Введение
Процесс цементирования — устаревшая технология производства стали путём насыщения железа углеродом. В отличие от современных методов производства стали, он повышал содержание углерода в железе. Вероятно, он был разработан до XVII века. Сталелитейная печь Дервенткот, построенная в 1720 году, является самым ранним сохранившимся примером цементировочной печи. Другой пример в Великобритании — цементировочная печь на улице Донкастер в Шеффилде.
The cementation process is an obsolete technology for making steel by carburization of iron. Unlike modern steelmaking, it increased the amount of carbon in the iron. It was apparently developed before the 17th century. Derwentcote Steel Furnace, built in 1720, is the earliest surviving example of a cementation furnace. Another example in the UK is the cementation furnace in Doncaster Street, Sheffield.
Происхождение
Этот процесс был описан в трактате, опубликованном в Праге в 1574 году. Он был изобретен Иоганном Нуссбаумом из Магдебурга, который начал деятельность в Нюрнберге (с партнерами) в 1601 году. Процесс был запатентован в Англии Уильямом Эллиотом и Матиасом Мейси в 1614 году. В то время под "изобретением" могли подразумеваться просто внедрение новой отрасли или продукта, или даже установление монополии. Очевидно, вскоре патент был передан сэру Базилу Бруку, но он был вынужден отказаться от него в 1619 году. Условие в патенте, запрещавшее импорт стали, оказалось нежелательным, поскольку он не мог обеспечить необходимое количество качественной стали. Печи Брука, вероятно, располагались в его поместье Мадли в Коалбрукдейле (которое, несомненно, существовало до Английской гражданской войны), где были обнаружены две цементационные печи. Вероятно, он использовал полосовое железо из леса Дина, где он был партнером в управлении королевскими железоделательными заводами в два периода. К 1631 году было признано, что шведское железо является лучшим сырьем, и тогда или позднее стали выделять определенные марки (клейма), такие как "двойная пуля" (так называемая из-за клейма OO) из Эстерби и обруч L из Лёфсты (ныне Лёвста), чей знак представлял собой L в круге; оба они принадлежали Луи Де Геру и его потомкам. Это были одни из первых железоделательных заводов в Швеции, использовавших валлонский способ производства железа, получая то, что в Англии называлось орегрундским железом. Название оно получило по имени шведского порта Орегрунд, расположенного к северу от Стокгольма, в окрестностях которого находилось большинство железоделательных заводов. Руда, используемая для производства, в конечном итоге поступала из рудника Даннемора.
Процесс
Процесс начинается с кованого железа и древесного угля. В нем используются один или несколько длинных каменных горшков внутри печи. Как правило, в Шеффилде каждый горшок имел размеры 14 футов в длину, 4 фута в ширину и 3,5 фута в глубину. Железные стержни и древесный уголь укладывались чередующимися слоями, сверху – слой угля, а затем огнеупорный материал для герметизации горшка, называемого также "ковчегом". Некоторые производители использовали смесь порошка древесного угля, сажи и минеральных солей, известную как цементный порошок. На крупных предприятиях в каждом цикле перерабатывалось до 16 тонн железа, хотя процесс мог осуществляться и в меньшем масштабе, например, в небольшой печи или кузнице. В зависимости от толщины железных стержней горшки нагревались снизу в течение недели или более. Стержни регулярно проверялись, и когда достигалось необходимое состояние, нагрев прекращался, а горшки оставляли остывать – обычно около четырнадцати дней. Железо набирало чуть более 1% массы за счет углерода из древесного угля и превращалось в неоднородные прутки пузырчатой стали. Затем прутки укорачивали, связывали, нагревали и сваривали вместе для получения пакетированной стали. Их разрезали и переваривали несколько раз, при этом каждый новый сварной шов давал более однородную сталь более высокого качества. Эту операцию повторяли не более 3–4 раз, так как дальнейшая обработка не нужна и может привести к потере углерода из стали. В качестве альтернативы прутки можно было раздробить и расплавить в тигле с использованием тигельной печи и флюса для получения тигельной стали (в то время также называемой литой сталью), процесс, разработанный Бенджамином Хантсманом в Шеффилде в 1740-х годах.
Производство латуни
В ранний современный период латунь, сплав меди и цинка, обычно производилась методом цементации, при котором металлическую медь нагревали с каламином – цинковой рудой – для получения каламинной латуни.