Результаты работы доменного цеха зависят от качества сырья, от степени его подготовки и режима плавки, от размеров печей и от организации производства и труда.
Важнейшим общепринятым показателем работы доменной печи является коэффициент использования полезного объема (КИПО), представляющий собой отношение полезного объема печи в кубометрах к суточной выплавке в ней чугуна в тоннах. Чем больше чугуна (при данном объеме) производит печь, тем больше будет знаменатель, а следовательно, тем меньшим станет это отношение. Иными словами, чем меньший объем доменной печи приходится на выплавку 1 т чугуна в сутки, тем лучше она работает. Таким образом, чем меньше численное значение КИПО данной печи, тем лучше она работает, тем эффективнее используется ее полезный объем.
Пусть, например, доменные печи имеют одинаковый полезный объем по 1000 ж3. Одна из них выплавляет в сутки 1200 т, а другая 1350 т. В первом случае, у менее производительной печи, коэффициент использования полезного объема печи будет равным 0,83, а во втором, у более производительной,—0,74.
Современные доменные печи СССР при выплавке передельного мартеновского чугуна из богатой и хорошо подготовленной шихты работают с КИПО, равным 0,54—0,85, в среднем 0,75 (1960 г.)1.
Другим важным показателем работы доменных печей служит расход кокса на 1 т выплавляемого чугуна. Теоретический расход кокса на 1 т мартеновского чугуна не должен превышать 0,6— 0,65 т. Однако практический его расход составляет 0,8—0,9 т и в редких случаях — I т. Одним из важнейших мероприятий по снижению расхода кокса является уменьшение его зольности и содержания серы. Объясняется это тем, что повышенная зольность и сернистость кокса вынуждают вводить в состав шихты большое количество флюса — известняка, а это приводит к образованию большего количества шлака, что в свою очередь увеличивает расход топлива.
Для экономии кокса очень важно не снижать температуры нагрева дутья. Например, понижение температуры дутья только на 10° (в пределах 500—700°) увеличивает расход кокса на 10—12 кг на 1 т чугуна. Поэтому в настоящее время стремятся держать дутье с температурой 800—900° и даже 1000°. На повышении производительности доменных печей весьма положительно сказывается применение повышенного давления газа под колошником (до 2,5 am).
В доменном производстве весьма велик также расход воздуха воды (для охлаждения) и огнеупорных материалов. На 1 т выплавляемого чугуна расходуется приблизительно 2,9—3,8 т воздуха и 19—25 т воды; на футеровку 1 м3 полезного объема печи расходуется около 2 т огнеупорных материалов. Современная доменная печь, выплавляющая в среднем 3000 м в сутки, требует для своего сооружения (без вспомогательных устройств) до 3500 т огнеупоров и до 3500 т стальных конструкций и литья.
Важным мероприятием для дальнейшей интенсификации доменного процесса является применение увлажненного воздуха и воздуха, обогащенного кислородом. Опытом установлено, что применение дутья повышенной (но постоянной) влажности (так называемого паровоздушного дутья) способствует увеличению выплавки чугуна в среднем на 10%. Использование дутья, обогащенного кислородом, повышает температуру в зоне горения доменной печи, уменьшает содержание азота в газах и увеличивает концентрацию окиси углерода.
Увеличение содержания кислорода в дутье всего на 4% приводит к увеличению выплавки чугуна на 15%. При значительном увеличении кислорода в дутье происходит сильное повышение температуры в печи, что нарушает процесс плавки. Если же в состав дутья ввести природный газ, то нарушения плавки не происходит. При этом резко меняется состав доменного газа. В нем, помимо окиси углерода, содержится значительное количество водорода. После перевода конверсионным методом окиси углерода в углекислый газ, с последующим его отделением, полученный газ можно использовать для синтеза аммиака. Углекислый газ начинает использоваться для получения таких удобрений, как мочевина и карбонат аммония.
Таким образом, использование кислорода в доменном процессе решает проблему использования доменного газа, который становится ценным химическим сырьем. Строительство комбинатов, состоящих из металлургических и химических предприятий, является одной из центральных задач современной металлургии. Эта задача в настоящее время успешно решается.