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.

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.