Процесс цементации — устаревшая технология изготовления стали путем цементации железа . В отличие от современного производства стали , оно увеличило количество углерода в чугуне. Судя по всему, он был разработан еще до 17 века. Сталелитейная печь Дервенткот , построенная в 1720 году, является самым ранним сохранившимся примером печи для цементации. Другим примером в Великобритании является цементационная печь на Донкастер-стрит в Шеффилде .
Процесс был описан в трактате, опубликованном в Праге в 1574 году. Его изобрел Иоганн Нуссбаум из Магдебурга , который начал деятельность в Нюрнберге (с партнерами) в 1601 году. Процесс был запатентован в Англии Уильямом Эллиотом и Матиасом Мейзи в 1614 году. [ 1] На тот момент «изобретение» могло заключаться просто во внедрении новой отрасли или продукта или даже в простой монополии . Очевидно, вскоре они передали патент сэру Бэзилу Бруку , но он был вынужден отказаться от него в 1619 году. Пункт патента, запрещающий импорт стали, был признан нежелательным, поскольку он не мог поставлять столько хорошей стали, сколько было необходимо. [2] Печи Брука , вероятно, находились в его поместье Мэдли в Коулбрукдейле (которое определенно существовало до гражданской войны в Англии ), где были раскопаны две цементационные печи. [3] Вероятно, он использовал прутковое железо из леса Дина , где он в два периода был партнером в сельском хозяйстве королевского металлургического завода.
К 1631 году было признано, что шведское железо является лучшим сырьем, и тогда или позже были особо отмечены определенные марки (марки), такие как двойная пуля (так называемая от марки ОО) из Остербю и обруч L из Леуфсты (ныне Лёвста ), чья марка состоял 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 оклейки железа, производя то , что было известно в Англии как рудное железо . Он был назван так из шведского порта Эрегунд , к северу от Стокгольма, во внутренних районах которого находилась большая часть металлургических заводов. Используемая руда в конечном итоге поступила из рудника Даннемора . [2] [4]
Процесс начинается с кованого железа и древесного угля . Внутри печи используется один или несколько длинных каменных горшков . Обычно в Шеффилде каждый горшок имел размеры 14 на 4 фута и глубину 3,5 фута. Железные прутья и древесный уголь упаковываются чередующимися слоями: верхний слой древесного угля, а затем огнеупорный материал, 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 делать и в небольших масштабах, например, в небольшой печи или кузнечной кузне.
В зависимости от толщины железных прутьев горшки затем нагревали снизу в течение недели и более. Плитки регулярно осматривали, и, когда было достигнуто правильное состояние, температуру отключали и горшки оставляли до остывания — обычно около четырнадцати дней. Железо увеличило массу углерода чуть более чем на 1% по сравнению с углеродом в древесном угле и превратилось в неоднородные куски черновой стали .
Затем стержни были укорочены, связаны, нагреты и сварены в кузнечной сварке, чтобы получить сталь, работающую на сдвиг . Его нужно было разрезать и повторно сваривать несколько раз, при этом каждый новый сварной шов давал более однородную сталь более высокого качества. Это можно сделать не более 3-4 раз, так как больше не требуется и потенциально может привести к потере углерода из стали.
В качестве альтернативы их можно было разбить и расплавить в тигле, используя тигельную печь с флюсом , чтобы получить тигельную сталь (в то время также называемую литой сталью ), процесс, разработанный Бенджамином Хантсманом в Шеффилде в 1740-х годах.
В ранний современный период латунь , сплав меди и цинка , обычно производилась методом цементации, при котором металлическая медь нагревалась с каламином , цинковой рудой, для получения каламиновой латуни .