Estrutura
O próprio forno é um eixo alto e vertical que consiste num invólucro de aço com revestimento refractário de tijolo refractário e grafite. Cinco secções podem ser identificadas. Na parte inferior há uma lareira de lado paralelo onde o metal líquido e a escória coletam, e esta é superada por um cone truncado invertido conhecido como o encosto. O ar é soprado para dentro do forno através de veios, bocais refrigerados a água feitos de cobre e montados na parte superior do forno perto da sua junção com o encosto. Uma pequena secção vertical chamada “bosh parallel”, ou barril, liga o “bosh” ao cone vertical truncado que é a pilha. Finalmente, a quinta e última seção, através da qual a carga entra na fornalha, é a garganta. O revestimento do encosto e do forno, onde ocorrem as temperaturas mais altas, é geralmente feito de tijolos de carbono, que são fabricados pressionando e cozendo uma mistura de coque, antracite e breu. O carbono é mais resistente à ação corrosiva do ferro fundido e da escória do que os tijolos refractários de aluminosilicato utilizados para o restante do revestimento. A qualidade dos tijolos refratários é medida pelo teor de alumina (Al203), de modo que tijolos contendo 63% de alumina são utilizados no encosto paralelamente, enquanto 45% de alumina é adequada para a pilha.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Até recentemente, todos os altos-fornos utilizavam o sistema de sino duplo para introduzir a carga na pilha. Este equipamento consiste em dois cones, chamados sinos, cada um dos quais pode ser fechado para fornecer uma vedação estanque ao gás. Em funcionamento, o material é primeiro depositado no sino superior, menor, que depois é abaixado a uma curta distância para permitir que a carga caia sobre o sino maior. Em seguida, a campânula pequena é fechada e a campânula grande é abaixada para permitir que a carga caia dentro do forno. Desta forma, o gás é impedido de escapar para a atmosfera. Como é difícil distribuir a carga uniformemente sobre a seção transversal do forno com este sistema, e como a ação abrasiva da carga provoca o desgaste dos sinos para que eventualmente ocorra vazamento de gás, cada vez mais fornos são equipados com uma tampa sem sino, na qual a taxa de fluxo de material de cada tremonha é controlada por uma porta ajustável e a entrega à pilha é feita através de uma calha rotativa cujo ângulo de inclinação pode ser alterado. Esta disposição permite um bom controle da distribuição da carga, já que porções sucessivas da carga podem ser colocadas na fornalha como anéis de diferentes diâmetros. O padrão de carga que dá o melhor desempenho ao forno pode ser encontrado facilmente.
Os princípios gerais sobre os quais o projeto do alto-forno é baseado são os seguintes. A carga fria (principalmente minério e coque), entrando na parte superior da pilha, aumenta a temperatura à medida que ela desce, de modo que se expande. Por esta razão, o diâmetro da pilha deve aumentar para deixar a carga se mover livremente para baixo, e tipicamente a parede da pilha é deslocada para fora num ângulo de 6° a 7° em relação à vertical. Eventualmente, ocorre o derretimento do ferro e da escória, e os vazios entre os sólidos são preenchidos com líquido para que haja uma aparente diminuição do volume. Isto requer um diâmetro menor e, portanto, a parede do encosto inclina-se para dentro e faz um ângulo com a vertical na faixa de 6° a 9°. Ao longo dos anos, as linhas internas do forno que lhe dão a sua forma característica sofreram uma série de alterações evolutivas, mas a maior alteração foi um aumento da circunferência, de modo que a relação altura/costas paralelas foi progressivamente reduzida à medida que os fornos se tornaram maiores.
Durante muitos anos, o método aceite de construção de um forno foi o de utilizar o invólucro de aço para dar rigidez à estrutura e suportar a pilha com colunas de aço em intervalos regulares ao redor do forno. Com fornos muito grandes, porém, a massa é muito grande, de modo que deve ser usada uma construção diferente na qual quatro grandes colunas são unidas a uma viga de caixa que envolve o forno em um nível próximo ao topo da pilha. A carcaça de aço ainda leva a maior parte da massa da pilha, mas o topo do forno é suportado independentemente.