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La fusion du minerai
Le bas fourneau (Du XVIIème siècle au XIXème siècle)
Le modèle le plus primitif est une simple fosse
creusée
dans le sol dans laquelle étaient placées en alternance des couches de minerai
et de charbon de bois.
Un
système de ventilation naturelle ou actionné par des soufflets prolongés par des
tuyères en terre cuite était disposé autour de cette structure. Puis les modèles
se sont perfectionnés, avec des fours bâtis hors sol en argile et en briques.
Il s'agit de casser la liaison, dans le minerai de fer,
entre
les atomes de fer et les atomes d'oxygène, afin de supprimer cette oxygène du
métal. La réduction directe est la réduction du minerai de fer qui produit
directement du fer doux ou légèrement carburé, c'est à dire combiné avec du
carbone : c'est l'acier. Pour effectuer cette réaction, on mélange dans le bas
fourneau minerai de fer concassé et charbon de bois, et on y met
le feu. La forte
température obtenue, de l'ordre de 1350°C, permet aux atomes d'oxygène du fer de
se fixer sur les atomes de carbone du charbon de bois. Le minerai perd presque
la totalité de son oxygène. On dit que le minerai est réduit; Une partie des
atomes de carbone s'est aussi fixée sur le fer pour donner de l'acier.
Le haut fourneau (XVIIème et XVIIIème siècle)
La méthode la plus répandue pour extraire les métaux de
leur minerai reste la fusion dans les fours sous l'action de températures
élevées.
La
fusion du minerai de fer dans les hauts fourneaux en est l'exemple le plus
connu. Le haut fourneau est une grande tour d'acier, dont l'intérieur est en
brique réfractaire. Il mesure à peu près 60 mètres de haut sur une base de 10
mètres de diamètre. Il fonctionne jour et nuit et peut produire plus de 8000
tonnes en 24h. Le minerai, le coke et le calcaire (castine) sont introduits par
la partie supérieure, ou gueulard, fermée par des cloches. De l'air chaud sous
pression, le vent, amené à la base du fourneau par des tuyères, permet la
combustion du coke. Le coke, composé principalement de carbone, se combine alors
avec l'oxygène du minerai, le réduisant ainsi en fer.
Le cubilot (Inventé vers 1720 par R.FERCHAULT de Rëaumur)
Dans le cubilot, le métal à fondre est en contact avec le combustible (coke métallurgique).
L'air pour
la combustion est soufflée par les tuyères à l'aide d'un ventilateur. Le cubilot
est cylindrique, en tôle d'acier, revêtu
à l'intérieur de
matériaux réfractaires (pisé). Il se compose d'un creuset dans sa partie
inférieure qui comporte un trou de coulée par où est évacuée la fonte liquide,
sur l'avant et d'un trou sur l'arrière pour l'écoulement du laitier (scories)
qui flotte sur la fonte. Au dessus des tuyères se situe la zone de fusion. Le
cubilot est le four le plus répandu pour la production de la fonte liquide.