Fours

FOURS

De nombreuses matières minérales (minerais métalliques, charbons, schistes bitumineux, calcaires asphaltiques, etc.) doivent, pour satisfaire aux besoins de l'industrie et des ménages, connaître l'épreuve du feu. Divers types de fours et les produits obtenus au sortir de ces fours, ainsi que les technologies mises en œuvre, seront détaillés sur cette page.

Un four est une enceinte maçonnée (ou un appareil, muni d'un système de chauffage), qui transforme par la chaleur, les produits et les objets.
En cuisine, il permet de cuire des aliments.
Dans un processus de production d'objets, le four permet le traitement d'objets par la chaleur : poteries, céramiques, verres, métaux...
Synonyme : fourneau.

Fourneau (n.m.) (désuet) : Grand four où l’on fond le verre ou les métaux. En métallurgie on distingue :

le bas-fourneau, qui est un four à combustion interne destiné à la transformation du minerai de fer en fer métallique ;

le haut-fourneau, qui est un four à combustion interne destiné à la fabrication de la fonte.

• Bas-fourneau, c'est un four à combustion interne qui a servi, depuis l'âge du fer, à transformer le minerai de fer (hématite, limonite, etc.) en fer métallique.
  Le bas-fourneau se présente comme une cheminée de briques (ou terre cuite, pierre...) dans laquelle on dispose en alternance une couche de minerai de fer et une couche de charbon de bois. Sous l'action du feu qui vient réduire le minerai, on obtient du fer métal.
  Les impuretés qui accompagnent le minerai forment les scories et/ou le laitier, qui s'écoulent au bas du fourneau.
  Dans le bas du fourneau s'accumule un solide spongieux, composé de métal et de scories, que l'on appelle massiot, loupe, ou masset. Le métal obtenu par ce procédé est très hétérogène.
  La loupe doit être épurée par martelage répété, afin de retirer la scorie et de rendre le métal homogène. Il reste quand même des inclusions de scories dans la matrice métallique. On obtient après ce long processus, un bloc de métal qui pourra être mis en forme par le forgeron (fabrication de socs de charrue, serpes, dailles, cerclages de roue, clous... armes...).

• Haut-fourneau, c'est un four à combustion interne, destiné à la fonte du minerai de fer, ce qui permet l'obtention de fonte à partir du minerai de fer. Le charbon de bois est remplacé par du charbon de terre. Cette fonte est ensuite affinée par chauffage ce qui permet de produire de l'acier et des dérivés ferreux.
  La température de fusion (environ 1 200°) est nettement inférieure à celle du fer pur, mais permet d'obtenir de la fonte liquide au bas du fourneau, (et non plus la loupe de fer pâteux à extraire du bas-fourneau pour l'apporter à forger).
  Compte tenu de la forte présence de carbone au cours du processus, le produit obtenu est un alliage fer-carbone de type fonte (taux de carbone supérieur à 2.1 %).

Les différentes parties d'un haut fourneau :

La cuve, de forme cylindrique élargie dans le 1/4 de sa base, est constituée de briques réfractaires soutenues par une armature extérieure en tôle cerclée.

Le chargement s'effectue par le haut (minerai de fer, et charbon...).

La récupération de la fonte s'opère par coulée au bas du four.

Une injection d'air est effectuée au plus large du four par une tuyère, afin d'entretenir la combustion du charbon, permettant ainsi la fusion de tous les éléments.

La coulée de laitier, qui correspond aux scories issues de la fusion des stériles du minerai, se fait après la coulée de fonte (le laitier flottant sur la fonte, ou le métal en fusion)

La température est variable en fonction de la hauteur dans la cuve (de haut en bas) :

300 °C au niveau du gueulard, phase de dessiccation ;

400 °C à 800 °C, phase de réduction ;

900 °C à 1 200 °C, phase de carburation ;

1 200 °C, phase de fusion ;

1 600 °C, phase de liquéfaction, lieu des coulées.

• Fonte : La fonte peut désigner l'action de fondre ou son résultat. (synonyme : fusion)
  • La fonte est l'action de fondre, en particulier pour les minerais, on parle alors de la fonte du minerai, à ne pas confondre avec le résultat de haut-fourneau, la "fonte".
    • La fonderie  : installation où l’on fond et purifie le minerais métallique tiré d’une mine. C'est l'ensemble des installations (hauts fourneaux) destinées : soit à fondre le minerai afin d'obtenir du métal, soit amener un métal au stade liquide pour un emploi spécifique.
    • La fonderie est un des procédés qui consiste à couler un métal ou un alliage liquide dans un moule pour reproduire, après refroidissement, une pièce donnée.
  • La fonte est obtenue dans les hauts-fourneaux, c'est un alliage de fer et de carbone (2 à 6 %), en-dessous de ce pourcentage ce sont les aciers et les fers industriels.
• Scories
  • Métallurgie : Les scories sont les déchets de l'élaboration du métal, résidus de l'affinage des métaux ou de la fusion des minerais.
    Synonymes : mâchefer, laitier...
  • Géologie : Lors d'une éruption le magma volcanique arrive en surface, on distingue:

-des matières fluides plus ou moins liquides : les laves.

-des produits solides : (les pyroclastites) les lapilli et les scories volcaniques.

• Laitier : Terme de fonderie, sorte de verre opaque (des silicates) qui se forme dans le travail métallurgique de plusieurs métaux, le laitier correspond à la gangue du minerai. En sidérurgie, le laitier est un sous-produit de la métallurgie.
  C'est essentiellement un sous-produit de haut-fourneau, dans un bas-fourneau il est mélangé avec des restes de minerais, de charbon et de cendres : on le nomme aussi scorie.

• Loupe ou massiot : Dans un bas fourneau, solide spongieux, composé de métal et de scorie qui s'accumule en partie basse.

• Grillage : Action de griller. Terme de métallurgie, signifiant : chauffer au rouge des minerais métalliques au contact de l'air, de façon à les oxyder (présence d'oxygène), soit pour les rendre plus friable, soit pour dégager, par volatilisation, des matières étrangères. Préparation du minerai afin de faciliter son travail en bas-fourneau essentiellement, mais aussi pour certain types de minerais de hauts-fourneaux.
  Synonyme : calcination.
  • Four à griller : Foyer où se produit l’oxydation du minerai, le grillage.

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