Хотя основным назначением доменной печи является получение первичного металла, её технология и конструкция в равной мере адаптированы к получению полиметаллических лигатур, шлаковых расплавов и горючих газов, которые в настоящее время квалифицируются преимущественно как побочная продукция. Однако при иной постановке задач побочным продуктом может стать и чугун.
В настоящее время значительная доля чугуна производится из комплексных полиметаллических руд, содержащих титан, хром, ванадий, медь, мышьяк, редкоземельные металлы. Доля этих руд будет в дальнейшем только возрастать. Количество примесей до сих пор в чугуне практически неконтролируемо. Перевод плавки комплексных руд в русло управляемого процесса потребует иной постановки вопроса. Прежде всего необходима переориентация доменной плавки на максимально полное извлечение основных примесей через получение полиметаллических лигатур или перевод примесных элементов в шлак с последующей его переработкой.
Уже сегодня доказана возможность получения в доменной печи наряду с чугуном титанистых шлаков с последующей переработкой их в титановом производстве. Исследованиями уральских и казахских специалистов показана возможность получения в доменной печи глиноземистых шлаков с последующим использованием их для производства глинозема. Перечень аналогичных технологий может быть продолжен.
Еще один побочный продукт – это доменный шлак. Он не содержит извлекаемых компонентов и экологически безопасен. Его выход составляет более 150 млн. т в год. Однако существующие технологии переработки позволяют утверждать, что доменный шлак - это не отход, а промышленное сырье, которое в индустриально развитых странах используется практически полностью. Его наиболее крупными потребителями являются цементная промышленность (в Японии - 70% доменного шлака, в Германии - 55%) и дорожное строительство (в Японии - 20%, в Германии - 40%). Применение шлака при производстве цемента дает дополнительный ресурсо-экологический эффект, так как снижает энергозатраты на 40% и уменьшает выбросы CO2.
Основу шлака составляют CaO и SiO2. При кристаллизации расплава образуется двухкальциевый силикат 2CaO*SiO2, который при охлаждении претерпевает полиморфное превращение, сопровождающееся увеличением объема. Это вызывает саморассыпаемость шлака. Предотвращение саморассыпаемости достигается увеличением скорости охлаждения расплава при его грануляции, например распылением в воду.
Гранулированный шлак имеет много преимуществ, и его производство непрерывно увеличивается (в странах ЕС гранулируют 70% шлака). При определенных составах и большой скорости охлаждения шлак затвердевает без кристаллизации и приобретает стекловидную аморфную структуру. Из шлака делают отливки (каменное литье), производят техническое стекло и стекловату. Что и вызвало последние годы интерес стекольных заводов к использованию доменных шлаков, что, очевидно, связано с достаточно высокими ценами на основное минеральное сырье, применяемое в производстве стекла.
Большое содержание железа так же и в сталеплавильных шлаках (до 20%) затрудняет их использование в цементной промышленности. Основное применение - изготовление щебня для дорог. Шлак надо стабилизировать, чтобы связать избыток CaO и перевести железо в трехвалентное состояние. Который повышает химическую стойкость и уменьшает выщелачивание.
Шлаки с высоким содержанием фосфора и CaO используют как удобрение и при известковании почв. Но при большом содержании железа это неэффективно, и часть шлака подвергают вторичной металлургической переработке (в Японии и Германии до 20%).
В комплексе металлургического предприятия доменная печь является так же энергетическим агрегатом, снабжающим другие переделы доменным газом. Эта функция иногда может доминировать даже в существующих условиях, а в перспективе может стать не менее важной, чем производство чугуна.
Доменная печь – один из наиболее совершенных газификаторов кускового топлива. Она может быть настроена на получение горячих восстановительных газов для вдувания в другие печи, но может работать в режиме генерации отопительного газа для энергетических нужд.
К примеру, Новолипецкий металлургический комбинат заключил контракт на строительство новой ТЭЦ мощностью 150 МВт, что позволит НЛМК повысить уровень его самообеспечения электроэнергией до 66%. При этом для выработки электроэнергии будет использоваться доменный газ.
Очищенный доменный газ используют как топливо для воздухонагревателей доменной печи, коксовых батарей и паровых котлов; в смеси с коксовальным газом он идет для отопления мартеновских и нагревательных печей. Традиционно доменный газ используется в самом доменном цехе для обогрева воздухонагревателей и для нагрева слитков в обжимном цехе. При сжигании 1 т кокса получается около 4000 нм3 газа.
Таким образом, доменная печь, являясь многоцелевым агрегатом, легко может быть перестроена на технологию, в которой доминирует одна из его основных функций – получение первичного металла, шлака заданного состава, газа требуемых параметров путем газификации твердого топлива.
Наряду с доменной печью существуют и другие интересные технологии, к примеру – «Ромелт».