Haut fourneau - Définition et Explications

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Introduction

Un haut fourneau est un four à combustion interne, destiné à la fabrication de la fonte à partir du minerai de fer. Cette fonte est par la suite affinée par chauffage (décarburation) ce qui permet de produire de l'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la...) et des dérivés ferreux.

Historique

Représentation d'un haut fourneau (Un haut fourneau est un four à combustion interne, destiné à la fabrication de la fonte à partir du minerai de fer. Cette fonte est par la suite affinée par chauffage...) au XVIIIe siècle (Manuel de la métallurgie (La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs élaborations, leurs propriétés, leurs traitements. Par...) du Fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le...), Tome 1, par Adolf Ledeburg, édition française traduite par Barbary de Langlade revu et annoté par F.Valton) Ces deux coupes d'un fourneau de section octogonale ont été réalisées en 1716 pour le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot...) Réaumur. Conservées dans ses papiers, avec d'autres planches et documents, elles sont finalement publiées dans les planches de l'Art des forges et fourneaux à fer, par Gaspard de Courtivron et Étienne Jean Bouchu, en 1761.
Sur la coupe en haut à gauche (fig. 79), on distingue un soufflet et sur la coupe en haut à droite, le trou de coulée (fig. 80)


Le haut fourneau, son histoire


. Les premiers à avoir développé le haut fourneau furent les chinois (voir Histoire de la production de l'acier#Chine et Extrême-Orient)

Au cours du XIVe siècle, la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage...) hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs domaines :) est appliquée pour la ventilation des foyers ou bas fourneaux utilisés pour extraire le fer du minerai. L'utilisation de roues (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) à aubes ou à godets en remplacement de la force humaine permet d'augmenter la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) des vents. Ceci permit l'augmentation de la hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) des fours jusqu'à atteindre quatre à cinq mètres. Avec un fourneau de cette hauteur et les températures permises par les nouveaux soufflets, le fer une fois réduit se combinait au carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), produisant de la fonte, dont la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes...) (environ 1200°) est nettement inférieure à celle du fer pur. On obtenait donc de la fonte liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) au bas du fourneau, et non plus la loupe (Une loupe est un instrument d'optique subjectif constitué d'une lentille convexe permettant d'obtenir d'un objet une image agrandie. La loupe est la forme la plus simple du microscope...) de fer pâteux qu'il fallait jusque là extraire du fourneau pour l'amener à forger.

Le lieu et la date précise d'apparition des hauts fourneaux ne sont pas encore établis avec certitude ; ils semblent avoir été connus au XIVe siècle dans la région de Liège ; des structures fouillées en Suède ainsi qu'en Westphalie, datée du XIIIe siècle pourraient également être des fourneaux de ce type. Ils se généralisent au XVe siècle dans la plus grande partie de l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.).

La conséquence majeure de la production de fonte est que les hauts fourneaux peuvent fonctionner en continu, la fonte étant périodiquement coulée, alors que le bas fourneau doit être arrêté pour extraire la loupe qui s'y est formée. Au XVIIIe siècle, la durée d'allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une élévation de température permettant de porter une partie de sa masse...) des hauts fourneaux allait généralement de cinq à neuf mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) en fonction de la disponibilité (La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance qu'on obtient en divisant la durée durant laquelle ledit équipement ou système est opérationnel par la...) de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) hydraulique ; ils étaient rechargés par le gueulard en charbon de bois (Le charbon de bois est obtenu en carbonisant du bois de manière contrôlée en l'absence d'oxygène. Le procédé permet de retirer du bois, son humidité et toute matière végétale volatile afin de ne laisser que le...), minerai et castine (un additif calcaire permettant une meilleure évacuation des impuretés sous la forme d'un laitier) ; la fonte était coulée une à deux fois par jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...).

En 1709 a lieu la première coulée au coke au Royaume-Uni à Coalbrookdale (Shropshire) par Abraham Darby (1678–1717). Le coke remplace le charbon de bois dans l'alimentation du fourneau ; il est produit par désoufrage de la houille (La houille (mot wallon francisé), est une roche carbonée. C'est également une roche combustible fossile solide provenant de la décomposition d'organismes du carbonifère.). Le procédé au coke est perfectionné par le fils et petit-fils de Abraham Darby (qui s'appellent également Abraham Darby). Cependant, la fonte produite de cette manière est dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) impropre à l'affinage (décarburation pour produire du fer forgé), ce qui explique qu'à cette époque l'utilisation du coke ne se généralise pas. En 1760, le Royaume-Uni ne compte que dix-sept hauts fourneaux au coke et ce n'est qu'en 1780 que son usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) se généralise.

En France, les premiers essais au coke n'ont lieu qu'en 1769 à Hayange (aujourd'hui dans le département français de la Moselle) avant que soient construits, sous la direction du Britannique William Wilkinson, les hauts fourneaux au coke du Creusot. Cette production peine cependant à concurrencer la production traditionnelle au charbon de bois : elle ne la dépasse qu'en 1853, à la faveur de l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette...) de la demande due au développement du chemin de fer (Le chemin de fer est un système de transport guidé servant au transport de personnes et de marchandises. Il se compose d'une infrastructure spécialisée, de matériel roulant et de...). En 1860, encore un tiers de la fonte française est produite dans des hauts fourneaux au charbon de bois.

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Paysage (Étymologiquement, le paysage est l'agencement des traits, des caractères, des formes d'un espace limité, d'un « pays ». Portion de l'espace terrestre...) industriel des hauts fourneaux d'Anzin, avant la Première Guerre mondiale

Au XIXe siècle l'utilisation du coke provoque un changement radical dans la technique. La hauteur des hauts fourneaux atteint trente mètres. Les soufflets sont remplacés par des pistons en fonte actionnés par la vapeur ().

En 1828, le Britannique Neilson à l'idée de chauffer les vents (air injectés dans le bas du haut fourneau). En 1829, il réalise la première machine industrielle qui chauffe l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de...) à 150 °C (à Clyde, au Royaume-Uni). Ceci permet d'économiser un tiers du charbon par rapport au procédé de l'époque. Le procédé est rapidement adopté. En 1870, les Britanniques Cowper et Whitwell mettent au point (Graphie) un procédé utilisant les gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) chauds et combustibles rejetés par le haut fourneau pour chauffer les vents.

Histoire du nom


Du point de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) du lexique, on peut dire que l'histoire du mot devance en quelque sorte l'histoire de l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par...). On rencontre en effet haut fourneau dès le XVe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois (d'où peut...). Mais jusqu'au XIXe siècle, cette appellation côtoie régulièrement d'autres appellations comme fourneau, fourneau à fer, fourneau de fusion, grand fourneau, fourneau élevé, etc. Ces noms renvoient tous à un fourneau de coulée par opposition au bas fourneau à loupe. Mais les hauteurs, qui varient de 5 à 20 mètres, ne jouent aucun rôle. Dans les relevés nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de fourneaux sont plus hauts que des hauts fourneaux. Ce n'est qu'au milieu du XIXe siècle, que l'objet rejoint le nom. Comme l'écrit Roland Eluerd : « Poli par quatre siècles d'histoire, le nom haut fourneau pouvait devenir le pur symbole de la modernité, superbe présent du passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps centrée sur le présent. L'intuition du...) au vocabulaire d'une sidérurgie (Le terme sidérurgie (du grec sideros, fer) désigne à la fois les techniques d'obtention de la fonte, du fer et de l'acier à partir de minerai, mais aussi l'industrie...) où le fourneau, dressé à plus de quarante mètres, véritable signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont...) de l'entreprise, deviendrait incontestablement le haut fourneau. » (Les Mots du fer et des Lumières, Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de...), Champion, 1993, p. 192).

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