Qu’est-ce que le fer ?
Le fer est un élément métallique (symbole du tableau périodique : Fe) dont le point de fusion est de 1150 degrés Celsius et plus.
C’est le quatrième élément le plus répandu sur la croûte terrestre mais on le trouve sous forme de minerai de fer plutôt que sous forme de métal utilisable. Le minerai de fer se présente sous diverses formes et ressemble à de la roche. C’est un mélange de fer, d’oxygène et d’autres éléments, mêlé à des sables et des argiles.
Image, à droite : minerai extrait de fosses à clochettes à Wilsontown.
Pour fabriquer un métal utilisable, une usine sidérurgique doit se débarrasser des composants indésirables de ce mélange et conserver autant de fer que possible, produisant ainsi un métal plus pur.
Le processus de fabrication du fer se développe
La fabrication du fer a atteint la Grande-Bretagne depuis l’Europe et le Moyen-Orient vers 450 avant JC. A cette époque, le procédé ne nécessitait que du minerai de fer, du charbon de bois et de l’argile. La force hydraulique était utilisée pour actionner les soufflets et les marteaux à partir du 13e siècle, et le haut fourneau a été introduit au 15e siècle en Belgique.
Le charbon de bois était utilisé là où il y avait du bois en quantité suffisante, mais pour les régions sans beaucoup de bois, le charbon était un combustible possible pour les hauts fourneaux. Le charbon contient généralement du soufre, ce qui signifie que le fer fabriqué avec du charbon comme combustible contiendra également du soufre. C’est bien pour la fonte mais inutile pour le fer forgé.
Le coke est une forme plus pure de carbone et ne contient pas de soufre. Il est fabriqué en brûlant partiellement du charbon. Le coke a été utilisé dans les hauts fourneaux pour la première fois en 1708, et Wilsontown Ironworks a utilisé le coke comme combustible pour ses hauts fourneaux dès le début.
La recette pour faire du fer
Les hommes travaillant dans la salle de chargement des hauts fourneaux auraient été peut-être les travailleurs les plus qualifiés de l’usine de fer. Ils n’étaient pas locaux et peut-être même pas écossais. Leur travail consistait à s’assurer que les bonnes quantités des différents ingrédients étaient ajoutées au bon moment dans les hauts fourneaux – de grands fours utilisés pour cuire le mélange de fer.
Les hauts fourneaux devaient idéalement fonctionner 24 heures sur 24, sept jours sur sept. Ils n’étaient soufflés que lorsque des réparations et des entretiens étaient nécessaires.
Les ingrédients pour fabriquer du fer utilisable étaient le calcaire, la pierre à fer, le coke et l’air. Le coke est le combustible et la pierre à fer fournit le minerai de fer. La pierre de fer est d’abord grillée dans des fours de calcination, situés à côté des hauts fourneaux, pour éliminer les impuretés. L’air, ou le souffle, était insufflé dans le haut fourneau par de puissants moteurs à vapeur. (Ils utilisaient de l’air froid jusqu’en 1828, date à laquelle on a découvert à Wilsontown que le souffle chaud produisait un fer de meilleure qualité).
L’air est nécessaire pour que le mélange brûle à l’intérieur du fourneau. Du calcaire est ajouté car il se combine avec les impuretés du minerai de fer, il agit comme un fondant. Ce mélange de calcaire et d’impuretés est appelé scories, on n’en voulait pas et on l’enlevait des hauts fourneaux en ouvrant un robinet par lequel les scories s’écoulaient une fois qu’elles avaient flotté au sommet du mélange.Diagramme du fourneau de Wilsontown
Une fois que le mélange avait été chauffé pendant la période requise et que les scories avaient été enlevées, un robinet était ouvert au fond du haut fourneau pour que le fer en fusion s’écoule. On le laissait s’écouler dans des lits de sable préparés, appelés lits de cochons, où il durcissait. C’est ainsi qu’on fabriquait le ron de porc, ainsi appelé parce que la disposition des lits de porc ressemblait, dit-on, à une truie nourrissant des porcelets.
Intérieur d’un haut fourneau
Après la fabrication de la fonte brute dans les hauts fourneaux, une partie de celle-ci était ensuite acheminée vers les affineries puis la forge et le laminoir.
Les affineries
Il y avait deux affineries à soufflage à Wilsontown où la fonte brute était d’abord soumise à un souffle d’air pour brûler une partie des impuretés avant d’être mise en flaque. Les affineries se trouvaient à proximité de l’endroit où le fer sortait du haut fourneau et étaient bien placées pour que le fer soit transporté à travers le ponceau jusqu’à la forge pour le puddlage. Après l’affinage, le métal était refroidi dans une citerne ou un abreuvoir.
La forge
Détail de la forge à WilsontownUne forge est un bâtiment où le métal est chauffé et façonné.
Ce bâtiment a été construit pour la première fois en 1790/1 selon les plans établis par John Rennie qui travaillait comme ingénieur pour Boulton et Watt à l’époque. Il se trouvait en face du ponceau des hauts fourneaux. Au cœur du bâtiment se trouvait une salle des machines équipée de deux machines à vapeur en 1810, une à simple et une à double puissance. L’une de ces machines était d’occasion, elle avait été achetée à la fonderie King and Queen à Rotherhithe, appartenant à l’époque à Gardner, Manser & Co. Il a probablement commencé à travailler dans la forge de Wilsontown en août 1791.
La forge contenait à l’origine des marteaux à hélice, des hannetons et des parachutes pour affiner le fer, mais cette méthode est devenue non rentable. Ainsi, après que John Wilson Snr & Sons ait pris le relais, ils ont installé de nouveaux équipements qui comprenaient une machine à vapeur, des fours de puddlage et 2 nouveaux marteaux, ils ont peut-être aussi modifié le bâtiment.
En 1810, les moteurs fournissaient maintenant la puissance nécessaire pour faire fonctionner 3 marteaux à bardeaux et un marteau de tirage. La forge comptait également à cette époque 10 fours de puddlage, 2 fours à boulets et un chafery.
Le fer était amené à la forge depuis les raffineries et retravaillé dans les fours de puddlage pour brûler (principalement) le carbone. Ensuite, le fer malléable, maintenant brut, était réchauffé dans un four à boulets ou une hallebarde avant d’être martelé (bardeau) pour éliminer la calamine et finalement étiré en blooms pour être transporté vers les laminoirs. Cela pouvait nécessiter un certain nombre de « chauffes ». Pour cette raison, le raffinage, le puddlage, le martelage et enfin le laminage devaient être rapprochés.
Les marteaux étaient de deux types – à hélice et à bascule. Pour le bardeau, ils étaient du type helve et fonctionnaient par des cames hors de l’axe qui soulevaient le nez (extrémité du marteau) directement avec le point d’appui fixé à l’autre extrémité. Le fonctionnement était plus lent que celui du marteau à bascule, mais la course était plus lourde. Le marteau basculant était utilisé pour le dessin et donnait une course plus rapide mais plus douce. Dans ce type, le point d’appui se trouvait au milieu ; en appuyant sur la queue, l’extrémité du marteau à l’extrémité opposée était soulevée par le levier exercé par le point d’appui.
Le déplacement du fer à l’intérieur de la forge se faisait à l’aide de brouettes, d’un chariot à quatre roues et de trois chariots à deux roues le long de » pistes de brouettes » en fonte. Il y avait 14 boîtes à eau (boshes) autour de la forge pour refroidir les outils de travail.
Le laminoir
Détails du laminoir à WilsontownUn laminoir est une usine pour façonner le métal en le passant entre des paires de rouleaux.
Le laminoir se trouvait à côté de la forge au nord. Avant d’être introduits dans le laminoir, les blooms provenant de la forge étaient pesés. Le laminoir semble avoir été construit vers 1802-4 et a été décrit comme ouvert sur les côtés avec des piliers en pierre à des intervalles appropriés et des arcs entre eux. En raison de la grande surface couverte, le toit était soutenu à l’intérieur par des piliers en fonte et avait probablement des fermes de toit en fer forgé qui étaient fixées aux murs par les plaques murales. Des piliers internes minces en fonte auraient permis le mouvement des matériaux à l’intérieur ; comme la forge, le sol était posé avec des plaques de fonte pour éviter les dommages lorsque le fer était déplacé.
Le moulin était alimenté par un moteur à vapeur à simple effet avec un volant massif de 24 pieds de diamètre. Le moteur du moulin était placé au centre de façon à ce que les trois paires de rouleaux de barres marchandes puissent se trouver d’un côté de l’entraînement principal et les trois paires consacrées au travail ordinaire (plaque de chaudière, tôle et cerceau) de l’autre. De ce côté, il y avait également une paire de rouleaux de boulons avec des coupeurs fonctionnant sur un excentrique. Un tour pour remettre les rouleaux à l’endroit (les rouleaux avaient tendance à s’user de manière inégale) était également entraîné par le moteur.
Un inventaire de 1813 énumère des équipements tels que 100 pinces et crochets qui auraient été utilisés pour étirer le fer entre les passes. Entre chaque passage, le fer aurait eu besoin d’être réchauffé et il y avait des fours à cet effet. Après le laminage, le fer fini était assemblé sur 2 bancs de mise en paquets qui pesaient plus de ½ tonne chacun, mais il y avait aussi un long banc en bois pour le même usage : peut-être était-ce pour les plaques de chaudière qui auraient pu se rayer plus facilement.
Que fabriquaient-ils à Wilsontown ?
Il n’y a pas de liste de clients disponible pour Wilsontown Ironworks mais nous connaissons un ou deux clients, par exemple Richard Crawshay, qui achetait du fer en barres. Les Wilsons vendaient leur fer par l’intermédiaire de marchands de fer qui possédaient de grands entrepôts, comme James Pillans à Leith. Nous savons que le fer de Wilsontown allait dans des entrepôts à Leith, Glasgow et Londres.
Les produits étaient :
- Fonte brute – vendue à d’autres fonderies
- Produits en fonte tels que la grenaille (4-18 livres) pour les canons, les essieux, tuyaux
- Barre de fer / Fer forgé / Barre marchande
- Fleurs – achetées par d’autres forges / fonderies
- Chaudières et autres plaques
- Fer à cerceau – par exemple pour les barils
- Tôle de fer
- Barres de fer
- Lest pour les navires
- Articles spéciaux pour la vente locale
- Tiges à clous – vendues à un ferronnier d’Edimbourg
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