au bas foyer, nous contentant de dire qu'il comprend deux périodes : la fusion de la fonte chargée dans le foyer en même temps que des battitures et des scories riches en oxydes de fer pour hâter l'oxydation et raffinage proprement dit. Les méthodes d'affinage au bas-foyer, variables d'une région à une autre, portaient ordinairement le nom des régions où on les exploitait. — Incidemment, signalons le dispositif employé

pour extraire directement le fer du minerai sans passer par la fonte.

En Catalogne et dans les Pyrénées où le bois est abondant, on traite

encore quelquefois directement le minerai pour obtenir non de la fonte

mais du fer. Le fourneau catalan employé pour cette opération est un

creuset carré construit dans un four en maçonnerie. Une fois le creuset rempli

Fig. 70. — Foyer catalan.

Fig, 69. — Feu comtois. C, Combustible. — F, Foyer, —

r, Tuyère. — L, Loupe.

de charbon de bois bien allumé, on place au-dessus deux tas juxtaposés de minerai et de charbon et Ton fait arriver un fort courant d'air par une tuyère. Le charbon brûlant sous le vent de la tuyère donne de l'acide carbonique qui, au contact de Texcès de charbon, passe à Tétat d'oxyde de carbone. Cet oxyde de carbone traverse le minerai, le réduit à l'état de fer métallique en repassant lui-même à l'état d'acide carbonique. Une certaine quantité d'oxyde de fer se combine avec l'argile du minerai pour former un laitier composé de silicate double d'alumine et de fer très fusible.

Le fer rassemblé dans le creuset sous forme spongieuse est placé sur une enclume et frappé par un marteau qui lui donne de la compacité et le débarrasse du reste du laitier.

C. — Dufinage ou mazéageprécédanlV affinage delà fonte aubas-foyer. Dans quelques-unes des méthodes précédentes, on pratiquait souvent l'affinage en deux temps en se servant de deux foyers distincts.

MKTALLL'RGrB DU FKR

On opérait dans l'un d'eux le finage ou mazéage : cette opération était toujours une fusion oxydante peu prolongée, de façon à transformer certaines qualités de fontes grises, riches en silicium, en fontes blanches ou truitées, se transformant plus aisément en fer. On brûlait simplement la plus grande partie du silicium, élément le plus oxydable, un peu de manganèse et de phosphore, éléments marchant après le silicium dans Tordre d'oxydabilité.

Les analyses suivantes d'une opération de mazéage, mettent bien en évidence l'oxydation presque complète du silicium, dès le début.