LA FONDERIE

757. Sommaire du travail. — Le procédé Bessemer a pour base l'action directe de l'air comprimé sur la fonte liquide. Le brassage et les combustions que le courant d'air détermine transforment certaines fontes en un métal qui présente les propriétés caractéristiques de l'acier fondu ou seulement quelques-unes de ces propriétés, suivant la nature des fontes employées.

L'opération s'exécute dans un appareil spécial semblable à une cornue et appelé convertisseur: après l'introduction de la fonte liquide, l'air est distribué à la pression convenable par une série de tuyères qui débouchent sous la fonte, de manière à la traverser en totalité. La masse métallique en élaboration reste liquide pendant toute la durée du passage de l'air.

SECTION IV. PROCÉDÉ BESSEMER

On distingue la méthode suédoise et la méthode anglaise pour fabriquer l'acier d'après ce procédé. Dans la première, on interrompt l'opération et on procède à la coulée au moment où il s'est formé de l'acier; mais cette méthode est peu pratique, parce que l'absence de tout moyen d'apprécier le degré de décarburation réalisé met dans l'impossibité d'obtenir des produits constants et de qualité voulue. Dans la seconde méthode, on prolonge l'action du courant d'air jusqu'à ce que la fonte se soit transformée en une sorte de fer suraiïiné ou brûlé : ce produit, non étirable et sans applications, est immédiatement transformé en acier au moyen d'une addition de fonte miroitante (Spiegeleisen) de Muesen ou de Siegen faite du dehors dans le convertisseur avant la coulée du métal élaboré. La combinaison des deux espèces de fer se fait avec une vivacité extraordinaire, sans que les ouvriers aient besoin d'y contribuer par aucun travail, et au bout de quelques secondes, le tout se trouve converti en une masse homogène d'acier liquide. Comme on a toujours le moyen de s'assurer, entr'autres par le spectroscope, si la décarburation est complète, la manipulation anglaise offre moins d'incertitude que l'autre en ce qui concerne la réalisation d'un degré de décarburation déterminé.

Pendant le travail, on remarque des détonations avec éruption de matières. Si ces détonations ne sont ni trop violentes ni trop prolongées et qu'elles ne se produisent que vers la fin de l'opération, celle-ci est régulière; si elles sont fortes cl de longue durée ou qu'elles se manifestent dès le commencement, l'opération est irrégulière et désavantageuse.

L'acier produit est ordinairement coulé en lingots que l'on façonne en objets divers dans des forges par le martelage et le laminage.

Nous supposerons qu'on travaille d'après la méthode anglaise et qu'on élabore des charges d'environ trois tonnes. Si celles-ci étaient plus fortes, par exemple, de six tonnes, ce qui est regardé comme avantageux, le travail serait le même, mais il faudrait des appareils plus grands et une soufflerie plus puissante.

788. Éléments de l'installation ou parties organiques de l'usine. — La cornue ou le convertisseur (Umaendertcngsgefaess, Birne). — Le convertisseur ressemble à la panse d'une grosse cornue de distillation munie d'un col très-court. Il est en tôle de 0"',01'2 ou O^jOlSjà rivures, protégé à l'intérieur par une couche de terre réfractaire damée de 0'",'2 ou 0™,3 d'épaisseur, et se compose: 1° du col (Ilaubc); 2° du ventre (Kessel), muni au fond de ses tuyères et 3° de la boîte à vent. Les deux premières parties sont à rebords et boulonnées ensemble pour la facilité des réparations intérieures en matériaux réfractaires.

CHAP. I. LA FONDERIE

Dans les convertisseurs de Seraing, le col et le ventre s'assemblent à charnière comme le couvercle et la boîte d'une tabatière, pl. 28,/?gr. 13. Suivant André, il serait utile, ainsi que cela se fait à Koeningshuette (Prusse), de former le col lui-même de deux parties à rebords et boulonnées.

DC, Pl. 28, fig. 14, étant la place occupée par les tuyères, on mettait autrefois les trois points A, B (il C sur une même ligne droite, dans le but d'empêcher la projection directe des matières au moyen du vent par le rampant. Sachant maintenant que ce n'est pas le vent comprimé qui projette les scories et le métal, mais bien le grand développement de gaz dans la masse, on a modifié la forme du vide intérieur de l'appareil, en omettant la partie saillante en B, ce qui, non-seulement permet de voir les tuyères du point A, mais empêche en outre la projection des matières durant la coulée.

Le fond est un cylindre composé de deux couches de grosses briques, au nombre de cinq dans chaque couche. Les bases de ces briques ont la forme de secteurs de cercle. Les deux rangées sont percées de onze trous pour recevoir autant de tuyères en terre refractaire de la meilleure qualité. Elles sont d'une forme tronc-conique, ayant 0'",22S à O^jSSS de longueur et à leurs extrémités O^jlO et 0'»,07 de diamètres. Elles sont percées chacune de cinq trous également coniques et ayant à leurs extrémités respectives 0",01 et 0™,007.

Il convient de remarquer que les jets de vent lancés dans le bain ne doivent pas être trop rapprochés des parois de l'appareil, sous peine de voir celles-ci se détruire rapidement; aussi la sole du convertisseur doitelle avoir un diamètre moins grand que le ventre, et ne pas présenter des tuyères trop près de ses bords.

En Angleterre, le revêtement, la chemise ou la doublure du convertisseur se fait en ganister, espèce de grès à ciment argileux qui, à Scheffield, se trouve en grandes masses sous la houille. Cette pierre n'est pas rare : on l'a également découverte dans d'autres pays. C'est le psammite houiller de Liège. On prend les variétés un peu argileuses, ou bien, si le cas l'exige, on les mélange avec de l'argile. Il faut que le psammite renferme au moins quelques centièmes d'oxyde de fer, pour que la couche, dans la cornue, se couvre d'un vernis qui lui donne du corps et Tempèche de se détacher. Suivant Greiner, le ganister de Seraing est composé, sur 99,30, de : eau d'imbibition, 0,S5 (?); silice, 89,40; alumine 6,80; chaux, 0,S0; magnésie, (?); oxyde de fer, 2, OS.

Après avoir pulvérisé la pierre, on la transforme avec de l'eau en une pâte molle, qu'on laisse sécher à l'air. On pourrait employer la terre ordinaire à briques réfractaires.

SECTION IV. PROCÉDÉ BESSEMER

Comme la campagne d'un revêtement est de 9 à 12 mois, on ne consomme qu'une petite quantité de la matière dont il est formé ; et comme cette matière exige une élaboration, on préfère la faire venir d'Angleterre.

On garnit l'une et l'autre moitié du convertisseur séparément de la matière réfractairc dont on veut former la doublure.

Le croquis, pl. 28, fif. i^, indique la manière dont on fait le revêtement de la moitié supérieure de l'appareil. Cette moitié étant renversée de manière que la surface de jonction avec l'autre moitié redevienne horizontale, on garnit de briques réfractaires R le col ou le rampant, puis on bouche l'ouverture au moyen d'une planche P et on remplit la cavité jusqu'à une certaine hauteur de ganisler G, en poudre très-ténue qu'on dame, en l'introduisant, selon les règles ordinaires du moulage. Cela fait, on place un patron ou modèle M et l'on continue à damer du ganister dans le vide annulaire laissé par le patron jusqu'à ce que la cavité soit entièrement remplie.

La garniture de la partie inférieure de l'appareil se fait à l'aide d'un patron, après avoir construit en maçonnerie la base m. Pl. 37, /«(/. 4.

On retire ensuite les patrons, on creuse soigneusement la cavité du rampant bouchée de ganister, on fait sécher l'une et l'autre moitié de l'appareil, comme cela se fait dans les fonderies, en y tenant en suspension un panier rempli de coke en combustion, on remplit les fissures, s'il s'en est produit, puis on réunit les deux moitiés au moyen de boulons à clavettes, on maçonne la partie inférieure avec des briques présentant les ouvertures nécessaires pour les tuyères et on place celles-ci dans leurs logements de manière que leur petite section arrive au niveau du revêtement réfractaire intérieur.

m, Pl. 37, fig. 4, base du revêtement : elle est en maçonnerie. — P, patron. — R, revêtement en ganister. — g, ganister. — B, boîte à vent en fonte. — t, t, t, tôles. — F, fond en briques réfractaires, crcuséesde manière à laisser les vides pour le passage des tuyères. — Le revêtement R résiste à 350 coulées, la maçonnerie F une semaine et les logements des tuyères soutiennent 4 coulées. Au convertisseur à 3 tonnes de Scraing, il y a 18 boulons 6 et 16 boulons c. Un revêtement de la cornue de 3 tonnes de Scraing exige 7000 k. de ganister et pour 100 fr. de main-d'œuvre.

Autrefois, on vissait les tuyères dans le fond de la boîte à vent et, à cet effet, elles étaient filetées à leur extrémité inférieure. Cette pratique a été abandonnée, parce qu'on sait nuiinlcnant que, loin de se contracter par la chaleur, la terre, suffisamment recuite, se dilate, au contraire. On se contente de maintenir les tuyères, dès le chauffage qui

CHAP. I. — LA FONDERIE

précède l'introduction du métal, par des crampons en fer, que l'on visse contre le fond inférieur de la boîte à vent.

Les tuyères, façonnées en argile grasse, sont comprimées, séchées à l'air, cuites de 18 à 66 heures et soumises pendant plusieurs jours au refroidissement.

Le moyen indiqué plus haut permet de placer les tuyères de façon que l'air ne puisse pénétrer entre elles et leur logement(').

Pour remplacer une tuyère défectueuse par une tuyère neuve, on incline la cornue, on défait le couvercle de la boite à vent, on casse et on retire la tuyère usée, on place la tuyère neuve enduite de ciment et on la fixe au moyen du crampon susmentionné. Cette opération ne

(1) Forme et dimensions d'un convertisseur de sept tonnes, d'après le modèle actuellement adopté à Seraing. — Ce convertisseur est représenté fig. l et 2, pl. iS. Fig. i, coupe longitudinale perpendiculaire au milieu de l'axe de rotation ; fig. 2, coupe suivant A'B' de fig. \ .

11 se compose de quatre parties H» le col C ; 2» la partie médiane M, qui porte l'axe de rotation : ces deux parties sont rivées ensemble et forment la portion supérieure de l'appareil ; 5" le fond ou ventre F et 4" la boîte à vent F. Le fond F est rivé à M. La boîte à vent se fixe sur la base de -F" par des boulons à clavette.

brique réfractaire percée de 11 ouvertures, pour recevoir les tuyères t. a, anneau pour maintenir latéralement la brique B. c, anneau pour fixer le disque d, qui soutient en bas la brique B; il est percé d'ouvertures qui correspondent aux tuyères t. g, anneau à rebord, pour fixer, par le boulon m, et les clavettes n et s, le disque l, de la boîte à vent V. Il y a 5 boulons pareils sur le pourtour de g. Le disque l est percé d'ouvertures qui correspondent aux tuyères t. D, couvercle de la boîte à vent. 0, ouverture pour l'arrivée du vent. E, enveloppe en tôle du convertisseur. R, revêtement en sable réfractaire de 0n"2S d'épaisseur. A, anneau en fer qui porte les deux tourillons de l'axe de rotation T du convertisseur. G, étrierpour fixer l'anneau A.

La brique B pèse 472 fc. Elle est formée d'un mélange de 3S parties de terre réfractaire calcinée et de 2S parties de la même terre à l'état cru. On moule ce mélange dans une forme cylindrique de lm,OI de diamètre intérieur. Dans ce moule, on dispose 11 cônes tronqués en bois, pour ménager dans la brique les vides nécessaires au logement des tuyères. Ces cônes ont, à la grande base, tournée en bas, 0">,14 et à la petite base 0^^,12 de diamètre.

L'épaisseur de la brique, à l'état humide, après le moulage, est de 0™4S. On sèche cette brique graduellement pendant 2 mois dans un séchoir, dont on élève de plus en plus la température. Après la dessication, la brique n'a plus que 0"i,42 d'épaisseur.

Les tuyères ont la forme d'un cône tronqué de 0'^,i() de diamètre à la grande base et 0™,10S à la petite base. Leur hauteur est de O^SS. Chacune d'elles est percée de 7 conduits pour le passage de l'air. Ces conduits ont OmQIS de diamètre du côté de l'entrée du vent et 0">,00S du côté de la sortie.

Pour fixer les tuyères dans leur logement, on les mouille, puis on les enduit d'une couche d'argile réfractaire. Cela fait, on les introduit dans le vide destiné à les recevoir et on enlève la terre réfractaire en excès.

Le revêtement de la cornue se fait en sable gras d'Ampsin, près de Huy. II contient 0,90 d'acide silicique. On le mélange avec son volume de sable quartzeux. Le revêtement dont il s'agit dure un an.

La grande brique à tuyères ne peut servir que pour 20 coulées, c'est-à-dire, pendant deux pauses de 12 heures. H.V.

542 SECTION IV, l'IlOCÉDÉ BESSEMER.

nécessite aucune mise hors et n'exige qu'environ 10 minutes de temps.

La boîte qui reçoit le vent est cylindrique. Elle a, chez Bessemcr, 0"',07 de hauteur et 0'",6 de diamètre. Elle a pour hase la face du cercle qui renferme les sections de 0'",10 des tuyères multiples, et un couvercle également fixé par des boulons à clavettes.

Au convertisseur de 5 tonnes de Seraing, un fond neuf entier coûte 60 fr. et tout le revêtement 600 fr. Le fond résiste à douze chaudes au maximum et pour le renouveler il faut environ 36 heures de temps, puisqu'on doit laisser refroidir le convertisseur avant de pouvoir s'y introduire. Cet arrêt est sans inconvénient, lorsqu'on a deux convertisseurs dont l'un puisse servir de rechange; autrement il serait bon d'éviter les pertes de temps dont il s'agit en se munissant de fonds de réserve préparés d'avance et s'adaptant par le dessous, comme on le fait à Neuberg (Ding., t. 188, p. 477). Pour effectuer, comme nous l'avons dit, 3S0 charges avec le même revêtement, il faut qu'on rafraîchisse ce dernier au moins une fois toutes les quinzaines. Je vais décrire le procédé de Neuberg dont il vient d'être question.

7S9. Réparations du revêtement réfractaire des cornues Bessemer. — Les tuyères et la chemise réfractaire de la partie inférieure des cornues dans laquelle les tuyères sont logées, s'usent tellement vite qu'il faut les renouveler après 4 à 6 chaudes. Le procédé adopté à Neuberg pour faciliter ces réparations consiste à remplacer le fond usé par un fond neuf, parfaitement desséché.

On a plusieurs boîtes à vent de réchange. On assujettit sur une de ces boîtes un châssis de moulage conique et alézé de manière que les axes de ces pièces se trouvent l'un sur le prolongement de l'autre, et, après avoir placé les tuyères, on remplit le reste de l'espace avec de la masse, qui consiste en un mélange de sable quartzeux et de terre réfractaire. On a de plus un cône creux en fonte correspondant exactement au vide intérieur du châssis de moulage et égalisé extérieurement sur le tour, de manière qu'on puisse l'introduire sans jeu dans ce châssis et que, par conséquent, il ait exactement la forme extérieure du fond en masse à produire. En outre, ce cône présente, à sa partie inférieure, un rebord large avec des trous de boulons et parfaitement égal, tant sous le rapport de la largeur que sous celui de la position des trous de boulons, au rebord de la boîte à vent par lequel on fixe celle-ci au bord inférieur de la cornue.

S'agit-il maintenant de pourvoir d'un fond neuf le revêtement usé de la cornue, il est évident qu'on devra en même temps réparer et compléter les parties du revêtement voisines du fond, et c'est là précisément ce que permet de faire le cône susmentionné. A cet effet, après avoir fixé ce

CHAP. I. LA FONDEHIE.

cône à la cornue à la place de la boîte à vent, on dame de la masse dans le vide entre le cône et le revêtement et on raccorde la partie supcrienre de la masse avec la partie restante du revêtement.

Cotte opération, qui n'exige que 1 1/2 heure de temps, peut déjà se faire 12 à 14. heures après la dernière charge. Pour accélérer le refroidissement, on a l'habitude de faire jouer lentement et pendant i à i 1/2 heure le vent de la soufflerie au moyen de la vapeur encore disponible après la charge. S'il ne s'agissait que de rendre le travail supportable à l'ouvrier, on pourrait abréger ce temps du refroidissement qui n'est réellement indispensable que parce que la masse fraîche ne s'attache pas aux parois incandescentes.

On retire ensuite le cône et on place le fond, ce qui exige de nouveau une demi-heure au plus.

Le joint entre le revêtement réparé de la cornue et le cône est parfaitement rempli et il n'est pas nécessaire de relier ces parties entr'elles.

En cas de besoin on peut déjà faire servir le fond neuf IS heures après la dernière charge.

Les fonds sont desséchés dans un séchoir au moyen de la chaleur perdue des chaudières à vapeur de la soufflerie, et l'on a 6 à 8 boîtes à vent de rechange.

Comme le revêtement réfracta ire delà cornue souffre beaucoup plus dans la partie inférieure qu'en d'autres endroits et doit, en général, être renouvelé complètement après plusieurs remplacements du fond, on se propose à Neuberg de rendre aussi toute la partie inférieure de la cornue mobile de manière qu'on puisse la retirer pour la remplacer par une partie neuve. (Ding. t. 195, p. 2S6).

760. Dimensions du convertisseur. — Elles doivent être réglées principalement d'après la quantité de fonte que l'on traite en une opération, et cette quantité varie d'une usine à l'autre entre une et douze tonnes. Les fortes charges sont regardées comme avantageuses en ce qu'elles permettent l'accumulation de la chaleur dans l'appareil, car une grande masse de métal par rapport à celle de l'appareil fait éviter l'absorption d'une trop grande quantité de chaleur par le vase et les pertes de chaleur dues au rayonnement et à l'abduction dépendent du rapport de la masse de fonte à la surface du vase et sont par conséquent moindres avec de grandes masses qu'avec de petites. Voilà pourquoi, toutes choses égales d'ailleurs, la qualité du métal étant bonne et les fourneaux bien chauffés avant l'opération, plus les charges sont grandes, plus l'allure devient chaude, moins on a de travail, plus il est facile de faire prendre une grande liquidité au métal et moins on trouve de rebuts et de carcas. D'ailleurs, les frais d'acquisition, d'entretien et de

PROCÉDÉ BESSEMER

conduite des appareils n'augmenlent pas dans le même rapport que la puissance productrice. On découvre la limite inférieure de la charge en évaluant la différence entre la chaleur produite et celle qui se perd : il faut que cette différence dépasse d'une quantité convenable le point de fusion du métal. En Suède, on a opéré sur 17 à 22 quintaux. En Angleterre, on n'a pu obtenir de bons résultats avec des charges de moins d'une tonne. On doit considérer comme un progrès essentiel l'adoption qu'on a faite en Angleterre, en France, et même en Suède, de charges de six tonnes, car Timner (Dingler, 186S, t. 178, p. 4.65) rapporte que, vers 1864., on a construit dans ce dernier pays, savoir à Sandviken, près de Geflé, des fourneaux du système suédois dans lesquels on passe des charges de 120 quintaux. La limite supérieure serait atteinte du moment où la grandeur de la charge ne permettrait plus de conduire l'opération avec la facilité nécessaire. 11 paraît que jusqu'à ce jour on n'est pas encore arrivé à cette limite.

La capacité totale des convertisseurs varie de 8 à 7 fois le volume de la fonte à traiter, et celle-ci ne doit pas arriver pendant le travail à plus de 0'»,S0 au-dessus des tuyères, suivant Cizancourt, et à plus de O-^.eO à 0™,70, suivant Gruner et Lan. A Seraing, elle arrive au moins à 12 pouces anglais et l'on obtient de bons résultats. Selon Wedding, la hauteur ordinaire de la colonne de fonte au-dessus des tuyères est de 8 à 10 pouces, rarement elle est de 7 ou de 12 pouces de Prusse. Ces nombres paraissent être trop faibles. En effet, il en résulterait qu'abstraction faite du frottement que le gaz azote éprouve en se dégageant à travers le métal liquide, l'air n'aurait à vaincre dans le convertisseur qu'une résistance de 2,1 à 2,6 livres (de Prusse) par pouce carré au-dessus de la pression atmosphérique. Or, dans les convertisseurs suédois, qui reçoivent des charges de près de 1800 livres, la pression réelle de l'air doit être de 6 à 8 livres, et dans les convertisseurs anglais chargés de 2,200 à 10,000 livres de 15 à 20 livres.

A Gratz, où on travaille d'après la méthode anglaise, la fonte, qui occupe dans la cornue une hauteur de 0"",5, exerce une pression égale à celle de 0,4 d'atmosphère. A. d. M., 6« S., t. vin, p. 149.

Ce qui précède fait aussi comprendre la nécessité d'adopter les convertisseurs ellipsoïdes.

Comme les manœuvres du chargement et de la coulée exigent qu'on supprime le vent et qu'on amène le grand axe de la cornue dans la position horizontale, on donne au côté sur lequel on rabat l'appareil des dimensions qui permettent d'éviter l'engorgement des tuyères en laissant dans ces circonstances le niveau du liquide au-dessous de l'entrée des passages d'air.

CIIAP. I. LA FONDEUIE. 548

7(îL Distribution du vent. — On remarque de grandes difierences dans la manière dont le vent est distribué. L'ancien appareil Bessemcr à SclieHield, qui peut fournir en une opération 1 i/a tonne d'aeier fondu, reçoit le vent par 9 tuyères percées chacune de 3 trous de O^^OS de diamètre. Dans VAllas Works de Rovan et C% à Glasgow, qui peut recevoir des charges de S tonnes, il y a 7 tuyères avec 7 trous de S lignes de diamètre. Dans l'usine de London et North-Western Railway Company, à Crewe, près de Manchester, pour des charges de

5 tonnes, le vent arrive par 12 tuyères percées de 12 trous de s/s pouce anglais de diamètre. A l'usine de VVednesbury, près de Birmingham, appartenant à Lloyd et Forster, oîi les charges sont de 3 xj-i tonnes et où l'on avait d'abord 12 tuyères, chacune à 9 trous, on a pu sans inconvénient supprimer les 4 tuyères centrales ou du milieu et on ne souffle plus que par les 8 tuyères du pourtour.

Dans le fourneau suédois de l'usine de Neuberg, en Autriche, dont la capacité est de 30 à 35 quintaux, on a remplacé, en 186S, les 18 jets d'air employés jusque là par 9 jets de 10 lignes de diamètre, sans qu'il en résultât aucun trouble dans la marche de l'appareil.

En diminuant le nombre des tuyères, il semblerait qu'on dût toujours agrandir celles-ci pour maintenir la quantité et la pression du vent. Cependant à Seraing, oîi une cornue pour 3 tonnes porte 1 1 tuyères de 0'",4S de longueur et a 9 trous de 0'",0]2 de diamètre, on peut sans inconvénient, ainsi que cela se fait fréquemment, condamner deux ou (rois tuyères usées ou cassées. On a toujours plus de tuyères qu'il n'en faut. Les tuyères sont mises hors de service par l'usure qui se fait à l'intérieur de la cornue ; pl. 28, fig. 16, n, tuyère neuve; u, tuyère usée. Il est dangereux de faire servir une tuyère qui n'a plus que

6 pouces de hauteur : une pareille tuyère doit être ou bouchée ou remplacée.

Tunner (Dingler t. 179, p. 293) rapporte qu'aux usines à fer de Nischné-ïagilsk, dans l'Oural, appartenant au prince Demidoff, on se sert avec succès d'un fourneau mobile comme les appareils anglais, mais pourvu de tuyères à peu près horizontales comme les convertisseurs suédois, avec cette différence qu'il n'y a que deux tuyères et que celles-ci sont légèrement inclinées par le bas. Elles ont l'une et l'autre 1,62S pouce (O^jO/j'l) de diamètre et, dans le plan horizontal, une direction excentrique. Dimensions intérieures du convertisseur : diamètre au ventre l'",30 et au fond 0"',86, hauteur du fond à la naissance du col 1",85. La charge de fer cru s'élève à 1,7S tonne anglaise, la pression du vent à 8 ou 9 livres (de Vienne ?) et la durée d'une opération est de 17 ou 18 minutes. Les tuyères résistent en moyenne à

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12 charges et elles sont doublées à l'intérieur de tôle de fer, placée au moment de leur confection.

Selon Tunner, les résultats, très-satisfaisants du reste, que l'on a obtenus au moyen de cet appareil dans un roulement d'au-delà de neuf mois, auraient probablemement été meilleurs encore, si, au moyen d'une quantité de vent plus grande, on avait abrégé la durée des charges.

Sans contester les résultats que nous venons de rapporter, ne perdons pas de vue que, si les petites ouvertures des tuyères, dans l'appareil anglais ordinaire, sont difficiles à nettoyer et peu durables, par contre, elles présentent les avantages incontestables de diviser le vent et d'empêcher ou de contrarier l'entrée du métal liquide dans les tuyères.

762. Rotation du convertisseur. ■ — Le convertisseur est mobile autour d'un axe horizontal. A cet effet il porte, vers la hauteur de son centre de gravité, deux tourillons appuyés sur des paliers et fixés par des plaques à rivets ou par une armature en fer ou en acier qui l'embrasse : l'un des tourillons est muni d'un segment de roue dentée qui, commandée par une tige dentée, permet d'effectuer les mouvements : la tige dentée est activée par une machine hydraulique, qui agit sur un piston à la manière de la vapeur dans un cylindre à vapeur.

Le tuyau, qui amène l'air du régulateur de la soufflerie dans la boite à vent, traverse l'autre tourillon à l'aide d'un mécanisme particulier et se meut avec le convertisseur et avec la boîte à vent.

Pl. 36, fig. 9 et 12, L, presse hydraulique verticale, g, tige du piston. g', crémaillère. La tige g, à double cuir embouti, traverse une garniture en étoupe fermant la pompe verlicalc par sa partie supérieure, h, tube qui sert à amener l'eau de la pompe d'injection pour faire monter le piston ; h', tube qui conduit l'eau au-dessus du piston pour le faire descendre. Ces deux tuyaux sont munis l'un et l'autre d'un robinet à la disposition de l'ouvrier chargé de manœuvrer le convertisseur. Le support en fonte du tourillon est à deux flasques K, et à base prolongée sur laquelle le corps de pompe se trouve boulonné au moyen d'une bridure.

Le tourillon t', fig. 10, 11 et 9, pl. 36, qui est entièrement plein, porte une douille ou tubulure en fonte /, boulonnée sur l'embase du tourillon et pourvue de cannelures qui, quelle que soit la position du convertisseur, permettent toujours à l'air de passer pour se rendre par le tuyau D' dans la boîte à tuyères.

Cette douille tourne ainsi avec le tourillon, par conséquent avec le convertisseur; elle est ajustée libre dans le support creux en fonte Z';

CHAP. I. LA FONDERIE

elle s'assemble, d'un bout, avec la partie supérieure du tuyau D', et de l'autre, à rotule par une boîte à étoupe avec la tubulure latérale /', qui termine la colonne d'arrivée ; celle-ci se prolonge dans le bas pour communiquer avec la conduite d'air de la machine soufflante.

Dans la portion intérieure de cette tubulure latérale /' se trouve une soupape à double siège m, dont la tige traverse un stuffingbox pour recevoir au-dessus la charge d'un contrepoids N', qui la maintient fermée tout le temps nécessaire, c'est-à-dire lorsque la camme M rapportée contre le bord extérieur de la douille mobile l, afin de tourner avec elle, se trouve dans une position telle qu'elle ne soulève pas le levier N qui, avec le contrepoids N', pèse sur la tige de la soupape.

Cette camme est disposée de manière à tenir le levier élevé pendant que la fonte à affiner se trouve dans l'appareil, et doit recevoir le vent par les tuyères; tandis que le levier doit au contraire être baissé, et par suite la soupape doit être fermée, lorsque la cornue occupe une position renversée.

C'est à Seurin-de-l'Isle qu'on a imaginé d'effectuer les mouvements du convertisseur et l'arrivée de l'air par des machines hydrauliques.

765. La poche de distribution. — Quand une opération est terminée, on verse le métal du convertisseur dans une poche de fonderie, fig. 13, pl. 36, garnie d'un plaquage en briques réfractaires et assez grande pour contenir le produit en totalité. Cette poche coule de fond au moyen d'une soupape en quenouille que l'on manoeuvre par le dessus et qui permet de distribuer l'acier dans les moules avec la promptitude et la précision nécessaires. Un petit foyer placé dans la fosse de coulée et activé par le vent d'une tuyère sert à chauffer la poche avant l'introduction du métal.

764. Les moules, lingotières ou coquilles. — Ils sont en fonte et à parois de 2 à 2, S pouces anglais d'épaisseur. Ils ont un volume et une forme appropriés aux dimensions des pièces à fabriquer par le martelage ou le laminage des lingots, mais ordinairement une capacité de 5 à 15 quintaux d'acier et une forme pyramidale presque parallélipipédique, ou conique presque cylindrique. Pour rails, par exemple, ils ont une capacité de six quintaux (300 k.) d'acier, une longueur d'un mètre, une forme octogonale et 8 pouces anglais de diamètre ou de grande diagonale intérieure à la base. Ils sont ouverts par les deux bouts, renforcés par plusieurs anneaux en fer forgé et placés sur des supports en fonte de la même épaisseur qu'eux.

765. Grues. — Autrefois on ne faisait usage que de grues ordinaires pour tous les services de la fonderie, ainsi que cela se fait encore aujourd'hui dans les usines où l'on ne travaille que sur une échelle

548 SECTION IV. PROCÉDÉ liESSF.Sll'R.

très-petite. Plus tard on a réservé les grues ordinaires pour manœuvrer les lingotières et les lingots, retirer les crasses et les escari)illes, etc., et on a employé, pour faire mouvoir la grande poche de distribution ou de coulée, une grue liydraulicpic particulière, caractéristique, appelée grue anglaise ou grue hydraulique d'Armslrong. Aujourd'hui, il y a des usines, celle de Seraing, par exemple, où toutes les manœuvres s'éxécutent par des grues de cette espèce.

766. Grue hydraulique pour la poche de coulée. — Cette grue, flg. 13, pl. 36, placée dans une fosse demi-circulaire autour de laquelle se trouvent les moules et règne un gradin qui supporte les ouvriers, a un bras de levier horizontal, essentiellement formé d'une plaque de fonte et mobile autour d'un axe vertical. A l'un des bouts de ce bras se trouve un anneau qui peut porter la poche et, à l'autre boul, il y a une masse de fonte qui forme contre-poids. On a pris pour axe vertical le pislon d'une pompe, ce qui permet de rapprocher la poche à volonté de la bouche du convertisseur pendant la coulée, tout en laissant la faculté de la faire mouvoir au-dessus des moules et d'y verser le métal reçu du convertisseur. Pour élever ou abaisser cette plaque tournante, il suffît, en effet, de manœuvrer un robinet qui établit la communication du corps de pompe, tantôt avec un réservoir d'eau tenue en pression, tantôt avec un tuyau de vidange.

Afin d'empêcher qu'il ne s'introduise entre le piston et sa boîte des gouttes de fonte ou d'autres parcelles métalliques qui tombent autour de la grue, le piston peut se composer de plusieurs parties jointives qui, formant une espèce de crinoline renversée, s'assemblent et rentrent les unes dans les autres comme les tronçons d'un télescope. Les fig. 13, 14 et 18, pl. 36, donnent les détails de construction de la grue dont il vient d'être question. 0, colonne fixe en fonte, solidement scellée dans un massif en maçonnerie. piston creux, mais fermé aux deux bouts. Une double garniture de cuir et d'étoupe empêche les fuites. Q, plateau carré, en fonte et à jours, du levier horizontal. Q', deux flasques verticales, parallèles et reliées entre elles par des entretoiscs. Au centre du plateau est ajusté un pivot d'acier terminé par une saillie hémisphérique qui repose et tourne sur le sommet du piston alésé à cet effet. Les flasques Q' sont prolongées d'un côté pour porter la poche M, qui est montée sur deux tourillons, afin de la faire pivoter sur elle-même, et, de l'autre bout, elles reçoivent un chariot B, servant de contre-poids mobile, que l'on peut faire rouler sur ses deux paires de galets. Le roulement s'elfectue au moyen de la manivelle n (fig. l^i), dont l'axe vertical porte, h la partie inférieure, une vis sans fin qui engrène avec une roue dentée héliçoidale o, montée sur l'essieu de l'une des deux paires

CHAP. I. LA FONDERIE. 549

de galets. Par ce mode de commande, le chariot reste toujours à la place même où l'ouvrier l'arrête.

Pour faire pivoter la grue sur elle-même, deux hommes armés chacun d'une manivelle, qu'ils montent aux extrémités de l'axe horizontal p (fig. 14 et IS), font tourner la paire d'engrenages d'angle q, q', et par suite le gros pignon droit r', qui commande la grande roue horizontale R' ajustée au-dessus du collet de l'axe de la grue.

La manœuvre de la poche s'effectue au moyen de l'axe horizontal s, fig. IS, commandé par une paire de petites roues d'angle t, et portant une vis sans fin que l'on embraye avec la roue hélicoïdale ti.

767. Accumulaleur. — Tous les appareils de la fonderie qui fonctionnent au moyen de l'eau comprimée, reçoivent ce liquide de V accumulateur, par l'intermédiaire d'un tuyau distributeur qui se trouve sous la table de mouvements et avec lequel on peut les faire communiquer.

L'accumulateur consiste en un grand cylindre vertical en fonte, dans lequel se meut un piston plongeur qui porte une charge considérable, s'élevant, dans l'un des appareils de Seraing, à 50000 k. Des pompes foulantes injectent de l'eau dans ce cylindre qui se remplit à mesure que le piston est soulevé. La tension que l'eau acquiert sous la charge employée est de trente atmosphères. Le tuyau d'évacuation de l'accumulateur communique avec le tuyau distributeur, ainsi que nous l'avons dit ci-dessus.

768. La soufflerie. — Le facteur le plus important et le plus dispendieux d'une usine Bessemer est le vent. Comme ce dernier doit être à la fois abondant et fortement comprimé, il ne peut être fourni par une soufflerie ordinaire, dont les soupapes à clapets occasionneraient des ébranlements dangereux, malgré le soin qu'on prendrait de les agrandir ou de les multiplier. Quant aux machines à glissières, déjà condanmées dans d'autres applications, elles ne peuvent à plus forte raison convenir pour activer l'appareil Bessemer. En effet, les glissières augmentent les espaces nuisibles et se meuvent lentement, ou plutôt exigent trop de temps pour s'ouvrir et se fermer, ce qui nécessite une accélération de la vitesse du piston soufflant pour une quantité donnée d'air à fournir; or, cette accélération, en multipliant les changements de direction du mouvement, occasionne des pertes qui peuvent faire baisser l'effet utile de 0,70 à 0,S0, le travail consommé étant pris égal à 1. Une autre cause de perte résulte de la grande variation des pressions de l'air à son entrée comme à sa sortie parles tiroirs.

On a d'abord remplacé les clapets par des anneaux en caoutchouc, d'après le système de Bessemer perfectionné par Lcyser et Stiehier, de

550 SECTION IV. — PROCÉDÉ BESSEMER

Vienne, et décrit dans le journal Zeitschrift des oestrei. Ingcn. Vereins, 1865; mais on n'a pas tardé à se convaincre que ce système présente encore de graves inconvénients. En effet, le piston doit commencer par former le vide pour élargir l'anneau en caoutchouc de la quantité nécessaire à l'entrée de l'air, ce qui donne lieu à une perte de force. Ensuite les anneaux peuvent inopinément faire défaut et alors on risque de perdre une charge entière et de se voir arrêté d'une manière fâcheuse par l'obstruction des tuyères. Il ne faut pas que le caoutchouc soit fortement vulcanisé. Dans l'air élevé à la température d'environ 70° C par la compression, comme l'est celui qui remplit les cylindres soufflants, une dose modérée de soufre suffît pour empêcher le ramollissement. Ce qu'il faut surtout combattre, c'est la facilité avec laquelle le caoutchouc s'aigrit et se fendille dans l'air chaud et sec. L'intérieur des cylindres ne doit être enduit que de graphite et non graissé avec de l'huile, qui ramollit le caoutchouc, le dissout pour ainsi dire et le prive de son élasticité. La durée ordininaire d'un anneau est de cinq mois.

A Seraing, on a perfectionné la soufflerie susmentionnée en diminuant l'espace nuisible et en remplaçant les anneaux de caoutchouc par des valves ou plaques rectangulaires de la même matière d'environ 0™,1S de long, O"",! de large et 0";0\^ de haut, fixées chacune suivant une ligne parallèle aux petits côtés et passant par le milieu du rectangle. La soufflerie de cette usine est couchée et à deux cylindres soufflants. Elle est activée par une force de 120 chevaux. Les cylindres soufflants ont l'»,20 de longueur sur 1 mètre de diamètre et lancent l'air sous une pression qui peut atteindre 0'",76 de mercure, mais ne s'élève généralement qu'à 0"',6S. Les pistons font 20 courses (aller et venir) par minute pour le convertisseur de trois tonnes et 30 courses lorsqu'on fait travailler le convertisseur de six tonnes.

Malgré ces perfectionnements, les souffleries des usines Bessemer laissent encore beaucoup à désirer. Comme l'inconvénient qu'elles offrent toutes consiste dans la grandeur de l'espace nuisible, il y a peutêtre lieu d'examiner s'il ne serait pas possible d'approprier à l'appareil Bessemer la soufflerie à piston liquide imaginée par MM. Sommeiller et foaft pour activer les perforateurs du Mont-Cénis et ceux des houillères ; car dans cette soufflerie l'espace nuisible est réduit à zéro. Consultez l'ouvrage de M. Devillez, professeur à Mons, et le mémoire de M. Thonard dans les An. des travaux publics belges, année 1869.

769. Soufflerie à piston liquide de MM. Sommeiller et Kraft. — La pl. 37, fig. S, représente à l'échelle de i/ôo une élévation en coupe de l'appareil soufflant dont il s'agit, mais sans la machine motrice.

A, cylindre horizontal dans lequel se meut le piston soufflant : il est

CHAP. I. LA FONDEniE.

en fonte avec chemise en bronze que, toutefois, l'on peut supprimer. — B, lî' , colonnes de compression ou cylindres verticaux d'une capacité plus grande que le volume engendré par le piston soufflant et contenant de l'eau en quantités telles que, lorsque le piston est arrivé, par exemple, à l'extrémité droite de sa course, la nappe d'eau occupe sa position la plus basse dans la branche B, l'eau que contenait cette branche s'étant retirée en majeure partie dans le cylindre A, et la branche jB' s'est remplie d'eau en dégageant l'air qu'elle contenait par la soupape d'expiration e. A mesure que l'eau s'est retirée de la branche B, la soupape d'aspiration a de cette branche s'élant ouverte, l'air extérieur a pu affluer et remplir la capacité vide. A chaque course (aller ou venir) du piston, l'un des cylindres verticaux envoie son contenu d'air au régulateur, tandis que l'autre cylindre vertical, dont l'eau suit le piston, se remplit d'air.

a, soupapes d'aspiration : elles sont exactement contrepesées au moyen de leviers appuyés sur des cou(eaux minces et munis de poids à l'extrémité libre. — e, soupapes d'expiration ou de refoulement : une petite quanti(é d'eau, qui dépasse toujours ces soupapes, tombe dans le régulateur, pourvu d'un robinet de vidange et d'un indicateur de niveau d'eau.

La nappe supérieure de la colonne d'eau, qui fait office de piston de refoulement, absorbe une petite quantité d'air par la compression : pour que cet air ne constitue pas un espace nuisible lors du retour, il faut que l'eau saturée d'air suive l'air dans le tuyau de refoulement f, de sorte qu'à chaque coup il se fait une certaine perte d'eau qu'il faut réparer.

Les soupapes a et e sont toujours noyées : en cas d'imperfection, il y a perte d'eau, mais non d'air. Un mètre cube d'air perdu représente une perte d'autant plus considérable (au moins six mètres cubes pour six atmosphères) que la pression est plus forte.

b, tuyau qui distribue l'eau aux soupapes d'aspiration a, et entretient le niveau voulu dans le corps de pompe.

R, bac ou cuvette recevant les filets d'eau aspirée à chaque coup: il se remplit jusqu'en .s- et le trop-plein se vide en a sous la forme d'une cascade.

g et g' , robinets de décharge du cylindre soufflant.

t, couvercle du corps de pompe qui permet l'introduction du piston.

Comme on ne graisse pas ce dernier, il convient, pour ménager le cuir dont il est garni, de prolonger la lige de part et d'autre du piston et de la soutenir à ses deux extrémités par des appuis avec boîtes à bourrage, dont l'une seulement se trouve figurée. On peut dans le même but augmenter l'épaisseur du piston.

SECTION IV. PROCÉDÉ BESSEMER

Le rendement constaté pour une pression de 6 atmosphères (correspondant à une tension de 7) a été trouvé égal à 90 pour 100 du volume d'air aspiré.

L'appareil Sommeiller et Kraft est le seul où l'air ne s'échauffe pas, à cause du contact direct de l'eau pendant la compression. Au Mont- Cénis, où cependant la pression est de sept atmosphères, l'air ne s'est jamais chauffé beaucoup au delà de 40° C.

Dans les appareils soufflants, l'espace nuisible n'occasionne qu'une perte de volume : l'autre perte, savoir celle qui résulte de réchauffement de l'air, est à la fois une perte de travail et de volume, parce qu'on ne peut conserver à l'air la haute température due à la compression.

Pendant la compression, l'air suit sensiblement la loi de Poisson et non celle de Mariette, ainsi que cela résulte d'expériences faites à Seraing.

Pi et ps, étant les pressions et Vi et les volumes, on a, suivant Mariotte, pi : p^ : : Vn : vi, et suivant Poisson,

Pi ^ A A i'

k, étant pour l'air égal à 1,41. La loi de Mariotte ne tient aucun compte de réchauffement dû à la compression.

Dans ce qui précède, nous avons exposé le principe de la soufflerie à piston liquide. Il y a diverses manières d'appliquer ce principe dans l'exécution. Ainsi on peut, comme on l'a déjà fait à Seraing : 1» placer le cylindre 4 debout; 2° le couper en deux également pour en faire deux pompes à simple effet, ce qui permet de voir et de graisser les pistons; 3° au lieu des soupapes d'aspiration, prendre des clapets, placer ceux-ci latéralement, etc. ; ¥ employer des pistons plongeurs, etc. Confrontez l'ouvrage de M. Devillez, professeur à Mons, et un mémoire de M. Thonard dans les Annales des travaux publics belges, année 1869).

Comme on paraît admettre qu'il ne faut pas faire dépasser de beaucoup au piston la vitesse de 0"',^0 par seconde observée pour les pompes à eau, on ne peut augmenter la production de cette machine qu'à l'aide des moyens suivants, savoir : 1° l'agrandissement des cylindres en diamè(re ; 2° l'emploi de plusieurs cylindres avec pistons mus par la même tige prolongée ; 3° un grand régulateur ou réservoir d'air à haute pression : au perforateur du Mont-Cénis, le régulateur a une capacité de 770 m^.

L'air lancé par cette machine entraîne toujours une quantité assez

CHAl>. I. LA FONDERIE. 565

considérable d'eau en vapeur ou dans un grand é(at de division. Si, ce qui, d'après les expériences faites jusqu'à ce jour, n'a pas lieu, cette eau était nuisible, on pourrait croire qu'il y aurait lieu de substituer une huile à l'eau dans les cylindres ; mais une buile donnerait lieu à un écbauffement d'autant plus considérable que le point d'ébullition eu serait plus élevé. Du reste, ce qui paraît prouver qu'il ne faut pas se préoccuper de cette difficulté, c'est que, dans le temps, Cazanave — Sabatier a pris un brevet poiir un moyen d'activer l'appareil Bessemer uniquement par la vapeur d'eau et on sait qu'autrefois le puddlage ordinaire se faisait avec de l'eau.

770. Force motrice. — Il règne encore beaucoup d'incertitude sur la force qu'on doit donner aux machines soufflantes. Armengaud indique une force de 40 à 43 chevaux comme suffisaïUe pour affiner 100 à 120 quintaux de fonte en IS à 20 minutes, tandis que la machine de J. Brown a une force triple et quadruple pour 66 quintaux seulement. Tunner demande une machine d'au moins 100 chevaux pour 50 quintaux (Wedding). Dans un convertisseur de Seraing, une machine de 60 à 80 chevaux élabore des charges de 3 tonnes. Pour des charges de 6 tonnes, on estime que la force de la machine devrait être de 120 chevaux.

A Crewe, où les charges sont de S tonnes, les deux cylindres à vapeur ont 24 pouces anglais et les deux cylindres soufflants 42 pouces de diamètre, sur 4 i/i pieds de levée. La machine travaille au moins à 50 livres de pression-vapeur et elle fournit le vent en 144 jets de 5/4 pouce de diamètre à 17 livres de pression, au moyen de 30 courses (aller et venir) par minute. Les souffleries de Wednesbury et de Glasgow sont de la même force. Cependant, les machines sont susceptibles d'une vitesse beaucoup plus grande que celle qui vient d'être indiquée, car à Wednesbury, par exemple, où, peu avant une opération, un accident est arrivé à l'un des cylindres soufflants, les pistons ont dû faire 70 courses par minute (André).

A Neuberg, la machine est à action directe et à deux cylindres couchés, d'après le système de Bessemer. Elle active un convertisseur anglais de 60 à 70 quintaux de capacité et un fom-neau suédois de 30 à 35 quintaux au moyen d'une force ds 250 chevaux. La tension normale de la vapeur devant les glissières est de 40 à 45 livres, et la quantité d'air calculée d'après les dimensions des cylindres soufflants s'élève de 3200 à 3700 pieds cubes de Vienne par minute. La plus forte pression du vent employée a été de 20 livres par pouce carré (Steinhammer).

André signale la grande sensibilité du procédé Bessemer a l'état

SECTION IV. PROCÉDÉ BESSEMER

hygrométrique de l'air. Selon lui, il suffît qu'il fasse un temps humide pour qu'une machine, très-forte du reste, ait de la peine à fournir la quantité d'air nécessaire. A Seraing, on a trouvé qu'au contraire, l'humidité de l'air est sans influence sur la marche du travail.

771. Résultat des diagrammes (') pris les 2S et 26 mai 1867 à Seraing sur la machine soufflante, conjuguée, activant l'appareil Bessemer de trois tonnes. — Pression dans les chaudières à vapeur 3 1/2 atmosphères, pression-vapeur dans les cylindres 2 1/3 atmosphères, 15 mm. par atmosphère, 36 tours de volant par minute, une atmosphère à l'indicateur. Fig. 7, pl. 33, a et b, cylindre à vapeur de gauche : a, arrière; 6, avant. Même fig., c, avant du cylindre à vapeur de droite. Le cylindre à vapeur de droite ayant présenté des irrégularités, on n'en a pas figuré le diagramme sur l'arrière, mais on a pris pour le calcul la moyenne des trois autres. Fig. 8, cylindres à vent : d, avant du cylindre de gauche : e, avant du cylindre de droite. /, pour les deux figures, ligne atmosphérique. Pression du vent 0'",76 de mercure.

A) Cylindres à vapeur. Travail par coup de piston en k. m.

Arrière du cylindre de gauche 0343,23

Avant » .. » 5392,63

Arrière » » droite 5291,

Avant » » » 5138,73

Travail par révolution pour les deux cylindres. . 21166,13

B) Cylindres à vent. Résistance par coup de piston.

Avant du cylindre de gauche . . . . 3561,12 » » droite .... 3686,09

Total 7247,21

Les diagrammes n'ont été pris que sur l'avant des cylindres soufflants. En admettant la même résistance à l'arrière qu'à l'avant, nous aurons pour le travail résistant par révolution 2.7247,21 = 14494,42.

C) De là on déduit : rapport du travail résistant au travail moteur 14494,42 : 21166,13 = 0,68; travail de la machine par seconde 14494,42.36 : 60.73 = 116 chevaux.

772. Calculs relatifs à la quantité d'air fournie par les souffleries. — Nous prendrons pour exemple le même convertisseur de Seraing qui reçoit le vent par 11 tuyères, percées chacune de 9 trous de 0'",012 de diamètre à l'œil, oîi l'on traite de la fonte au coke du Cumberland et dans lequel la quantité de fonte travaillée par opération est de 3 à

C) Description and use of M» Nauglits improvcd iiulicator, cic. Glasgow, by James F. Hay, (Sydney Court), 62, Argyle strect, 18G0.

CIIAP. 1. LA FONDERIE.

3,5 tonnes. L'air arrive sous une pression effective de 0,6S de mercure. La rapidité avec laquelle le vent passe et la quantité d'air admise en un temps donné se déterminent par l'excès de O^jGS de mercure sur la hauteur de ce métal qui fait équilibre à la pression des matières dans le convertisseur. Si la fonte occupe au-dessus du niveau des tuyères une hauteur de On'/iS (celle-ci varie, selon les charges, de O^^JtO à 0"",'i.S), nous aurons la proportion : 0"',45 (hauteur de la fonte dans la cornue) : 13,60 (densité du mercure) comme x (hauteur de la colonne de mercure équivalente) : 7, S (densité de la fonte); d'où x = 0-",2S de mercure, et la pression qui détermine la rapidité du passage de l'air = O^j^C). Au moyen de ces données nous pouvons calculer le volume d'air qui traverse en une seconde les matières soumises à son action. Ce volume, à la pression de 76 + 6S = 141 centimètres de mercure, est donné par la formule 99ir^ / 2</7i, 99 étant le nombre des petites tuyères, wr' leur section, h la hauteur motrice et f) la gravité.

La pression effective étant de 0">,4. de mercure, nous aurons ;j = 0™,4 X densité du mercure : densité de l'air à IS" C. et sous

de mercure.

La densité de l'air dans ces conditions étant 0,00227, i/2f//i. = 216 mètres. Le diamètre des tuyères étant 0,012, 7rr« = 0«'%00008.

De là on déduit pour le volume cherché par seconde, 60""' par minute à 1™,41 de mercure et 111""' (= ^W^3) à 0"',76 et 15»C.(^), soit 1998""' (== 2597") pour la quantité d'air reçue par opération de 18 minutes et 31"' pour le volume d'air par minute et par tonne de fonte. Deux des 11 tuyères étant condamnées, cette quantité de SI""' se réduit à 25'"'.

Dans ce calcul, on ne tient aucun compte de réchauffement de l'air par la compression et par le contact avec l'appareil. Le mieux serait de se servir de l'anémomètre de Combes qu'on placerait dans le tuyau conduisant le vent à l'appareil. Aux divers nombres de tours des ailes en un temps déterminé correspondent les diverses vitesses de l'air données par des tables. Connaissant la section du tuyau, il suffirait de la multiplier par la vitesse obtenue pour avoir le volume d'air par seconde, à la pression et à la température existantes. Il serait ensuite facile de ramener ce volume à la pression de 0"',76 de mercure et à 0« C.

(1) On peut obtenir sans calcnl un résultat plus exact, en prenant directement la pression de l'air dans la boîte à vent. .

OLa formule de Rittingcr m = 17,8^ l/^A, dans laquelle m est le volume d air cherché en pieds cubes, par minute, à On.,76 et à t.'i» C, d le diamètre de la tuyère en pouces et h la hauteur de la colonne d'eau en pouces égale à la pression du vent (toutes mesures de Vienne) conduit au même résultat.

5S6 SECTION. IV. PROCÉDÉ BESSEMER

Il convient cependant d'observer que, ni les diagrammes, ni les calculs, ni les expériences qui viennent d'être rapportés, ne peuvent donner exactement la quantité d'air reçue par le convertisseur, car un nombre plus ou moins considérable de tuyères peuvent s'obstruer, au moins durant une partie du travail, et la pression du vent est sujette à des variations considérables et incessantes.

Un calcul approximatif fait sur la soufflerie de Seraing conduit au même résultat, ou à peu près. Diamètre du cylindre soufflant 0'",76, hauteur de ce cylindre I^.SO, nombre des courses par minute 72, pression du vent 0,9 atmosphère, diamètre du pislon 0"',14. Delà on déduit : surface libre du cylindre O^^ASSi, volume O^^SSG, soit 1/2 mètre cube, volume par course l"', volume par minute 72™'', volume par minute et par tonne de fonte 24"'.

Calcul de la quantité d'air d'après celle des matières à oxyder. La fonte, telle qu'on l'introduit dans les fours à réverbère, contient 48'' de carbone et 22'' de silicium pour 1000. La refonte ne change pas le contenu de carbone, mais elle diminue la quantité de silicium.

A Seraing, oîi le convertisseur ne reçoit pas seulement la fonte, mais encore une partie des scories du four à réverbère, on compte que le déchet sur la fonte brute est au maximum de IS pour 100, et dans ce déchet on comprend les carcas des fours à réverbère, l'acier lancé hors du convertisseur à l'état d'étincelles, celui qui reste dans les laitiers et celui qui se répand au passage de la poche d'une lingotièreà l'autre. Admettons, toutefois, le déchet de 15 pour 100 ou de 150 k. pour 1000 et 22 k. pour la quantité du silicium dans le convertisseur, nous aurons à oxyder (') :

le.

45 k. de C qui exigent 58,87 d'oxygène, 22 » de Si » 23,46 83 » de Fe et Mn 24,48 Total de l'oxygène. . . ÏOMl, soit 481", 7 ou 370"''^

d'air, soit 21""' d'air par tonne et par minute, la durée d'une charge étant de 18 minutes.

Tous ces calculs ne donnent et ne peuvent donner que des approximations, puisque l'on y néglige des facteurs qu'il est souvent difficile ou impossible de déterminer. En effet, dans le calcul d'après la formule

(') 1 litre d'air pèse Isr ,2991. 1 at. de C = 76,U, 1 at. de Si = 277,51, \ at. de Fe oii 559,21 et l at. d'O = 100. L'air contient en volume 77, SO de N et 21 d'O, ou en poids 7S,!)S du premier et 25,.52du seco'id. g = 9,81. ! pied du Rhin =0"',5!3S. 1 liv. de Prusse =0ls'iE)8S.

CI1AI>. I. LA FONDERIE

de Bernouilli, on l'ait abstraction, enir'autres, de la perte due à la contraction de la veine fluide au passage par des ouvertures rélrccics, de l'influence exercée par la compression sur le volume débité, de la i)erturbation provoquée par l'altération des tuyères pendant le travail, etc. — La compression de l'air élève la températm-e, ce qui tend à augmenter le volume C), mais ne se manifeste, en réalité, que par une nouvelle augmentation de la pression. Plusieurs tuyères se rongent à parlir de l'œil, elles se raccourcissent, leur ouverture descend d'une quantité variable et la |)ression exercée par le métal augmente. Enfin, cette ouverture elle-même ne conserve pas son diamètre primitif : elle s'agrandit plus ou moiiis dès la seconde période du travail.

Dans le calcul d'après le volume engendré, on n'a tenu aucun compte de l'abaissement de pression susmentionné, ni des autres pertes de vent que l'on évalue ordinairement à 40 pour 100 (Wedding, Zeitschnft, etc., t. XI, p. 2Si).

Enfin, dans le troisième calcul, on a pris pour point de départ un déchet hypothétique et l'on a admis, ce qui n'est pas exact, que la refonte ne diminue pas le contenu de silicium.

Observons, au surplus, que le volume d'air nécessaire varie rapidement avec la composition de la fonte et avec la quantité de la charge. On a constaté, en effet, que, toutes les conditions du travail restant hîs mêmes, si on remplace les fontes au coke par des fontes de Suède ou généralement par des fontes au charbon de bois, la durée de l'opération s'abrège. De môme, le traitement est plus long pour les fontes au bois provenant du fer oligiste que pour les fontes de même nuance fabriquées avec des minerais earbonalés ou hydroxydés.

773. Refonte du fer cru. — Les fours à réverbère. — On a deux de ces fours par convertisseur, l'un pour refondre le métal à élaborer et l'autre pour liquéfier le Spiegelfloss à ajouter. Ces fours sont caractérisés par un large pont de rampant sur lequel on met toute la charge et d'où la fonte, à mesure qu'elle se liquéfie, se rend sur la sole en sable qui

(I) Dans un calcul exact, il faut tenir compte de l'élévation de température que la compression fait éprouver à l'air et qui se calcule d'après la formule

dans laquelle L et t, désignent la température, p.2 et p, la tension et n le coefficient Uiiy calculé pour l'air atmosphérique au moyen du calorique spécifique. On trouve ainsi que, la température du milieu ambiant étant de 12» C, l'air s'échauffe à 89» C. sous une pression de 18 livres et à i7 i/si" C. sous une pression de 7 livres, ou en admettant une perte de 10 pour 100, respcciivemcnt à 80 et iB<> (Wedding).

SECTION IV. PROCÉDÉ BESSEMEU

présente au milieu une excavation légèrement inclinée vers la paroi latérale où se trouve le trou de coulée.

Les fi(j. 3 et 4, pi. 2S, sont des croquis du four à réverbère pour la refonte du métal à affiner e; les fig. S et 6, même planche, des croquis du four à refondre le Spiegelfloss. r, r, pont de rampant, sur lequel on charge la fonte. P, grande porte de chargement; p, petite porte de chargement ; c, ouverture pour la coulée : elle est placée sur la face opposée à celle des autres portes et on la bouche avec du sable de mouleurs, tandis que, par la porte o, un ouvrier, tenant à l'aide d'une perche une brique derrière l'ouverture c, empêche l'entrée du sable dans le four. La porte o sert aussi à brasser le bain 30 à 43 minutes avant la coulée, mais on ne fait ce travail que lorsqu'on opère sur plus d'une espèce de fonte.

A Seraing, on entretient au fond du cendrier du grand four à réverbère une mare d'eau pour éteindre les escarbilles.

Dans la construction et la conduite de ces fours, on a pour objet d'élever la température du fer cru au plus haut degré, tout en accélérant la fusion de manière que la composition du métal s'altère le moins possible : on cherche à obtenir une fusion complète, un bain très-chaud et très-liquide, sous l'action de gaz aussi peu oxydants que possible. Oh n'emploie pas le vent forcé.

Voici les avantages de la refonte : 1° elle permet toujours d'élever la température du métal au degré voulu ; 2° elle offre le moyen de juger de la qualité du fer cru par l'aspect de la cassure, de rejeter les parties qui ne conviennent pas et d'effectuer divers mélanges ou coupages qui procurent une allure moyenne entre les allures propres à chacune des fontes mélangées : on pourrait, à la vérité, éviter les coupages et préparer directement les fontes convenables, en opérant sur la composition du lit de fusion destiné à être passé au haut fourneau, mais on ne dispose pas toujours de ce moyen; 3° elle favorise l'élimination des laitiers mélangés.

Par contre, la refonte du fer cru au four à réverbère occasionne des frais qui augmentent le prix de revient de l'acier. A Seraing, on brûle par 1000 k. de fonte SOO à 600 k. du meilleur combustible et il faut 3 1/2 heures de temps pour liquéfier une charge de (rois tonnes, y compris 20 minutes pour nettoyer le four et faire la coulée.

Voici quelques détails économiques qui précisent et complètent ces indications. A l'appareil Bessemer de Seraing, on emploie par charge 3100 k. de fonte hématite et 600 k. de fonte de Muesen, et l'on obtient, en moyenne, 3100 k. d'acier en lingots. On ne fait généralement que 3 coulées par 12 heures, savoir à 9 heures du matin, 1 heure de relevée et S heures du soir, l'intervalle nécessaire entre deux coulées consé-

CHAP. I. LA FONDERIE

cutives pour retirer les lingots, placer les moules, etc., étant de 4 heures. On ne travaille que de jour et on chôme le dimanche et le lundi, de sorte qu'on ne coule que trente fois par quinzaine. La première coulée peut exiger 4000 k. de houille. Les deux autres se font avec 2500 k. en tout. Il convient d'observer cependant que le soir on bouche les fours, afin d'y conserver la chaleur, et qu'on compte la houille consommée pendant la nuit au moyen d'un feu étouffé avec la consommation pour la première coulée. Dans un four réparé et à recuire, la consommation serait plus grande. Dans le four à Mues en, la consommation est de 100 k. pour 100 de fonte; elle se trouve comprise dans les 6b00 k. sus-indiqués et la fusion se fait en une heure de temps. On consomme de la houille en gros morceaux dont les 1000 k. coûtent 19 fr., soit pour 123,S0 fr. par jour ou 123S fr. par quinzaine.

On peut se rendre compte du travail onéreux des fours à réverbère en observant que la flamme, obligée de longer la voûte, fait d'abord fondre la partie supérieure de la charge de métal; celui-ci, en tombant sur la sole, peut se refroidir au point de reprendre l'état solide et alors on se trouve dans la nécessité de le faire refondre une seconde fois avant la coulée; or, cette seconde fusion, à l'abri du contact delà flamme, a lieu dans des conditions très-défavorables. La prompte usure qui se fait à la partie v de la voûte aggrave le mal dont il s'agit.

On réaliserait une grande économie en multipliant le nombre des coulées ou des opérations journalières. Ainsi, en faisant quatre coulées par 24 heures, on ne dépense que peu de combustible en sus de la quantité exigée pour trois coulées, et si, ainsi que cela se fait, par exemple, en Angleterre, on coulait à une heure seulement d'intervalle entre deux opérations consécutives, on augmenterait encore considérament l'économie.

La refonte au four à réverbère présente encore d'autres inconvénients. En effet, elle donne lieu à un déchet que Percy évalue à 7, S pour 100, mais qui, à Seraing, est de 9 pour 100, en moyenne. Puis, la refonte élimine une grande partie du silicium et du manganèse, et peut ainsi diminuer la qualité de la fonte pour l'usage auquel elle est destinée.

774. Les cubilots. — La refonte au cubilot, même si l'on admettait une consommation de 1 S pour 100 (elle n'est généralement que de 11 pour 100), exigerait par charge de 3 tonnes 355 k. de coke à 25 fr., soit pour 14 fr., ou par jour 45 fr. et par quinzaine 420 fr. L'économie serait par conséquent en un jour de 81 fr. 50 et en une quinzaine de 815 fr. En outre, le cubilot occasionne moins de déchet que le four à réverbère et il ne diminue pas autant le contenu de silicium et de manganèse.

560 SECTION IV. — PROCÉDÉ BESSEMËH

Malheureusement cette refonte augmente le contenu des fontes en soufre, pour peu que le coke employé renferme de cette matière nuisible, comme le prouvent les résultats suivants d'analyses faites, en août 1867, au laboratoire de chimie de Seraing, sur des fontes hématites anglaises refondues au cubilot, en se servant du meilleur coke qu'on pouvait alors se procurer.

1" E.XPÉnlENCE.

2e EXPÉRIENCE.