Lorsque le fer est fondu, je suppose qu'il doit être transporté et contenu. Je pense que le récipient dans lequel il se trouve doit pouvoir résister à des températures plus élevées que ce que vous voulez faire fondre.

Selon ce site , "Iron, Wrought" a une température de fusion de 1482 - 1593 ° C. Il y a quelques autres métaux qui ont des points de fusion plus élevés (par exemple Wolfram (tungstène) avec plus de 3400 ° C), mais tout ce à quoi je pense est beaucoup plus cher. Alors, en quel matériau est composé le four / "bouteille" / "bassin" (ou comme vous l'appelez)?

(Question secondaire: le fer a fondu depuis un bon moment maintenant. Je suppose que cela a changé au fil des ans. De quels matériaux s'agissait-il auparavant?)

Sommaire

Les creusets sont garnis de matériaux réfractaires. Le traitement de l'acier utilise du graphite ou une combinaison de chromite et de magnésite pour un contact direct avec la masse fondue. Le traitement de la fonte utilise souvent des argiles d'ingénierie, également connues sous le nom de mélanges d'alumine-magnésie-silice. Le graphite est plus difficile à former que les réfractaires de type argile. Pour convenir comme réfractaire, un matériau doit répondre à un certain nombre d'exigences de propriété pour être à la fois économique et sûr.

Matériaux réfractaires

Comme vous l'avez noté, le fer a un point de fusion haut de gamme d'environ 1 540 ° C à l'extrême gauche du diagramme de phase ci-dessous, sous la forme de fer pur. Il existe deux catégories de matériaux avec des points de fusion plus élevés, mais seuls quelques-uns de ces matériaux sont à la fois économiques et sûrs. Généralement, tout matériau dont le point de fusion est suffisamment élevé pour résister aux points de fusion des métaux utilisés dans le commerce tels que le fer, le cuivre et l'aluminium sont appelés matériaux réfractaires .$\textrm{Fe-C}$

Source: ispatguru.com

Métaux réfractaires (non utiles pour les fonderies)

La première catégorie de matériaux à haut point de fusion, dont vous avez noté un, est appelée métaux réfractaires . Notez que ceux-ci ne sont généralement pas appelés réfractaires ou matériaux réfractaires dans l'industrie de la fonderie. Ils sont constitués de niobium, de molybdène, de tungstène, de tantale et de rhénium (Nb, Mo, W, Ta, Re) et ont des points de fusion allant d'environ 2 500 ° C à 3 500 ° C. Bien que les points de fusion soient suffisamment élevés et qu'ils aient une résistance suffisante en tant que matériaux structuraux et une certaine résistance aux chocs pour démarrer, il existe un certain nombre de facteurs limitant leur utilisation.

• Haute réactivité avec l'oxygène
• Réactivité élevée avec d'autres métaux
• Coût par poids élevé
• Haute densité
• Capacité thermique élevée
• Conduction thermique élevée
• Difficile à façonner (nécessite une fusion soigneusement contrôlée sous vide ou une métallurgie des poudres )

Céramiques réfractaires (utiles pour les fonderies)

La deuxième catégorie de matériaux réfractaires est basée sur une variété de céramiques et est appelée céramique réfractaire , ou plus communément juste réfractaire . Cependant, pas n'importe quelle céramique convient. Idéalement, la céramique aurait une force de liaison atomique extrêmement élevée, ou une affinité pour l'oxygène plus élevée que le métal fondu. Cela rendrait le matériau relativement inerte par rapport au métal fondu. Une telle céramique doit également être facilement formable, avoir une faible capacité thermique et une faible conduction thermique, et devrait être raisonnablement peu coûteuse.

Le graphite est un choix raisonnable pour le contact direct avec l'acier et l'aluminium car la force de liaison carbone-carbone est très élevée et il a une température de fusion suffisamment élevée, supérieure à sa température de décomposition dans l'atmosphère. Le graphite est un peu plus cher à former que les alternatives, bien que les creusets aient tendance à durer plus longtemps. Les creusets en graphite sont très résistants, mais comme pour toutes les céramiques, ils ont une faible résistance aux chocs. Il a une faible densité et une capacité thermique et une conductivité thermique inférieures à celles des métaux réfractaires. La magnésite et la chromite sont également des réfractaires en acier courants.$\left(\textrm{MgCO}_3\right)$$\left(\textrm{FeCr}_2\textrm{O}_4\right)$

Les autres choix sont les systèmes situés sous la ligne sur le diagramme d'Ellingham ci-dessous.$\textrm{Fe} + \textrm{O}_2 \rightleftharpoons \textrm{FeO}_2$

• La chromie peut être utilisée pour certains matériaux, mais a une densité élevée et une capacité thermique élevée, ainsi qu'un coût un peu plus élevé.$\left(\textrm{Cr}_2\textrm{O}_3\right)$

• La silice convient aux métaux et alliages avec des températures de fusion plus basses, mais a une faible résistance aux chocs thermiques. La silice pure (silice fondue) a une résistance aux chocs thermiques beaucoup plus élevée mais est très coûteuse et difficile à former. Il est utilisé dans les miroirs de télescope.$\left(\textrm{SiO}_2\right)$

• L'alumine et la magnésie sont couramment utilisées dans les applications en fonte, où le graphite est préféré pour l'acier faiblement allié. Les argiles d'ingénierie, qui sont en fait des mélanges spécifiques d'alumine, de magnésie et de silice, sont également fréquemment utilisées pour des applications à grande échelle en fonte car elles sont très peu coûteuses et très faciles à former en place dans des applications de 100 tonnes et plus. De plus, la fonte a un point de fusion inférieur à celui de l'acier (voir la ligne verticale à environ 4,3% de carbone sur le diagramme de phase et le suivre jusqu'à la région liquide) et donc des exigences un peu moins strictes sur la durabilité réfractaire et réactivité.$\left(\textrm{Al}_2\textrm{O}3\right)$$\left(\textrm{MgO}\right)$$\textrm{Fe-C}$

• Généralement, la chaux n'est pas utilisée pour les matériaux de structure car elle est trop fragile et a tendance à se transformer en poudre rapidement. Il est cependant parfois utilisé comme additif liant, mais l'industrie s'en éloigne car le calcium attaque d'autres réfractaires, ce qui réduit la durabilité. Voir le diagramme d'Ellingham ci-dessous: la chaux est la plus basse du diagramme.$\left(\textrm{CaO}\right)$

• Titane et oxyde de manganèse$\left(\textrm{TiO}2\right)$$\left(\textrm{MnO})\right)$ ne sont généralement pas utilisés, mais je ne sais pas pourquoi; probablement une combinaison de capacité thermique et de propriétés mécaniques.

Diagramme d'Ellingham (sélection des réfractaires stables)

La façon de lire un diagramme d'Ellingham, pour nos besoins, est que le fait de monter sur le graphique signifie une affinité décroissante pour l'oxygène, tandis que de descendre signifie une affinité croissante. Les lignes diagonales avec des équations chimiques indiquent l'énergie libre standard de cette réaction (axe vertical) à la température donnée (axe horizontal). Si, à une température donnée, une ligne de réaction est au-dessus d'une autre, la réaction supérieure se dirigera vers le métal pur plus l'oxygène (réduction chimique) tandis que la réaction inférieure se dirigera vers l'oxyde métallique (oxydation chimique). Par conséquent, les matériaux réfractaires ayant une affinité pour l'oxygène plus élevée que le métal fondu seront chimiquement stables pendant la fusion. Notez que des diagrammes supplémentaires existent ou peuvent être réalisés pour les matériaux non oxydés en utilisant des principes thermodynamiques et une certaine expérimentation, et sont plus difficiles à trouver sur Internet.

Source: Cambridge Ellingham Diagram Tutorial

Les métaux ferreux fondus sont souvent manipulés dans des poches en acier avec un revêtement réfractaire.

Ce n'est que depuis les années 1860 que tous les métaux ferreux autres que la fonte (qui a un point de fusion nettement inférieur à celui de l'acier) ont été manipulés à l'état fondu en toute sorte de quantité. Avant cela, la production d'acier impliquait généralement la cémentation du fer ou la décarburation de la fonte dans un four et le fer forgé n'est pas un matériau coulable.

Historiquement, le fer forgé était produit dans les fours à fleurs. Il s'agit essentiellement de piles alternées de minerai de fer et de charbon scellées avec une couche d'argile à l'extérieur qui peuvent brûler pendant une longue période avec un tirage d'air entrant par un trou près du fond. Ce processus produit une masse spongieuse de fer métallique mélangée à du laitier de silicate. La masse serait martelée à plusieurs reprises à chaud (mais pas fondue) pour éliminer la porosité et créer un lingot approximativement homogène, bien qu'avec de fines lamelles de scories de silice - c'est du «fer forgé». La structure laminaire contribue de manière significative aux propriétés mécaniques du fer forgé.

Processus industriels ultérieurs comme la fonte décarburée de «flaques d'eau» en l'agitant avec de longues tiges de fer sur un lit de sable à chaleur indirecte dans un four à réverbère. Les fours à fleurs sont capables de réduire les oxydes de fer dans le minerai pour produire du métal mais ne sont pas assez chauds pour le faire fondre en vrac.

La fonte est produite dans un «four à coupole», construit historiquement à partir de briques, bien que les modèles modernes aient tendance à être en acier avec un revêtement réfractaire. Des charges de minerai de fer et de charbon de bois (ou de coke) sont introduites dans le haut de la pile et le métal en fusion s'accumule dans un puits au fond où il peut être `` exploité '' en perforant un bouchon d'argile. Dans la fonte du fer (à partir du minerai), ces fours seraient normalement exploités directement dans des lingotières de sable produisant de la `` fonte brute '' qui serait soit refondue en composants en fonte, soit transformée pour produire du fer forgé ou de l'acier.

Les fours cubilots introduisent beaucoup de carbone dans le fer (environ 5%), ce qui réduit son point de fusion à une température où il est pratique de couler et, en tant que tel, la fonte peut être produite avec de l'air forcé (par opposition à de l'oxygène pur) et à des températures dans le cadre de matériaux réfractaires simples comme l'argile réfractaire qui, n'étant pas très résistants mécaniquement, sont généralement utilisés comme revêtement pour la structure réelle du four / des poches.

Vous pourriez à peu près vous en sortir en utilisant des louches en acier non doublées pour la fonte, mais la doublure prolonge considérablement leur durée de vie et réduit le taux de perte de chaleur du métal entre le four et les moules.

Les fours utilisés pour la fusion du minerai de fer en fonte brute et la refonte du fer sont essentiellement similaires.

Comme l'a noté Brian Drummond , le "bassin" est appelé un creuset :

Un creuset est un récipient qui peut résister à des températures très élevées et est utilisé pour la production de métal, de verre et de pigments ainsi que pour un certain nombre de procédés de laboratoire modernes. Alors que les creusets étaient traditionnellement fabriqués à partir d'argile, ils peuvent être fabriqués à partir de n'importe quel matériau qui résiste à des températures suffisamment élevées pour fondre ou altérer autrement son contenu.

Une réponse détaillée à la question peut être trouvée dans l'article Wikipédia lié. Les réponses courtes sont:

• Âge du fer: argile
• Période médiévale: introduction d'un nouveau matériau de trempe pour les creusets en céramique ( Mullit )
• Post médiéval: graphite

D'autres matériaux recyclés tels que le calcaire peuvent également être utilisés dans les réfractaires.

Réfractaires

Le matériau réfractaire est fabriqué en broyant la dolomite et en la mélangeant avec un liquide de suspension de flux ou de la peinture. L'échelle du broyeur peut être utilisée comme matériau de flux qui est combiné avec le liant liquide et ultime utilisé pour produire le matériau réfractaire. https://en.wikipedia.org/wiki/Mill_scale