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 Sujet du message : Fer et histoire
Message Publié : 17 Oct 2005 23:41 
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Localisation : Alsace, Colmar
Un dossier paru sur Futura Science sur le fer. Entre autres choses (physique et biologie par exemple), on y parle histoire du fer et de l'âge de fer. Il y a même la réalisation d'un bas-fourneau pour ceux qui décideraient de faire quelques kilos de fer dans leur jardin (prévoir 2 ou 3 jours de libre et quelques copains pas manchots :wink: )
http://www.futura-sciences.com/comprendre/d/dossier565-3.php
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Bonne lecture.


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Message Publié : 18 Oct 2005 6:29 
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Philippe de Commines
Philippe de Commines
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Localisation : Tournai
Dans la Chine de Mao,chaque village important devait s'assurer son autonomie alimentaire mais aussi en termes de métaux ,et donc chaque village devait avoir sa fonderie où on fondait un peu de tout et un peu n'importe quoi ... pour obtenir "n'importe quoi" aussi ....

La fonderie type était celle représentée sur ce shéma effectivement ...

C'était il n'y a pas si longemps ...

_________________
A Berthold le Noir,
Et Hiram Maxim ,

L'Humanité reconnaissante !


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Message Publié : 18 Oct 2005 6:56 
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Localisation : Région Parisienne
C'était pendant "Le grand bond en avant", qui fut une catastrophe, et qui fut suivi par la "période des 100 fleurs" où le bon peuple fut invité à critiquer le Parti, pour mieux se faire massacrer après.

_________________
Il n'est pas nécessaire d'espérer pour entreprendre, ni de réussir pour persévérer (Guillaume le Taciturne)


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Message Publié : 18 Oct 2005 10:03 
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Jules Michelet
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Inscription : 29 Déc 2003 23:28
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Fort intéressant, notamment les explications techniques sur l'utilisation du bas-fourneau. Comme je travaille sur les débuts de l'Âge du Fer, cela me sera très profitable. Merci pour ce lien Narduccio.


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Message Publié : 18 Oct 2005 10:28 
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Philippe de Commines
Philippe de Commines
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Inscription : 14 Avr 2005 20:03
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Localisation : Tournai
Petite question à Zunkir :
La différence entre un haut fourneau et un bas fourneau c'est quoi exactement :

La taille générale de l'ensemble ?
L'alimentation en combustible et/ou minerais et/ou ventilation ?
Les systèmes de récolte de fonte et de scories ?


Je pose la question hein ....
Aucune idée là dessus ...

_________________
A Berthold le Noir,
Et Hiram Maxim ,

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Message Publié : 18 Oct 2005 10:57 
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Localisation : Alsace, Colmar
Ungern a écrit :
La différence entre un haut fourneau et un bas fourneau c'est quoi exactement :

La taille générale de l'ensemble ?

Oui, un haut fourneau a une taille minimale de 5 à 6 mètres. La température atteinte dépend de la taille de la colonne.

Citer :
Pour le détail la transformation en fer se fait selon les étapes suivantes :

Fe2O3 forme α à 400 °C - hématite -> Fe2O3 forme γ à 450°C - maguénite (aimantée) -> Fe3O4 à 700°C - magnétite (aimantée) -> FeO à 850°C - wüstite -> Fe-C métal à 1200-1300°C

Pour réussir cette transformation il faut une colonne de four de 1,2 mètre, au moins, de haut, d’où la construction de 1,5 m pour le bas-fourneau de la page suivante. Le diagramme ci-dessous montre les zones de stabilité des différents composés du fer en fonction de la composition de l’atmosphère plus ou moins riche en monoxyde de carbone dans un fourneau.


Une taille supérieure permet d'atteindre des températures plus élevées et donc des fontes de meilleure qualité. Mais, cela impose plus de travail, plus de combustible, plus de personnel et une meilleure ventilation. Un bas fourneau peut être réalisé en 3-4 jours avec 4-5 personnes. Le haut fourneau est une installation permanente qui va fonctionner plusieurs années de suite.


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Message Publié : 02 Jan 2006 23:45 
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Localisation : Arpitanie
Pendant longtemps la seule façon d'extraire le minerai de fer était de le combiner avec du charbon de bois, car pour extraire le minéral du minerai de fer il faut d'abord en chasser l'oxygène.
C'est ce dont s'acquitte la charbon de bois ou carbone, en s'emparant de cet oxygène pour former du gaz carbonique, de même que sa combustion fournit la chaleur nécessaire et que le carbone selon sa teneur transforme le fer soit en acier (moins de 1.5% de carbone) soit en fonte ( de 3 à 5%).

Or que se passa t-il en Grande-Bretagne quand au début du 18° siècle, les forêts furent toutes exploitées ?
Utiliser le charbon 'terrestre' mais celui ci n'est pas du carbone pur mais une somme de composée très complexes.
Il faut alors enrichir le charbon en carbone et donc tranformer le charbon en coke.
L'homme de génie qui le premier trouva le moyen d'y arriver fut Abraham Darby qui vivait près de Birmingham ou il y avait à la fois du charbon ET du fer.
Dieu ne pouvait avoir unis ces deux éléments par hasard, se dit-il et en pieux quaker il se dit que il y avait là une route à suivre.
Par différentes expériences il réussit à transformer le charbon en coke.
Son fils obtient en 1735 la première coulée de fer sans l'intermédiaire du bois.

Or l'Anglettere regorgeait de charbon.
C'était le commencement de l'age de l'acier qui allait changer la civilisation et fonder la fortune de la Grande-Bretagne.

_________________
"Ce n'est que lorsque l'Histoire est close que l'on sait de quoi elle était faite; d'une succession d'erreurs". Philippe Muray


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Message Publié : 03 Jan 2006 18:17 
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Narduccio a écrit :
Ungern a écrit :
La différence entre un haut fourneau et un bas fourneau c'est quoi exactement :
.....


....
Une taille supérieure permet d'atteindre des températures plus élevées et donc des fontes de meilleure qualité. Mais, cela impose plus de travail, plus de combustible, plus de personnel et une meilleure ventilation. Un bas fourneau peut être réalisé en 3-4 jours avec 4-5 personnes. Le haut fourneau est une installation permanente qui va fonctionner plusieurs années de suite.




un bas fourneau fonctionne par réduction directe du fer : FeO --> Fe, alors qu'un haut fourneau produit de la fonte (FeO --> FeC) qui est un alliage de fer et de carbone à haute teneur en carbone ("eutectique"...).

En sortie d'un bas fourneau, on obtient des loupes de fer, qui sont des espèces de lingots de fer contenant des quantités importantes de scories. Pour obtenir du fer à partir de loupes de fer, il est nécessaire de le marteler longuement à chaud ("corroyage").

Pour obtenir du fer ou de l'acier à partir de fonte, il est nécessaire de le "décarboner". Cela se fait par oxydation à chaud du carbone en excès. Cette oxydation est très difficile à contrôler pour obtenir de l'acier (alliage à faible teneur en carbone...) et non pas du fer. Les procédés correspondants n'ont pas pu être mis au point avant la seconde moitié du XIXème siècle.

Pour obtenir de l'acier à partir de fer il est nécessaire de l'allier avec du carbone ("cémentation"...)

En bref, le bas fourneau fabrique du fer, mais il faut un traitement important pour supprimer les scories des loupes de fer, alors que le haut fourneau fabrique de la fonte, directement utilisable dans quelques application mais généralement moins recherchée, et donc souvent convertie ultérieurement en fer.
La fabrication de fer à partir de fonte est relativement simple (oxydation de la fonte liquide...), mais a un certain coût, ce qui fait que le fer a toujours été plus onéreux que la fonte.

La fabrication d'acier à partir de fer était très laborieuse avant l'invention des convertisseurs Bessmer (qui traitent de la fonte et non pas du fer...) (#1860 ?), ce qui fait que l'acier était nettement plus cher que la fonte ou le fer. Ce n'est plus le cas depuis la fin du XIXème siècle...
.


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Message Publié : 03 Jan 2006 18:25 
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Legrand a écrit :
...le carbone selon sa teneur transforme le fer soit en acier (moins de 1.5% de carbone) soit en fonte ( de 3 à 5%)....



dans une installation "classique" (type haut-fourneau ou bas fourneau...), ce n'est pas la quantité de carbone présente qui fait qu'on obtient de l'acier ou de la fonte, c'est la température de fusion. En effet, dans ces installations, le carbone est à priori en excès (pour alimenter la combustion...), et, la fonte étant un eutectique, il n'était pas possible de limiter la carbonation du fer au niveau souhaité pour obtenir de l'acier....
.


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Message Publié : 03 Jan 2006 19:27 
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Grégoire de Tours
Grégoire de Tours
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Localisation : Versant lorrain des Vosges
Je profite de l'occasion pour signaler l'existence d'un remarquable Musée de l'Histoire du Fer à Jarville-la-Malgrange à proximité de Nancy. Les amateurs d'histoire des techniques passant dans la région doivent absolument y faire un tour !

_________________
Ad augusta per angusta
"Nul n'est plus esclave que celui qui se croit libre sans l'être..." Goethe


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Message Publié : 07 Jan 2006 19:20 
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Plutarque
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Localisation : près de Besançon
Dans un bas-fourneau, le minerai n'atteint pas la température de fusion (1300° maximum à la base du fourneau) il descend lentement sous forme de magma et se charge de carbone.
Dans le système de haut-fourneau la température est plus élevée 1400 à 1550° le fer fond et se charge de la même manière en carbone comme la température est plus élevée, le pourcentage de carbone sera plus important 2,1% on a de la fonte, la fonte ira ensuite dans un convertisseur où l'on injectera de l'air qui permettra grâce à la température élevée de bruler les impuretés et de décarburer la fonte on obtiendra alors de l'acier.
le bas-fourneau est comme il a été dit précédemment détruit à chaque usage le haut-fourneau peut lui durer une quinzaine d'années.
Il existe un procédé de réduction moderne c'est le procédé MIDREX.


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Message Publié : 07 Jan 2006 20:48 
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quelques remarques:

ANGAKOK a écrit :
Dans un bas-fourneau, le minerai n'atteint pas la température de fusion (1300° maximum à la base du fourneau) il descend lentement sous forme de magma et se charge de carbone.
Dans le système de haut-fourneau la température est plus élevée 1400 à 1550° le fer fond et se charge de la même manière en carbone comme la température est plus élevée, le pourcentage de carbone sera plus important 2,1% on a de la fonte,


soyons clairs, dans un bas-fourneau le minerais est transformé en fer et non pas en acier ou en fonte (absence de carbone dans le métal...), alors que dans un bas-fourneau, il est transformé en fonte. Ne pas confondre la présence (physique...) de scories dans la loupe de fer d'un bas fourneau et la présence (chimique...) de carbone dans la fonte d'un haut-fourneau.

ANGAKOK a écrit :
la fonte ira ensuite dans un convertisseur où l'on injectera de l'air qui permettra grâce à la température élevée de bruler les impuretés et de décarburer la fonte on obtiendra alors de l'acier.



soyons clair, la décarburation de la fonte pour donner du fer est une technique ancienne et bien maitrisée (#XIIème siècle...), alors que la décarburation de la fonte pour donner directement de l'acier est une technique beaucoup plus complexe et récente (seconde moitié du XIXème siècle...). Avant mise au point de cette technique, l'acier était obtenu essentiellement par cémentation du fer et était donc très onéreux.


ANGAKOK a écrit :
le bas-fourneau est comme il a été dit précédemment détruit à chaque usage le haut-fourneau peut lui durer une quinzaine d'années.


rien n'interdit de construire des bas-fourneaux en maçonnerie durable et de les réutiliser. Par contre, le fonctionnement même des hauts fourneaux exige des maçonneries solides faute de quoi les opérateurs coureraient d'importants risques d'accidents

ANGAKOK a écrit :
Il existe un procédé de réduction moderne c'est le procédé MIDREX.


il existe de très nombreux procédés de traitement des minerais, de la fonte et des ferrailles, adaptés à la nature des produits de base utilisés et aux types de produits désirés en sortie. A noter quand même que, aujourd'hui, les meilleurs aciers sont fabriqués sans utiliser de hauts-fourneaux (fours Martin....)....


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Message Publié : 07 Jan 2006 22:18 
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Plutarque
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Inscription : 07 Jan 2006 18:39
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Localisation : près de Besançon
Citer :
soyons clairs, dans un bas-fourneau le minerais est transformé en fer et non pas en acier ou en fonte (absence de carbone dans le métal...), alors que dans un bas-fourneau, il est transformé en fonte. Ne pas confondre la présence (physique...) de scories dans la loupe de fer d'un bas fourneau et la présence (chimique...) de carbone dans la fonte d'un haut-fourneau.

Le minerai de fer est transformé en acier (le fer est présent dans le minerai) par la présence du charbon de bois en combustion dans le bas-fourneau on obtiendra une loupe avec différent taux de carbone; les plus élevés étant vers l'extérieur plus on pénètre à l'intérieur de la loupe et plus on aura de ferrite. Pas de carbone dans la fonte? pour s'appeler fonte il faut au moins 2% de carbone dans l'acier d'ailleurs quasiment inutilisable car trop cassant.



Citer :
soyons clair, la décarburation de la fonte pour donner du fer est une technique ancienne et bien maitrisée (#XIIème siècle...), alors que la décarburation de la fonte pour donner directement de l'acier est une technique beaucoup plus complexe et récente (seconde moitié du XIXème siècle...). Avant mise au point de cette technique, l'acier était obtenu essentiellement par cémentation du fer et était donc très onéreux
.

La technique de la décarburation de la fonte remonte aux environs de l'an 1000 en chine on utilise le procédé de haut-fourneau en europe depuis la fin du XVème. Le fer pur est quasiment inexistant car trop ductile. Pour cémenter du fer il suffit de le chauffer et de le frotter avec de la corne par exemple (procédé qu'employaient les gaulois). la cémentation n'est pas onéreuse.


Citer :
rien n'interdit de construire des bas-fourneaux en maçonnerie durable et de les réutiliser. Par contre, le fonctionnement même des hauts fourneaux exige des maçonneries solides faute de quoi les opérateurs coureraient d'importants risques d'accidents.

Un bas fourneau ne comporte pas d'ouverture excepté le gueulard de chargement au sommet et les tuyères d'aération, Il faut donc le détruire pour récupérer la loupe.



Citer :
il existe de très nombreux procédés de traitement des minerais, de la fonte et des ferrailles, adaptés à la nature des produits de base utilisés et aux types de produits désirés en sortie. A noter quand même que, aujourd'hui, les meilleurs aciers sont fabriqués sans utiliser de hauts-fourneaux (fours Martin....)....
Le four martin est un four électrique si je ne m'abuse.
Il existe de nombreux fours pour les revenus, les recuits et les trempes mais ceci fait partie de la forge pas de la fabrication de l'acier.


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Message Publié : 07 Jan 2006 22:36 
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Plutarque
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Localisation : près de Besançon
Rectification,
pour la décarburation de la fonte en chine je voulais dire depuis 1000 ans au lieu de l'an 1000 en réalité elle remonte à -300 - 200 avant JC.
Elle se pratiquait par martelage et feuilletage le contact de l'oxygène de l'air transformant l'oxyde de carbone en co2.


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Message Publié : 08 Jan 2006 2:15 
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ANGAKOK a écrit :
Le minerai de fer est transformé en acier (le fer est présent dans le minerai) par la présence du charbon de bois en combustion dans le bas-fourneau


non justement !. Dans un bas fourneau on a bien réduction de l'oxyde de fer en fer (FeO --> Fe), mais pas normalement de carbonatation du fer, à cause de la température insuffisante de la réaction


ANGAKOK a écrit :
Michiel Adriansoon a écrit :
Ne pas confondre la présence (physique...) de scories dans la loupe de fer d'un bas fourneau et la présence (chimique...) de carbone dans la fonte d'un haut-fourneau.


.... Pas de carbone dans la fonte? pour s'appeler fonte il faut au moins 2% de carbone dans l'acier d'ailleurs quasiment inutilisable car trop cassant.



je pensais avoir été relativement clair en écrivant qu'il y a présence de scorie dans la loupe de fer produite par un bas fourneau et présence de carbone dans le métal produit par un haut fourneau ("fonte") mais qu'il s'agit de points très différents.



ANGAKOK a écrit :
La technique de la décarburation de la fonte remonte aux environs de l'an 1000 en chine on utilise le procédé de haut-fourneau en europe depuis la fin du XVème.


on ne connait pas bien les dates d'adoption de la technique des hauts fourneaux en Europe. Elle serait attestée au XIVème siècle et probable dés le XIIIème ou le XIIème. Sa généralisation se serait heurtée à des difficultées assez faciles à comprendre pour apprendre à utiliser ou à transformer la fonte.


ANGAKOK a écrit :
Le fer pur est quasiment inexistant car trop ductile.



le fer pur était beaucoup plus utilisé que l'acier jusque dans les années 1860/1880. Toutes les grilles de Versailles sont en fer, de même que le pont des arts à Paris(version d'origine...) et le Cuirassé "Warrior" à Porthmouth.


ANGAKOK a écrit :
Pour cémenter du fer il suffit de le chauffer et de le frotter avec de la corne par exemple (procédé qu'employaient les gaulois). la cémentation n'est pas onéreuse.



les problèmes de cémenter du fer et d'obtenir de l'acier par cémentation du fer sont complètement différents. Dans le second cas, il faut recommencer le traitement très longuement sur de minces couches de fer qui sont ensuite soudées par forgeage. C'est un travail extrèmement long.(épées gauloises...).




ANGAKOK a écrit :
Un bas fourneau ne comporte pas d'ouverture excepté le gueulard de chargement au sommet et les tuyères d'aération, Il faut donc le détruire pour récupérer la loupe.



on a trouvé des traces archéologiques de bas-fourneaux permanents qui n'étaient manifestement pas "détruits" à chaque opération. De plus la technique des bas fourneaux se prète à des variantes ("moyens-fourneaux"..?), qui sont très vraissemblablement la filière qui a permis le développement des hauts-fourneaux. Simplement, l'art des métalurgistes à probablement consisté pendant longtemps à limiter la température de fusion pour obtenir des loupes de fer et non pas de la fonte, qu'ils ne souhaitaient pas produire car ils ne savaient pas l'utiliser...




ANGAKOK a écrit :
Le four martin est un four électrique si je ne m'abuse.
Il existe de nombreux fours pour les revenus, les recuits et les trempes mais ceci fait partie de la forge pas de la fabrication de l'acier.



et si !. En fait, aujourd'hui la très grande majorité des aciers spéciaux sont fabriqués avec des fours martin et non pas avec des convertisseurs en sortie de hauts fourneaux. Les meilleurs aciers sont dailleurs souvent produits à partir de ferrailles, ce qui exclut donc complètement dans ce cas l'utilisation de hauts-fourneaux.
.


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