Изготовление тигельной стали, как известно, распадается на две стадии: первая — это так называемая цементация и затем переплавка этой цементной стали в тиглях.
Первая стадия — цементация, то есть пропитывание углеродом полос мягкого железа, была известна в Англии уже давно. Родина этого способа — центральная Европа, в особенности Австрия. На этой стадии собственно и заканчивался процесс передела железа в сталь, которая дальше шла на изготовление всевозможных изделий. В Англии цементную сталь делали только в Нью-Кэстле и Шеффильде. Переплавка стали в тиглях и явилась тем новым, недавно сделанным изобретением, которое значительно улучшало качество продукта, делало его более однородным.
Печь для выработки цементной стали 60-х годов XVIII века. 1. Наружный вид
«Печи для приготовления стали около Нью-Кэстля, — пишет Жар, — различной величины, но построены они на основании одних и тех же принципов. Внешнее каменное строение представляет собой продолговатый прямоугольник. Внутри его посередине, в длину сделана чугунная решотка, лежащая горизонтально на уровне пола. Шириною она в 20 дюймов, под ней находится поддувало. Над решоткой приблизительно на высоте 16 дм. находится место, на котором расположены ящики, в которые кладется обрабатываемое железо. С каждой стороны устроено по десяти горизонтальных дымоходов, на них из огнеупорного песчаника выведены ящики и швы замазаны глиной. Внутри ящики длиною в 10 1/2 футов, шириною — в 2 фута 4 дюйма и глубиною в 2 фута 6 дюймов. Пламя охватывает их со всех сторон.
Печь для выработки цементной стали 2. Вертикальный разрез по короткой стороне. C и D — калильные или цементационные ящики; H — каналы, по которым проходит пламя; I — топочное пространство.
С боков ящики укрепляются перемычками и так прочно, что выдерживают и вес загруженного в них железа и действие пламени. Над этими ящиками и всем внутренним пространством печи выведен купол, который удерживает жар, а дым и пламя выходят через восемь дымоходов. Вся печь стоит под дымовой трубой, выложенной из кирпича, в виде сахарной головы. Одно только шведское железо признается годным для превращения в сталь. Было произведено много опытов и с английским железом, но из него никогда не могли получить столь же добротной стали, как из шведского…
Печь для выработки цементной стали 3. Горизонтальный разрез по линии A — B. E — цементационные ящики; F — перемычки; H — каналы, по которым проходит пламя.
Для загрузки печи мастер заползает внутрь и ему туда подаются через отверстия в стенках полосы. Мастер насыпает на дно ящика слой толченого и просеянного через решето древесного угля, немного смачивает его и кладет ряд железных полос. На них снова насыпается слой угольного порошка, толщиною 1 дюйм, на него снова кладется ряд полос, и так продолжают, пока ящик не будет наполнен доверху. Верхний ряд полос засыпают слоем угля, и затем насыпают слой песку для того, чтобы горючее вещество в ящике лежало бы плотнее и не превратилось бы в пепел от действия жара. Употребляют мокрый песок, смачивая его, когда он высыхает. Песок накладывается более толстым слоем к середине, так что тут он имеет около 10 дюймов толщины. Заложив железо в ящики, закрывают все отверстия и зажигают печь.
Обыкновенно печь зажигают в понедельник вечером и поддерживают сильный огонь до субботы. После пяти дней и ночей непрерывного нагрева, когда, полагают, железо целиком превратилось в сталь, выламывают каменную кладку, которой были заложены отверстия, раскрывают заслонки, сбрасывают уголь с колосников в зольник, чтобы остудить печь. Нужно ждать еще целую неделю, пока сталь совершенно не остынет. До этого ее никогда не вынимают. Мастер, который закладывал железо, заползает тогда в печь и подает полосы другому рабочему.
Для этой работы нужно только двух рабочих, из которых каждый получает по 4 шиллинга за тонну стали. Эта сталь, когда она выходит из печи, называется пузыристой сталью. В таком виде она мало идет на продажу и центнер (1/20 тонны) стоит 26–28 шиллингов. Ее обычно проковывают еще под молотом и вытягивают в полосы толщиною в 7–8 линий и остужают ее на воздухе. Цель этой работы — придание ей большей плотности. Такая сталь называется обыкновенной сталью и ее употребляют для изготовления напильников, пил, ножниц, ножей и т. д. Ее много отсылают в другие английские провинции, в особенности Шеффильд и Бирмингэм. Центнер ее стоит 30–32 шиллинга».
Полученная таким путем цементная сталь и служила сырьем для выработки тигельной стали.
«При помощи следующей операции, — пишет Жар, — цементованная сталь еще больше рафинируется. Для этой цели употребляют всевозможные отбросы стальных изделий[7].
Пользуются печами, которые врыты в землю и имеют подвод воздуха под землей. У устья печи (в горизонтальной верхней крышке ее), лежащей вровень с полом, находится отверстие канала, идущего горизонтально к стене, от которой подымается труба. В этой печи можно поместить только один тигель, вышиною 9—10 дюймов и шириною в 6–7 дюймов. В него накладывается сталь с флюсом, состав его держат в секрете.
Тигель ставят на круглый кирпич, лежащий на решотке, затем вокруг тигля насыпают кокс и заполняют им всю печь. Зажигают огонь и закрывают верхнее отверстие печи заслонкой из кирпичей, стянутых железным обручем так, что пламя тогда идет по горизонтальному каналу в трубу. Тигель должен стоять пять часов в печи, прежде чем сталь совершенно расплавится. Затем она выливается в четырехугольные формы из чугуна (так называемые изложницы), состоящие из двух половин, накладываемых одна на другую. Вливание производится с одного конца.
Я видел слитки такой стали, они похожи на чугун. Сталь эта проковывается, как и цементная, под молотом, только ее следует нагревать слабее и с большей осторожностью, иначе она легко может лопнуть. Цель такой обработки — привести стальные частицы в более близкое соприкосновение друг с другом так, чтобы у нее не было «гнилых» пятен как у немецкой стали. Уверяют, что это достигается только от переплавки. Сталь эта употребляется не очень часто и только для таких изделий, которые требуют очень хорошей полировки. Из нее изготовляются лучшие бритвы, различные перочинные ножи, лучшие стальные цепочки, часовые пружины и маленькие напильники для часовщиков».
Так делали сталь в Англии в шестидесятых годах XVIII века. Таким же способом продолжали делать ее и в половине XIX века, но тогда, в шестидесятых годах XVIII столетия, это производство тигельной стали было замечательной технической новинкой, теперь же, ко времени Бессемера, оно превратилось в пережиток старого мануфактурного способа производства. Это был один из тех участков металлургической техники, где механизм еще не вытеснил руки человека, а из этого вытекали и все типичные для мануфактурного продукта черты, прежде всего количественная ограниченность производства, а отсюда и ограниченность его употребления. Бессемер ведь как раз первоначально и ставил себе задачу получения металла, который заменял бы тигельную сталь, но мог бы вырабатываться в больших количествах и более дешевым способом.
