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SECTION IV. PROCÉDÉ BESSEMER

que l'on doit attribuer à la composition variable des fontes et à la quantité variable du manganèse retenu par l'acier.

Selon l'opinion générale, un excès de manganèse dans la fonte, par exemple, une proportion supérieure à 2 pour 100, peut donner lui à projection durant l'alBnage. Gruner (De l'acier etc., Paris, 1867) explique cet effet : 1° en observant qu'une fonte est d'autant moins silicifère est souvent d'autant plus carburée que la charge des hauts fourneaux est plus riche en manganèse ; 2° en admettant que l'état réfractaire du manganèse métallique rend les fontes moins fluides. Le premier moyen d'explication est admissible, mais l'autre n'est pas exact, car on a constaté à Seraing que les fontes maganésifères prennent plus de fluidité que les fontes hématites anglaises, et lorsque la charge de celles-ci ne fond pas bien, on y ajoute une légère dose de fonte grise manganésifère du pays de Siegen, ce qui produit de suite une amélioration sensible.

Il se peut que les projections dont il s'agit ne soient qu'un simple effet mécanique de la grande légèreté des scories produites par les fontes trop chargées de manganèse, légèreté telle que la seule pression du vent suffit pour les lancer hors de la cornue. Ces scories s'effilent et produisent dans la cornue des touffes ou houppes semblables à des mèches de cheveux.

La limite de 2 pour 100 indiquée plus haut pour le contenu de la fonte en manganèse ne doit pas être regardée comme absolue ; elle varie, au contraire, avec les proportions relatives de silicium et de carbone.

La présence du manganèse, si recherchée dans les feux d'affinerie et dans les fours à puddler pour la fabrication du fer à fins grains et de l'acier, peut devenir nuisible dans l'appareil Bessemer, qui exige des fontes riches en silicium ; car nous verrons plus loin que ce métalloïde et le manganèse ne peuvent se trouver à côlé l'un de l'autre dans la même fonte en proportions notables ou semblent s'exclure mutuellement, ce qui est un avantage pour les premiers appareils et un inconvénient pour le second. Lorsque, dans un haut fourneau, on cherche à produire de la fonte silicée avec un lit de fusion chargé de manganèse, on ne peut y arriver, parce que ce métal retient le silicium dans les laitiers à l'état de silicate de manganèse.

786. Ses effets sur l'acier. — C'est un fait démontré que, si le manganèse n'élimine pas toujours le soufre, il possède au moins la propriété de contre-balancer fortement l'effet de ce corps, qui rend l'acier cassant à chaud. Ainsi l'acier qui, fondu seul, ne peut se travailler sous le marteau ni se souder, devient à la fois malléable et sou-

CHAP. II. CONDUITE d'uNE OPIÎRATION.

dable, quand il est fondu avec une petite quantité de manganèse. Évidemment le carbone que le manganèse peut contenir n'explique pas cette action : elle doit être attribuée exclusivement au métal lui-même. Beaucoup de métallurgistes admettent qu'un contenu sensible de manganèse dans le fer ou dans l'acier augmente la dureté, l'élasticité et la ténacité du mêlai aux dépens de la malléabilité et de la souplesse, que doivent posséder toutes les espèces nouvelles d'acier mou, et dès lors l'action du manganèse dans la fabrication de l'acier consisterait simplement à éliminer l'excès d'oxygène et de silicium, qui sont nuisibles. Cependant, c'est l'addition du manganèse sous la forme d'oxyde mélangé avec du charbon de bois à l'acier fondu en creusets, addition faite pour la première fois par Josiah Marshall Heath, en 1839, qui a permis d'employer le fer puddlé anglais pour les qualités d'acier ordinaires, au lieu des fers de Suède plus purs, mais plus coûteux ; en outre, ce n'est que par l'addilion (due à Mushet) de manganèse, sous la forme de Spiegeleîsen, au bain liquide obtenu dans le convertisseur Bessemer, qu'on a pu employer les meilleures qualités de fonte anglaise pour produire le métal Bessemer malléable. Enfin, la même addition a lieu dans le procédé Siemens-Martin.

Parry (Percy, IV, 288) observe avec juste raison qu'à la dose de 0j5 à 1 pour 100, le manganèse corrige la propriété rouveraine de l'acier, mais qu'un contenu plus considérable de ce métal rend l'acier plus cassant à froid, à tel point que, selon lui, il convient d'éviter l'addition du manganèse et de recourir pour le laminage à des appareils plus puissants que ceux qu'on emploie généralement.

Siemens affirme que ce ne sont jamais que des traces de manganèse métallique que l'on trouve dans l'acier fondu, que la masse du manganèse ajouté passe en combinaison avec l'oxygène, la silice et l'alumine dans les laitiers, et que l'effet du manganèse n'est pas dû au départ du soufre ou d'autres substances avec lesquelles il entrerait en combinaison, mais uniquement à la présence du manganèse métallique dans l'acier, quelque petite qu'en soit la proportion. Ainsi, selon lui, lorsqu'on ajoute du manganèse à un bain d'acier liquide sur la sole d'un four à réverbère, son action bienfaisante n'a pas lieu si le métal reste dans le four exposé à la flamme pendant quelque temps, plus d'une demi-heure, par exemple. De même, si on refond sans addition de manganèse de l'acier fondu provenant de fer anglais, que l'on avait rendu parfaitement malléable à chaud par une addition de manganèse, il devient aussi cassant à chaud que jamais.

Ces assertions renferment plusieurs erreurs qu'il importe de rectifier. D'abord il n'est pas vrai que l'acier ne retient jamais que de simples

570 SECTION IV. PROCÉDÉ BESSEMEK

traces de manganèse. Bien souvent on y trouve, au contraire, des quantités notables de ce métal, reconnaissable à la teinte blanche qu'il lui communique. La cassure de l'acier exempt de manganèse est bleuâtre à côté de celle de l'autre acier. C'est à peu près ce qui s'observe pour les fontes manganésifères : elles se distinguent par leur couleur blanche et leur éclat particulier, joint à leur texture plus ou moins lamelleuse. Au surplus, il résulte aussi de nombreuses analyses faites à Seraing que l'acier retient réellement des quantités notables de manganèse. C'est ainsi qu'on a trouvé dans l'acier Bessemer des coulées n"* :

2739 — 2740 — 2747 — 2748 — 2749 — 292S et 2935, les quantités suivantes de ce métal pour 100 :

De même on a trouvé dans :

L'acier fondu Acier Bessemer Un acier polo- L'acier Krupp. Berger. pour canons : nais.

Cockerill.

Mn 0,36 0,79 1,00 0,85

Des rails Rails du Nord Belge : Cli. de fer Ch. de fer du Acier d'une Anglais. Jackson. Cockerill. d'Orléans : Nord. Cocko- provenance

Pétin. rill. inconnue.

Mn 0,36 0,864 0,75 0,56 0,65 1,45

L'influence du manganèse n'aurait lieu, selon Siemens, que sur le soufre et elle serait simplement catalytique, tandis que, d'après les faits observés à Seraing, un certain contenu de manganèse rend l'acier Bessemer plus mou et plus tenace, tant à chaud qu'à froid, neutralise jusqu'à un certain point les effets du soufre et du phosphore et peut même diminuer la proportion de ces corps, de sorte que l'action du manganèse est à la fois catalytique et chimique. Caron (R. U., mai et juin, 1865, p. 539) avait déjà trouvé que ce métal sert dans les fontes à expulser le soufre et le phosphore, et Frésénius indique le même métal dans l'acier comme un correctif du manque de corps à froid.

787. Alliages du fer avec de fortes proportions de manganèse. — Le manganèse a trop d'affinité pour l'oxygène, et les oxydes de ce métal forment trop facilement avec la silice une scorie fusible à une température relativement très-basse, pour qu'on puisse songer à fabriquer en grand du manganèse pur ou du carbure de ce métal sans mélange ; mais la production des alliages plus ou moins carburés de manganèse avec le fer est d'autant plus facile que la teneur en manganèse en doit être moindre. On lit à ce sujet dans un mémoire de F. Kohn (Ding., t. 198, p. 205):

« Le Spiegeleisen de Siegen (Westphalie) est une fonte blanche produite au moyen du fer spathique, qui est une combinaison cristalline

CHAP. II. -

CONDUITE d'une OPÉRATION.

de carbonate ferreux et de carbonate manganeux et dont un gisement puissant se trouve au Stahlberg près de Mûsen. La production de cette fonte exige qu'on prolonge le plus possible dans le haut fourneau la période de la carburation, et ce, à une température assez élevée pour réduire le manganèse, mais insuffisante pour réduire le silicium. Malheureusement, les températures auxquelles ces deux corps se réduisent sont très-rapprochées l'une de l'autre. Or, une quantité considérable de silicium s'oppose à la production du Spiegeleisen, parce que la présence de ce corps dans la fonte liquide tend à transformer le carbone combiné en graphite, ou la fonte blanche en fonte grise. »

« Le contenu du Spiegeleisen de Siegen en manganèse est en moyenne de 7 pour 100, mais rarement supérieur à 10 pour 100. Le contenu de carbone combiné est à peu près constant et s'élève à 5 pour 100. Aussi, lorsqu'on ajoute à une charge de fer décarburé la quantité de Spiegeleisen nécessaire, on introduit avec le manganèse une quantité correspondante de carbone, et de là résulte une difficulté sérieuse dans la fabrication des aciers Bessemer très-mous. En effet, la production de ces aciers au moyen du Spiegeleisen de Siegen exige qu'on outre-passe le soufflage de la charge (ûberblasen), de manière à fournir au métal la quantité d'oxygène nécessaire, non-seulement pour oxyder tout le manganèse et tout le silicium, mais encore pour brûler la plus grande partie du carbone apporté par le Spiegeleisen. Or, ce procédé n'est qu'un pis-aller hérissé d'inconvénients. »

Parmi les différents moyens de fabriquer en grand des ferromanganèses plus riches dont le besoin s'est fait sentir depuis longtemps, nous allons indiquer celui de W. Henderson, à Glasgow. Il consiste à réduire un mélange de carbonate manganeux et d'oxyde ferrique avec du carbone en excès au moyen d'une flamme neutre ou réductrice sur la sole ouverte d'un four Siemens. La sole, dont la confection exige beaucoup de soin, est un grand creuset en poussière de coke agglomérée par un ciment convenable. Les oxydes métalliques, réduits à l'aide d'un moulin, en poussière fine^ sont mélangés intimement avec de la poussière de coke ou de charbon végétal, et l'on y ajoute des scories provenant d'opérations précédentes ; le tout est exposé pendant plusieurs heures à une chaleur rouge pour le transformer en une éponge métallique contenant les métaux des deux oxydes réduits; enfin, on pousse la chaleur jusqu'au blanc complet, ce qui fait fondre les métaux en un régule. La quantité de manganèse réduit par ce moyen dépend principalement de la température à laquelle on expose le bain métallique dans cette période de l'opération. L'emploi du four Siemens est indispensable, non-seulement pour réaliser cette tempéra-

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ture élevée nécessaire, mais encore parce que l'on rloit éviter une flamme oxydante. Malgré toutes les précautions, il est impossible de réduire et de faire entrer dans le régule tout le manganèse du mélange, ce qui tient à la grande affinité de l'oxyde manganeux pour la silice contenue dans les minerais ou apportée durant l'opération. Le produit de la combinaison est une scorie très-fusible, Irès-manganésifère et d'une couleur vert-clair caractéristique, dont on ne retire qu'une partie du métal en l'utilisant dans d'autres opérations.

Lorsqu'on a bien choisi les matières premières, l'alliage obtenu par ce procédé contient de 20 à 50 pour 100 de manganèse. Un four de dimensions ordinaires, servi par un seul ouvrier, fournit environ 750 k. de ferro-manganèse par 24 heures et les frais de production s'élèvent à 7 livres sterling par tonne d'alliage de 20 à 2o pour 100 de teneur en manganèse.

Voici, selon Darmstadt (Frésénius, Zeitschrift, t. 8, p. 114, et Ding., juin, 1870), la composition d'un ferro-mangatièse anglais employé dans quelques usines Bessemer de l'Angleterre et de l'Amérique du Nord: Fe 73,474; Mn 21,064; Co 0,007; Zn 0,062; Ctf 0,072; Pb 0,011; Al trace; 0,011; CaO,m-3Ig 0,035; As 0,001 ; 56 et Sn 0,030 ; P 0,109 ; 5 trace ; Si 0,059; C 4,805; dans la scorie : oxygène de la silice 0,025; oxygène des bases 0,010; total général 99,60. — On n'a cherché ni l'azote, ni le lithium, ni les métaux alcalins.

On trouve dans la commerce un ferro-manganèse d'une teneur de 20 p. 100 de manganèse à 3 fr. le k.

Le ferro-manganèse peut s'employer pour remplacer le Spiegeleisen allemand ou bien s'ajouter en proportion convenable à la fonte chargée dans le four à refondre pour l'appareil Bessemer. Pour cette dernière application, on le remplace avec avantage parla fonte grise manganésifère de Siegen.

788. Silicium. — Son influence sur le métal. — On distingue les fontes aciéreuses en fontes chaudes et fontes froides, d'après leur teneur en Si. Le silicium joue un rôle calorifique. Sa présence, loin d'être nuisible, est essentielle pour la fabrication des aciers Bessemer doux.

On lit dans un mémoire de MM. Troost et Hautefeuille (C. R., t. 70, p. 252; février 1870) ce qui suit: « Le silicium, régardé souvent comme une impureté, a pris rang parmi les éléments indispensables des fontes destinées à l'affinage Bessemer. Les métallurgistes donnent à ces fontes siliceuses le nom de fontes chaudes. L'allure plus chaude du convertisseur paraît liée à l'introduction d'une plus forte proportion

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CONDUITE d'une OPÉRATION.

de l'une des matières combustibles de la fonte. Le silicium, en brûlant dans le convertisseur y développe trois fois plus de chaleur que le même poids de carbone se transformant en oxyde. L'augmentation du pouvoir calorifique se traduit par un accroissement de température d'autant plus considérable que la combustion du silicium donne de la silice, corps fixe qui reste dans l'appareil, tandis que celle du carbone donne un produit gazeux qui, en se dégageant, entraîne hors du fourneau une portion de la chaleur développée. Mais la véritable justification du nom de fontes chaudes se trouve plutôt encore dans les propriétés remarquables des fontes riches en silicium : pendant l'alBuage, ces fontes peuvent être maintenues longtemps à une température plus élevée que les fontes ordinaires. En effet, les fontes très-siliceuses se comportent à une haute température, en présence des gaz oxydants ou réducteurs, identiques à ceux qui se trouvent dans l'appareil Bessemer, d'une manière toute différente de celle des fontes ordinaires. La fonte siliceuse amenée à l'état de fusion dans un creuset de chaux vive, sous le dard du chalumeau alimenté par du gaz de l'éclairage et de l'oxygène, forme un bain qui s'oxyde tranquillement, même en présence d'un excès considérable d'oxygène. Le métal, maintenu constamment en mouvement par le courant gazeux, se recouvre d'une pellicule irisée, qui gagne les bords du bain en fusion et se renouvelle constamment comme dans une coupellation d'argent. On peut, sans changer l'allure du phénomène, chauffer beaucoup au-dessus de la température de fusion. Ces phénomènes différencient complètement l'affinage des fontes très-siliceuses de celui des fontes carburées, qui, chauffées dans les mômes conditions, ne s'affinent qu'avec production de vives et brillantes étincelles, et qu'on ne peut chauffer aussi fortement sans amener une combustion rapide du fer et des projections de globules incandescents. La production des étincelles est liée, selon Sainte-Claire Deville, à la dissolution du gaz oxyde de carbone dans le bain de fonte en fusion : cet oxyde, qui se dissout dans les parties où la température est la plus élevée, détermine dans les parties moins chaudes, un véritable rochage avec projection. Or, tandis que les fontes très-carburées dissolvent en grande quantité l'oxyde de carbone, les fontes très-siliceuses ne peuvent le dissoudre, ce gaz étant décomposé par le silicium, comme l'a montré Caron. Cette circonstance explique la différence que nous signalons dans l'affinage des fontes carburées et des fontes riches en silicium. Nous avons pu, après avoir tenu longtemps la fonte siliceuse en fusion tranquille à une température Irèsélevée, y déterminer la production de vives étincelles, par l'introduction d'une quantité convenable de fonte riche en manganèse, qui

574 SECTION IV. — PROCÉDÉ RESSEMER

élimine le silicium. Nous reproduisons ainsi un des phénomènes les plus brillants de l'affinage par le procédé Bessemer ».

De même, suivant Siemens, la présence d'une trace de silicium semble avoir le curieux effet d'empêcher le violent dégagement de gaz de l'acier liquide au moment de la solidification, lequel dégagement rend si souvent les lingots défectueux.

789. Quantité de silicium que les fontes doivent renfermer. — La pratique a démontré que, lorsque la fonte fluide introduite dans le convertisseiu" ne contient pas au moins p. 100 de silicium,

l'opération peut manquer faute de chaleur. La refonte au four à réverbère faisant perdre à la fonte au moins \ p. 100 de silicium, on s'explique pourquoi les aciéries ne peuvent guère employer seules au convertisseur les fontes, même les plus pures, qui ne contiennent pas dans les gueusets de 2 à 2 1/2 p. 100 au moins de silicium. La difficulté de fabriquer des fontes pures avec une aussi forte teneur en silicium a fait imaginer de traiter directement au convertisseur les fontes liquides sortant du haut fourneau. Le haut fourneau donne aisément et en allure régulière des fontes avec 1,S à 2 p. 100 de silicium ; on arrive même à 2 1/2 et 5 p. 100.

Comme, dans la fabrication de la fonte, le manganèse et le silicium s'excluent l'un l'autre, une fonte grise ne renfermant même que 2 p. 100 de manganèse, ne peut contenir la quantité de silicium nécessaire pour permettre une réussite assurée au convertisseur après une deuxième fusion.

Dans quelques contrées où l'obtention des fontes siliceuses n'est point aisée, on a cherché le moyen de traiter au convertisseur des fontes peu chargées de silicium.

A Hoerde, où l'on traite pour aciers doux des fontes hématites anglaises, on emploie pour acier dur des fontes peu siliceuses, fabriquées avec des mélanges d'hématites rouges, de carbonates spathiques et lithoïdes. On s'arrange de façon que le bain de fonte initial contienne 1 p. 100 de silicium et 2,75 p. 100 au moins de manganèse. Avec ces proportions, on arrive à une opération à peu près convenable, quoique beaucoup plus courte que celles des aciéries anglaises ou françaises. La chaleur produite par la combustion du manganèse, qui s'oxyde avant le fer, et de la faible quantité de silicium donne un métal assez chaud pour acier dur. (Jordan R. U., 1870, 2" liv.).

De même, l'usine de Fagersta (Suède) a fait figurer à l'exposition de 1867, à Paris, une fonte employée avec avantage au traitement Bessemer et contenant, pour 100 : C (comb.) 2,138 ; C (libre)

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2,703; Si 0,m;Mn 2,962; P 0,026 et S 0,015, (deutsche Industrie- Zeitung, 1867, p. 3S8).

790. Fontes qu'on traite dans l'appareil Bessemer à Scraing. — Voici rénumération de ces fontes :

a) Fontes anglaises : Carrick et Brockband, fonte grise servant de base à tous les mélanges ; la fonte de Cleater est la même fonte, mais de première qualité ;

Harrington, Bird ou Workington, fontes grises assez employées; Millom, fonte grise très-pure ;

Lochkart, fonte grise qui s'emploie assez souvent, entr 'autres, pour acier à bandages ;

Cumberland, grise, mêmes usages; Weardeale, fonte grise peu employée;

b) Fontes allemandes : Spiegeleisen de Muesen (Cologne) et de Gorissen (Cologne) ;

c) Fontes belges : Ougrée, n'est guère employée, parce qu'étant sulfureuse, elle donne trop de grenailles dans la poche de coulée ;

Seraing, fonte blanche, d'un usage restreint ; Espérance, fonte grise, »

Montigny, » „

791 . Composition de diverses fontes employées ou essayées à l'appareil Bessemer, d'après des analyses faites la plupart à Seraing.

Fontes anglaises.