Для производства обычного доменного чугуна используют шихту, состоящую из железных и марганцевых руд, флюсов, флюсованного агломерата, окатышей и топлива. От качества подготовки сырых материалов ― добавления, сортировки, обогащения, окускования ― зависит в конечном счёте качество выплавленного чугуна.
2. 1. 1. Железные и марганцевые руды
Железные руды состоят из рудного минерала, пустой породы и примесей. В доменных печах железо практически полностью (98 ― 99 %) переходит в состав чугуна. Пустая порода в печи плавится и переходит в состав шлака.
Для выплавки чугуна применяют красный, бурый, магнитный и шпатовый железняки, а также комплексные железные руды.
Железные руды обычно содержат незначительное количество марганца, поэтому при выплавке чугуна в шихту приходится добавлять руду. В доменном производстве применяют марганцевые руды с содержанием 25 ― 40 % Mn. Пустая порода этих руд обычно глинистый песок. Поэтому марганцевые руды непрочны: при добыче и перевозке образуется много мелочи и пыли.
Для выплавки чугуна применяют твёрдое топливо. Более 98 % чугуна выплавляют на коксе и 1 ― 2 % на древесном угле.
2. 1. 2. Топливо и флюсы
Топливо играет важную роли в доменном производстве. Его горение создаёт высокие температуры, необходимые для восстановления руды, плавления и перегрева образующихся чугуна и шлака.
Флюсы применяют для получения шлаков нужной основности, так как в пустой породе руды и топливе обычно преобладает кремнезем. В качестве флюсов используют известняк ― CaCO3 и реже доломитизированный известняк (mCaCO3 · nMgCO3, где m > n). Количество флюсов рассчитывают исходя из химического состава пустой породы руды, золы и с учётом требований, предъявляемых к физико-химическим свойствам шлака.
2. 1. 3. Работа доменной печи
Со склада шихтовых материалов шихта поступает в вагон-весах 1 (рис. 1) к скиповой яме. Скип 3 загружают шихтой из загрузочной воронки 2. После этого скип лебёдкой поднимают по рельсам наклонного подъёмника печи на колошник. Шихта попадает сначала в приёмную воронку 4 с малым конусом 4а, затем в загрузочную воронку 5 с большим конусом 5а и далее в рабочее пространство печи.
Рис. 1. Схема работы доменного цеха
После загрузки очередной порции шихты приёмная воронка с малым конусом поворачивается на 60˚, что позволяет равномерно распределить шихту 7 на поверхности большого конуса перед опусканием её в печь. Маневрирование большим и малыми конусами в загрузочном аппарате доменной печи производится независимо друг от друга.
Для достижения высоких температур и форсирования плавки шихты в печь подают горячий воздух 6 (дутьё). Холодный воздух из воздуходувки пропускают через нагретую до 1000 ― 1200˚С насадку воздухонагревателя 12. В результате воздух нагревается до 780 ― 950˚С. Пока один воздухонагреватель 12 отдаёт тепло кладки холодному воздуху (и в результате остывает), второй воздухонагреватель 13 нагревается до температуры 1200˚С, т. е. регенерирует тепло выделяющееся при сжигании доменного газа, предварительно очищённого то пыли в газоочистителе 14; продукты горения удаляются в дымовую трубу 15. После остывания насадки воздухонагревателя 12 и достаточного нагрева насадки воздухонагревателя 13 производят перекидку клапанов; холодный воздух направляется в воздухонагреватель 13, а воздухонагреватель 12 нагревается. Обычно воздухонагреватель работает на нагрев дутья около 1ч и на разогрев огнеупорной насадки около 2 ч. Поэтому для бесперебойного обслуживания печи необходимо иметь три воздухонагревателя. Через шлаковую летку 10 удаляется шлак, а через летку 11 ― чугун.