CHAPITRE II

PRATIQUE DU PUDDLAGE

On peut, d'après la nature des fontes traitées et celle des produits, distinguer deux sortes de puddlage :

Ce sont le puddlage ordinaire, sec ou froid, et le puddlage gras^ chaud ou bouillant (boiling-process).

a) Puddlage sec ou maigre. — C'est le procédé primitif dans lequel on affine la fonte sans la réduire à l'état liquide, mais en la chauffant de façon à la diviser en grumeaux pâteux qu'on brasse à l'aide d'un

ringard en l'exposant à l'action de la flamme jusqu'à ce que le fer ait pris nature.

Ce puddlage s'effectue dans un four à réverbère ordinaire à sole en fonte, cette sole est recouverte d'une couche de ferraille et de scories ferrugineuses de 5 à 7 cm. d'épaisseur et a ses parois latérales en briques plus ou moins protégées par un cordon ferrugineux ou calcaire.

Les matières ferrugineuses recouvrant la sole et les parois sont comprimées et rendues unies à l'aide d'une spadelle^ à la suite d'un vif coup de feu au blanc soudant.

Ce puddlage est le procédé primitif, celui que Ton pratiquait jadis sur les fontes inazées à la suite du finage au bas-foyer et que l'on pourrait appliquer encore aujourd'hui pour produire des fers communs, en traitant des fontes blanches peu carburées et surtout peu siliceuses. Nous ne l'étudierons pas.

b) Puddlage gras, chaud ou bouillant. — La fonte est amenée à l'état liquide et affinée par brassage très énergique avec des matières décarburantes : scories ou crasses riches en oxyde de fer. Ce procédé est moins rapide et plus coûteux que le précédent, mais il permet de traiter directement lesfontesgrisesoules fontes blanches très carburées sans avoir besoin de leur faire subir l'opération du mazéage.

L'opération doit s'effectuer dans un four à sole avec parois énergiquement refroidies, du type de ceux dont on a donné plus haut la description.

Nous décrirons seulement la marche de l'opération du puddlage gras; celle du puddlage sec n'en différant pas essentiellement.

Article 1^'. — Marche générale d'une opération de puddlage

L'opération comprend quatre périodes qui sont :

Le chargement et la fusion ;

Le brassage ;

La confection des loupes ;

La transformation de la loupe en fer brut.

A. — Chargement et fusion. — Quand le four est chaud, on y introduit 200 à 250 kilos de fonte sous forme de blocs ou gmmeis pesant chacun 23 à 30 kilos. On charge en même temps des battitures et des

scories riches en quantité d'autant plus grande que la fonte traitée est plus carburée et plus impure.

Le chargement effectué, on ferme la porte de travail et Ton cherche à produire le plus rapidement possible la fusion des matières dans le four. Pour cela, Touvrier pousse le feu et ouvre le clapet de la cheminée de façon à activer le tirage. Le chauffage est poussé jusqu'à ce que la fonte et les scories soient amenées à l'état liquide.

La durée de la fusion dépend : de la nature de la fonte, de celle du combustible, de la construction du four.

Elle varie de 30 à 40 minutes.

B. — Brassage, — Pour opérer le brassage, on n'ouvre pas la porte de travail elle-même. L'ouvrier éprouverait une chaleur trop vive et le four lui-même serait refroidi.

1° Outil employé. — On introduit un fort ringard courbé à angle droit à Tune de ses extrémités, appelé crochet^ par une simple ouverture carrée de 0"10 à 0"15 de côté prati- (7^

quée dans le bas de la porte mobile et facile à clore à l'aide d'une petite plaque, en dehors des moments où l'ouvrier travaille à la charge.

Un crochet ne peut pas servir plus de S minutes, parce qu'au bout de ce temps, l'extrémité par laquelle l'ouvrier le manœuvre est déjà trop chaude pour qu'on puisse continuer à la tenir à la main et l'autre extrémité qui plonge dans le bain de fonte, ayant atteint le rouge blanc, n'offre plus assez de rigidité pour permettre le brassage du métal.

Il faut donc, toutes les cinq minutes, plonger dans l'eau le crochet dont on vient de se servir pour le refroidir et continuer le brassage avec un autre crochet. Aussi, le nombre des crochets employés pour effectuer le brassage permet-il d'apprécier la durée de cette période qui varie de quatre à sept ou huit crochets.

2** Phases du brassage, — Après la fusion, on a donc une nappe fluide de 2 à 3 cm. d'épaisseur comprise entre la sole oxydée solide du four et la couche de 1 à 2 cm. de Fig. 76. scories en fusion placée au-dessus. L'action de ces deux masses oxydées, entre lesquelles se trouve la fonte, suffît pour la transformer en fer ou en acier, pourvu qu'on établisse entre la fonte et la

couche de scories qui surnage un contact suffisant. L'affinage durera d'autant moins longtemps et le métal produit sera d'autant plus honriogène que le brassage sera plus actif, c'est-à-dire qu'on mélangera mieux la fonte à laquelle il faut de l'oxygène et les matières qui doivent le fournir.

Nous avons expliqué, lorsque nous avons traité de l'affinage en géné-

Fig. 76. — Four à puddler.

F, Four à grille. — G, chaudière. — S, porte de travail correspondant à la sole du four à puddler. — S' Porte de travail correspondant à la sole de réchauffage des gueusets. — C, Cheminée.

rai, par quel mécanisme spécial on pensait que l'oxydation des éléments étrangers contenus dans la fonte devait s'accomplir.

Nous n'avons pas spécifié alors quels étaientles oxydes supérieurs du fer qui, passant à l'état d'oxydes inférieurs, parvenaient à réaliser l'affinage par cession de leur oxygène. Il paraît probable que ce n'est ni à Fe^O*, ni à Fe^O^, qu'il y a lieu d'attribuer exclusivement ce rôle de véhicule de l'oxygène mais à ces deux oxydes à la fois, sans qu'on sache bien exactement quelle est la part à attribuer à chacun d'eux dans leur action oxydante.

Quoi qu'il en soit, ces oxydes supérieurs seront ramenés à l'état de protoxyde en cédant de l'oxygène aux substances contenues dans la fonte, d'après leur ordre d'oxydabilité.

a) Périodedescorificatlon (1). — Le silicium et le manganèse sont oxydés d'abord, ensuite le phosphore. Cette phase du brassage est tranquille, elle est caractérisée par le passage à la scorie de la silice, des oxydes de manganèse et de l'acide phosphorique.

Il se forme des silicates d'abord acides, puis neutres et basiques :

(1) Voir le Traité de métallurgie de Grunor pour la théorie complète de l'affinage.

LE FOUn A l»UDDLEn 203

silicates de fer et de manyanèse. Les phosphates de fer et de manganèse se forment ensuite.

La scorie devient d'autant plus fluide qu'elle est plus riche en oxyde de manganèse et en acide phosphorique : nous verrons plus loin combien il peut être utile qu'il en soit ainsi.

A la fin de cette période de scorification l'ouvrier, s'aidant de son crochet, pourra faire écouler une partie des scories par Torifice de la parte de travail quand la fonte à affiner sera phosphoreuse .

Il éliminera ainsi une certaine proportion des phosphates formés et les soustraira à Faction réductrice ultérieure de CO qui se produira lors de la décarburation. Sinon, le phosphore de la fonte se retrouverait intégralement dans le métal affiné.

A cette phase tranquille, dite de scorificationy succède une phase agitée, celle de la décarburalion.

b) Période de décarburation. — Le carbone brûle à son tour en passant à l'état de CO etCO'. Quand la décarburation commence à se produire, le bain foisonne, monte et tend à bouillonner. Les bulles de gaz soulèvent la masse, des jets de flammes sortent du bain. Les scories fondues s'élèvent jusqu'à O'^SO au-dessus de la sole et atteignent souvent le trou de la porte de travail par où elles coulent hors du four. L'ouvrier doit même en favoriser la sortie dans le cas où elles sont phosphoreuses pour la raison donnée plus haut.

A mesure que le carbone disparaît, il faut élever la température afin de maintenir le métal en fusion aussi longtemps que possible, et cela pour pouvoir continuer jusqu'au bout l'action affinante.

Il arrive cependant un moment où le fer, plus ou moins décarburé, se fige en grumeaux pâteux qui bientôt peuvent se souder les uns aux autres. Le brassage cesse alors d'être possible.

La durée du brassage dépend beaucoup de la nature de la fonte, elle varie de 30 à 40 minutes environ sans qu'on puisse fixer des nombres bien précis à cet égard.

Le fer forme un amas spongieux s'élevant de la sole en forme de choux-fleurs d'un blanc étincelant qui contraste avec la masse rouge et l'aspect huileux de la scorie qui retombe immobile sur la sole du four. A ce moment, on ne voit plus que de rares bulles autour des masses figées dont le pied seul reste plongé dans le bain de scories.

C. — Co7ifection des loupes. — Dès que le fer s'est ainsi solidifié, il

METALLURGIB DU FER

faut se hâter de faire les loupes ou balles et de baisser le clapet de la cheminée, sinon le fer perdrait tout son carbone et le déchet croîtrait rapidement à cause de l'oxydation du fer.

L'ouvrier divise la masse ferreuse suffisamment ramollie en cinq ou six loupes on balles qu'il arrondit et comprime successivement avec son crochet pour en compléter le soudaçe et en chasser le plus possible la scorie. Il ne doit pas mettre plus de 10 à 12 minutes pour confectionner les loupes.

Une loupe pèse de 30 à 40 kilos.

Fig. 77. — Loupe.

D. — Transformation de la loupe en fer brut. — Dès qu'une loupe est achevée, l'ouvrier l'extrait du four avec des tenailles en ouvrant la

porte de travail et la dépose sur une sorte de brouette métallique.

La loupe sortant du four à puddler se présente sous forme d'une masse spon|çieuse d'une forme irrégulière et fortement imprégnée de scories. On désigne sons le nom de cingluge l'opération qui, tout en expulsant la scorie, donne à la loupe une forme à peu près géométrique, facilitant son emploi dans les opérations ultérieures. Le cinglage peut être opéré par pression (presses et cingleurs rotateurs) et plus généralement par percussion (marteaupilon). La loupe après cinglage est transformée en 7wa55mM,blocparallélipipédique de 30 à 40 cm. de long, avec une section de 10 à 15 cm. sur 8 à 10 cm.

Nous ne parlerons que du cinglage par percussion qui s'effectue à l'aide de marteaux-pilons de deux à trois tonnes. Les premiers coups doivent être donnés avec ménagement, l'action du marteau n'ayant pour but que de rapprocher les particules ferreuses afin de donner à la loupe une plus grande compacité, sinon on la disloquerait.

Progressivement, l'action du marteau doit devenir plus énergique : en même temps que le soudage s'accomplit, la scorie est chassée en ruisselant sur l'enclume dès les premiers instants, puis sous forme de

LE FOtn A pi:ddler 205

particules scoriacées projetées à une certaine distance, au fur et à mesure que le refroidissement de la masse ferreuse s'accentue.

Quand le massiau est formé et que sa compacité est telle que l'expulsion de la scorie n'est plus possible, on le transporte encore très chaud au laminoir de puddlage. Après un certain nombre de passes, le massiau est transformé en une barre plate de long^ueur variable selon

T.. V:Vi f^J^^^

Fig. 79.

E, Enclume. — J, Jambages du marteau-pilon. — /*, Pilon. — S, Scories.

l'importance du massiau et qu'on nomme un ébauché de puddlage ou fer brut.

L'ébauché a 3 ou 4 mètres de longueur et une section de 8 à 12 cm. sur 2 à 3 cm.

La surface de l'ébauché n'est pas unie, elle est sillonnée souvent de petites fentes ou replis scoriacés, les arêtes ne sont pas continues, car en certains points le fer a manqué et la scorie s'est détachée. Quant à la cassure obtenue par le choc du marteau sur le bout de la barre placée en porte-à-faux après incision préalable à la tranche à froid, elle est grenue ou nerveuse: grenue elle rappelle celle d'un grès un peu grossier, nerveuse elle ressemble assez à celle des matières ligneuses à fibres plus ou moins parallèles. Quelquefois, la cassure est à grain mélangée de nerf. Nous verrons plus loin comment s'expliquent ces différents aspects.

Le fer brut ne peut être employé sous cet état; il n'a pas une homo-

r...ii.f I. ^

Fig. 80. — La loupe transformre en t'baiichê de pucUUagc ou fer brul.

{• E^ Kxtraction de la loupe. — 2^ M, Formation du massiau. — 3* £, Laminage du massiau. — 4'* P, Deuxù-me pa??o. — Ti" PP, Kbauchû de puddlagc. — C* Dressage u chaud dos ébauchés,

LE FOU« A PUfiDÏ.FR

crénéité, une compacité et une pureté suffisantes. Il faut améliorerle soucia re de ses divers éléments, chasser une nouvelle quantité de sco-

Fig. 8i.

Fig. 82. — Fer à crains.

ries interposées et éliminer enfin une certaine proportion de ce qui reste encore de Mn, Si, C, etc..

C'est par l'opération du corroyage qu'on y arrive ; nous ne reviendrons plus tard sur cette opération que pour la définir, car son étude détaillée ressortit au « Travail des métaux ».

Quand les loupes ou balles ime fois formées par le puddleur sont soumises dans le four à puddler lui-même à un bon coup de feu avant qu'on ne les retire, on dit qu'on les a soumises à un hallage.

On a ainsi élevé leur température et rendu la scorie qu'elles contiennent plus fluide et par suite plus facile à chasser.

Quelquefois, le massiau une fois formé parle pilon cingleur n'est pas passé de suite au laminoir de puddlage, mais reporté dans le four à puddler pour lui faire subir une chaude suante après laquelle on pourra, ou le marteler encore avant de le laminer, ou le laminer directement. On dit encore qu'on a procédé à un hallage. Le fer brut &a//^' sera évidemment plus pur, puisque la scorie plus fluide aura pu être mieux expulsée.

Il est clair que le hallage adoucit un peu le métal, car il est difficile de ne pas brûler encore un peu de carbone au cours de cette opération.

Fig. 83. — Fer nerveux.

ARTICLE 2. PUDDLAGE MÉCANIQUE

On a cherché à remplacer plus ou moins complètement, par Taclion mécanique, le travail de brassagpe et de confection des loupes si pénible pour les ouvriers puddieurs, tout en augmentant le rendement des fours.

A. — Procédé Lemut. — Ce procédé, appliqué en i 862 par M. Lemut aux forges du Clos-Mortier (Haute-Marne), est assez répandu. Il s'ap-

yi/â transversde Vue /ongituc/inaU

Fig. 84 ot 85. — Four de puddlage mécanique, système Lemut. f^ Four, — R, Ringard. — T, Tige supportant le ringard. — 6, Bielle du mouvement de va et vient. — 6' Bielle du mouvement transversal.

plique aux fours simples ordinaires et convient surtout aux fours

Fig. 86 et 87. — Four de puddlage mécanique, système Espinasse. — Élévation

et plan.

symétriques pourvus de deux portes de travail opposées. On en a construit un grand nombre aux usines du Creusot,

Le brassage est exécuté par deux crochets en fer qui, recevant d'une

210 MKTALLUROIE Dl' FEn

machine un mouvement de va et vient, glissent sur la sole dans un sens perpendiculaire à la longueur du four en se déplaçant graduellement dans le sens de cette longueur.

Le brassage est très énergique et l'ouvrier n'a qu'à remplacer de temps en temps les crochets trop chauds par de nouveaux crochets.

On n'arrête le mécanisme qu'au moment où le fer commence à se fiçer et se souder, le brassage devenant alors impossible. Le puddleur n'a plus qu'à terminer l'affinage et à faire les loupes comme à l'ordinaire en décrochant le ringard de la transmission etle manœuvrantàlamain.

B. ^^ Procédé Espinasse. — M. Espinasse, ancien Ingénieur des aciéries et forges de Firminy (Loire), y avait installé un système de puddlage dans lequel le brassage était effectué par un brasseur mécanique à rotation dont l'effet était beaucoup plus énergique que celui des crochets mobiles de M. Lemut.

Le laboratoire est circulaire; le sommet de la voûte est percé d'une ouverture par laquelle pénètre dans le four un arbre vertical eh fer muni, à son extrémité inférieure, de deux palettes horizontales légèrement déversées en forme de bras d'hélice.

Lorsque là fonte est liquéfiée, on abaisse Tarbre et on lui imprime un mouvement de rotation (12 à 15 tours par minute) ; on le relève quand le métal commence à s'épaissir, et dès lors le travail s'achève comme d'ordinaire.

Ce système, qui nécessitait du reste des frais d'entretien assez forts, a été abandonné à Firminy; le brassage était très énergique mais ne pouvait être prolongé au delà de 12 à 15 minutes, à cause de l'impossibilité de changer ou de refroidir les palettes pendant le travail.

C. — Four Bouvard. — En 1871, M. Danks essaya, en Amérique, un four à puddler rotatif. La difficulté d'entretien de la garniture fit abandonner cet appareil dont l'apparition avait vivement attiré l'attention.

M. Bouvard, ingénieur aux usines du Creusot, perfectionna ce four et créa un appareil dont le fonctionnement n'a pas cessé depuis d'être très satisfaisant.

r Descriptiou du four. — Le four Bouvard comprend :

a) Le système moteur destiné à donner le mouvement de rotation à

la chambre contenant la fonte à affiner et que nous ne faisons que siçnaler.

h) Une chambre tournante comprenant une double enveloppe en tôle;

Coupe AB

Coupe CD

P/an

OO

Fig. 88, 89 et 90. — Four rotatif du Creuset, système Bouvard.

F, Foyer. — L, Laboratoire. — b, Boite à fumée mobile. — t. Axe de rotation de la boite à fumée. — Ch, Cheminée. — c, collier fixe. — M, Machine motrice. — £, Engrenages. — G, Galets de roulement. — e, Kspace réservé au courant d'eau. — T, Tuyau d'amenée de l'eau. — T' Tuyau de sortie de l'eau. — R, Trou de vent soufflant la grille. — Li,L^ Trou de vent soufflant la flamme. — H, Couteau séparant la loupe en deux. — S, Sole en minerai de Mokta.

sur la surface intérieure de cette enveloppe est fixée la sole ou sfarniture du four.

2i2 MBTALLURGIR DU FER

Cette garniture se compose de deux couches : la première est en briques de minerai ayant la forme de coins maçonnés avec un ciment de minerai pulvérisé et mélangé d'un peu d'argile, la deuxième est destinée à ménager la première. Pour former cette seconde couche, on charg-e un mélange de minerai riche et de rognures de tôle mince et on active le feu en faisant arriver de Tair en excès ; la ferraille est oxydée et les scories produites cimentent et recouvrent les blocs de minerai. Collée sur la première, cette couche a une solidité qu'elle n'aurait pas si elle était directement au contact de la tôle. Seule à toucher le bain métallique, elle est aussi la seule qui s'use et qui ait besoin d'entretien. Après un certain nombre d'opérations, on la renouvelle de la même façon qu'on l'avait formée la première fois.

La chambre tournante est embrassée par un collier fixe percé de deux ouvertures: l'une, à sa partie inférieure, par laquelle arrive de l'eau froide sous une certaine pression; l'autre, à sa partie supérieure, par laquelle s'échappe l'eau chaude. L'eau, par des trous, passe du collier dans la double enveloppe et rend, par suite, la chambre tournante indéformable, tout en empêchant aussi réchauffement des mécanismes produisant la rotation.

La division de la charge en deux boules ou loupes est obtenue par le passage à travers le bain métallique d'une cloison transversale partielle formant une sorte de couteau qui divise la matière en deux parts à chaque révolution. Cette cloison creuse, pleine d'eau et en communication avec la double enveloppe, est aussi revêtue d'une couche d'oxyde de fer.

c) Le foyer à grille a extérieurement la forme cylindrique pour mieux résister aux déformations causées par les dilatations.

d) La boite à fumée est articulée autour d*un axe horizontal, on la fait basculer de façon à démasquer l'ouverture du four quand on veut extraire les loupes.

A cause du jeu qui existe entre la chambre tournante et le foyer d'un côté et la boîte à fumée de Tautre, le foyer est à veïH forcée de façon à avoir un léger excès de pression dans l'appareil et éviter ainsi l'appel d'air qu'un semblable jeu entraînerait sous l'action de la cheminée. Cet air aurait le double inconvénient de refroidir et d'oxyder, outre mesure, le bain métallique.

2*» Marche de VopévalUm. — La fonte à affiner est chargée à Tétai liquide; la fusion a été réalisée au préalable sur la sole d'un four à

LE FOUR A PUDDLKU

réverbère placé à proximité. La charge de fonte est de 1000 kilos produisant deux loupes de près de 500 kilos.

L'affinage est produit par le mouvement de rotation du laboratoire qui agite le bain, renouvelle les surfaces exposées à Toxydation, brasse et mélange la scorie riche avec la fonte.

L'opération est assez rapide, car Toxyde de fer de la garniture demeure à découvert pendant la majeure partie du mouvement de rotation et se trouve, durant tout ce temps, exposé à l'action oxydante de la flamme. Ce mouvement opère donc non seulement le brassage proprement dit, mais favorise encore la réaction de la sole sur la fonte à affiner puisque l'oxyde de fer de la sole est constamment ramené à l'état supérieur d'oxydation.

Dès que les loupes sont formées, les ouvriers arrêtent le mouvement de la chambre tournante, relèvent la boîte à fumée et, à l'aide de tenailles portées par une grue, enlèvent successivement les loupes et les portent sous le pilon cingleur.

3° Produits obtenus. — Il semble que le mouvement de rotation favorise l'élimination des substances étrangères contenues dans la fonte et notamment celle du phosphore. L'emploi de ce four permettrait de traiter, avec avantage, des fontes très peu phosphoreuses pour lesquelles le puddlage à la main est absolument impuissant.

D'un autre côté, les produits fournis par cet appareil présentent deux sortes de défauts qu'il y a lieu de signaler :

a) Us renferment des scories que le cinglage ne peut expulser à cause de leur état forcément pâteux dans ce mode de puddlage.

L'atmosphère et l'allure du four sont éminemment oxydantes, la scorie est presque constamment formée de silicates d'oxydes de fer à leur maximmn (ï oxydation ; or, une pareille scorie suroxydée est peu fusible. De plus, il n'y a aucun travail de compression exercé par le travail sur les particules ferreuses ou leurs agglomérations.

Les loupes ont, d'autre part, un poids dix fois plus fort que dans le puddlage à la main. Il en résultera que la scorie ne pourra être aussi bien expulsée au cinglage; on trouvera des pailles, criques, etc.. dans les pièces forgées.

b) Ils contiennent des parcelles de minerai provenant du frottement de la loupe sur la sole pendant qu'elle roule. Ces fragments de minerai non réduit s'incorporent à la loupe et, étant solides, ne peuvent être chassés ni par le cinglage, ni par le forgeage.

Mais si les fours Bouvard présentent des inconvénients au point de vue de la fabrication du fer marchand, ils conviennent bien, néanmoins, comme auxiliaires d'un des çrands procédés d'élaboration d'acier. Ces crosses loupes, transformées au pilon en très forts massiaux, constituent, en effet, un apport important de fer métallique et d'éléments oxydés. On conçoit qu'incorporées dans un bain de fonte en fusion, elles puissent, si la température de l'appareil d'élaboration est suffisante, diluer, d'une part, le carbone du bain de fonte dans une plus grande proportion de fer et aider, d'autre part, à la combustion d*une certaine proportion de ses éléments étrangers par l'apport d'oxygène des scories interposées.

C'est surtout pour cet usage que fonctionnent les fours Bouvard aux usines du Creusot.

D. — Four Pernot. — En 1873, M. Pernot, Ingénieur des forges de MM. Petin et Gaudet, à Saint-Chamond (Loire), réalise le premier four à sole mobile vraiment pratique.

La fonte peut être chargée soit à l'état solide, soit à l'état liquide.

Fi;L,'. 91. — Four de piuldlage rotatif, système Pernot. — Coupe longitudinale

suivant X X'.

On y pratique le brassage mécanique, sans le secours de l'homme, en incHnant la sole. L'arbre central qui porte la sole n'est pas vertical mais est dévié de 6 à 7**.

l** Description de l'appareil, — L'appareil comprend trois parties : a) La chauffe qui est un foyer ordinaire à la houille ou un four à gaz (1).

(l) Nous supposerons que le foyer est à la liouille, nous réservant d étudier le chauffage par le gaz lorsque nous étudierons la fabrication de l'acier au four Pernot muni de récupérateurs Siemens.

LE KOt'R A PUDDLER 215

b) Le rampant de la cheminée.

c) Le laboratoire placé entre les deux; il est à voûle et à parois fixes mais à sole mobile installée sur un chariot, ce qui facilite les réparations.

Le four est muni de deux portes presque contiguës placées à droite et à gauche du point le plus bas de la sole.

La plus grande des deux est la vraie porte de travail par où Ton sort les loupes.

La sole mobile circulaire est composée d'une cuvette en forte tôle à

Fig. 92. — Four de puddlage rotatif, système Pernot. — Coupe horizontale suivant UlT V V\

fond plat et à parois cylindriques et d'une garniture; celle-ci est formée de minerais riches et purs cimentés par fusion au moyen de battitures et de scories de cinglage.

Elle est relevée en forme de cordon le long des bords de la cuvette et parfois aussi renflée vers le centre.

Une roue dentée fixée audessous de la sole permet

de lui imprimer un mou- ^ , . » ,^ ^r.

*■ . Fig. 93. — Coupe transversale suivant V Y .

vement de rotation au

moyen d'un pignon.

Entre le dessus de la cuvette mobile et la plaque en fonte supportant

216 MÉTALLUHGIK DU PKK

la voûte fixe, on laisse un jeu d'environ 3 à 4 cm. à cause des déformations.

Pouse mettre à l'abri de Tair froid qui affl uerait par là sous l'appel de la cheminée on emploie un foyer soufflé, mais il faut éviter d'avoir un excès de pression à l'intérieur du four pour ne pas gêner le travail

du puddleur et pour ne pas brûler la plaque de support des parois fixes.

2"" Marche de V opération. — L'oxyde de fer de la garniture est à découvert pendant la majeure partie du mouvement de rotation ; il se passe alors le même phénomène que celui que Fig. 90. — Sole mobile. nous avons décrit à propos du four

Bouvard.

Malgré cela, si on veut activer l'affinage, il convient de faire intervenir le puddleur avec son crochet, comme dans le four à sole horizontale. En appuyant simplement le bout du crochet sur la sole en mouvement, il accroît l'énergie du brassage sans avoir à déployer beaucoup de force.

Dès que le fer commence à se figer, le travail de l'ouvrier devient nécessaire; en pressant le tranchant de la palette sur la sole tournante, on empêche l'adhérence des grumeaux de fer. Mais bientôt la masse entière se fige; on ralentit alors le mouvement, puis l'ouvrier brise, soulève et retourne les masses ferreuses au moment de leur passage en face des portes. Cela fait, le puddleurarrête la sole et prépare les loupes comme à l'ordinaire.

Grâce aux fortes charges qu'on peut y affiner, le four Pernot consomme moins de houille que le four simple ordinaire, on en économise environ 30 0/0 et c'est là son avantage principal ; mais il off^re, quoique à un degré moindre, les inconvénients des fours à chambre tournante et ne permet pas de se passer complètement du travail du puddleur. Il faut signaler aussi l'usure rapide de la sole qui absorbe de grandes quantités de minerais, de riblonsou de crasses riches.

Article 3. — comment puddlera-t-on pour avoir des fers ou des aciers ?

Nous avons vu plus haut qu'un ébauché de puddiage pouvait présenter une cassure à grains ou une cassure à 7ierf.

Dans le premier cas, le métal s'est rompu sous le choc du marteau assez brusquement sans allongement sensible, donnant une section assez nette presque perpendiculaire à la longueur de la barre.

Dans le deuxième cas, le métal n'a cédé souvent que dans la région la plus distendue et n'a pas donné une section bien nette mais caractérisée, au contraire, par des aspérités plus ou moins longues appelées arrachements, témoignant de la plus grande ductilité du métal qui a pu s'allonger avant de se rompre par flexion.

La cassure à grains est l'indice d'un fer relativement dur, la cassure à nerf celui d'un fer plus doux.

Il reste entendu que nous supposons n'avoir affaire qu'au métal brut de l'ébauché, car il est acquis qu'un fer nerveux peut devenir à graiiis et, réciproquement', selon le genre de travail mécanique ou calorifique auquel il aura été soumis.

En résumé, le métal le plus doux obtenu au four à puddler sera le fer nerveux, le plus dur sera l'acier, entre les deux on aura le fer à grains.

A. — Puddler pour fer à grains ou pour aciers. — D'une manière générale, le puddlage donnera du fer à grains quand toutes les circonstances facilitant la séparation de la scorie de la masse ferreuse se trouveront réalisées. Il faudra, par suite, assurer aux scories, en cours ou en fin de puddlage, la plus grande fluidité.

1" De la fluidité de la scorie, — Or, plus la scorie sera fluide, plus elle se séparera de la fonte soumise à l'affinage, formant au-dessus d'elle une nappe protectrice contre l'atmosphère oxydante. Il en résultera ainsi une plus grande difficulté pour assurer, par le brassage, le contact intime entre la fonte et la scorie.

Pour toutes ces causes, l'affinage sera retardé, peut-être même limité; en tous cas, il sera plus lent et plus progressif, la décarburation étant conduite presque au gré du puddleur.

218 MÉTALLUHGIB DU FEK

Par le fait même que les scories s'isolent mieux de la masse métallique, il en résultera que le produit de l'affinage pourra être plus carburé et qu'on aura un fer plus dur ou un acier.

Il ne paraît pas démontré, en effet, que le grain soit dû à la présence du carbone.

La texture à grains se rencontre toujours dans les aciers obtenus à l'état liquide, même quand on a poussé la décarburation à sa dernière limite. Les fers au bois, c'est-à-dire ceux qui ont été obtenus dans raffinage au bas-foyer (1) présentent toujours la texture grenue, même quand ils sont très doux.

Nous supposons, toutefois, dans ce qui précède, que les métaux en question n'ont subi, après la coulée, qu'un simple travail préliminaire de laminage ou de martelage terminé à une température pas trop basse. Et, en effet, après la trempe, les fers au bois ou les aciers extra-doux prennent la texture nerveuse, mais c'est là un phénomène résultant de la trempe elle-même et ne se rapportant plus au métal naturel, soit au métal brut.

Quelles sont donc les conditions à réaliser pour la fluidité de la scorie ?

Il y en a deux principales :

a) Les fontes traitées devront être riches en certains éléments;

b) La température de travail devra être élevée.

Supposons que les fontes affinées soient telles que les scories formées soient fluides ; si la deuxième condition est réalisée, le fer sera mou, ses grumeaux pourront se souder plus facilement et cela d'autant mieux qu'il y aura moins de scorie accumulée dans leurs inlerstices.

La température plus élevée permettra aussi à la force cristallogénique de se manifester dans une certaine mesure; il y aura tendance au groupement cristallin.

Toutes ces causes favorisent la formation du grain.

2° Nature des fontes traitées, — Les fontes rendant surtout les scories fluides et permettant d'enrichir le fer en carbone, tout en facilitant la soudure de ce fer carburé (fers à grains ou acier), sont les fontes nianganésées.

Le manganèse retarde la décarburalion, car il ramène sans cesse le

(1) La présence des alcalis provenant des cendres du combustible végétal rend les scories très fluides; en outre, la température de travail est fort élevée.

LE POUn A PUDOLER 219

fer oxydé supérieur à l'état de protoxyde. Or, le carbone est surtout éliminé par le fer oxydé supérieur; tant qu'il y auraMn dans la fonte, son affinité (1) pour empêchera cet oxyde de se former et G restera dans le métal.

Puis, grâce à Tabsence des oxydes supérieurs du fer et à leur remplacement par FeO et MnO, les silicates à bases multiples ainsi formés seront plus fluides, surnageront au-dessus de la fonte et permettront alors au puddleur de se rendre maître de la décarburation.

Plus tard, la fluidité du reliquat de scories interposées rendra plus efficace l'action du pilon cingleur.

Les fontes phosphoreuses rendront aussi les scories plus fluides par formation de phosphates de fer et de manganèse et faciliteront, de même, la formation du grain, d'autant plus qu'il restera toujours une certaine quantité de phosphore dans le métal affiné et que le fer carburéet phosphoreux, même très légèrement, est très mou et très soudable.

Nous n'avons cité que pour mémoire l'emploi des fontes phosphoreuses ; nous connaissons l'influence nuisible de Ph dans les fers et notamment dans les aciers. Ceux-ci, comme les fers fins, ne devront être obtenus qu'en traitant des fontes manganésées pures ou des fontes pures auxquelles on aura associé une certaine quantité de SpiegeL

3° Pratique de l'opération. — Le puddlage pour fers à grains ne diffère du puddlage pour aciers que par la durée de la décarburation.

Supposons réalisées les deux conditions précitées : fluidité de la scorie et haute température.

Le brassage ne commencera pas dès la fusion de la fonte, il y a intérêt à laisser reposer ou cuii'e le bain avant le brassage.

Pendant cette cuite qui dure environ 20 minutes, on laisse le clapet ouvert et on se contente de remuer, de temps en temps et très lentement, la masse fluide avec le crochet.

En opérant ainsi, on élève beaucoup la température sans que l'affinage soit trop hâtif; Si et Mn s'éliminent seuls, passent à la scorie à laquelle ils donnent une grande fluidité que favorise l'élévation de la température.

Le carbone est protégé contre l'oxydation, soit parce que le brassage proprement dit n'a pas encore commencé, soit parce qu'il y a du manganèse.

(1) Voir ce qui a été dit plus haut sur MnO à l'élude des fontes spéciales.

On ne brassera la masse que quand le bouillonnement de la fonte commencera à se manifester : alo7*s le bain ressemble à du riz cuit dans du lait.

La finesse des grains métalliques apparaissant en fin de brassage est caractéristique de l'acier; si les grains sont assez gros ce sera du fer plus ou moins dur et non de Tacier.

Presque toujours les aciers ou les fers fins à grains subissent le ballage.

B. — Puddler pour fer nerveux ou pour fer doux. — Le fer nerveux est un fer plus riche en scorie que le fer à grains. Il est, en général, plus affiné.

La plus grande quantité de scorie interposée peut provenir de plusieurs causes :

a) La température de travail au puddlage aura été moins élevée ;

b) Les fontes traitées ne fournissent pas une scorie assez fluide;

c) La scorie sera devenue plus pâteuse, l'affinage ayant été poussé beaucoup plus loin.

Les expériences de MM. Lan et List ont montré qu'à mesure que l'affinage avance, les scories se suroxydent et deviennent pâteuses.

Les silicates s'enrichissent de plus en plus en oxydes de fer, comme on sait ; or, les silicates basiques sont d'autant plus riches en ces oxydes que le bain à affiner aura été moins épargné par l'oxydation.

Ces scories pâteuses ne pourront s'éliminer aussi facilement par le cinglage que celles qu'on recherchait dans la fabrication du fer à grains ou de Vacier.

La cause retardatrice de la décarburation n'existera plus avec une scorie qui n'est pas fluide.

Si, au début du puddlage, le puddleur travaille de suite à registre ouvert et que le bouillonnement, au lieu d'être lent et progressif, se produise très activement, quoi qu'il fasse et quelle que soit la nature des fontes traitées, au lieu de fer à grains, il aura du fer à nerf. La décarburation n'aura pas été progressive ; tous les corps étrangers auront été brûlés dans leur ordre d'oxydation, il est vrai, mais une grande quantité de fer se sera brûlée suroxydant rapidement la scorie, la transformant en un meilleur véhicule de l'oxygène, et cela d'autant plus que, rendue moins fusible, elle s'incorporera mieux à la masse.

Le fer à grains en loupe, fabriqué comme on l'a ditplus haut, pourra

i.E FOUR A pi:DDr.Kn 221

donner un fer nerveux après cinglage si pour un motif quelconque on retarde l'opération du cinglage, car alors le reliquat de la scorie interposée a le temps de s'épaissir.

C. — Digression sur le corroyage. — Quoique l'étude du corroyage ressortisse au « Travail des métaux », nous ne pouvons cependant nous dispenser d'en parler afin de compléter notre précédente étude.

L'analyse chimique démontre que le fer nerveux est plus scoriacé que le fer à grains.

Nous citerons deux expériences à titre d'exemple :

l*"® expérience. — Dans une fabrication de fer à grains irrégulière, une loupe a donné des ébauchés à grains et des ébauchés à grains mélangés de nerf. Après analyse (Annales des mines, tomes VI, H. Le Chàlelier) on trouve dans un ébauché tn partie à n^r/" deux fois plus de scories que dans un ébauché à grains.

Dans ce dernier on constate encore des quantités appréciables de C et de Ph : dans l'ébauché en partie à nerf, C n'est pas dosable, Ph y figure dans une proportion moitié moindre.

Deux fragments d'un ébauché à gfraiws ont été réunis en paquet, c'està-dire superposés et consolidés par une ligature en fil de fer ; puis, porté au blanc soudant,ce paquet a été transformé en une barre, ce qui a donné du fer une fois corroyé.

La même opération a été faite avec un ébauché en partie nerveux.

On a constaté à l'analyse une diminution très sensible dans la proportion de scorie interposée.

Le corroyage éliminant la scorie donne de l'homogénéité aux métaux misés. Ce qu'on a fait une fois avec une barre de fer ou d'acier puddlés, on peut le faire une deuxième fois avec la barre obtenue après un premier corroyage, on obtiendra du fer ou de l'acier corroyés deux fois et ainsi de suite.

On ne va généralement pas au delà de trois corroyages car :

a) La main d'œuvre et le combustible coûtent cher;

b) Il y a déchet de métal à chaque opération ;

c) La dureté du fer ou de V acier est abaissée ; et, en effet, le carbone ayantplus d'affinité que le fer pour l'oxygène s'oxyde chaque fois plus que ce métal : après plusieurs opérations de corroyage sur de l'acier ou du fer dur, on obtiendrait du fer doux.

Du reste, pour prévenir autant que possible, pendant le chauffage.

222 MÉTALLUKGIE OU KKIt

l'oxydation de la surface et éviter par suite la décarburation du métal quand on traite du fer dur ou de Tacier, on saupoudre le paquet avec de l'argile assez fine. Cette argile facilite aussi l'expulsion d'une certaine partie de l'oxyde de fer superficiel par formation d'un silicate double d'alumine et de fer.

d) Les chauffages répétés nuisent à la qualité des fers et des aciers y la force cristallogénique ayant tendanceàse manifester et le ferpouvant s'oxyder.

L'état cristallin et l'interposition d'oxyde de fer sont les deux caractéristiques du fer brûlé.

Tous les objets en fer ou en acier puddlés proviennent de paquets; ces paquets peuvent être constitués avec des fers plus ou moins corroyés sans qu'on s'astreigne à composer les mises avec des fers au maximum de corroyage afin d'améliorer la qualité. 11 ne faut pas oublier, en effet, que l'objet que devra fournir le paquet ne sera obtenu qu'après un travail énergique de celui-ci, soit au pilon, soit au laminoir, et qu'un psLTeil façonnage constituera souvent le meilleur des corroyages,

2« expérience, — Dans une autre expérience (Annales de chimie et de physique, tome VIII) un morceau de fer nerveux a été traité par un courant de Cl gazeux à la température du rouge sombre, le fer a été volatilisé et l'on a obtenu comme résidu un squelette présentant exactement la forme du morceau primitif. Ce résidu très ténu et très léger est composé de silice en forte proportion et d'un peu d'oxyde de fer ; ce sont les scories interposées dans le fer qui ont résisté partiellement à l'action de Cl, tandis que le fer et les métalloïdes qui lui étaient combinés ont été complètement volatilisés.

La proportion de scorie a été trouvée égale à 1,3 0/0.

Un morceau de fer à grains soumis à la même expérience a donné une proportion de scorie égale à 0,7 0/0, soit moitié moindre environ.

Article 4, — Perfectionnements récents apportés

AU FOUR APUDDLER

En réalité, le puddlage classé depuis longtemps dans la catégorie des procédés destinés à disparaître subit depuis quelques années une véritable transformation à un double point de vue :

a) Le mode de chauffage direct par la houille brûlée sur grille est

hK POUR A Pl'DDLRR 223

remplacé dans les nouvelles installations par le cliauffai^e au gaz avec toutes ses variantes.

b) Les métaux puddlés tendent de moins en moins à être employés pour un usage direct, ils sont le plus souvent utilisés comme apport métallique dans les procédés d'élaboration des métaux ferreux fondus, ainsi qu'on le verra dans la suite.

Nous ne nous occuperons pour l'instant que des perfectionnements apportés au mode de chauffage.

Au lieu de puddler à la houille, on peut puddleraubois, à la tourbe, au lignite ; mais comme ces combustibles sont aquifères et renferment, en outre, beaucoup d'oxygène, ils chauffent moins et oxydent davantage.

Plutôt que de les employer sinon torréfiés ou au moins fortement desséchés, il vaut mieux transformer en gaz ces combustibles de qualité inférieure en les brûlant d'une façon rationnelle pour en récupérer le maximum de chaleur.

L'opération dupuddlagene subit d'ailleurs aucune modification, aussi n'y reviendrons-nous qu'accidentellement pour signaler au besoin l'influence que peut exercer surle métalproduit une température plus élevée.

A. — Four depuddlage au ga% système Siemem. — Le chauffage au gaz par le système Siemens sera longuement étudié lorsque nous traiterons de la fabrication des métaux fondus par le procédé Martin.

Nous pouvons dire, sans anticiper sur les développements ultérieurs, qu'on arrive à réaliser ainsi des températures de combustion très élevées en faisant circuler les gaz combustibles produits par un gazogène et l'air nécessaire à leur combustion, dans de puissants massifs en maçonnerie réfractaire échauffés au préalable parla chaleur que leur ont cédée les produits brûlés en se rendant à la cheminée.

La seule difficulté qui résulte de l'emploi des^ gaz provient des appareils dits de récupération (massifs en briques réfractaires) qui sont rapidement obstrués par les scories et les globules de fer formés dans la période du bouillonnement. Ce simple fait a empêché l'adoption des fours Siemens pour le puddlage dans un grand nombre de forges. On peut cependant remédier en partie au mal en disposant entre le four à puddler et les chambres à briques un compartiment spécial (voir figure 95) facile à ramoner et où les particules entraînées viennent se déposer. En plaçant ce réduit de façon que les gaz ne puissent y parvenir qu'en passant au travers d'un carneau vertical de 70 à 80 centi-

224 METALLURGIE DU FER

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LE FOUR A PliDDLKR

mètres de longueur, l'entraînement sera faible, surtout si onmodèreen même temps le tirage du four.

Au lieu de préparer du gaz dans des gazogènes à l'aide de combustibles de qualité inférieure, on peut amener directement dans les chambres de récupération les gaz venant des hauts-fourneaux quand l'usine en possède en nombre suffisant. Cette solution n'est applicable qu'au chauffage des fours à puddler, car ces gaz ne sont pas assez riches en éléments combustibles pour réaliser, par leur combustion, la température nécessaire à la fusion de l'acier.

Nous donnons ci-dessous un autre exemple de puddlage au gaz, non plus avec chambres Siemens, mais avec application du système Ponsard.

B. — Four de puddlage au gaz sijstème Ponsard. -r- Tandis que dans le système Siemens on dispose de conduits multiples en briques réfractaires tour à tour parcourus en sens inverse par les gaz brûlés qui cèdent leur chaleur, et par l'air ou les gaz combustibles qui l'enlèvent de nouveau aux parois de ces conduits, dans le système Po7isard on fait passer les produits de la combustion par une série nombreuse de carneaux parallèles relianl le laboratoire à la cheminée. Ces carneaux sont à mince paroi et isolés les uns des autres par un ensemble de conduits semblables que parcourt en sens inverse l'air aspiré par le foyer. On utilise ainsi, par voie de chauffage méthodique, une partie de la chaleur qui, dans les fourneaux ordinaires, se dissipe en pure perte par les cheminées. — Un gazogène est, en outre, accolé au four fournissant le gaz combustible que brûlera l'air chauffé par son passage dans les conduits qu'auront réchauffés par conductibilité les gaz brûlés se rendant à la cheminée. — Tandis que le système Siemens est basé sur le principe bien plus fécond de la régénération de la chaleur, comme on le verra plus tard, le système Ponsard est basé sur le principe de la conductibilité.

Nous donnons ci-dessous à titre d'exemple, et d'après le Bulletin de la Société de Vlndustrie minérale de Saint-Etienne^ la description sommaire d'un four à puddler au gaz imaginé par M. Piecka, sons- Directeur des grands établissements de Witkoivitz en Moravie et fondé sur le principe de la conductibilité.

Ce four à puddler permet le traitement de charges de oOO kilogrammes.

La sole est double et portée tout entière par un piston hydraulique

dont la course n'est que de 3 à 5 cm, suffisante pour soulever le four, dégager les joints des autels et faire tourner le tout de 180°.

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Le g-azoçène accolé au four est à double cuve, chacune des cuves est munie d'une tuyère et d'un trou de coulée pourrécoulement des laitiers

LE FOUR A PUODLBR 227

produits par l'addition d'un fondant destiné à rendre les cendres du charbon fusibles.

La charge d'une des soles étant terminée, on retourne le four pour travailler au crochet celle du compartiment B qui est fondue et on recharge en A. On évite ainsi tout arrêt dans le travail, il n'y a pas de temps perdu pour la fusion, le déchet estréduit à un minimum grâce au réglage facile du mélange de gaz et d'air dans le four et, surtout à ce que ce mélange étant introduit sous pression, il n'y a pas de rentrées d'air oxydantes par les portes.

C. — Puddlage direct au gaz, système Bon^Ai//. — Nous nous bornerons à quelques indications sommaires sur ce procédé nouveau, inauguré par M. Bonehill en 1894, et dont la description figure dans les comptesrendus du meeting d'automne (1895) de VIronand Steel Institiite.

La fonte liquide est amenée directement du haut-fourneau dans un réserv^oir approprié, installé près des fours à puddler et chauffé soit directement, soit par des flammes perdues. La fonte coulée dans une poche de fonderie est versée par une porte de travail sur la sole du four à puddler.

Les fours sont doubles, chaufi'és au gaz à l'aide de quatre gazogènes.

Le rendement de cette fabrication serait fort élevé, s'il faut en croire les résultats publiés à ce jour, mais il convient d'ajouter qu'elle ne saurait s'appliquer à des produits fins. Il est reconnu qu'il y a nécessité de puddler des fontes chaudes et de qualités bien déterminées pour élaborer des fers fins ; or, on ne peut les obtenir, d'une façon certaine, dans la marche continue d'un haut-fourneau. C'est là une remarque fort importante à faire dans tous les procédés métallurgiques s'appliquant à des produits de première fusion.

Le procédé Bonehill pourrait peut-être s'adapter aussi bien à la fabrication des fers communs qu'à celle des fers fins dans les grandes installations où marchent simultanément plusieurs hauts-fourneaux. Les réservoirs constitueraient alors des mélangeurs dans lesquels ou déverserait les différentes fontes obtenues eu première fusion.

D. — Conclusion sur le puddlage au gaz. — Les frais* d'installation première des massifs réfractaires servant à la régénération de la chaleur étant mis à part, il est clair qu'en puddlant à haute température, la durée de l'opération se trouve fort réduite et procure une notable économie.

228 MéTALLUROIR DU FKR

D'autre part, le fer ou l'acier obtenus sont plus compacts et moins scoriacés, car les loupes formées à température élevée ont une scorie très fluide et facile à éliminer au cinglage. Une condition, néanmoins, s'impose pour réaliser par la chaleur la fluidité de la scorie : c'est de travailler dans une atmosphère neutre ou réductrice ; nous avons vu qu'une scorie suroxydée a un point de fusion beaucoup plus élevé. L'étude complète du chauffage Siemens nous permettra de donner à ce sujet quelques éclaircissements.