Les métaux renfermant des corps étrangers au fer dans des proportions assez fortes (2,5 p. 100 et plus) sont classés dans le premier groupe ; Ceux qui contiennent des proportions infimes de corps étrangers au fer, appartiennent au second groupe. Leurs propriétés sont totalement différentes.
La fonte se liquéfie à basse température sans passer par un état intermédiaire entre l’état solide et l’état liquide. Son point de fusion est d’environ 1200°. Elle n’est pas malléable, même à chaud, si bien que lorsqu’on veut modifier la forme d’une pièce en fonte il est indispensable de la faire fondre et de la couler dans un moule de forme appropriée à l’usage désiré.
À l’inverse de la fonte, les fers et les aciers connaissent un état intermédiaire entre l’état solide et l’état liquide. Lorsqu’on les chauffe, ils passent, bien avant d’atteindre leur point de fusion, à l’état pâteux où ils deviennent malléables et peuvent changer de forme sous un effort mécanique. Le point de fusion des fers et des aciers croît en proportion de la pureté du métal mais n’est jamais inférieur à 1500°.
Ces deux classes principales se subdivisent à leur tour en catégories ou spécialités. La première, celle des fontes, en : fonte grise et fonte banche ; la seconde, celle des fers et aciers, en : fers soudés et aciers fondus.
Fonte grise. – La fonte grise est appelée ainsi à cause de sa couleur qui varie du gris clair au gris foncé. Elle est particulièrement employée pour les pièces moulées de mécanique à cause de sa très grande fluidité lorsqu’elle est en fusion (1200°) ; pour la construction de certains appareils nécessaires à l’industrie chimique à cause de sa résistance (supérieure à celle du fer et de l’acier) aux agents chimiques ; à la construction des masses polaires de dynamos en raison de sa possession d’une certaine force coercitive. Sa teneur en carbone combiné est relativement faible (0,5 à 2 p. 100) s’étant séparé au refroidissement pour se former en graphite (1,3 à 3,7 p. 100). Elle contient également du silicium dans les proportions de 2 à 4 p. 100. Sa densité varie entre 6,8 et 7.
Fonte blanche. – De couleur blanc d’argent, cette fonte est lourde (densité 7,5 à 7,7) cassante et dure. Elle est impropre à l’usinage mécanique et sert presque exclusivement à la fabrication du fer et de l’acier. Son point de fusion est d’environ 1100°. Sa teneur en carbone combiné est de 2 à 3 p. 100 et en graphite de 0, 2 à 0,5 p. 100.
Fers soudés. – On comprend sous cette appellation les fers qui prennent naissance à l’état pâteux et ne sont pas totalement expurgés de leurs scories. Ils sont constitués par des grains formés isolément et soudés ensemble. Les fers soudés sont peu résistants et ne prennent pas la trempe. Leur teneur en carbone est de moins de 0, 5 p. 100.
Aciers fondus. – À la différence des fers soudés, les aciers fondus prennent naissance à l’état liquide et sont débarrassés de la totalité de leurs scories. Ils sont homogènes et très résistants, ils prennent la trempe. Leur teneur en carbone est de au moins 0, 5 p. 100. Les fers et les aciers fondus se substituent de plus en plus aux fers soudés.
Indépendamment de ces deux catégories principales, il y a les fontes spéciales obtenues par alliages telles que les ferro-siliciums (fer et silicium) les ferro-manganèses (fer et manganèse), les ferro-chromes (fer et chrome), les ferro-tungstènes (fer et acide tungstique), les ferro-nickels (fer et nickel), les ferro-molybdènes (fer et acide molybdène), les ferro-vanadiums (fer et oxyde de vanadium), les ferro-aluminium (rognures de fer et aluminium). Ces alliages servent presque exclusivement à la fabrication de l’acier dans lequel ils sont en combinaison dans des proportions déterminées, lui donnant ainsi des propriétés spéciales très intéressantes. Ces
Le haut-fourneau. – Le fer est très répandu sur notre globe à l’état d’oxydes et de carbonates. L’extraction du métal s’obtient par la réduction de l’oxyde de fer par l’oxyde de carbone produit au moyen du coke dans le haut-fourneau. Le coke étant employé comme agent réducteur constitue donc une matière première dans la métallurgie du fer.
Comme nous l’avons dit plus haut on obtient pas le fer immédiatement après le premier traitement. La réduction du minerai de fer en haut-fourneau (traitement chimique) donne la fonte, produit intermédiaire entre le minerai et le fer.
L’oxyde de fer à réduire n’est jamais pur, il est toujours mêlé de matières argileuses (silicate d’aluminium impur), siliceuses ou calcaires selon la nature du gite et qui constituent ce qu’on nomme la gangue. Comme ces matières qu’il faut séparer du fer (oxyde de fer réduit) sont non-réductibles, la séparation ne peut s’opérer qu’en les transformant en substances fusibles susceptibles de s’écarter du métal par leur différence de densité. À cet effet, on ajoute au minerai les éléments qui manquent à sa gangue pour former des silicates plus fusibles (silicates d’aluminium et de calcium). La matière ajoutée prend le nom de fondant ; c’est l’argile pour les minerais calcaires et le calcaire pour les minerais argileux. Le mélange du minerai de fer et du fondant se nomme lit de fusion, et la gangue ainsi fondue s’appelle laitier.
Le haut-fourneau est un grand four vertical formé par deux troncs de cône réunis par leur base et formant une cuve de 15 à 30 mètres de hauteur selon l’importance de la production, et d’un petit cylindre placé à la partie inférieure : le creuset. L’ouverture dû sommet s’appelle gueulard, elle porte une trémie assurant l’ouverture et la fermeture du haut-fourneau et par laquelle sont introduits le coke, le minerai et le fondant ; Le tronc de cône supérieur le plus grand, constitue la cuve proprement dite ; le tronc de cône inférieur forme les étalages. Les cônes sont formés de deux parois entre lesquelles on place des fragments de briques afin de permettre la libre dilatation de la cuve. La paroi inférieure est faite en briques très réfractaires, la paroi extérieure est construite en maçonnerie légère et armée de cercles de fer à l’extérieur.
Lorsque le haut-fourneau est chaud (24 heures après l’allumage) on introduit par le gueulard, en couches successives, le coke et le minerai (celui-ci mêlé de fondant), puis on envoie de l’air chaud (800° environ sous une pression de 25 centimètres de mercure) par les tuyères qui débouchent immédiatement sous les étalages, dans l’ouvrage. Cet air chaud qui réagit sur le charbon au rouge en le portant aux environs de 2000° forme le gaz carbonique. Ce gaz rencontre bientôt du carbone en excès qui le ramène à l’état d’oxyde de carbone. Lequel oxyde traversant la couche de minerai le réduit tout en se transformant partiellement en gaz carbonique ; gaz carbonique qui rencontre de nouveau, en traversant la couche de charbon supérieure, un excès de carbone qui le ramène à l’état d’oxyde. Ces transformations su-
