Struttura
Il forno stesso è un alto pozzo verticale che consiste in un guscio d’acciaio con un rivestimento refrattario di mattoni di fuoco e grafite. Si possono identificare cinque sezioni. Alla base c’è un focolare dai lati paralleli dove si raccolgono il metallo liquido e le scorie, e questo è sormontato da un tronco di cono invertito conosciuto come bosh. L’aria è soffiata nella fornace attraverso i tuyeres, ugelli raffreddati ad acqua fatti di rame e montati in cima al focolare vicino alla sua giunzione con il bosh. Una breve sezione verticale chiamata il parallelo del bosh, o il barile, collega il bosh al tronco di cono verticale che è il camino. Infine, la quinta e più alta sezione, attraverso la quale la carica entra nel forno, è la gola. Il rivestimento del bosh e del focolare, dove si verificano le temperature più alte, è di solito fatto di mattoni di carbonio, che sono fabbricati pressando e cuocendo una miscela di coke, antracite e pece. Il carbonio è più resistente all’azione corrosiva del ferro fuso e delle scorie rispetto ai mattoni di alluminosilicato usati per il resto del rivestimento. La qualità dei mattoni da ardere si misura in base al contenuto di allumina (Al203), per cui i mattoni contenenti il 63% di allumina sono usati nel bosh parallelo, mentre il 45% di allumina è adeguato per il camino.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Fino a poco tempo fa, tutti gli altiforni usavano il sistema a doppia campana per introdurre la carica nel camino. Questa attrezzatura consiste in due coni, chiamati campane, ognuno dei quali può essere chiuso per fornire una tenuta stagna al gas. In funzione, il materiale viene prima depositato sulla campana superiore, più piccola, che viene poi abbassata per una breve distanza per permettere alla carica di cadere sulla campana più grande. Successivamente, la campana piccola viene chiusa e la campana grande viene abbassata per permettere alla carica di cadere nel forno. In questo modo si evita che il gas esca nell’atmosfera. Poiché è difficile distribuire la carica uniformemente sulla sezione trasversale del forno con questo sistema, e poiché l’azione abrasiva della carica causa l’usura delle campane in modo che alla fine si verifichi una perdita di gas, sempre più forni sono dotati di un piano senza campana, in cui il tasso di flusso del materiale da ogni tramoggia è controllato da un cancello regolabile e la consegna alla pila avviene attraverso uno scivolo rotante il cui angolo di inclinazione può essere modificato. Questa disposizione dà un buon controllo della distribuzione della carica, poiché porzioni successive della carica possono essere collocate nel forno come anelli di diametro diverso. Il modello di carica che dà le migliori prestazioni del forno può quindi essere trovato facilmente.
I principi generali su cui si basa la progettazione degli altiforni sono i seguenti. La carica fredda (principalmente minerale e coke), che entra in cima alla pila, aumenta di temperatura mentre scende, così che si espande. Per questa ragione il diametro della pila deve aumentare per permettere alla carica di scendere liberamente, e tipicamente la parete della pila è spostata verso l’esterno con un angolo di 6°-7° rispetto alla verticale. Alla fine, avviene la fusione del ferro e delle scorie, e i vuoti tra i solidi si riempiono di liquido in modo che ci sia un’apparente diminuzione di volume. Questo richiede un diametro più piccolo, e la parete del bosh si inclina quindi verso l’interno e fa un angolo con la verticale nell’intervallo da 6° a 9°. Nel corso degli anni, le linee interne del forno che gli danno la sua forma caratteristica hanno subito una serie di cambiamenti evolutivi, ma la principale alterazione è stata un aumento della circonferenza in modo che il rapporto tra l’altezza e il parallelo di petto è stato progressivamente ridotto man mano che i forni sono diventati più grandi.
Per molti anni, il metodo accettato di costruire un forno era quello di usare la calotta d’acciaio per dare rigidità alla struttura e sostenere la pila con colonne d’acciaio a intervalli regolari intorno al forno. Con forni molto grandi, tuttavia, la massa è troppo grande, così che si deve usare una costruzione diversa in cui quattro grandi colonne sono unite a una trave a cassone che circonda il forno a un livello vicino alla cima della pila. Il guscio d’acciaio prende ancora la maggior parte della massa della pila, ma la cima del forno è sostenuta in modo indipendente.