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 L'acier naturel invention fleur

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carole

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MessageSujet: L'acier naturel invention fleur   Sam 9 Fév 2013 - 22:03

cinema


L'acier naturel est le métal obtenu par les procédés d'affinage de l'acier à partir de fonte, simplement en la chauffant au delà de 900 °C dans une atmosphère oxydante et de manière à en brûler le carbone.
Suivant les méthodes (méthode champenoise, nivernaise, wallonne, etc.), l'acier est plus ou moins hétérogène et chargé en scories : on procède alors à un cinglage pour améliorer les caractéristiques du métal. Cette opération a donné le nom de forge à toutes les usines exploitant ce procédé.
Ce procédé a disparu progressivement après l'invention du puddlage dans lequel un four à réverbère chauffe la fonte.
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MessageSujet: Re: L'acier naturel invention fleur   Sam 9 Fév 2013 - 22:03

:B:

L’histoire de la production de l'acier, comme la plupart des histoires de découvertes et progrès techniques, n'est pas linéaire. On trouve des aciers à divers endroits de la planète au cours de l'histoire. Certaines innovations apparaissent sans se répandre : l'Europe découvre l'utilisation de la houille 1 000 ans après la Chine, les Arabes ne connaissant pas ce combustible. D'autres se diffusent différemment : l'adoption de l'énergie hydraulique permet au haut fourneau d'être réinventé partout où le minerai de fer s'y avère compatible.
Avec la Renaissance commence un inventaire des techniques, dont l'analyse se poursuit par des méthodes scientifiques jusqu'à la fin du xviiie siècle. Ces techniques, qui restent marquées par les contraintes locales et la transmission du savoir-faire, persisteront jusque dans la seconde moitié du xixe siècle. C'est en effet à cette époque qu'apparaissent les innovations les plus marquantes. Toutes sont liées à la mise au point du procédé indirect : le couple constitué par le haut fourneau et le convertisseur fonde la sidérurgie moderne.
Enfin, la sidérurgie de la fin du xxe siècle est contrainte de muter brutalement. La possibilité d'utiliser massivement des énergies et des procédés jusque-là coûteux ou complexes, comme l'électricité ou l'injection d'oxygène pur, permet l'utilisation d'outils dont les performances surclassent indiscutablement ceux de la révolution industrielle.
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MessageSujet: Re: L'acier naturel invention fleur   Sam 9 Fév 2013 - 22:04



Depuis l'Âge du fer, le minerai de fer est travaillé à relativement basse température, dans un bas fourneau. On obtient une masse hétérogène, la « loupe », qui est martelée pour en enlever les scories. Les artisans remarquent très tôt que les blocs de métal obtenus n'ont pas tous les mêmes propriétés. Les progrès de la science permettent par la suite de classer les différents alliages selon leur composition chimique.

coquine


Si les Grecs distinguaient déjà le fer de l'acier, il est probable que la signification historique de ces deux mots soit déformée par nos connaissances actuelles1. En effet, deux mots coexistaient : sidēros (σιδηρος), qui désigne le fer, était aussi bien employé pour la production (mine de fer), l'usage (fabriqué en fer, tressé en fer), l'emploi (couper avec du fer) et la symbolique (dur comme fer, au cœur de fer). Il semble même que ce terme ait désigné les métaux d'une manière générale1.
L'autre mot, khalups, khalubos (χάλυψ, χάλυβος), désigne plus précisément l'acier. Il se réfère aux Chalybes, un peuple d'Asie mineure auquel Strabon attribuait l'invention de la sidérurgie2. La métallurgie du fer était déjà élaborée puisque les grecs pratiquaient la cémentation pour durcir le fer et obtenir ainsi de l'acier.
Le Latin adopte aussi le mot chalyb (que l'Encyclopédie de Diderot et D'Alembert assimile à tort à un fleuve d'Espagne dont l'eau favoriserait la trempe3) pour désigner l'acier, le terme sideros, n'étant utilisé que marginalement. Le terme ferrum, plus général et plus utilisé, désigne le fer par opposition aux autres métaux, quelle que soit sa résistance ou son utilisation. C'est ce mot qui sera conservé dans les langues latines (ferro en italien, portugais et catalan, hierro en espagnol).



coquine
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MessageSujet: Re: L'acier naturel invention fleur   Sam 9 Fév 2013 - 22:05




Réaumur (1683-1757), qui a étudié des méthodes de fabrication du fer.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Histoire_de_la_production_de_l%27acier
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MessageSujet: Re: L'acier naturel invention fleur   Sam 9 Fév 2013 - 22:06

manger

L'âge du fer débute entre le deuxième et le premier millénaire avant notre ère, mais on ne sait encore que peu de choses sur sa genèse. Le consensus actuel, qui attribue aux Hittites l'invention de la production de fer et d'acier7, s'appuie essentiellement sur la découverte d'objets en fer en Anatolie et contemporains à leur culturenote 2 : c'est avec eux que le fer commence à se substituer au cuivre et au bronze dans la fabrication des armes (lance, épée, poignard, hache). Ainsi, un des objets en fer non météoritique parmi les plus anciens jamais trouvés est une lame de dague, trouvée dans une tombe hattie, datée de -25008.
De -2000 à -1600 (l'âge du Bronze moyen au Proche-Orient), seul un nombre très restreint d'objets en fer nous est parvenu : quatre ont été trouvés en Asie mineure, un en Crète et deux à Chypre. Mais les premières traces écrites évoquant la production de fer apparaissent à cette époque. Les écrits trouvés à Kültepe, Alalakh et Mari suggèrent que le fer était produit en Anatolie orientale depuis la fin du IIIe millénaire av. J.-C. et que le métal était alors précieux, sa disponibilité comme sa qualité restant très aléatoire9.
À partir de -1500, les objets en fer non météoritique deviennent de plus en plus présents dans l'Est du bassin méditerranéen, mais ils demeurent rares : le bronze apparaît comme étant, de loin, le métal le plus employé10. C'est vers le xiie siècle que le fer devient un métal plus courant, dans une zone allant de l'Afrique subsaharienne à l'Inde. Du fait, soit de problèmes d'approvisionnement en cuivre ou en étain11, soit, plus probablement de la diffusion de la technologie de réduction du fer12,11, l'âge du fer succède alors à celui du bronze au Levant, en Chypre, en Grèce, en Crète, en Égypte (où, en -1323, une dague en acier est déposée dans la tombe de Toutânkhamon8) et en Anatolie10.
Si l'on en croit un texte akkadien du xixe siècle avant notre ère trouvé à Kültepe, le fer coûtait alors huit fois plus cher que l'or13. Au xive siècle av. J.-C., un document comptable précise que 23 sicles d'argent sont équivalents à 12 sicles de fer14. Au viie siècle avant notre ère, en Grèce, 1 g d’argent ne coûte plus que le prix de 2 kg de fer15. Le fer est alors devenu un matériau utilitaire, et les armes fabriquées à base de fer se multiplient : une découverte importante de cette époque est un stock de Sargon II de 160 tonnes de fer à Dur-Sharrukin, avec tout un ensemble d'objets, dont des loupes forgées, des outils et des armes12.
Peu de sites de production de fer ont été par contre découverts. Malgré des découvertes de laitier sur certains sites archéologiques du IIe millénaire av. J.-C., Jane Waldbaum constatait qu'en 1978, « on n'a encore trouvé aucune trace d'extraction de minerai, de fusion ou de travail du fer datant du début de l'âge du fer10 ». En 1998, le constat était le même12, les plus anciens bas fourneaux actuellement connus, à Tell Hammeh en Jordanie, n'ayant été datés que de -9309. Mais même sur ce site, où de nombreuses tuyères ont été retrouvées avec une grande quantité de laitier, « les traces de fourneaux restent très discutables16 ». De fait, la connaissance actuelle des procédés primitifs est essentiellement issue de reconstitutions de bas fourneaux :
« [L'acier] est en fait d'abord une masse de métal impur. Dans un trou à même le sol, paré de pierres qu'ils recouvraient de couches d'argile, [les Hittites et les Chalybes] mettaient du charbon de bois qu'ils allumaient et sur lequel on entassait en couches alternées du minerai de fer et du charbon de bois. Ce minerai, ou oxyde de fer, se présentait alors sous la forme de petites roches que l'on ramassait à fleur de terre. La température que l'on obtenait dans ces trous était relativement basse, du fait d'un manque efficace de soufflage. Celui-ci provenait de tiges creuses au travers desquelles on soufflait. Ils obtenaient de ce fait et après bien des efforts, une masse pâteuse, incandescente, appelée loupe, qu'ils devaient impérativement battre énergiquement afin de la débarrasser de ses scories (résidus, dus à la chauffe et au charbon de bois). Ces « loupes », ensuite forgées sur un « tas » devenaient des objets de la vie quotidienne et aussi des armes17. »
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MessageSujet: Re: L'acier naturel invention fleur   Sam 9 Fév 2013 - 22:08



Soufflets mus par énergie hydraulique (Georgius Agricola, De re metallica, 1556).


L'utilisation des énergies éolienne et hydraulique permet pareillement l'insufflation d'air sous pression dans le four de réduction. L'élévation de température (à plus de 1 200 °C à l'intérieur des foursGi 1) s'accompagne d'une diffusion plus rapide du carbone provenant du charbon de bois dans le métal. Il en résulte que celui-ci contient des teneurs plus élevées en carbone que l'acier, ce qui abaisse sa température de fusion. L'influence conjuguée d'un foyer plus chaud avec une matière devenue plus fusible permet au métal de sortir à l'état liquide du fourneau. Ce fourneau appelé alors « haut fourneau » (ou « fourneau à vent » en anglais)L 1 produit un métal naturellement séparé des scories qui, plus légères, flottent. Ce nouveau matériau, facilement moulable, est la fonte, appelée à l'époque « fer coulé » (cette appellation perdurera et sera encore utilisée par Monge à la fin du xviiie siècle34).
Afin d'obtenir du fer ou de l'acier, il est nécessaire de décarburer cette fonte par oxydation dans un second fourneau : c'est l'« affinage ». L'ensemble du procédé, qui se déroule alors en deux étapes, est appelé « procédé indirect ». La transition vers le procédé indirect a lieu entre le xiiie siècle et le xvie siècle dans le Nord de l'Europe. Il devient alors possible de produire en nombre des instruments agricoles ou des armes plus performants, ce qui contribue à l'expansion agricole et démographique, mais aussi à la puissance militaire de l'Occident qui domine progressivement la Méditerranée. Outre les armures et autres lames, sont développées des arbalètes à ressort de métal capables de traverser les armures les plus épaissesGi 2.
Cette industrie sidérurgique, qui bénéficie alors de l'amélioration du transport des matières, reste très contrainte par ses besoins en bois et par la disponibilité de l'énergie hydraulique. La consommation de combustible est considérable : pour obtenir 50 kg de fer par jour, il faut quotidiennement 200 kg de minerai et 25 stères de bois ; en quarante jours, une seule charbonnière déboise une forêt sur un rayon de 1 kmGi 3,F 3. Ceci ne pose pas de problème tant que les défrichages sont utiles au développement de l'agriculture, mais au xiiie siècle une limite est atteinte : les forêts gardent un rôle nourricier important, le bois est indispensable à la construction et au chauffage et la noblesse tire des revenus de l'exploitation forestière35,36. Dès lors, les défrichages sont de plus en plus contrôlés et l'exploitation forestière de plus en plus règlementée35. Le prix du bois monte et de nouveaux combustibles et matériaux de construction doivent être utilisés : le charbon et la pierre.
Pareillement, la disponibilité de l'énergie hydraulique est essentielle et dicte l'emplacement de l'atelier. La capacité à fonctionner toute l'année dépend d'aménagements hydrauliques :
« L'eau est pour les forges une puissance nécessaire dont on ne tire pas tout l'avantage possible sans beaucoup d'intelligence, de travail et de dépenses. Il n'est pas nécessaire de dire qu'il ne faut pas entreprendre la construction d'une forge, si, par le calcul fait d'avance, il est clair qu'on ne puisse ramasser assez d'eau et à telle hauteur37. »
— Encyclopédie méthodique
Ces aménagements sont coûteux : en 1671, les bas fourneaux de Putanges, en Normandie, sont vendus en bloc pour 500 livres, pour être remplacés par un haut fourneau loué 1 200 livres par anF 4. L'approvisionnement en minerai doit garantir la continuité de la marche du haut fourneau. Les besoins en métaux étant en hausse (pour la sidérurgie mais aussi pour battre des monnaies dont le volume nécessaire augmente avec les échanges), l'industrie minière se développe avec la mise au point de techniques d'étayage ou de drainage des galeries inondéesGi 4. L'usage des explosifs apparait dès le xvie siècle et permet de descendre jusqu'à 20 mètres au-dessous de la surfaceF 5.
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MessageSujet: Re: L'acier naturel invention fleur   Sam 9 Fév 2013 - 22:10



Puddleur vidangeant son four (vers 1919).

Le puddlage commence par la préparation de la sole. Le puddleur dépose sur la sole la couche de scories et d'oxydes qui devient une croute sous l'action conjuguée de la chaleur du four et du refroidissement de la sole en fonteL 9. Les gueuses de fonte sont alors chargées sur cette couche d'oxydes. Le puddlage gras pouvant se faire sur sole basique, il est possible de traiter des fontes riches en silicium ou en phosphoreL 10.


Puddleur vidangeant son four (vers 1919).
Dès que la fonte commence à fondre, le puddleur intervient. Son travail se déroule dans des conditions difficiles et demande un évident savoir-faire :
« … le travail de l'ouvrier consiste […] à labourer la fonte et les scories à l'aide d'un fort ringard, recourbé à angle droit à son extrémité[…]. On mêle ainsi les particules métalliques aux éléments oxydés et les expose tous deux à l'influence de l'air. Pour opérer le brassage, on n'ouvre pas la porte de travail elle-même. L'ouvrier éprouverait une chaleur trop vive, et le four lui-même serait refroidi. On se contente d'introduire les outils par une simple ouverture de 0,10 m à 0,15 m de côté, pratiquée dans le bas de la porte mobile, et facile à clore…
À mesure que le fer s'épure, il devient moins fusiblenote 12 ; il faut donc, pour continuer le brassage, graduellement relever la température, en rouvrant peu à peu le clapet de la cheminée.
À la place du crochet, l'ouvrier se sert assez souvent d'un ringard à biseau, appelé palette, ou rabot, qui permet de détacher de la sole les parties refroidies, ou devenues fermes, qui tendent à y adhérerG2 2. »
— E.-L. Grüner, Traité de métallurgie
La décarburation de la fonte provoque un bouillonnement, correspondant au dégagement de monoxyde de carbone. Lorsque celui-ci cesse, on peut encore pousser la décarburation jusqu'à obtenir du fer. Lorsque le puddleur l'estime finie, il partage la masse métallique en quelques boules. Celles-ci sont pressées dans le four pour les purger des scoriesL 11.
L'extraction de ces boules hors du four est immédiatement suivie d'un martelage ou laminage pour en extraire un maximum de scories et donner une forme exploitable, généralement des barres. Pendant cette phase, le comportement du métal chaud permet de juger sa qualitéL 12.
Outre le brassage, la qualité du fer puddlé dépend aussi de la vitesse et de la rigueur avec laquelle il a été cinglé. Le métal obtenu consiste en effet en une matrice de fer contenant des scories de puddlage et des oxydes formés sur la surface des boules de fer brut pendant le cinglageBa 1. Le forgeage des barres oriente ces impuretés de façon à limiter leur nocivité. Il faut pour cela des forgeages répétés et des outils puissants : c'est l'ère des marteaux-pilons, qui sont à la fois capables de parfaire le cinglage et de forger avec précision de grandes piècesP 1.
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MessageSujet: Re: L'acier naturel invention fleur   Sam 9 Fév 2013 - 22:11

:A:

↑ La définition précise et scientifique de l'acier a été définitivement établie et admise à la fin du xixe siècle.
↑ La découverte d'objets en fer à un endroit n'excluant pas que d'autres puissent être trouvés ailleurs
↑ Si on ajoute, à un mélange ferreux, jusqu'à 6 % de phosphore, la température de fusion descend jusqu'à 950 °C.
↑ Dans son livre Metallum Martis, Dudd Dudley revendique avoir produit de la fonte au coke de bonne qualité dès 1622. Mais, faute d'autres sources, il n'est pas possible d'évaluer sa technique.
↑ La modération de Neilson fut mal récompensée : il dut attendre 1843 pour toucher ses royalties, après un long procès au Tribunal Écossais d'Édimbourg
↑ Le vent chaud facilitant aussi la conduite du haut fourneau, il est devenu possible d'utiliser d'autres matières. D'après Thomas Turner, l'invention de Neilson permit la valorisation du minerai écossais et l'expansion de la sidérurgie écossaise, qui passa d'une production annuelle de 37 500 tonnes en 1830 à 200 000 tonnes en 1840. L'utilisation de vent chaud permit également l'utilisation d'anthracite aux États-Unis, où aucun charbon cokéfiable n'avait encore été découvert (brevet de F. W. Gessenhainer en 1836).
↑ Cet argument, partiellement inexact, montre la méconnaissance qu'avaient alors les scientifiques des réactions chimiques dans le haut fourneau : non seulement la transformation du CO2 en CO est endothermique, mais elle ne peut se passer que si la température augmente, ce qui n'est vrai qu'au centre du four et non au-dessus des tuyères.
↑ Les gaz sont prélevés par des ouvertures ménagées dans l'épaisseur de la cuve, et collectés dans une conduite circulaire. Les charges qui se trouvent au-dessus de ces ouvertures servent alors de fermeture.
↑ Les fontes blanches, contenant peu de silicium, sont les plus faciles à décarburer. Mais elles sont aussi plus résistantes et difficiles à obtenir que les grises, ce qui en fait des fontes chères.
↑ Les précurseurs Cort et Rogers ont vieilli dans la pauvreté alors que Hall, en achevant l'amélioration du puddlage, put vivre confortablement de son invention.
↑ Le puddlage sec est appelé ainsi par le fait que la fonte blanche est peu visqueuse et que la sole, peu fusible, génère peu de laitier.
↑ Le taux de carbone du mélange diminuant, la température restant constante dans le four, la température de fusion étant du type eutectique, la température de fusion du mélange augmente (voir le diagramme de phase fer-carbone ci-dessus) provoquant une augmentation de la viscosité.
↑ Le four à réverbère utilisé pour le puddlage est en effet trop rudimentaire pour fondre facilement le fer. Il est nécessaire de le doper par des améliorations diverses pour qu'il fonctionne bien au-delà de 1 500 °C.
↑ Le liquidus d'une fonte à 6 % C est de l'ordre de 1 150 °C, et passe à 1 500 °C lorsqu'on approche la composition du fer pur.
↑ Plus d'un siècle après l'invention, ce constat n'a pas changé. La seule amélioration sensible apportée aux convertisseurs modernes consiste en un trou de vidange latéral, distinct du bec de la cornue.
↑ Après l'annexion du bassin ferrifère, les Français découvrent le gisement de Briey, d'une teneur en fer de 36 % à 40 % contre 30 % en moyenne dans la Moselle annexée. Quoiqu'un peu plus difficile d'accès, la minette française est donc la plus avantageuse et est massivement exportée en Allemagne.
↑ La réduction directe ne concerne ici que la réduction des minerais de fer à l'état solide. Mais ce terme est également employé dans les hauts fourneaux pour désigner la réduction du FeO au contact du carbone . Cette réaction correspond en fait à une réduction du FeO par du CO régénéré en permanence à partir du coke grâce à l'équilibre de Boudouard.
↑ Le procédé de soufflage du convertisseur avec un air préchauffé, assez complexe, n'a été breveté qu'en 1935 par les indiens A. M. Malik et S. M. K. Alvi71. Il est apparu trop tard pour concurrencer les procédés d'enrichissement à l'oxygène.
↑ Le liquidus d'une fonte à 6 % C est de l'ordre de 1 150 °C, et passe à 1 500 °C lorsqu'on approche la composition du fer pur
↑ Il s'agit du procédé VLN, adopté à Ebbw Vale75
↑ La décomposition thermique de la vapeur commence vers 900 °C pour être totale à 2 500 °C. Celle du dioxyde de carbone commence dès 700 °C. L'injection de vapeur aux tuyères était une méthode connue de réglage thermique de la charge d'un convertisseur Bessemer76.
↑ a et b Le laminage à chaud en continu, mis au point aux États-Unis dans les années 1930, a été importé en Europe par le Plan Marshall. Très puissant, son alimentation en lingots, brames ou blooms entraîne la concentration de la production dans quelques aciéries géantes.
↑ En 1978, des experts définissaient l'usine rentable de 1990 comme construite sur une voie fonte de capacité annuelle de 20 MtA 2. Mais en 2010, les plus grosses usines sidérurgiques dépassent rarement les 8 Mt/an.
↑ L'élaboration des aciers inoxydables se fait dans des aciéries spéciales, en faisant notamment appel à un convertisseur spécifique, le type AOD (Argon Oxygen Decarburization), dont le principe se rapproche du type LD. La mise au point de ce convertisseur est liée à celle de l'élaboration du ferrochrome au four électrique : ces développements sortent du domaine de cet article.
↑ De 1955 à 1975, la consommation spécifique de coke d'un haut fourneau a pu être divisée par deux grâce à l'injection de charbon et la préparation du minerai. Quant aux fours électriques, des brûleurs ou des installations de préchauffage de ferrailles diminuent leur dépendance à l’électricité.
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