II. — Marche d'une opération

Nous distinguerons dans cet exposé :

La fusion des matière?,

La détermination du point d'arrêt,

Les additions,

La coulée.

A. — Fusion des matières. En principe, il faut proportionner la charge à fondre à la capacité du four. Si le four est de n tonnes, il faudra y traiter une quantité de matières dont le tonnage soit voisin de n, entre n — 1 et rt+^> par exemple.

Si un four est trop chargé, on n'échauffera, ni le four, ni le métal, à cause du rétrécissement du passage de la flamme.

Si un four est insuffisamment chargé, on fondra les parois avant d'avoir pu arriver à fondre la charge.

11 faut donc veiller avec un très grand soin aux prescriptions ci-dessus, sous peine de faire un mauvais acier ou de mettre rapidement le four hors de service.

La fonte d'entrée est cassée en fragments de demi-gueusets pesant, en moyenne, une quarantaine de kilog,, de forme et de poids toujours maniables. Les fragments de fonte sont lancés à bras ou placés le plus souvent un à un sur le plat d'une pelle à long manche et disposés sur la sole du four où ils doivent être à peu près uniformément répartis.

Les Aciéries nouvelles font usage aujourd'hui d'appareils de chargement de plus en plus perfectionnés, l'électricité est même mise à contribution pour actionner ces chargeurs. Nous ne les signalons qu'incidemment, leur description par trop spéciale nous écarterait trop de notre sujet.

Supposons donc simplement employés les moyens ordinaires.

En quatre minutes un fondeur et ses deux aides ont chargé une tonne de fonte. Au cas où la fonte d'entrée ne contiendrait pas de Mn, on chargerait en même temps une certaine quantité de spiegeU En général, et sous les réserves faites plus haut au sujet des proportions relatives ■ de fonte et de riblons, la proportion de fonte chargée varie du quart au tiers de la charge totale.

I-ies scraps et boccages divers peuvent être joints à la fonte initiale et chargés comme cette dernière, à froid, dans la proportion d'un tiers au moins de la charge totale ; ils sont placés au-dessus de la fonte. Pour que le déchet ne soit pas trop fort, les valves de gaz et d'air sont réglées de façon à obtenir une flamme fuligineuse carburante pendant tout le temps du chargement et de la fusion.

Quand la fusion est obtenue, c'est-à-dire quand le bain de fonte est arrivé franchement au blanc, soit environ 3 ou 4 heures après l'introduction de la charge, on ajoute pour affiner le bain soit des riblons d'acier plus ou moins doux, soit du fer, soit le mélange des deux dans une proportion dépendant évidemment : de la température du four — de son allure plus ou moins oxydante — de la nuance des fontes initiales ou de celle des riblons ajoutés en C, Si, Mn, etc

La quantité de riblons à ajouter varie avec celle des scraps ou boccages primitivement introduits ; elle forme d'ordinaire le dernier tiers de la charge.

Généralement, ces matières ne sont pas ajoutées froides dans le bain, on les réchauffe presque toujours dans un four à réverbère placé en face ou à côté du four Martin ; de cette façon, le bain d'acier n'est pas refroidi par les additions.

Cependant, étant donné les allures de mieux en mieux réglées des

régénérateurs, l'obtention de températures de plus en plus élevées réalisables avec des matériaux réfractaires de meilleur choix et des constructions plus soignées, il semble que la nécessité du réchauffage préalable des matières devienne de plus en plus discutable et que le principe de la méthode d'additions restreintes et espacées perde de son importance en présence des résultats obtenus récemment dans un grand nombre d'usines.

B. — Délermination du point d'arrêt. — A partir du moment où la totalité de la charge a été introduite dans le four, il faut pouvoir suivre la marche de l'affinage. Pour cela, on prélève un peu de métal à l'aide d'une cuiller recouverte intérieurement de terre réfractaire, on le coule dans une petite lingotière et on le traite comme on l'a déjà expliqué lors de l'étude de l'opération Bessemer.

Avec quelque pratique du métier on arrive vite à apprécier, d'après Tangle de pliage de l'éprouvette, l'aspect de la cassure, etc. le degré de dureté du métal.

On peut même fixer, avec une erreur assez faible, la teneur en carbone et juger de celle en manganèse suivant la manière dont l'éprouvette aura supporté le forgeage.

On peut aussi, comme anBessemerj se guider sur la nature de la scorie qui surnage au-dessus du bain métallique : une scorie de nuance claire indique un affinage insuffisant, une scorie brûlée à cassure métallique et terne indique une oxydation trop grande, etc..

Pour les raisons déjà exposées au Bessemer acide, on ne peut arrêter l'affinage à la teneur en carbone requise pour la nuance d'acier à fabriquer. On pousse l'opération jusqu'à une limite telle qu'on ait oxydé complètement le silicium et les autres corps contenus dans la fonte, sans que toutefois le carbone qui s'oxyde le dernier ait été complètement brûlé et cela afin de ne pas brûler trop de fer.

Pour les aciers durs, demi-durs ou demi-doux, on pousse autant que possible l'affinage jusqu'à une éprouvette contenant de 0,200 à 0,150 0/0 de carbone.

Pour les aciers doux ou extra-doux, la teneur en carbone variera de de 0,150 0/0 à 0,120 et 0,100.

En d'autres termes, l'affinage sera poussé d'autant plus loin que le métal à obtenir devra être plus doux.

Pour arriver à ces teneurs on ajoutera, si besoin est, des riblons

d'autant moins carbures que la prise d'essai aura indiqué un métal plus dur ; mais à des doses relativement faibles, par 100, 200 ou 300 kilogrammes environ.

Ces prises d'essai seront faites en nombre nécessaire pour arriver à une quasi certitude sur l'état du bain en carbone.

Quand on sera arrivé à ces limites extrêmes de décarburation, le point (Tarrêt aura été obtenu. ,

Il faut ajouter qu'on aura pu envoyer au hboratoire de Vmine une ou plusieurs des éprouvettes dressai prises en cours de travail. A l'aide d'une machine à percer on y prélèvera quelques copeaux de métal qu'on soumettra à un procédé rapide d'analyse : les résultats seront envoyés à la fonderie et pourront fixer définitivement sur la qualité du métal.

C. — V addition finale et la coulée. — On procédera alors aux additions finales de spiegel ou de ferro-manganèse, selon qu'on voudra obtenir des aciers durs ou des aciers doux, ainsi qu'il a été expliqué lors de l'étude du procédé Bessemer.

Ces additions se font, comme on sait, dans le four lui-même ou dans la poche de fonderie au moment où l'on va couler.

Les fontes manganésées servant à l'addition sont d'un prix assez élevé ; or, tout le manganèse qu'elles apportent ne sert pas exclusivement à désoxyder le bain d'acier, il y a une perte que nous allons signaler.

Le métal en fusion est, en effet, recouvert vers la fin de l'opération d'une nappe assez importante de scories plus ou moins oxydées sur lesquelles on ne pourra empêcher l'action réductrice du manganèse de se porter. Pour remédier à cette perte, on a eu l'idée de jeter dans le four, avant l'addition, quelques pelletées de charbon (coke à l'état de grande division).

Ce charbon joue un rôle de réduction dans la couche superficielle de scories, dénotant son action en provoquant dans le bain une effervescence assez vive mais de courte durée.

Ce réactif ayant produit son effet; on ajoutera la fonte manganésée dont on pourra réduire la quantité, car on peut admettre que son manganèse servira presque tout entier à désoxyder l'acier lui-même.

Nous voyons là une utilisation fort simple de la réduction par le carbone et qu'on ne peut pas effectuer dans la pratique courante sur une plus grandeéchelle ; car, si l'on ajoutait dans le four la quantité dechar-

340 AIÉTALLURGIE DU FER

bon nécessaire pour la complète désoxy dation, le bouillonnement serait trop fort et pourrait être accompagné de projections du métal liquide.

Souvent, au lieu d'une seule addition de coke, on peut en faire plusieurs dans le cours même de l'opération dans le but de diminuer l'action affinante de la scorie et surtout de combattre la formation continue de l'oxyde de fer que l'on ne peut, quoiqu'on fasse, éliminer sûrement par une simple addition de fonte manganésée. En tempérant l'action affinante de la scorie on se propose d'empêcher, le cas échéant, l'oxydation d'un élément étranger facilement oxydable qu'on veut introduire dans le bain d'acier. Cette remarque concerne surtout la fabrication des aciers chromés, le chrome étant un corps éminemment oxydable aux hautes températures. Nous reviendrons du reste sur ce point lors de la fabrication des aciers spéciaux.

Cette utilisation du charbon comme réducteur n'avait pas échappé à M. H. Sainte^Claire Deville qui, visitant une aciérie où se faisait une opération Bessemer, fut fort étonné, nous apprend M. Ferd. Gautier^ qu'on ne songeât pas à substituer au manganèse le charbon, réducteur remarquable et d'un prix peu élevé. On aurait ainsi trouvé le moyen de désoxyder un bain d'acier économiquement et sans lui laisser du manganèse, ce dernier métal ne pouvant évidemment pas passer intégralement à la scorie.

Nous rappellerons que M. Vallon avait signalé, en 4866, que « le carbone agirail comme le manganèsCy mais avec production de gaz et explosions ».

L'important est donc de rendre pratiquement possible la désoxydation par le charbon et d'opérer en même temps la recarburation. Il semble que la question ait été résolue par l'opération du filtrage de l'acier.

D. — Filtration ou carburation directe de V acier. En 1890, M.Thielen, directeur des Aciéries du Phœnix à Ruhrôrt, fit une communication au Meeting International des mines et de lu métallurgie sur un procédé de carburation directe de l'acier.

Ce procédé, dû à MM. Gilchrist et Darby, directeurs de l'usine de Brymbo dans le nord du pays de Galles, et qu'ils appellent la filtration, consiste à faire passer l'acier Uquide sur du carbone. L'inconvénient de désoxyder par le ferro-manganèse ou le spiegel est qu'on introduit

nécessairement avec le carbone une certaine quantité de manganèse et presque toujours aussi du silicium.

Nous verrons ultérieurement, lorsque nous traiterons du « Ti^avail des métaux » que la présence du manganèse à très petites doses peut, dans certains cas, offrir quelques inconvénients. Or, les procédés fondés sur l'emploi d'une addition finale d'alliages manganésifères donnent des produits tenant une dose minimum de 3 à 4 millièmes de manganèse ; ils ne permettent pas d'obtenir pratiquement des aciers presque exclusivement carbures. La sidérurgie actuelle exige aujourd'hui la production courante de pareils métaux, ils servent de point de départ pour la fabrication de ces aciers nouveaux dont il sera largement parlé dans la suite. Le premier appareil imaginé par les inventeurs consistait en un cylindre de tôle ouvert par le haut et fermé en bas par une plaque réfractaire percée d'un grand nombre de trous : tout l'appareil était d'ailleurs doublé d'un revêtement réfractaire. On le remplissait de la substance carburante et on l'intercalait entre deux poches à acier ; l'une au-dessus contenant l'acier liquide extrait du four où on l'avait élaboré (i), l'autre au-dessous destinée à le recevoir après qu'il avait passé à travers le charbon.

L'acier en fusion, en coulant dans les interstices des morceaux de charbon, absorbait le carbone jusqu'à la teneur voulue.

Des expériences ayant démontré que l'absorption du carbone par l'acier était tellement rapide que le temps nécessaire à la filtration n'était pas utile, M. Darby construisit l'appareil représenté dans la figure ci-après.

Dans cet appareil, le filtre cylindrique est remplacé par un récipient convenablement supporté entre le four Martin-Siemens et la poche de coulée. De même que le filtre, il est revêtu intérieurement de matières réfractaires et muni d'une plaque de fond réfractaire percée de trous. Audessus se trouve un récipient contenant la matière carburante con-

Flg. 4 60.

(1) Pour Martin-Siemens ou convertisseur Bessemer.

342 MÉTALLUROIB DU FER

cassée. Ce récipient est fermé par un tiroir dont l'ouverture plus ou moins grande permet de régler à volonté l'écoulement du carbone dans le récipient placé au-dessus de la poche de coulée, où il se mélange avec Tacier en fusion qui se carbure et s'écoule à travers les trous de la plaque de fond perforée.

En général, on préférait ne pas faire passer tout l'acier à recarbu-

Pig. 161.

R, chambre de récupération.

rer sur le carbone ; on ne carburait que le premier tiers de la charge et on lui donnait un degré de carburation tel que les deux autres tiers de la charge d'acier fondu étant ensuite mélangés avec l'acier carburé, on obtînt un bain homogène à la teneur demandée.

La perte de matière carburante par combustion est d'environ 13 à 20 0/0 avec le graphite de cornues à gaz, elle est un peu plus forte avec le coke.

Les teneurs en carbone peuvent varier dans de grandes limites au gré de l'opérateur; M. Darby affirme qu'il peut élever cette teneur de 0,01 0/0 à i 0/0 en passant par toutes les teneurs intermédiaires.

En dehors de la question de la pureté du métal obtenu, il est certain que celle du prix de revient est aussi à considérer, car les alliages manganésifères coûtent fort cher.

ARTICLE 2. OrE PROCESS

La rareté des riblons de fer ou d'acier a obligé les industriels dans quelques districts métallurgiques, en Angleterre et en Russie par exemple, à consommer dans l'opération Siemens Martin le plus de fonte possible.

Pour arriver à ce but, il a été nécessaire de hâter l'affinage par simple réaction en ajoutant du minerai.

Ce procédé s'appelle « Ore process » ; il serait plus exact de l'appeler « Pig and ore process », car on affine- de la fonte par l'oxygène du minerai.

Cette fabrication, d'abord localisée en Angleterre, s'est du reste introduite en France ; mais elle n'est pas encore très répandue.

Avant d'indiquer la marche générale de l'opération, il est important de dire que le procédé à la fonte et au minerai n'a jamais été appliqué d une façon rigoureuse. Dans la pratique, le lit de fusion contient 3/4 à 4/5 de fonte et i/4 à 1/5 de so^aps d'acier; on affine ce mélange à l'aide d'une addition de minerai riche égale à 18 à 25 0/0 du poids de la fonte.