ACIERS DIVERS

921. Acier fondu. — Matières premières employées autrefois. — Pendant longtemps on ne se servait pour fabriquer l'acier fondu que de Vacier naturel, obtenu par une décarburation incomplète de la fonte dans des bas foyers ou feux d'affînerie activés avec du charbon de bois, et de Vacier de cémentation, préparé en combinantlefer malléable, par lacalcination, avec la quantité de carbone nécessaire pour le constituer acier.

Les principaux centres de la fabrication de Vacier naturel se trouvaient établis près des grandes mines de fer carbonate, qui réunissaient les propriétés spéciales des minerais propres à celte fabrication, savoir : 1° dans les Alpes centrales, en Styrie et en Carinthie, autour des gîtes inépuisables d'Eisenertz et de Huetlenbcrg; 2° en Prusse, sur la Sieg, la Moselle, la Sarre, etc., à proximité du gîte désigné sous le nom de Sthalbcrg; 5° dans ITsère (France), près des gîtes d'Allcvard et de Saint-Georges-d'Heurtières ; /i" dans les régions montagneuses du Thuringerwald près du gîte connu, comme celui de la Prusse, sous le nom de Stahlberg. Cette fabrication, comme celle du fer malléable dans les bas foyers, ayant cessé et ne présentant plus qu'un intérêt historique, il n'en est question ici que pour mémoire.

Quant à Vacier cémenté, il se fabrique encore sur une échelle colossale, mais seulement dans le Yorkshire, en Angleterre, aucune autre contrée ne réunissant comme celle-ci les conditions d'existence de cette fabrication.

922. Fabrication de l'acier cémenté. — Le four à cémenter se compose de deux caisses rectangulaire aa, pl. 42, fig. 4 (Percy t. 4, p. 176), en briques réfractaires, ouvertes par le haut et renfermées dans une chambre également en briques réfractaires, avec des embrasures voûtées à l'une et l'autre extrémités, par lesquelles un homme

CHAP. IV. ACIERS DIVERS

peut entrer. Au-dessous se trouve un foyer 6, d'où débouchent, sur les parois et aux extrémités, une série de carneaux verticaux, qui entourent l'extérieur de la caisse et aboutissent à la voûte supérieure dd. Sur chaque côté de cette voûte, une série de petites cheminées ee partent de la naissance. Cette disposition permet de porter uniformément les caisses à une température élevée. Le tout est surmonté d'un cône creux en briques, ouvert par le haut. La fig. précitée est une coupe tranversale du four.

Le fer à cémenter est en barres plates et droites, qui ont environ 0™,075 de largeur et O^jO^ d'épaisseur. Pour ménager l'espace nécessaire à la dilatation, les barres sont un peu plus courtes que la longueur intérieure des caisses.

Du charbon de bois de frêne blanc, broyé assez fin pour passer par un tamis à mailles de 2 à 6 mm., est répandu en couche régulière sur le fond des caisses. Sur ce lit de charbon, on dispose à plat une série de barres qui se touchent presque. Cette série de barres est recouverte d'un lit de charbon de bois de 12 mm. environ d'épaisseur; on place ensuite une seconde rangée de barres, et ainsi de suite jusqu'à ce que les caisses soient remplies. La couche de charbon du sommet, à laquelle on donne plus d'épaisseur qu'aux autres, est recouverte par de l'argile.

Les caisses ayant été chargées, on bouche hermétiquement les embrasures avec des briques et on allume le feu sur la grille. La température doit être maintenue uniformément au rouge vif pendant un temps qui varie suivant le degré de carburation qu'on cherche à obtenir. L'acier à fondre demande 9 ou 10 jours, l'acier de forge 8 jours et l'acier pour ressorts 7 jours. On a introduit des barres d'essai dont les bouts sortent des caisses, de façon à pouvoir les retirer de temps à autre pendant l'opération par de petits ouvreaux pratiqués aux extrémités des caisses.

Le degré de cémentation atteint, on retire le feu et on laisse refroidir le four, ce qui exige plusieurs jours, et dès qu'un ouvrier peut entrer, on retire les barres, on les brise en travers et on les assortit d'après l'aspect de la cassure.

La charge d'un four de dimensions ordinaires est de 16 à 18 tonnes de barres. En chargeant de nouveau, on ajoute toujours du charbon de bois neuf à celui qui reste de la dernière chauffe.

Après la cémentation, la surface des barres est recouverte de boursouflures dont le nombre et les dimensions sont très-variables. Elles sont creuses, et on désigne les barres d'acier ainsi obtenues sous le nom d'acier poule.

SECTION IV. PROCÉDÉ BESSEMEU

923. Analyse par ForbesÇlje Technologiste, n" 343, p. 364) d'un acier de cémentation fabriqué à Scheffîeld, avec du fer de Suède, effectuée sur de gros copeaux d'un barreau détachés au moyen d'un ciseau à froid : C comb. 0,627; graphite 0,102; 5î 0,030; S 0,00S ; P 0,00; Mn 0,120; Fe 99,116; total 100.

924. Causes auxquelles il faut attribuer le maintien de l'ancien procédé en Angleterre. — La cémentation pour aciers fins de taillanderie, abandonnée partout ailleurs, s'est conservée en Angleterre par un concours de circonstances que nous allons énumérer. 1» L'Angleterre seule, principalement le Yorkshire, où se trouvent les principales aciéries de la Grande-Bretagne, possède en abondance les qualités de houille nécessaires et elle a à sa disposition un marché régulier et riche en qualités diverses des meilleurs fers de la Suède, de la Norwège et de la Russie : or, l'examen de l'origine des fers les plus convenables pour la cémentation fait voir que cet approvisionnement est le privilège pour un petit nombre de gîtes de la chaîne Scandinave et des monts Ourals : l'expérience par le fait, la cémentation en grand, offre le seul moyen de prononcer avec certitude si un fer donné convient ou ne convient pas, et d'assigner à chaque fer le rang d'importance qui lui appartient comme matière première de la cémentation, et cette expérience a prouvé que les bonnes marques de Suède, etc., se prêtent seules à une fabrication régulière et avantageuse, et procurent seules les aciers d'élite sans occasionner de rebuts onéreux; 2" Dans le Yorkshire (Scheiïield, Attercliffe, Marsboroug, etc.), la fabrication se fait sur une échelle colossale, pour laquelle l'Angleterre seule possède les débouchés nécessaires ; 3° Toute l'industrie se trouve concentrée dans un district géographique peu étendu, de sorte que les nombreux fabricants de limes et d'autres instruments dont la production serait trop faible pour leur permettre de cémenter eux-mêmes les fers qu'ils emploient, peuvent les faire cémenter dans d'autres usines ou acheter leur matière première à l'état d'acier poule sur lequel la marque du fer reste toujours visible ; 4" On a acquis une longue et précieuse expérience dans le choix et dans l'application des diverses marques de fer pour les usages auxquels les aciers conviennent; 5" On a un choix d'ouvriers capables, intelligents et exercés.

925. Matières premières diverses dont on charge les creusets dans les usines du continent. — Autrefois l'acier fondu se fabriquait comme en Angleterre avec de l'acier poule ou de cémentation, dont les bonnes qualités s'obtenaient au moyen du fer de Danemora. Krupp, d'Essen, n'employait pas d'autre fer et il vendait son acier 2 fr. 50 le kilogramme. Aujourd'hui on ne fait plus usage de ce produit dispendieux.

CHAP. IV. ACIERS DIVERS

Uehatius l'a remplacé par de la fonte et du fer provenant l'un et l'autre de fer spathique traité au charbon de bois. Krupp a ensuite fondu de VEdelstahl (acier naturel dur), avec du fer de Suède. Actuellement on emploie de l'acier Bessemer, de l'acier puddlé, et non-seulement divers mélanges de fer en barres et de fonte, mais encore de fonte et de minerais de fer riches avec ou sans addition de fer ou d'acier. Toutefois, le dernier mélange, composé de fonte et de minerais riches avec ou sans d'autres métaux, est peu employé, sans doute à cause de sa complication. L'usine de 'Wikman (Wikmanshiitte), en Suède, et deux usines russes sont les seules qui aient fait figurer, à l'exposition de 1867, des échantillons d'acier fondu obtenu par ce moyen. Les deux dernières usines fabriquent avec de la fonte et de la mine magnétique, accompagnées, s'il y a lieu, de fer ou d'aeier puddlé, de grandes quantités d'acier fondu qu'elles emploient principalement pour canons et fusils. M. Mayr, de Léoben, qui produit annuellement 200 tonnes (4000 quintaux de Vienne) d'acier par le recuit prolongé de la fonte avec de l'oxyde ferrique, fait entrer la plus grande partie de cet acier dans les mélanges employés pour acier fondu. Évidemment, la qualité des produits fournis par ces moyens divers qui, tous, dérivent du procédé d'Uchatius, doit varier avec celles des matières premières employées. L'acier homogène (homogeneous steel) obtenu en Angleterre en faisant fondre du fer anglais avec certains mélanges tenus secrets et quelquefois avec du charbon seulement, ressemble dans sa constitution au métal Bessemer anglais précité; c'est un fer dur qui ne prend pas la trempe et qu'on emploie principalement pour tôles de chaudières.

926. Méthode pour refondre l'acier. — Jusqu'à ces derniers temps on s'est servi à Seraing, pour refondre l'acier, des fourneaux anciens dits à creusets ou à vent. On avait une quinzaine de ces fourneaux qui recevaient chacun 4 creusets de la capacité de 25 k. d'acier. On y refondait de l'acier Bessemer en lames, barres ou riquettes peu épaisses ou en débris menus avec addition, dans chaque creuset, de SO gr. de peroxyde de manganèse et de 75 gr. de charbon de bois en poudre. Toutefois, la quantité de charbon de bois ajoutée variait avec le degré de carburation de l'acier. La durée d'une opération était de 3 ou 4 heures, suivant que l'acier était plus ou moins dur, et, après la fusion, on coulait dans une lingotière appropriée le contenu de deux ou plusieurs creusets. Le coke employé ne devait pas laisser de cendres ni donner de màche-fer, autrement la fusion aurait pu se trouver arrêtée. Parmi les houilles belges, on cite celles de l'Agrappe et de Grisoeuil, à Frameries, comme donnant le meilleur coke pour la refonte de l'acier dans les fourneaux à vent. La conduite du feu exige,

PROCÉDÉ BESSEMER

en outre, beaucoup d'attention et une longue expérience. A Seraing, la consommation de coke était de 3 k. pour 1 d'acier (') et un creuset en graphite (^), pareil à ceux dont on se servait à Seraing et qui coûtait 4. fr., supportait 3 ou 4. refontes avant qu'on fût obligé de le rebuter.

Le prix de l'acier fondu étant très-élevé, on préfère généralement l'acier Bessemer brut et l'acier puddlé. Ce dernier se distingue par sa résistance au choc, mais il peut manquer de la dureté nécessaire.

927. Avantages et inconvénients de la refonte de l'acier Bessemer. — La plupart des objets qui exigaient autrefois de l'acier fondu proprement dit se fabriquent aujourd'hui en acier Bessemer. Il n'y a que peu d'applications pour lesquelles on se trouve encore dans la nécessité de refondre certains aciers Bessemer, entr 'autres l'acier Bessemer anglais. On reproche à cet acier de posséder peu d'élasticité, de ne pas être susceptible d'une trempe utile et de ne convenir, ni pour ressorts, ni pour instruments tranchants ; aussi ne le désigne-t-on que sous le nom de métal Bessemer et ne l'emploie-t-on que comme un fer forgé riche en carbone, et par conséquent dur et très-tenace, au lieu du fer ordinaire, pour fabriquer des rails, des bandages, des tôles, etc. 11 est exempt des défauts que le fer ordinaire doit à ce que, à la fin de l'affinage, il n'a pas été à l'état liquide. Lorsqu'on veut faire servir le métal Bessemer anglais pour la taillanderie, on doit le refondre au creuset avec du peroxyde de manganèse et du charbon de bois. L'acier Bessemer de Suède est de meilleure qualité : il se laisse tremper et peut être employé directement pour outils et instruments. Voici les raisons sur lesquelles se base la supériorité de l'acier fondu : 1» la refonte permet d'essayer, de choisir et d'assortir les matières premières à employer; 2° s'il y a encore des parcelles de scories ou d'autres impuretés suspendues à l'état de mélange dans l'acier, la fusion lente et le repos à une haute température les éliminent; 3° cette haute température, jointe à la pureté presqu'absolue de la masse liquide, divise et répartit uniformément le carbone, et fait disparaître les petites différences de dureté ; 4° aucune altération chimique nuisible ne peut se produire; S" la charge de chaque creuset n'étant que très-petite (2S k.), on peut surveiller l'opération de manière qu'elle se fasse avec l'uniformité requise ; 6° l'oxyde de manganèse ajouté à la charge des creusets exerce une action catalytique favorable (g 786).

(') A la fabrique d'acier de Couillet, il fallait S k. de coke de Frameries, première qualité, pour fondre 1 k. d'acier. Le métal était fondu au bout do 4 heures, mais il devait être maintenu en bain trois heures de plus ; total 7 heures.

{') Pour la manière dont on fabrique ces creusets en Angleterre, voir Ding., t. i7i, p. 403.

CIIAP. IV. ACIERS DIVEUS.

Par contre, la refonte de l'acier au creuset est dispendieuse et pénible, elle donne des produits variables d'un creuset à un autre, demande un long apprentissage, puisqu'à Seraing on n'a encore eu qu'un seul ouvrier capable de conduire le travail, et partage, en outre, plusieurs inconvénients du procédé Bessemer (§ 852). Aussi cherche-t-on à s'en dispenser de plus en plus.

928. Perfectionnement de la fabrication de l'acier fondu. — Suivant Nasse (Zeitschrift fuer Berg, etc., in dem preussischcn Staate, 1870), le procédé Bessemer a influé indirectement sur la fabrication de l'acier fondu au creuset, attendu que, maintenant, on se sert généralement du Spicgeleisen, comme dans ce procédé, pour carburer l'acier fondu au degré convenable, soit que cet acier s'obtienne en grand pour bandages, essieux, etc., par la fusion du fer malléable avec de la fonte, soit qu'il résulte d'une fusion de l'acier poule pour l'application à la fine taillanderie. Il est évident que la cémentation de l'acier poule à employer ne doit pas avoir été poussée assez loin pour produire le degré de dureté voulu par la fusion sans une addition de charbon en poudre ou de Spiegeleisen. Dans ce procédé on tient également compte de l'influence favorable qu'exerce le manganèse apporté par le Spiegeleisen.

929. Procédé Siemens-Martin. — Description. — Ce procédé, basé sur les mêmes principes que celui d'Uchatius, consiste à faire fondre une charge de fonte dans un four Siemens à une seule porte et à cuvette en forme d'auge, à soumettre la fonte liquide pendant 30 minutes environ à l'action d'une haute température, et à y ajouter ensuite, par charges d'environ 100 k. et à des intervalles variables depuis la durée d'une demi-heure jusqu'à celle d'environ six heures, une certaine quantité de fer en barres, de riblons d'acier, de vieille ferraille, de mine de fer, soit isolément, soit mélangés deux à deux, trois à trois, etc., mais chauffés préalablement au rouge pour ne pas refroidir trop le fourneau. Vers la fin on élève la température au plus haut degré que le fourneau puisse supporter.

Pour pouvoir saisir avec exactitude le moment où le métal dans le four présente les qualités requises, on doit l'éprouver de temps à autre en puisant de petites quantités que l'on coule en lingots et en soumettant ceux-ci, après le refroidissement, au martelage et à divers autres essais.

On peut conduire l'opération de manière à obtenir du fer, que l'on transforme ensuite en acier par une addition de Spiegeleisen.

Dans le fourneau de M. Martin à Sireuil, près d'Angoulème, on obtiendrait par opération 2000 k. d'acier fondu en 8 à 12 heures de

SECTION IV. PROCÉDÉ BESSEMËR

temps. M. Martin fabrique principalement de l'acier mou pour canons de fusil, que le gouvernement français achète au prix de 90 fr. les 100 k. Une charge composée de 1200 k. de fonte grise de bonne qualité, 700 k. d'acier puddlc et 146 k. de fer magnétique d'Alger, aurait fourni, en 7,5 heures de temps, 1672 k. d'acier en lingots et 83 k. de débris d'acier. Quelques autres charges, composées de 3SS0 k. de fonte, 83 k. de riblons d'acier puddlé, 1600 k. de fer puddlé et 189 k. de minerai d'Alger, auraient donné 8618 k. de lingots d'acier. On consomme au plus 1 de houille pour 1 d'acier en lingot. Le prix de revient par 1000 k. d'acier est de 18o fr., suivant Styffe, et del2 fr.par quintal dn Zollverein, selon Tunner. Sauf quelques légers raccommodages à la sole, un four supporte 28 charges sans réparation.

A Firminy, M. Verdié possède trois fours du même système, mais de dimensions plus grandes, chaque four pouvant produire 8000 k. d'acier en une opération. La cuvette est formée de taques de fonte, dont celle du fond est recouverte d'une masse très-siliceuse et réfractaire en couche de 0'",06 d'épaisseur. L'une des faces latérales est munie d'une porte pour l'introduction des matières, le brassage de la masse fondue, les prises d'essai, etc. Le trou de coulée se trouvant au milieu de la paroi opposée, la sole est un peu inclinée de ce côté. Pendant la fusion, il se forme une scorie qui protège l'acier contre l'action directe de la flamme. La profondeur du bain d'acier au milieu de la sole est d'environ un pied. Les plaques de la sole sont rafraîchies par de la vapeur, que trois tuyaux amènent en-dessous.

On monte actuellement (juillet 1871) un four Siemens-Martin à la grande usine de Sclessin lez-Liége (').

Toutes les tentatives faites jusqu'à ce jour en vue de fabriquer l'acier fondu à l'aide des fours à réverbère ordinaires ont échoué, parce que, dans ces fours, l'acier reçoit le contact d'une flamme impure, chargée de silice. Or, l'extrême facilité avec laquelle l'acier fondu s'empare des corps nuisibles est démontrée par l'altération qu'il éprouve, même dans un creuset, lorsque, par inadvertance, on y laisse tomber un peu de coke. (Voir Engeneering, t. 8, n°* 120 et 121 ; Gruner, De l'acier et de sa fabrication, Paris, 1867, p. 76; Dingler, t. 187, p. 226, et Génie industriel, février 1868).

930. Conduite du travail. — La seule usine anglaise montée pour le travail Siemens-Martin est celle de Newport Steel Works à Middlesbro-on-Tees, appartenant à la raison bien connue B. Samuelson et G".

(') Cet appareil était en pleine activité lorsque j'ai visité l'usine, au mois de juillet 1874. H. V.

CHAP. IV. ACIERS DIVERS

Les tableaux suivants, extraits des livres de MM. Samuelson et C'" et publiés par Ferd. Kohn (Ding. t. 90, p. Uïï), donnent une idée claire de la manière dont on conduit le travail d'une charge.

Le tableau I se rapporte à une charge composée de fonte suédoise au bois (1680 livres anglaises) et de fer ébauché de Cleveland (3156 livres), marqué K et J ; on y a ajouté durant l'opération une petite quantité de minerai de fer (hématite) dans le but d'accélérer le travail qui a duré treize heures. Toutefois, la grande quantité de Spiegeleisen (1360 livres) qu'on a dû ajouter dans la dernière période de l'affinage prouve que la décarburation avait été poussée trop loin et qu'on aurait pu terminer la chaude quelques heures plus tôt. Cet exemple prouve combien il est facile dans ce procédé de réparer des fautes qu'on peut avoir commises durant la marche de l'opération. On peut compter avec une certitude absolue sur la production de chaque espèce d'acier désiré, le résultat définitif n'étant qu'une affaire de temps. — On a obtenu 4962 livres de lingots et 116 livres de riblons d'acier. Le déchet a été de 7,10 pour 100.

Le tableau II co.ncerne un essai avec de la fonte grise de Cleveland. Le fer ébauché ajouté à la charge était de la même espèce que pour la fonte de Suède et l'addition de l'ilmenitc, minerai très-riche en titane, a été faite dans l'espoir d'écarter le phosphore du bain. On a ajouté dans le même but, sous le nom de scorie patentée K et J, un mélange de divers ingrédients auquel on attribue dans le district de Cleveland une action analogue. Le produit était cassant à froid, aigre, et n'a pu être refondu au four à acier, de sorte que la fonte de Cleveland doit être considérée comme impropre au travail Siemens-Martin. — On a obtenu 544.6 livres de masseaux (riquettes ou débris compris ?) d'acier. Déchet 17,41 pour 100.

Le tableau III renferme les détails d'un essai effectué sur de la fonte hématite grise avec du fer ébauché de Cleveland. Le produit a été moins étirable et moins malléable que celui qui résultait de la fonte de Suède. Le déchet extraordinaire (17,04 pour 100) qu'on a subi peut tenir à la présence d'une grande quantité de silicium dans la fonte et à la difficulté d'éliminer ce corps dans le procédé Siemens-Martin. — Produits : 4336 livres d'acier en lingots qui ont été étirés en barres, et 124 livres de riquettes ou débris d'acier.

Les tableaux IV et V donnent un aperçu des deux charges qui ont le mieux réussi dans les usines de Samuelson. Le bain était composé d'un mélange de fonte blanche de Suède et de Spiegeleisen. L'acier obtenu était très-mou et de très-bonne qualité ; on en a fait des tôles de chaudières et d'autres articles analogues. — Chaude IV. Production : lingots