FABRICATION DU FER, COMPOSITION ET DISPOSITION DE LA FORGE

l. Diverses méthodes pour fabriquer le fer. ■ — On distingue trois groupes de ces méthodes. Le premier a pour type la méthode catalane et comprend toutes les méthodes dans lesquelles on extrait immcdiament le fer malléable des minerais qui le renferment. Dans les deux autres on obtient le fer par l'affinage de la fonte. Le deuxième groupe, appelé affinage dans les feux ou dans les bas foyers, est caractérisé par la décarburation de la fonte et l'élaboration du fer dans des fourneaux alimentés par le charbon de bois et par l'étirage du produit à l'aide du marteau : il peut avoir pour type la méthode allemande ou la méthode comtoise. Le troisième groupe, enfin, porte le nom d'affinage anglais ou de méthode anglaise : on y range tous les procédés dans lesquels l'affinage de la fonte se fait au moyen de la houille et l'étirage du fer au moyen des cylindres.

Les méthodes directes ayant pour type la méthode catalane ne comportent qu'un travail sur une petite échelle, exigent l'emploi de minerais purs et par conséquent rares et ne permettent de consommer que

2 SECTION I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'i'SINE.

du charbon de bois. Beaucoup d'essais ont été faits par Chenot, Clay, Renton et d'autres, pour arriver à tirer le fer directement des minerais purs en réduisant d'abord ceux-ci à l'état d'éponge métallique, puis en formant des loupes de cette matière poreuse, analogue à du fer puddlc spongieux, sur la sole d'un four; tous ces essais ont échoué, simplement à cause du déchet de fer qui variait de 2S à SO pour 100 pendant l'opération du hallage.

On a également abandonné les méthodes à l'allemande, parce qu'elles ne permettent qu'un travail en petit et au charbon de bois.

Nous n'étudierons que la méthode anglaise qui seule comporte une fabrication simple, facile, économique et sur une grande échelle.

2. Affinage anglais. — Notice historique. — L'affinage à la houille dans les fours à réverbère fut inventé, dit-on, par deux anglais, nommés Cort et Parnell, en 1787. Gort se servit d'abord de la fonte de première fusion, telle qu'elle sort du haut fourneau. Les résultats obtenus laissèrent beaucoup à désirer. Il n'en pouvait être autrement, car on ne connaissait encore que les fours pleins, dans lesquels on ne peut traiter que des fontes pures et à fusion pâteuse, tandis que les fontes brutes employées étaient impures et prenaient une liquidité parfaite. Plus tard on essaya d'imiter l'opération du mazéage pratiquée depuis longtemps dans les usines à l'allemande pour l'affinage des fontes au charbon de bois, c'est-à-dire de refondre le fer cru au coke dans des espèces de feux d'affinerie, de faire écouler la fonte et de la réduire en plaques appelées fine métal. Le traitement du fine métal dans les fours à réverbère fut suivi d'un succès complet. On affina d'abord le fine métal dans les fours à puddler, et pour donner les qualités voulues par le commerce au fer défectueux résultant de ce travail, suivi d'une élaboration mécanique appropriée, on le soumit à un raffinage par corroyage pareil à celui qui se pratiquait en Allemagne sur l'acier naturel et qui consistait en une suite de ressuages et d'étirages.

Les savantes et nombreuses recherches dont la méthode anglaise a été l'objet de la part des métallurgistes et des chimistes depuis son apparition jusqu'à ce jour, en ont établi la théorie, assuré la pratique, perfectionné et simplifié les détails et étendu les applications. Cependant cette méthode, considérée dans son ensemble, comprend encore les trois grandes subdivisions faites dès le principe, savoir le finage, le puddlage et le corroyage et aux deux dernières opérations il faut ajouter, comme condition essentielle de réussite, les travaux mécaniques auxquels elles donnent lieu et qui leur servent de complément indispensable.

3. Objet du finage. — Le finage, aussi appelé mazéage anglais, a

CHAP. 1. COMPOSITION, DISPOSITION, PERSONNEL, ETC., DE l'uSINE. 3

pour objet de purifier les fontes trop chargées de silicium pour pouvoir donner des fers propres à certains usages, par exemple, à la fabrication de la tôle.

A la vérité, le puddlage chaud ou par bouillonnement, tel qu'il s'exécute aujourd'iiui, fait aussi disparaître cette impureté, mais lorsque la quantité en est grande, l'élimination effectuée par ce moyen seul n'est pas toujours assez complète pour donner de bons fers. Dans tous les cas, la fonte siliceuse attaquerait le four.

Avant l'invention des fours dits bouillants, on puddlait à sec dans des fours pleins qui nécessitaient l'emploi de fontes à fusion pâteuse. Les fontes brutes au coke ordinaires ne convenaient pas, car elles devenaient parfaitement liquides, attaquaient les fours et donnaient des produits mauvais. Le finage avait alors pour objet, non-seulement de purifier les fontes, mais encore de les empêcher de prendre une trop grande liquidité au puddlage.

Aujourd'iiui les usines du continent se dispensent généralement du fmage, parce que, d'une part, la méthode de puddlage actuellement suivie purifie mieux les fontes que ne le faisait la méthode ancienne, et que, d'autre part, le puddlage actuel exige l'emploi de fontes à fusion claire et parfaite.

Cependant on devrait conserver le finage pour la fabrication des fers d'élite au moyen de certaines fontes, car il est incontestable que cette opération améliore la qualité du fer, ne fût-ce qu'en le rendant plus homogène et moins siliceux.

Il serait bon d'avoir des fineries pour les fontes très-sèches et trèsimpures qui se présentent de temps à autre, et pour les grosses pièces qu'on ne pourrait introduire dans les fours à puddler; mais comme la production des fontes très-mauvaises n'est qu'accidentelle, on élude la difficulté en puddlant ces fontes en mélange avec des fontes meilleures, et quant à la fusion des pièces volumineuses et difficiles à casser, on a imaginé divers moyens qui permettent de se passer des fineries pour cet usage

En Angleterre, le finage ordinaire au coke est encore en grande

(') A Couillel, ou inlroduil à cet effet l'un dos bouls de la pièce à fondre, au moyen d'une grue, dans un four à réverbère à porte très-large et, après avoir fait avancer la pièce aussi loin que possible dans le four, on la maintient dans celle position par des appuis et par la grue, on acbève de boucher la porte par une maçonnerie et en lutanl, on chaude, el quand le bout engage dans le four se trouve fondu, on fait de nouveau avancer la pièce pour en fondre une nouvelle partie, el ainsi de suite.

Au Crcusot, on chauffe la pièce dans une espèce de finerie grossière improvisée, consistant en une fosse creusée dans le sol. Dès que la pièce a atteint la chaleur rouge, on l'arrose avec de l'eau froide pour la rendre fragile, puis on la casse.

4 SECTION I. — • NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

faveur, non-seulement parce que l'on y obtient en quantiîé des fontes très-siliceuses d'allures très-chaudes qui, à l'état brut, se travailleraient difficilement, corroderaient les fours à puddler et produiraient des fers mauvais, mais encore parce que, d'un côté, on fabrique sur une grande échelle des fers de qualité supérieure que l'on cherche à améliorer autant que possible, et que, de l'autre côté, les fers communs ou de qualité inférieure, dont la production est immense, principalement dans le pays de Galles^ s'obtiennent encore par le puddlage sec dans des fours à parois pleines, c'est-à-dire, d'après la méthode ancienne, qui, ainsi que nous l'avons dit plus haut, exige l'emploi de fontes à fusion pâteuse.

i. Aperçu sommaire du finage. — Le finage consiste à faire fondre la fonte au milieu d'un fort courant d'air avec des scories, à la brasser avec des ringards, à la soumettre encore pendant un temps plus ou moins long au courant d'air après que la fusion a eu lieu, et à la couler dans une lingotière pour la refroidir brusquement au moyen de l'eau. Le produit de cette opération est le fine métal ou le floss mazé. Le foyer qu'on emploie ordinairement est la fmerie, qui est une espèce de bas fourneau alimenté par le coke.

5. Sommaire de la méthode anglaise actuellement adoptée sur le continent. — L'affinage proprement dit se fait dans des fours à réverbère particuliers appelés fours à puddler. La fonte est mise en fusion sur la sole du four avec des scories riches, puis l'ouvrier la brasse avec ces scories et au contact de l'air jusqu'à ce qu'elle ait pris nature, c'est-à-dire jusqu'à ce qu'elle se soit transformée en fer par la perte de son carbone et de ses impuretés. Le métal forme alors sur la sole du four un gâteau mou que l'ouvrier façonne en boules appelées loupes. Celles-ci sont ensuite extraites du four pour être cinglées ou transformées en prismes quadrangulaires appelés pièces, ce qui se fait ordinairement à l'aide d'un lourd marteau frontal ou d'un marteau-pilon, et au sortir de cet appareil, les pièces, encore rouges de feu, sont laminées en barres plates appelées fer ébauché.

La ferraille, si l'on emploie cette matière première à la place de la fonte, est d'abord mise en paquets appelés masses, puis chauffée au blanc soudant dans un four à réverbère nommé four à réchauffer, et enfin cinglée et étirée en barres plates comme nous venons de le dire pour les boules extraites du four à puddler.

On distingue l'ébauché fer fort, l'ébauché fer tendre et l'ébauché fer métis ; l'ébauché de fonte et l'ébauché fer de masse.

Le fer ébauché ne reçoit pas d'application immédiate : ce fer n'est qu'un demi-produit dépourvu d'homogénéité, sa surface est déchirée

CHAP. I. — COMPOSITION, DISPOSITION, PERSONNEL, ETC., DE l'uSINE. 5

et raboteuse et il contient des scories que le cinglage ni 1 ebauchage n'ont pu en exprimer. Pour lui enlever ces défauts, on le découpe à la cisaille en morceaux ou languettes dont on forme des trousses ou des paquets, qu'on soude dans un four à réchauffer et qu'on lamine, avec ou sans martelage préalable, soit en objets finis ou marchands, soit de nouveau en barres plates, appelées corroyé une fois et destinées à entrer dans la composition des paquets pour fer finis. On peut soumettre le corroyé une fois à la même série d'opérations que le for ébauché pour obtenir, soit des fers finis, soit un corroyé deux fois, dont la qualité se trouve améliorée, mais qui revient à un prix tellement élevé qu'on se borne le plus souvent à un seul corroyage.

6. Effets des corroyages. — Le fer bon de sa nature, loin de gagner à un corroyage trop souvent répété, ne peut que perdre en qualité par ce moyen, tandis que le fer vicieux s'améliore dans les corroyages successifs. Il n'y a pas jusqu'au fer le plus tendre qui ne devienne fort et nerveux, lorsqu'on le raffine assez souvent par des corroyages, et la même observation s'applique au fer à larges facettes dit brûlé.

L'amélioration des fers vicieux par les corroyages doit être attribuée : 1° à l'allongement des cristaux cubiques du fer par l'action mécanique des appareils de compression et d'étirage; 2° à l'élimination partielle ou totale des scories et du phosphore à l'état de phosphure de fer, par liquation durant les chaudes, et par expression durant les forgeages et les laminages ; 3° à l'augmentation de l'homogénéité : car la composition des paquets rend probable que les couches de fer trop affinées peuvent se mélanger avec des couches dont l'affinage est incomplet ; 4° à l'élimination du carbone et du silicium, l'oxyde de fer produit à la surface du métal par la flamme oxydante agissant dans l'intérieur par cémentation : aussi les corroyages servent de complément à l'affinage.

Ces considérations expliquent pourquoi le fer de masse est de qualité supérieure et font voir que l'assortiment des fers et la disposition des lames dont se composent les paquets, permettent de modifier presqu'à l'infini les qualités des fers, de même que, dans les hauts fourneaux, l'assortiment des minerais procure des fontes particulières et que, dans les fours à puddler, les mélanges de fontes offrent le moyen d'obtenir des fers de diverses qualités.

Le fer suffisamment affiné et élaboré ou usiné ne pouvant plus gagner en qualité par les corroyages, il se détériore dans ceux-ci en absorbant des matières nuisibles et en se transformant en fer dit brûlé, qu'une cause non encore bien précisée, rend difficile à souder et à corroyer. Si la cassure du fer dont il s'agit n'était pas parfaitement

6 SECTION I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

métallique et même exempte d'irisations, on serait tenté d'attribuer cette propriété à une interposition de fer oxydé.

7. Essais des fers et des fontes. — Les essais des fers se divisent en essais généraux et en essais particuliers. Les premiers sont les mêmes pour tous les fers, et font connaître les qualités du fer considéré comme métal et non comme objet fabriqué. Les seconds ne s'opèrent que sur les fers finis, varient d'une espèce de fer à l'autre, suivant l'usage auquel on les destine, et n'indiquent pas seulement les qualités du métal, mais encore les défauts dus à la fabrication. Il ne peut être question ici que des essais généraux. Ceux-ci s'opèrent à chaud et à froid. On commence par les essais à chaud. A cet effet on chauffe la barre au rouge clair dans une forge maréchale, on la plie à cette température de manière que les deux branches du coude se superposent, et dès qu'elle est arrivée au rouge brun, on la plie de nouveau. Alors on la laisse refroidir et, après l'avoir entaillée, si les dimensions ou la nature du fer l'exigent, par la tranche à froid, on la plie jusqu'à rupture ou jusqu'à réunion des deux parties du coude, ce qui, en tout cas, met à découvert la texture du métal. Le morceau de la barre restant ou l'un des bouts est retranché au moyen de la cisaille. Les expériences à chaud montrent si le fer est cassant au rouge clair, au rouge brun ou aux deux températures, ou s'il résiste à l'une ou à l'autre ou aux deux. Les essais à froid font connaître si le fer est tendre, fort ou métis. Le fer tendre casse net ; la cisaille le brise, mais ne le coupe pas. Le fer fort casse difficilement à froid; il plie, et lorsque, malgré sa résistance, on est parvenu à le rompre, il présente une texture fibreuse à la cassure ; sa qualité est d'autant meilleure qu'il offre un nerf plus blanc, plus long, plus fin et plus uniforme. La cassure opérée à froid peut aussi indiquer jusqu'à un certain point si le fer est cassant à chaud. Le nerf du fer qui casse à chaud présente des solutions de continuité perpendiculairement à sa direction. Les faisceaux de ce nerf forment pour ainsi dire des lames, ce qui ne s'observe pas dans le fer bon à chaud. La cisaille coupe le fer fort comme une substance molle, mais elle ne le rompt pas. Le fer dit brûlé se comporte de la même manière sous la cisaille.

Le fer ébauché ne s'essaye qu'à froid : on le casse pour juger de sa qualité et du travail des ouvriers par les caractères de la cassure. On se sert à cet effet : 1" d'un bloc en fonte présentant à différentes hauteurs des entailles ou échanerures horizontales et rectangulaires, dans une desquelles un ouvrier engage la barre à éprouver ; 2° d'un marteau à main d'une dixaine de kilogrammes avec lequel un autre ouvrier abat l'extrémité de la barre qui dépasse l'entaille du bloc. On peut rem-

CHAP. I. COMPOSITION, DISPOSITION, PERSONNEL, ETC., DE l' USINE. 7

placer ce bloc, qu'on appelle enclume ou 6/oc d'essai, par une simple barre de fer placée sur le sol et sur laquelle on appuyé la barre à essayer à peu près par la ligne suivant laquelle on veut effectuer la rupture : l'un des ouvriers abat ensuite le bout de la barre qui dépasse l'appui, tandis que l'autre se tient debout sur la partie opposée de la barre, mais le plus près possible de l'appui. Il serait bon de casser indistinctement toutes les barres d'ébauché, mais quelquefois on se borne à faire l'essai, toutes les 24 heures, sur deux à six barres provenant de chaque four.

L'essai des fontes ou des mélanges de fontes se fait en examinant le fer qu'ils produisent. On essaye tous les jours l'ébauché et le premier corroyé de deux à six fours. L'ébauché s'obtient constamment en barres plates d'un pouce d'épaisseur qui se prêtent à l'essai. Quant au corroyé, on le fabrique exprès, afin de se le procurer en barres plates d'environ 20 lignes sur 10. Si les barres avaient d'autres dimensions, on pourrait se tromper sur la qualité du fer. Le corroyé s'essaye à chaud et à froid de la manière indiquée plus haut.

8. Classification des fers finis. — On fabrique des ronds, des carrés, des plats, de la tôle, du fer fendu et du fer façonné ou profilé. Les carrés de moins de 0",005 s'obtiennent au moyen de la fendcrie. Les ronds de moins de 0™,004 de diamètre portent le nom de fil d'archal et ne se préparent pas dans les forges à l'anglaise, mais dans des usines particulières appelées tréfileries. Le fer plat dont la largeur n'est plus avec l'épaisseur dans un rapport conforme à l'idée que nous avons d'une barre, s'appelle lôle. Le fer façonné ou profilé peut présenter des sections de forme très-variable suivant l'usage auquel il est destiné.

Tous les fers finis, autres que les rails et les tôles, sont confondus sous la dénomination générale de fers marchands, de sorte qu'on comprend aussi sous cette dénomination différents fers profilés, tels que les fers à châssis de fenêtres, les équerres pour chaudières, etc. Cependant on donne plus particulièrement le nom de fer marchand aux ronds et aux carrés de 0'",00S à 0'",03S de diamètre ou de côté, aux plats à partir de 0"',0SS de large et 0"',030 d'épaisseur jusqu'à 0"", 018 de large et O^jOOl d'épaisseur. Les plats de 0'»,004 à 0"",00G sur O-^jOlO à 0"»,020 s'appellent bandelettes, et ceux de 0",020 à O'njOSS de large sur G'", 00075 à 0"',003 d'épaisseur portent le nom de spatés ou feuillards. Les carrés et les plats qui n'ont pas besoin d'une belle apparence se fabriquent souvent au moyen des fenderies et s'appellent/'ers fendus. Les ronds et carrés de 0'",00b à 0™,017 s'appellent quelquefois fers de tringles ou de baguettes.

8 SECTION' I. NOTIONS CONCERNANT PLUSIEURS DIVISIONS DE l'uSINE.

9. Fabrication de ces fers. — Les fours employés dans ces diverses fabrications sont généralement des fom's à réchauffer ordinaires.

Pour la plupart des fers finis on a deux paires (équipages ou jeux) de cylindres, dont l'une sert à dégrossir les paquets ou les morceaux de fer, et l'autre à finir les fers. Quelquefois on ne fait usage que d'une paire de cylindres, d'autrefois on en emploie jusqu'à trois. L'ensemble des équipages employés pour une même espèce de fer s'appelle un train.

Les cylindres pour rails, fer marchand ordinaire et fer de tringle sont cannelés. Ceux pour tôle et ceux de la dernière paire pour feuillard, appelée espatard, sont unis.

Le fer fendu s'obtient en laminant le métal en barres plates et en coupant ces barres, à la température rouge, au moyen de couteaux circulaires appelé trousses ou fenderie.

Les fers, au sortir des cylindres, étant plus ou moins gauchis, on doit les dresser tandis qu'ils sont encore rouges. A cet effet on les bat avec des maillets, après les avoir traînés sur des bancs de fonte, appelés bancs de dressage. Toutefois les tôles, les feuillards et les fers fendus se dressent sur des aires en plaques de fonte, et parmi ces fers il n'y a que les tôles et les gros fers fendus qui exigent l'emploi du maillet.

Avant que les fers ne puissent être considérés comme finis et livrables au commerce, on doit les affranchir ou les débarrasser de leurs extrémités ou de leurs bords défectueux, ce qui se fait, pour les tôles et la plupart des fers marchands, à froid et au moyen de cisailles, et pour les rails et certains fers marchands, au moyen de scies circulaires dont on approche les fers immédiatement après le laminage. Les fers fendus, ainsi que les petits fers, tels que les feuillards, par exemple, ne sont pas affranchis, mais ils doivent être bottelés.

Les rails exigent en outre un ajustage à chaud, un dressage à froid et un ajustage également à froid.

Parmi les opérations les plus importantes du laminoir, il faut citer encore les pesées qu'on fait subir à tous les produits et demi-produits ainsi qu'aux matières brutes employées, afin de connaître les dépenses et de pouvoir établir les prix de revient.

10. Matières premières métalliques employées dans les forges à l'anglaise — a) Les fontes brutes. Les fontes se classent : 1° d'après la nature des minerais employés pour les fabriquer, ou, ce qui revient au même, d'après la qualité des fers qu'elles donnent, en fontes fer fort, fontes fer tendre et fontes fer métis, et dans chaque groupe on établit de nombreuses subdivisions ; 2° d'après la couleur, en fontes grises,

CHAP. I. COMPOSITION, DISPOSITION, PERSONNEL, ETC., DE l'uSINE. 9

traitées et blanches : quoique ces fontes puissent être de qualité égale, cependant elles se comportent d'une manière très-différente à raffinage ; 3° d'après le combustible dont on a fait usage dans le haut fourneau, en fontes au charbon de bois, fontes au coke et fontes à la houille crue : dans les hauts fourneaux au combustible minéral on fabrique des fontes destinées au moulage et des fontes exclusivement employées à l'affinage ; quoique les premières reviennent à un prix plus élevé que les secondes, cependant on les fait servir à la fabrication de certains fers, par exemple, des fers à fins grains ; 4° on établit une distinction entre les fontes obtenues à l'air chaud et les fontes fabriquées à l'air froid, celles-ci donnant généralement des fers meilleurs que celles-là ; b° enfin on distingue les fontes obtenues par une bonne allure du haut fourneau et celles qui résultent d'un dérangement de l'appareil.

b) La ferraille. Elle procure un fer ordinairement de qualité supérieure, appelé fer de masse, fer de riblons, fer de riquettes, etc.

11. Le combustible. — Qualités que doivent avoir les houilles employées dans les forges à l'anglaise. — On emploie toujours la houille la plus grasse pour la fabricalion du coke. Le service des fours à réverbère exige une houille demi-grasse. Dans les fours à réchauffer on consomme une houille moins maigre que dans les fours à puddler.

Dans une môme espèce de houille, on distingue la houille proprement dite, le menu et le charbon. La houille est en gros morceaux appelés gaillettes. Le charbon est du menu gailleteux. La houille pour chaudières n'est composée que de menu. Celle pour les fours est gailleteuse, mais elle l'est davantage pour les fours à rechauffer que pour les fours à puddler. Les fours s'allument avec des fagots de bois et de la houille en morceaux. On utilise les escarbilles des fours dans le chauffage des chaudières.

Il faut que les houilles dont on fait usage dans les forges à l'anglaise soient exemptes de pyrites, de terre et autant que possible de parties schisteuses, et elles ne doivent donner que peu de cendres.

Il convient que le charbon soit récent et qu'il n'ait pas séjourné à l'air. La houille éventée (verwittert) a perdu une partie de ses gaz inflammables et de son bitume, elle est plus foncée et moins luisante qu'auparavant, brûle moins facilement, développe moins de chaleur, s'agglutine moins bien et convient moins pour la fabrication du coke comme pour celle du gaz. Selon Richters (Ding., t. 196, p. 517), cette altération, que la chaleur favorise, tient à une absorption d'oxygène, dont une partie forme de l'acide carbonique et de l'eau avec le carbone et l'hydrogène de la houille, et dont l'autre partie entre en combinaison avec le charbon restant.

10 SECTION I. — NOTIONS CONCERNANT PLUSIEUS DIVISIONS DE l'uSINE.

Résultats de Grundmann avec du charbon menu pris sur des haldes.

FOSSE SEGEN GOITES.