Процесс цементации — устаревшая технология производства стали путем науглероживания железа . В отличие от современного сталеплавильного производства , он увеличивал количество углерода в железе. По-видимому, он был разработан до 17 века. Сталеплавильная печь Дервенткот , построенная в 1720 году, является самым ранним сохранившимся примером цементационной печи. Другим примером в Великобритании является цементационная печь на Донкастер-стрит, Шеффилд .
Процесс был описан в трактате, опубликованном в Праге в 1574 году. Он был изобретен Иоганном Нуссбаумом из Магдебурга , который начал работу в Нюрнберге (с партнерами) в 1601 году. Процесс был запатентован в Англии Уильямом Эллиотом и Матиасом Мейси в 1614 году. [1] В то время «изобретение» могло состоять просто из введения новой отрасли или продукта, или даже простой монополии . Они, очевидно, вскоре передали патент сэру Бэзилу Бруку , но он был вынужден отказаться от него в 1619 году. Пункт в патенте, запрещающий импорт стали, был признан нежелательным, поскольку он не мог поставлять столько хорошей стали, сколько требовалось. [2] Печи Брука , вероятно, находились в его поместье Мадлей в Коулбрукдейле (которое, безусловно, существовало до английской гражданской войны ), где были раскопаны две цементационные печи. [3] Вероятно, он использовал прутковое железо из леса Дин , где он был партнёром по фермерству на королевском металлургическом заводе в течение двух периодов.
К 1631 году было признано, что шведское железо является лучшим сырьем, и тогда или позже, в частности, определенные марки (бренды), такие как double bullet (так называемая от марки OO) из Österby и hoop L из Leufsta (теперь Lövsta ), чья марка состояла из буквы L в круге, оба принадлежали Луи Де Гиру и его потомкам. Это были одни из первых металлургических заводов в Швеции, которые использовали валлонский процесс очистки железа , производя то, что было известно в Англии как рудное железо . Он был так назван по шведскому порту Öregrund , к северу от Стокгольма, в глубине которого располагалось большинство металлургических заводов. Используемая руда в конечном итоге поступала из шахты Dannemora . [2] [4]
Процесс начинается с кованого железа и древесного угля . Он использует один или несколько длинных каменных горшков внутри печи. Обычно в Шеффилде каждый горшок был 14 футов на 4 фута и 3,5 фута глубиной. Железные прутья и древесный уголь упаковываются чередующимися слоями, с верхним слоем древесного угля, а затем огнеупорного вещества, чтобы сделать горшок или «гроб» герметичным. Некоторые производители использовали смесь порошкообразного древесного угля, сажи и минеральных солей , называемую цементным порошком . На более крупных работах за каждый цикл обрабатывалось до 16 тонн железа, хотя это можно было сделать и в небольших масштабах, например, в небольшой печи или кузнице.
В зависимости от толщины железных прутков горшки затем нагревали снизу в течение недели или больше. Прутки регулярно проверялись, и когда достигалось правильное состояние, тепло снималось, а горшки оставлялись до остывания — обычно около четырнадцати дней. Железо набирало немного больше 1% массы из-за углерода в древесном угле и превращалось в неоднородные прутки черновой стали .
Затем прутки укорачивали, связывали, нагревали и ковали вместе, чтобы получить сталь для сдвига . Ее разрезали и переваривали много раз, и каждая новая сварка давала более однородную, более качественную сталь. Это делалось максимум 3-4 раза, так как большее количество не нужно и могло потенциально привести к потере углерода из стали.
В качестве альтернативы их можно было разбить и расплавить в тигле с использованием тигельной печи с флюсом , чтобы получить тигельную сталь (в то время также называемую литой сталью ), процесс, изобретенный Бенджамином Хантсманом в Шеффилде в 1740-х годах.
В ранний современный период латунь , сплав меди и цинка , обычно производили методом цементации, при котором металлическую медь нагревали с каламином , цинковой рудой, для получения каламиновой латуни .