SO

Gangue . . . .

b,SO

Teneur en Fe .

67, So

MnO

La gangue est essentiellement siliceuse. Les minerais renferment une proportion insignifiante de chaux, des traces de soufre, de phosphore, quelquefois de plomb, d'arsenic et de titane : une fonte a donné à l'analyse 3,1 S pour 100 du dernier métal. Presque toujours les minerais contiennent aussi du manganèse.

Les analyses rapportées plus haut ont été faites sur des échantillons de choix.

Les deux premiers numéros comprennent V hématite dure qui se .qasse comme du silex sans fissures et ne subit point d'altération à l'air, et Vhematite compacte tendre qui offre de nombreuses cavités ou gerçures et qui, exposée aux influences atmosphériques, se délite et tombe en menus fragments.

Dans le haut fourneau, l'hématite tendre est facile à réduire par suite de sa perméabilité. Il n'en est pas de même des minerais durs. Le traitement de ces minerais pour fontes ordinaires exigerait une zone de ' réduction plus développée que celle des hauts fourneaux d'Ulverston. Dans ces fourneaux le minerai atteint la zone de fusion sans être complètement réduit et de là résultent des silicates de fer qui, en se décomposant, rendent la fonte siliceuse et par conséquent mauvaise pour les usages ordinaires, mais très-bonne pour l'appareil Bessemer.

Voici, selon Jordan, l'analyse sommaire du lit de fusion en minerai qui a normalement une teneur de S7 pour 100 en fer : Fe«Os 81,4.4; gangues 12,80; eau 6. Les minerais qui composent la charge sont en morceaux assez menus mélangés de poussières provenant de la consistance pulvérulente et friable de quelques hématites. Castine ajoutée 17 (27 ? Voir plus loin : Roulement des hauts fourneaux) pour 1 00 de la mine.

Air atmosphérique. — Les buses soufflantes, au nombre de six, ont 0"",076 (3 pouces) de diamètre. La pression du vent est de 0™,12 de mercure environ, et sa température de 570 degrés centigrades. On peut

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calculer la quantité du vent au moyen de ces données. Le volume total engendré par les pistons soufflants est d'environ 900 mètres cubes par minute et pour souffler cinq fourneaux à 27 buses, soit de 198 mètres cubes pour un fourneau à 6 tuyères.

Roulement des hauts fourneaux. - On cherche naturellement à maintenir les hauts fourneaux dans l'allure à fonte n" 1 Bessemer, mais de temps à autre, par exemple, lors d'un dérangement ou vers la fin de la campagne, on fabrique des fontes de moindre qualité, même des fontes de forge. Un haut fourneau de West-Cumberland, en marche pour Pig n° l , reçoit, selon Greiner, des charges composées de 34 cwt. (*) de minerai, 28 de coke et 9 de castine, et rendant 20 cwt. ou 58 p. 100 de fonte. Consommations pour 100 de métal : coke 140 et castine 45. Cette quantité de castine forme 26,5 pour 100 du minerai.

La production en fonte grise n°= 2 et 3 par 24 heures n'est pas inférieure à 60 tonnes, mais peut atteindre 90 tonnes.

Prix de revient de la tonne de fonte Bessemer du Cumherlanden 1866.

1730 k. de minerai à 15 fr. la tonne 25,95

1430 » coke » 25 » » 35,75

450 » castine » 3 » » 1,35

100 » houille menue pour chaudières et air chaud

à 13 fr. la tonne 1,30

Frais divers (fournitures, entretien, direction) . . . 5,00

Main-d'œuvre totale, fr 7,50

Intérêt du capital engagé 1,25 (?)

Prix de revient fr. . . 78,10

Composition. — La composition d'une fonte hématite anglaise se trouve rapportée au § 791, Conduite d'une opération Bessemer.

577. 6) Changements opérés dans la conduite des hauts fourneaux pour arriver aux grandes productions de 1868 et 1869. Aperçu général. — Le traitement des minerais de fer a reçu dans ces derniers temps une série de perfectionnements qui ont eu, entr'autres, pour résultat de doubler la production journalière. Les hauts fourneaux de Seraing, comme ceux d'un grand nombre d'autres usines, produisent actuellement, en moyenne, de 50 à 60000 k. de fonte d'affinage par 24 heures, au moyen de minerais rendant moyennement 30 pour 100 et en consommant 1 de coke et 0,35 de castine pour 1 de fonte. Dans le West- Cumberland, la production d'un haut fourneau en fonte n°* 2 et 3 par 24 heures, avec des minerais rendant 58 pour 100, n'est pas inférieure à 60 tonnes, mais peut atteindre 90 tonnes. On coule quatre fois au lieu de deux fois par 24 heures.

(') Cwt. = 1 quintal = 100 livr. = bO kil.

Lorsqu'un haut fourneaux produit 24 à 2S,000 k. de fonte par jour, il vaut mieux couler trois fois que deux fois par 24 heures, ne fût-ce que pour ménager le creuset. Il est possible, d'ailleurs, que la longue conservation de la fonte à l'état liquide en altère la qualité.

Pour arriver aux grandes productions actuelles des hauts fourneaux, il a fallu avant tout écarter les causes ordinaires d'irrégularité dans la marche de ces appareils, principalement les variations du combustible et l'obstruction des tuyères.

Lavage de la houille. — Beaucoup de couches de houille sont remplies de filets de schiste que le mineur ne peut séparer dans la houillère, tandis que d'autres, telles que la veine Malgarnie (Liège), par exemple, sont d'une pureté extraordinaire. Si, d'un côté, une augmentation de 2 1/2 pour 100 de la charge en mine est déjà trèsconsidérable, de l'autre côté, le coke dont on alimentait autrefois les hauts fourneaux pouvait apporter jusqu'à 20 pour 100 de cendre, due principalement aux schistes de la houille. Comme on n'était jamais sûr de la richesse du combustible, laquelle variait avec les couches et avec le mode plus ou moins bon d'exploitation, la conduite des hauts fourneaux ne se composait que d'une suite de tâtonnements onéreux.

Le lavage n'a pas seulement permis de livrer aux hauts fourneaux un coke avec 3 ou 4 pour 100 de cendre seulement, mais il a, en outre, annulé à peu près l'inégalité entre les diverses couches de houille, et de cette manière il a rendu possible la fabrication de la fonte dans des contrées qui ne possèdent qu'un combustible surchargé de schiste, par exemple, aux Asturies, en Espagne, notamment à l'usine de Sama de Langréo (Oviédo), où la houille perd au lavage 25 à 30 pour 100 de schiste et serait impropre à l'état brut au service des hauts fourneaux.

Le lavage de la houille est d'origine allemande. On l'effectua au moyen d'appareils grossiers à bras. En Belgique, oîi l'idée fut promptement adoptée, on perfectionna le procédé par l'application de la vapeur. Les premiers lavoirs étaient trop faibles ou d'une production insuffisante. Ce fut M. Bexroth, ingénieur de M. de Wendel aux usines de Hirschbach, en Prusse, qui le premier construisit un lavoir muni d'un broyeur denté et d'un broyeur cylindrique et d'une puissance suffisante pour une production de 200,000 k. par 24 heures. Le premier de ces appareils puissants fut monté aux fours à coke de M. de Wendel à Marihaye, près de Seraing.

Fours à coke perfectionnés. — Dans l'origine (de 1817 à 1820), les hauts fourneaux belges étaient alimentés de coke cuit à l'air libre, partant inégalement; l'exploitation de la houille se faisait par des ouvriers peu expérimentés, on ne séparait guère le schiste de la houille et on ne

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fabriquait le coke qu'avec de gros morceaux (roulons), autre cause d'une cuisson inégale. Quelques années plus tard (vers 1824.), on construisit les premiers fours à coke sans utiliser les gaz au chauffage des parois. La houille n'était soumise à aucune préparation et on déchargeait le coke au râble (rave), qui le brisait considérablement. Vers 1850, Brunfaut construisit à Couillet les premiers fours à parois chauffées, mais il conserva à peu près la forme de l'ancien four (rectangle entre deux trapèzes) et le déchargement à bras. Bien que les carneaux trop petits de ces fours s'obstruassent promptement de cendre, cependant on remarqua que les fours nouveaux produisaient un coke mieux cuit et plus homogène que les fours anciens. Voilà pourquoi, à Charleroi, tout en adoptant le système Brunfaut, on modifia le four, on lui donna une sole rectangulaire, on abaissa celle-ci au niveau du sol de l'usine, on le déchargea mécaniquement avec des treuils, d'abord à bras (Charleroi), ensuite à la vapeur (Seraing), on conduisit les gaz dans de vastes carneaux successivement sous la sole et aux parois, et pour utiliser le reste de la chaleur des gaz, on continua à placer des générateurs sur les fours, en faisant communiquer tous les orifices à gaz avec une cheminée générale. Enfin, on s'aperçut qu'on augmentait le rendement en enlevant les chaudières et en donnant à chaque four une cheminée avec ou sans clapet et c'est à ce système qu'on s'arrêla en 1868.

La perfection des fours à coke atteinte maintenant est telle qu'on réalise le rendement théorique de la houille broyée et lavée, et le coke produit est tellement dur, fort et homogène qu'on peut sans inconvénient le transporter à de grandes distances et même l'emmagasiner pendant longtemps.

Tuyères en cuivre. — Autrefois les tuyères étaient en fer et n'avaient qu'une faible longueur. Elles étaient sujettes à s'obstruer par des scories qui, dans certains cas, s'y attachaient en prenant une dureté à l'épreuve des ringards aciérés. Souvent on ne parvenait à en dégager l'orifice qu'en attendant l'arrivée des laitiers du creuset à une hauteur suffisante pour fondre les scories par dissolution. C'était là du temps perdu et une cause d'irrégularité, car l'orifice de la tuyère encrassée se trouvant réduit pendant un temps plus ou moins long, la production devait nécessairement diminuer. De plus, ces masses durcies rendaient indispensables les nettoyages si pénibles du creuset désignés sous le nom de relevages. Enfin, ces tuyères, trop épaisses et trop mauvais conducteurs de la chaleur, se brûlaient et s'usaient promptement, surtout au museau.

Actuellement on confectionne les tuyères en cuivre avec des feuilles

d'une faible épaisseur. Ces tuyères ne s'encrassent pas et, par suite du peu d'épaisseur de leurs parois, elles sont mieux refroidies que les tuyères en fer, de sorte qu'elles résistent au feu.

La longueur des tuyères en fer était de O^jS. Celle des tuyères en cuivre est au moins le double. Toutes les tuyères, tant en fer qu'en cuivre, sont à circulation d'eau et peuvent durer de 15 jours à six mois.

Nous savons que les tuyères restent invariables, tandis qu'on modifie de temps à autre le diamètre des buses, suivant l'espèce de fonte à fabriquer.

Retraite des tuyères. — Autrefois on faisait reculer les tuyères à mesure que le haut fourneau s'élargissait. Cette pratique était commandée par la nécessité de procurer une assise assez stable aux tuyères sur les pierres des embrasures. 11 en résultait que le baut fourneau, une fois attaqué, s'usait de plus en plus. Aujourd'hui, les tuyères étant assez longues pour se soutenir d'elles-mêmes, on les laisse en place aussi longtemps que possible, afin de permettre au creuset usé de se rétrécir au moyen de parois artificielles, et ce n'est qu'en cas d'un élargissement considérable, qu'on relire les tuyères, mais seulement d'une quantité à peu près égale à la moitié de l'usure, c'est-à-dire, en partageant la différence.

Cette pratique est celle de Seraing. A Couillet, on n'a jamais reculé les tuyères, même celles en fer, lorsque le haut fourneau s'élargissait; on les a fait, au contraire, avancer en les soutenant par une plaque de fer ou de fonte placée sur la pierre où se trouve l'ouverture pour le passage de la tuyère ; cette plaque était rafraîchie extérieurement par de l'eau et à l'intérieur par la tuyère même qui la dépassait toujours d'une certaine quantité. Lorsque la taque d'appui se fondait au bout qui se trouvait dans le fourneau, on la faisait avancer d'une quantité correspondante. Au moyen de cette disposition, le creuset se rétrécissait et il se formait des parois artificielles.

Puissance de l'appareil soufflant augmentée et hauts fourneaux agrandis. — Les principales causes perturbatrices étant désormais écartées, on pouvait approprier les appareils à une grande production, car on augmente ou on diminue généralement la charge de mine, suivant que la marche des hauts fourneaux s'améliore ou se dérange. A cet effet, on a augmenté la puissance des souffleries tout en les perfectionnant, on a même agrandi proportionnellement le diamètre des cylindres soufflants, parce que, non-seulement le volume d'air à lancer était plus que doublé, mais qu'en même temps on en diminuait la pression. C'est ainsi que, dans quelques usines du pays de Liège, oîi le vent était autrefois porté de 4 à 5 pouces manométriques de

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mercure, on ne travaille plus maintenant qu'à 2 1/2 ou 3 pouces pour affinage.

Les anciennes tuyères avaient au maximum 8,7S à 10 centimètres (3 1/2 à 4 pouces anglais) de diamètre, tandis que l'on donne aux tuyères nouvelles un diamètre de 13 et même de IS centimètres. A Seraing, les tuyères ont 0'",13 et les buses O^jlSS de diamètre. Il y a toujours deux tuyères par haut fourneau.

Comme les anciens appareils à air chaud ne chauffaient que 60 à 70 mètres cubes d'air par minute, tandis que le travail actuel exige le double de cette quantité, on dut créer des appareils d'une surface de chauffe double. A Liège et à Charleroi, on chercha à remplir ce but en faisant varier seulement la forme des tuyaux, tant en conservant le vieux système qui est celui de Calder; mais ce système, convenable, du reste, pour de petites productions et de faibles températures, devra céder le pas à l'appareil de Pierre D'heure.

Le diamètre du ventre des hauts fourneaux fut porté de 13, S à 16 et même à 16,3 pieds anglais, et le diamètre du gueulard reçut une augmentation proportionnelle, soit de 2 ou 3 pieds. Comme à Seraing le diamètre du ventre des hauts fourneaux était déjà primitivement de 16 pieds anglais, on s'est contenté dans cette usine d'augmenter la hauteur des fourneaux en la portant de SO à 60 pieds et c'est pour cette raison que, dans la même usine, on a conservé au vent l'ancienne pression de S pouces pour affinage, tandis qu'on l'a diminuée ailleurs.

En Angleterre, notamment à Kirkless-Hall, dans le Cumberland, on donne actuellement aux hauts fourneaux 25 mètres de hauteur, 7'»,32 de diamètre au ventre et S2S mètres cubes de capacité (An. du Génie civil, novembre 1867, p. 734).

En Styrie, on est parvenu à augmenter la production journalière des hauts fourneaux : 1° en agrandissant le diamètre du gueulard; 2" en chargeant le charbon au milieu et la mine sur les bords.

Augmentation des charges. — La puissance de la soufflerie ayant été augmentée, les charges descendaient plus vite, de sorte que la nécessité d'éviter un chargement pour ainsi dire continu fit adopter l'emploi de grosses charges contenant jusqu'à 1000 k. de coke, et comme ce combustible ne brûle bien qu'en masse, il en résultait encore un avantage pour la fusion.

Mélanges des minerais enrichis et mieux étudiés qu'autrefois. — Les perfectionnements effectués dans le traitement des minerais de fer ont permis l'emploi de minerais riches qui, jusque là, étaient sans valeur, tels que le Vezin, les silicates, les scories, etc., les résultats fâcheux d'autrefois pouvant être attribués aussi bien à l'inégalité du coke qu'à

rinsuffisance de la soufflerie. L'augmentation du rendement due à ces minerais a élevé la production de 5 pour 100. Un autre perfectionnement essentiel consiste dans le soin particulier qu'on met aujourd'hui à l'analyse chimique des minerais et des mélanges à fondre. Peu d'usines sont dépourvues d'un laboratoire complet et bien servi.

Consommations diminuées. — Pour affinage, il fallait autrefois 1,S à 1,75 de coke pour 1 de fonte, aujourd'hui il n'en faut que 1,2 au maximum ; pour moulage, il faut sur le continent 2 à 2,25 de coke, tandis qu'il en faillait 2,50 auparavant. L'élimination du schiste a permis de réduire la quantité du calcaire.

§ 505, p. 422 et 423. Suppression des relevages. — Comme les tuyères nouvelles ne s'encrassent pas, l'ouvrier n'a plus la peine de les déboucher ; mais sa tâche a encore reçu par ces tuyères une autre simplification importante. Autrefois on nettoyait toujours le creuset avant de couler les laitiers. Ce nettoyage, qui se faisait avec des ringards longs et pesants et souvent à grands coups de masse, avait pour objet de détacher les matières durcies contre les pierres du creuset et contre les tuyères. On a trouvé qu'on pouvait généralement se dispenser de ce travail, souvent pénible, appelé relevage, et que, pour couler le laitier arrivé à la hauteur de l'une ou de l'autre tuyère, il suffisait de percer un trou dans la couverture vers le centre de l'avant-creuset ; alors les matières durcies sont fondues et emportées par le laitier liquide sans l'intervention de l'ouvrier. Le principal inconvénient des relevages consistait dans la difficulté de retirer les ringards introduits, parce que, entre les mains d'un ouvrier inexpérimenté, il pouvait s'y attacher des masses plus ou moins considérables de laitier pâteux rendant l'extraction à la main impossible. — Il est bien rare qu'on soit encore obligé de faire un relevage.

486, S73 à 876. e) notions diverses.

Feu aux charges. — Lorsque le feu est aux charges, c'est-à-dire, lorsque le gueulard du haut fourneau s'échauffe outre mesure, la consommation de combustible augmente, le rendement des minerais diminue, la fonte blanchit et devient mauvaise.

Ebeling (Berg-u. hûttenmann. Zeit., 1863, p. 307) explique la perte de combustible par une seconde transformation d'acide carbonique en oxyde de carbone qui s'effectue au gueulard au moyen de la haute température accumulée dans cette partie du haut fourneau. L'oxyde de carbone produit, en s'enflammant au contact de l'air, élève de plus en plus la température du gueulard et augmente ainsi le mal. Si la charge

renferme une partie de combustible non carbonisé, par exemple, de bois cru, celui-ci, au lieu de se carboniser, prend feu et ne donne qu'une faible quantité de charbon friable et léger. D'un autre côté, les minerais fusibles qui font partie de la charge de mines se frittent, deviennent durs à réduire et produisent dans le haut fourneau des " effets comparables à ceux qui résultent d'une trop forte addition de scories de forge au lit de fusion, savoir un rendement plus faible et des fontes blanches chargées d'impuretés. On cherche à diminuer la température du gueulard en arrosant les charges avec de l'eau, mais on tombe ainsi dans un autre mal : l'eau ajoutée occasionne une dépense de chaleur aux détriments du haut fourneau et, si les charges contiennent du bois cru, elle diminue la quantité et la qualité du charbon que ce bois donne. Suivant Ebcling, les meilleurs moyens d'empêcher réchauffement du gueulard consistent à rendre cette partie du fourneau relativement large et à la munir d'une prise de gaz qui empêche les gaz de s'enflammer. Il cite à l'appui de son opinion le roulement avantageux du haut fourneau de Zorge, dont la charge en combustible contenait moitié de son volume de bois résineux séché à l'air et dont le gueulard remplissait les conditions indiquées. Un gueulard étroit aurait, entr 'autres inconvénients, celui d'occasionner des descentes obliques ou des moulins (das Kippen), selon l'expression des ouvriers.

487. Refroidissemenl d'un haut fourneau . — Un haut fourneau au coke est dit refroidi et se trouve en danger lorsqu'il donne du laitier noir et épais ; ce laitier est accompagné d'une fonte blanche et terne : aussi longtemps que le laitier est liquide, quoique noir, il n'y a pas encore de danger, et même le haut fourneau peut être maintenu pendant plusieurs mois dans cette allure, mais ce travail est sur la limite d'un roulement régulier. Le haut fourneau qui donne du laitier noir et épais est en danger, parce qu'il peut facilement s'engorger. Lorsque le laitier est noir et épais, il faut faire attention s'il se fait des chutes fortes et subites ; dans ce cas le danger d'un engorgement est imminent et le haut fourneau est difficile à remettre en bonne allure ; s'il ne se fait pas de chutes ou s'il ne se fait que des chutes faibles, quelques multipliées, on peut remédier à l'inconvénient sans de très-grandes pertes.

Les hauts fourneaux peuvent se refroidir dans toutes leurs allures, mais les refroidissements n'offrent réellement de la gravité et ne sont fréquents que dans l'allure à fonte d'aifinage.

Le refroidissement peut quelquefois se présenter subitement ; d'autres fois il est le résultat d'une allure variée. L'engorgement, qui est le refroidissemenl au plus haut degré, peut aussi se présenter subitement ou par degrés.

CIIAP. VII. — DIîS FONDERIES.

570. Rôle réductifdu cyanure de potassium dans les hauts fourneaux. — Un autre agent très-important dans les hauts fourneaux est le cyanogène provenant de la décomposition du cyanure de potassium qui se forme, dans la partie inférieure des hauts fourneaux, par l'action de l'azote atmosphérique sur le charbon et l'alcali des cendres ou du minerai à la température de la réduction du potassium. Le cyanure de potassium paraît se former dans tous les hauts fourneaux, tant au coke qu'au charbon de bois, et dans les hauts fourneaux au coke du pays de Liège, ce corps est même entraîné par les gaz du gueulard. Bunsen et Plaifair (Journal d'Erdmann, t. 4.2) n'ont pas seulement trouvé une grande quantité de cyanure de potassium entre le niveau de la tuyère et le ventre du haut fourneau à la houille crue d'Alfreton, mais encore du gaz cyanogène libre, principalement dans le voisinage de la tuyère. Selon ces chimistes, le cyanure de potassium est volatil à de hautes températures. Arrivé dans la région du haut fourneau où se fait la réduction, il excerce son action connue comme agent de réduction, se résout en azote, en acide carbonique et en carbonate de potasse, dont les premiers sont évacués par le gueulard, tandis que le dernier redescend avec les charges au point où il peut se transformer de nouveau en cyanure de potassium, et de cette manière une quantité assez notable de minerai se trouve réduite par une proportion relativement faible de cyanure de potassium, qui est constamment régénérée dans les parties basses du fourneau.