Description:

Schinz, Karl, Documents concernant le haut-fourneau pour la fabrication de la fonte de fer, par Ch. Schinz, traduits de l’allemand… par E. Fiévet,…Éditeur : J. Baudry (Paris), 1868; Fiévet, E.. Traducteur

Notice du catalogue : http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb31316160t

Identifiant : ark:/12148/bpt6k165584t

Pour télécharger le document : Documents Concernant Le Haut Fourneau Pour […]Schinz Karl Bpt6k165584t

PRÉFACE DU TRADUCTEUR. 

En 1865, alors que j’étais chargé du service des usines aux chemins de fer de la Vendée, j’assistai aux forges de M. de Wendel à Hayange, aux essais d’un nouveau mode de chauffage au gaz, inventé par M. Ch. Schinz. 

Les idées rationnelles de l’auteur, sur le meilleur mode de production et d’utilisation de la chaleur, me portèrent à étudier de près ce système ; le résultat de cette étude fut un mémoire sur la question, qui a été inséré en 1866 dans les compte-rendus des travaux de la Société des Ingénieurs civils. Plus tard, envoyé par ma Compagnie à l’usine de Graffenstaden pour suivre la construction de ses locomotives, je repris mes relations avec M. Schinz et fis connaître dans la „Revue universelle“ de F. de Cuyper son pyromètre thermo-électrique, appareil remarquable à plus d’un titre, d’une grande sensibilité et qui permet de mesurer les hautes températures en degrés centigrades. Je suivis en même temps ses expériences sur la résistance offerte par les morceaux de combustible dans les foyers au passage de l’air — et fis insérer ma traduction du travail qu’il publia sur ce sujet dans le „Journal polytechnique“ de Dingler, dans les „Annales du Génie civil“ de mai 1867. On comprendra donc, que, convaincu par ce qui précède, de la parfaite compétence de M. Schinz dans les applications de la chaleur, ayant vu de mes yeux le scrupule et la conscience qui présidaient à ses expériences, j’aie tenu à honneur, malgré la difficulté qui devait s’offrir pour moi à reprendre l’allemand que je n’avais pas pratiqué depuis plus de vingt ans, à faire connaître en France les remarquables expériences, dont les précédentes n’étaient que les prolégomènes, qui ont conduit l’auteur, non seulement à se rendre compte des réactions qui se passent dans le haut-fourneau, mais encore, comme on devait s’y attendre, à un système qui permettra d’avoir de meilleurs produits avec une moindre consommation. (…)   PARIS, septembre 1868.  E. Fiévet. 

Introduction .

Toute science physique est nécessairement formée de trois choses : la série des faits qui la constituent, les idées qui les rappellent, les mots qui les expriment. Le mot qui doit faire naître l’idée, l’idée peindre le fait: ce sont trois empreintes d’un même cachet.

Cette spirituelle définition des sciences exactes, de Lavoisier, est en même temps un criterium, d’après lequel nous pouvons examiner à quel point des connaissances spéciales peuvent prétendre avoir un caractère scientifique.

Si nous appliquons ces principes à l’étude de la métallurgie et notamment au haut-fourneau, nous trouvons qu’elle est encore très loin d’avoir le droit de s’appeler une science ; même les recherches qui sont surtout de son domaine, telles que la constitution de la fonte, des laitiers et des minerais, ne sont pas renfermées dans un système qui embrasse tous les phénomènes et démontre leur dépendance réciproque. De pareilles études, faites sans avoir égard aux conditions générales, ont même conduit à des préjugés, qui s’opposent au progrès réel.

Si, par exemple, on compose le lit de fusion en vue de produire un laitier qui soit un bi- ou un tri-silicate, on perd de vue le but principal, car la plus ou moins grande quantité de laitier produite influe plus que leur qualité sur la production de la fonte. C’est la proportion entre le volume des matières qui composent le laitier et celui de l’oxyde de fer qui se trouve dans la cuve, qui détermine le temps pendant lequel une quantité donnée d’oxyde de fer reste en contact avec le gaz réducteur ; ainsi une diminution dans le volume du laitier augmente la quantité d’oxyde de fer exposée aux gaz dans l’unité de temps, tandis qu’une augmentation du laitier prolonge le contact entre l’oxyde de fer et les gaz réducteurs, et c’est là le point important.

Si, par exemple, on avait déterminé d’une manière quelconque, qu’il faut dix heures de contact avec des gaz réducteurs de quantité et de qualité déterminées, pour réduire complètement 100 K° oxyde de fer = M3 0,036, il serait facile de calculer quel est le volume nécessaire, en matières formant du laitier, pour laisser l’oxyde de fer pendant 10 heures sous l’influence du courant de gaz réducteurs.

Dans ce cas, le temps, le volume de l’oxyde de fer, celui des matières qui forment le laitier, celui du charbon ou du coke, de plus la quantité et la qualité du gaz par rapport au temps, sont des valeurs numériques qui ont de certains rapports entre elles, qui, en les combinant, doivent conduire à la réduction complète du minerai en fer métallique.

Outre les six facteurs que nous venons d’énumérer, il y en a encore beaucoup d’autres, qui contribuent de la môme manière au résultat final et qui, par conséquent, ont tous aussi des valeurs numériques qu’il importe de connaître, si on veut former un système et donner à nos connaissances du haut-fourneau le caractère d’une science exacte.

C’était là le problème qui était à résoudre et qui forme le sujet de ce qui va suivre.

Familier par l’étude et une longue pratique avec les applications de la chaleur, j’ai reconnu, dès le début, en étudiant les manuels sidérurgiques, que dans cette branche d’industrie, ainsi que dans toutes les autres où l’on a à faire à des températures élevées, on ne fait pas assez de différence entre l’intensité et la quantité de la chaleur, et que l’on ignore ainsi complètement un des facteurs principaux de sa statique : la transmission de chaleur à travers les parois des fours.

Ces deux inconnus, à eux seuls, suffisent pour expliquer comment il s’est fait que la métallurgie n’a pas suivi les progrès de la science, et comment même des tentatives faites pour former un système, n’ont pu aboutir.

L’opinion généralement en vogue parmi les métallurgistcs, que la température, dans l’ouvrage du haut-fourneau, doit être la plus élevée possible, date de l’emploi de l’air chaud dans ces appareils, emploi par lequel on est parvenu à économiser du combustible et à produire en même temps des quantités de fonte plus grandes. Quoique l’on s’aperçût que la qualité de cette fonte fût moindre, on ne pouvait s’expliquer la dépendance de ces deux phénomènes opposés, parce que l’on partait de suppositions fausses. On croyait que la fonte et le laitier devaient avoir des points de fusion très-élevés, parce que l’on ne savait pas que la transmission par les parois, fait perdre des quantités de chaleur considérables et diminue la température ; on ne remarquait pas que celle des matières à fondre augmente à mesure qu’elles descendent dans la cuve par le courant ascendant des gaz et qu’elles arrivent dans la zone de fusion assez chaudes pour que la moindre surélévation de température détermine leur liquéfaction. Le chauffage de l’air insufflé, qui produit une augmentation de chaleur dans le fourneau et en même temps une élévation de température, fait sans doute que la fusion est plus rapide, mais aussi les charges descendent plus vite ; par conséquent leur contenance en oxyde de fer reste moins longtemps exposée au courant du gaz réducteur et arrive, avant que la réduction soit achevée, dans une zone dont la température est suffisante pour ramollir le laitier et y faire dissoudre l’oxyde ferreux non réduit. Ce laitier ferrugineux et pâteux, en enveloppant les morceaux de coke ou de charbon, se trouvant ainsi en contact intime avec du carbone solide, cause la réduction de l’oxyde ferreux qu’il contient, et, sous l’influence d’une température excessive, de la silice, des terres, du phosphore, se réduisent en même temps à l’état métallique et se réunissent au fer. Cette réduction directe par du carbone solide produit naturellement de l’oxyde de carbone et pour chaque unité en poids de carbone ainsi transformé, il y a absorption de 2400 calories. Le calorique contenu dans l’air insufflé sert  alors à remplacer celui qui est ainsi absorbé : c’est à cette quantité de chaleur remplacée qu’est due l’augmentation de fonte produite sans augmentation de consommation de combustible.

Cette réduction du fer par du carbone solide se manifeste du reste aussi sans le chauffage préalable de l’air, lorsque le minerai renferme du silicate de fer ou si l’on charge des scories d’affinerie qui ne sont point attaquées par le gaz. Déjà en 1838, Mr. Ebelmen signalait ce fait : il trouvait constamment dans les gaz du gueulard un excès de carbone qui ne pouvait être brûlé par l’oxygène insufflé. Mais ce fait important a passé inaperçu par les métallurgistes et par suite n’a pas pu conduire aux conséquences que l’on aurait pu en tirer.

Le point de départ d’un système de haut-fourneau dans lequel tous les facteurs se rencontrent, est donc la réduction complète des minerais avant leur arrivée dans une région d’une température suffisante pour commencer la liquéfaction des matières qui constituent le laitier.

Mais quelle est cette température ? et dans quelle section de la cuve se manifeste-t-elle ?

Déjà cette première question et beaucoup d’autres d’où dépend la solution de la seconde, demandent un instrument, une méthode qui permettent de déterminer les hautes températures. C’était là le premier problème à résoudre et le plus difficile; par conséquent, je commence ces documents par la description du Pyromètre thermo-électrique.

Ensuite nous nous occuperons des phénomènes de la combustion : tous les facteurs qui y influent doivent être étudiés pour leur donner leur valeur numérique.

L’emploi de la chaleur produite demande ensuite la détermination de la chaleur spécifique de tous les corps qui entrent dans le haut-fourneau pour des températures élevées, la chaleur latente et celle de combinaison ainsi que les volumes des matières, et la résistance de la colonne de fusion au courant de gaz ascendant.

La transmission de la chaleur à travers les parois, qui, il est vrai, ne peut être déterminée a priori, est cependant un facteur trop important pour ne pas lui consacrer une étude spéciale, afin de calculer son influence aussi exactement que possible.

Les lois qui régissent la réduction des minerais par les gaz réducteurs, le temps, la quantité et la qualité des gaz, l’état physique des minerais et la température, ont été le sujet d’un travail long et pénible, mais qui m’a conduit à des applications de la plus grande importance.

Au moyen des valeurs successivement obtenus, il m’a été possible de considérer ces divers facteurs, notamment dans leurs rapports entre eux et de déterminer ainsi les volumes des différentes zones, que j’ai nommées : zone de gazéfaction, zone de fusion, zone de réduction, et zone de préparation.

Le volume de la zone de réduction est naturellement le plus important, mais comme il dépend des volumes des autres zones, ils demandent toute notre attention.

Les temps de passage se déduisent de la contenance cubique de chaque zone. La teneur en fer des charges, la carburation du fer, la forme du haut-fourneau et d’autres choses analogues qui produisent l’allure et le résultat final sont ensuite examinés.

Les déductions qui peuvent se tirer de ces définitions et comparaisons faites avec le mode actuel de marche, démontrent que la quantité et l’intensité de chaleur produites par le carbone (introduit dans les charges) sont plus grandes que la fusion du fer et des scories ne l’exige ; qu’en conséquence, le volume de la zone de fusion a été inutilement agrandi au détriment de la zone de réduction : de là une perte de chaleur qui n’en est pas une pour le haut-fourneau parce que la production de la fonte est augmentée au détriment de sa qualité. Par contre, l’étude des lois de réduction a prouvé qu’avec des volumes égaux de zone de réduction, l’effet peut être considérablement augmenté quand les gaz sont plus riches en oxyde de carbone.

C’est sur ce fait que j’ai fondé un nouveau système qui atteint ce but par l’élimination partielle de l’azote dans les produits de combustion. La description et l’application de ce système aux hauts-fourneaux forme la conclusion de ce travail.