Ферросплавы : теория и технология

МИНИСТЕРСТВО ОБРА ЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

№ 2407

Кафедра экстракции и рециклинга черных металлов

В.Я. Дашевский

Ферросплавы

Теория и технология

Учебное пособие

Допущено учебно-методическим объединением по образованию 
в области металлургии в качестве учебного пособия для 
студентов высших учебных заведений, обучающихся по 
направлению 150400 – Металлургия

Москва  2014 

УДК 669.168
 
Д20

Р е ц е н з е н т
канд. техн. наук Г.И. Котельникова

Дашевский В.Я.
Д20  
Ферросплавы : теория и технология : учеб. пособие / В.Я. Дашевский. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2014. – 362 с.
ISBN 978-5-87623-806-1

Изложены физико-химические основы высокотемпературных процессов получения ферросплавов кремнистой, марганцевой и хромистых групп, 
сплавов вольфрама, молибдена, ванадия, титана, щелочноземельных и редкоземельных металлов, ниобия, циркония, алюминия, бора, никеля, кобальта, 
фосфора, селена и теллура, железоуглеродистых сплавов углеродо-, силико- и 
алюминотермическими методами. Рассмотрены технологии промышленного 
производства этих групп ферросплавов, характеристики шихтовых материалов, технологические параметры процессов выплавки. Описаны технологии 
выплавки электрокорунда и электроплавленных флюсов. Приведено описание 
ферросплавных печей. Рассмотрены конструкция и технология изготовления 
самообжигающихся электродов.
Задача пособия состоит в формировании у студентов представлений о теории и современных технологиях производства ферросплавов.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 
«Металлургия черных металлов», «Металлургия техногенных и вторичных 
ресурсов» и «Металлургия цветных металлов».

УДК 669.168

ISBN 978-5-87623-806-1
 В.Я. Дашевский, 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ....................................................................................................8
Глава 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРРОСПЛАВНЫХ ПРОЦЕССОВ ......12
1.1. Ведущие элементы ферросплавов ................................................ 12
1.2. Общие требования к качеству ферросплавов  ............................. 14
1.3. Классификация ферросплавных процессов
по виду применяемых восстановителей .............................................. 15
1.4. Классификация ферросплавных процессов
по виду агрегата...................................................................................... 18
1.5. Классификация ферросплавных процессов
по технологическим признакам ............................................................ 19
Глава 2. КРЕМНИЙ И КАРБИД КРЕМНИЯ ........................................22
2.1. Свойства кремния, углерода и их соединений ............................ 22
2.2. Теоретические основы восстановления кремния углеродом ..... 27
2.3. Сортамент кристаллического кремния и качество шихтовых 
материалов .............................................................................................. 27
2.4. Технология выплавки кристаллического кремния ...................... 30
2.5. Технология производства карбида кремния ................................ 35
Глава 3. ФЕРРОСИЛИЦИЙ ...................................................................38
3.1. Свойства соединений кремния ...................................................... 38
3.2. Теоретические основы восстановления кремния углеродом 
при получении ферросилиция .............................................................. 40
3.3. Электрические характеристики и геометрические параметры 
ванны электропечей для выплавки ферросилиция ............................ 41
3.4. Технология выплавки и разливки ферросилиция ....................... 42
Глава 4. СПЛАВЫ МАРГАНЦА ............................................................53
4.1. Свойства марганца и его соединений ........................................... 54
4.2. Минералы, руды и концентраты марганца ................................... 62
4.3. Дефосфорация марганцевых концентратов 
и марганецсодержащих продуктов....................................................... 63
4.4. Технология сушки и окускования марганцевых концентратов  ...67
4.5. Технология выплавки высокоуглеродистого ферромарганца .... 69
4.6. Технология выплавки ферросиликомарганца .............................. 76
4.7. Технология выплавки металлического марганца, низко- и 
среднеуглеродистого ферромарганца  ................................................. 78
4.8. Технология получения азотированного марганца и 
силикомарганца ...................................................................................... 86

Глава 5. СПЛАВЫ ХРОМА ...................................................................89
5.1. Свойства хрома и его соединений ................................................. 89
5.2. Минералы и руды хрома................................................................. 95
5.3. Технология получения высокоуглеродистого феррохрома ........ 98
5.4. Технология получения ферросиликохрома ................................ 102
5.5. Технология получения низкоуглеродистого феррохрома ......... 105
5.6. Вакуумные процессы обезуглероживания и дегазации 
феррохрома ............................................................................................111
5.7. Кислородно-конвертерный и силикотермический способы 
получения среднеуглеродистого феррохрома ....................................112
5.8. Алюминотермический способ получения металлического 
хрома и феррохрома ..............................................................................114
5.9. Технология получения азотированного феррохрома ................ 120
Глава 6. ФЕРРОВОЛЬФРАМ ...............................................................121
6.1. Свойства вольфрама и его соединений ...................................... 121
6.2. Минералы, руды и концентраты вольфрама .............................. 124
6.3. Технология получения ферровольфрама 
углеродосиликотермическим способом ............................................ 126
6.4. Технология получения ферровольфрама 
алюминотермическим способом ........................................................ 130
Глава 7. ФЕРРОМОЛИБДЕН ...............................................................132
7.1. Свойства молибдена и его соединений ...................................... 132
7.2. Минералы, руды и концентраты молибдена .............................. 137
7.3. Окислительный обжиг молибденового концентрата ................ 138
7.4. Технология получения ферромолибдена внепечным 
силикоалюмотермическим способом ................................................ 140
Глава 8. ФЕРРОВАНАДИЙ ..................................................................144
8.1. Свойства ванадия и его соединений ........................................... 144
8.2. Минералы, руды и концентраты ванадия ................................... 149
8.3. Технология металлургического передела 
ванадийсодержащих концентратов .................................................... 150
8.4. Технология химического передела ванадийсодержащих 
шлаков .................................................................................................... 153
8.5. Термодинамика реакций восстановления ванадия из оксидов ...155
8.6. Технология получения феррованадия 
силикоалюминотермическим способом ............................................ 155
8.7. Технология получения феррованадия алюминотермическим 
способом ................................................................................................ 158
8.8. Технология получения ферросиликованадия ............................ 159

8.9. Технология получения азотированного феррованадия ............ 160
Глава 9. ФЕРРОТИТАН ........................................................................161
9.1. Свойства титана и его соединений ............................................. 161
9.2. Минералы, руды и концентраты титана ..................................... 168
9.3. Термодинамика реакций восстановления титана ...................... 168
9.4. Окислительный обжиг титановых концентратов ...................... 170
9.5. Технология диспергирования алюминия ................................... 171
9.6. Технология получения ферротитана алюминотермическим 
способом ................................................................................................ 171
9.7. Технология получения металлического титана 
магниетермическим способом ............................................................ 175
Глава 10. ФЕРРОСПЛАВЫ СО ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫМИ 
МЕТАЛЛАМИ .......................................................................................181
10.1. Карбид кальция и силикокальций ............................................. 181
10.1.1. Свойства кальция и его соединений .................................. 182
10.1.2. Технология выплавки карбида кальция ............................ 186
10.1.3. Технология выплавки силикокальция ............................... 189
10.2. Ферросиликобарий и алюминобарий ....................................... 195
10.2.1. Свойства бария и его соединений ...................................... 195
10.2.2. Технология выплавки ферросиликобария ........................ 201
10.2.3. Технология выплавки алюминобария  .............................. 202
10.3. Ферросиликостронций ............................................................... 203
10.3.1. Свойства стронция и его соединений ................................ 203
10.3.2. Минералы и руды стронция  .............................................. 206
10.3.3. Технология выплавки ферросиликостронция  ................. 207
10.4. Ферросиликомагний ................................................................... 208
10.4.1. Свойства магния и его соединений ................................... 208
10.4.2. Минералы и руды магния ....................................................211
10.4.3. Технология получения магния и магниевых ферросплавов  ...211
10.5. Бериллий ...................................................................................... 213
10.5.1. Свойства бериллия и его соединений ................................ 213
10.5.2. Минералы и руды бериллия ............................................... 214
10.5.3. Технология получения бериллия ....................................... 214
Глава 11. ФЕРРОНИОБИЙ ...................................................................216
11.1. Свойства ниобия и его соединений ........................................... 216
11.2. Минералы и руды ниобия........................................................... 221
11.3. Термодинамика реакций восстановления ниобия ................... 222
11.4. Технология получения феррониобия 

алюминотермическим способом ........................................................ 223
Глава 12. ФЕРРОСИЛИКОЦИРКОНИЙ 
И ФЕРРОАЛЮМИНОЦИРКОНИЙ ....................................................227
12.1. Свойства циркония и его соединений ....................................... 227
12.2. Минералы, руды и концентраты циркония .............................. 231
12.3. Термодинамика реакций восстановления циркония ............... 232
12.4. Технология получения ферросиликоциркония 
алюминотермическим способом ........................................................ 232
12.5. Технология получения ферроалюминоциркония 
алюминотермическим способом ........................................................ 235
Глава 13. ФЕРРОАЛЮМИНИЙ И СИЛИКОАЛЮМИНИЙ ............237
13.1. Свойства алюминия и его соединений ..................................... 237
13.2. Минералы и руды алюминия ..................................................... 242
13.3. Технология производства ферроалюминия ............................. 243
13.4. Технология производства силикоалюминия ............................ 244
Глава 14. ФЕРРОБОР И КАРБИД БОРА ............................................249
14.1. Свойства бора и его соединений ............................................... 249
14.2. Минералы и руды бора ............................................................... 252
14.3. Термодинамика реакций восстановления бора ....................... 253
14.4. Технология получения ферробора  ........................................... 253
14.5. Технология получения карбида бора ........................................ 257
Глава 15. ФЕРРОСПЛАВЫ С РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ 
МЕТАЛЛАМИ .......................................................................................261
15.1. Свойства редкоземельных металлов и их соединений  .......... 261
15.2. Минералы, руды и концентраты редкоземельных металлов.....267
15.3. Технология получения ферросплавов с редкоземельными 
металлами .............................................................................................. 268
Глава 16. ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ ..............................271
16.1. Свойства железа и его соединений ........................................... 271
16.2. Восстановление железа углеродом и газами ........................... 274
16.3. Электротермия чугуна ................................................................ 276
Глава 17. ФЕРРОНИКЕЛЬ ...................................................................279
17.1. Свойства никеля и его соединений ........................................... 279
17.2. Минералы и руды никеля ........................................................... 285
17.3. Технология получения и рафинирования ферроникеля ......... 286
Глава 18. КОБАЛЬТ ..............................................................................291
18.1. Свойства кобальта и его соединений ........................................ 291
18.2. Минералы и руды кобальта ........................................................ 294

18.3. Технология получения кобальта ................................................ 295
Глава 19. ФЕРРОФОСФОР ..................................................................299
19.1. Свойства фосфора и его соединений ........................................ 299
19.2. Минералы и руды фосфора  ....................................................... 302
19.3. Термодинамика реакций восстановления фосфора  ............... 303
19.4. Подготовка фосфоритов к электроплавке ................................ 304
19.5. Электропечи для восстановления фосфора ............................. 305
19.6. Электротермия фосфора ............................................................ 306
Глава 20. ФЕРРОСЕЛЕН И ФЕРРОТЕЛЛУР .....................................308
20.1. Свойства селена, теллура и их соединений ............................. 308
20.2. Селен- и теллурсодержащие руды  ........................................... 310
20.3. Легирование стали селеном и теллуром ...................................311
Глава 21. ЭЛЕКТРОКОРУНД ..............................................................313
21.1. Свойства корунда ........................................................................ 313
21.2. Технология электрокорунда ....................................................... 314
21.3. Технология нормального электрокорунда ................................ 315
Глава 22. ЭЛЕКТРОПЛАВЛЕННЫЕ ФЛЮСЫ ..................................321
22.1. Требования к флюсам и способы их получения ...................... 321
22.2. Электроплавка флюсов ............................................................... 322
22.3. Поведение примесей при электроплавке флюсов ................... 324
Глава 23. ФЕРРОСПЛАВНЫЕ ПЕЧИ .................................................327
23.1. Рудно-термические электрические печи .................................. 329
23.1.1. Ванна рудно-термической печи .......................................... 335
23.1.2. Механизм вращения ванны рудно-термической печи ..... 336
23.1.3. Свод рудно-термической печи ............................................ 338
23.1.4. Обеспечение печей шихтой ................................................ 339
23.2. Рафинировочные электрические печи ...................................... 345
Глава 24. САМООБЖИГАЮЩИЕСЯ ЭЛЕКТРОДЫ ........................350
24.1. Конструкция самообжигающихся электродов......................... 350
24.2. Электродная масса ...................................................................... 352
24.3. Технология производства электродной массы ........................ 356
24.4. Процессы, происходящие при обжиге электродной массы ... 358
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ..................................................361

ВВЕДЕНИЕ

Ферросплавы – сплавы железа с одним или несколькими элементами, 
получаемыми преимущественно извлечением металлов из руд, концентратов, технически чистых оксидов. Ферросплавы используются, в основном, 
в сталеплавильном производстве, при производстве высоколегированных 
сплавов и чугунов. Использование ферросплавов с целью раскисления и 
легирования жидкой сталеплавильной ванны повышает комплекс физикомеханических свойств и функциональные характеристики металлопродукции. Некоторые виды ферросплавов применяются в цветной металлургии, 
химической промышленности и других отраслях. 
Ферросплавное производство – составная часть горно-металлургического комплекса, поскольку сущностью и главной задачей ферросплавной промышленности является первичное извлечение (восстановление) металлов из природных минеральных образований, добываемых 
из недр. Руды имеют в своем составе нерудные минералы, пустую породу. Поэтому руду в большинстве случаев подвергают обогащению 
одним или последовательно несколькими способами (гравитационным, магнитным, электрическим, флотационным, реже – химическим) 
с получением концентратов, в которых содержание ведущего металла 
существенно выше по сравнению с исходной рудой. Использование 
концентратов, а не исходной руды, позволяет получать ферросплавы 
с бóльшим содержанием ведущего элемента, с меньшим содержанием 
примесных элементов (фосфора, серы, цветных металлов), уменьшить 
количество шлака и отходящих газов и, что следует особо отметить, существенно снизить удельный расход электроэнергии.
В историческом аспекте начало производства и использование ферросплавов относится к концу ХІХ в., когда в доменных печах была освоена 
выплавка углеродистого ферромарганца и бедного ферросилиция. Ферросплавы с высоким содержанием металлов, имеющих большее химическое сродство к кислороду, чем железо, а также ферросплавы с низким 
содержанием углерода или содержащие тугоплавкие металлы доменным 
способом получить невозможно. Производство ферросплавов всей гаммы трудновосстановимых элементов и с низким содержанием углерода 
успешно освоено в ХХ в. в дуговых электрических печах. 
Производство ферросплавов в России впервые было организовано 
за несколько лет до начала Первой мировой войны. На порогах уральской реки Сатки был построен небольшой электрометаллургический 

завод, где в двух маленьких однофазных печах мощностью 280 кВт 
выплавляли ферросилиций с 30...40% кремния и высокоуглеродистый 
феррохром. Впоследствии от выплавки феррохрома отказались, и обе 
печи работали на производство ферросилиция. Производительность 
этих печей составляла около 500 т 45%-го ферросилиция в год.
Создание в СССР в 30-х годах и последующие периоды развития народного хозяйства электроэнергетической и минерально-сырьевой базы 
явилось предпосылкой освоения и развития производства ферросплавов практических всей видовой и марочной структуры. Ферросплавная 
промышленность СССР была представлена десятью ферросплавными заводами. В 1931 г. вошел в строй Челябинский электрометаллургический комбинат, а в 1933 г. – Запорожский и Зестафонский ферросплавные заводы. В годы Великой Отечественной войны были пущены 
Ключевской (1941 г.), Кузнецкий (1942 г.) и Актю бинский (1943 г.) ферросплавные заводы. В последующие годы вошли в строй действующих 
Серовский (1958 г.), Стахановский (1962 г.), Никопольский (1966 г.) и 
Ермаковский (1968 г.) ферросплавные заводы. Суммарный объем производства ферросплавов в СССР в 1990 г. составил около 5 млн т.
Потребление ферросплавов и, следовательно, их производство напрямую зависят от количества выплавляемой стали: в среднем объем 
производства ферросплавов составляет 2,3...2,5% от объема выплавки 
стали. Постоянно увеличивающийся выпуск стали в мире сопровождается ростом выплавки ферросплавов. 
Ферросплавное производство России представлено Челябинским 
электрометаллургическим комбинатом (ОАО «ЧЭМК») с установленной 
мощностью трансформаторов 575 МВА, ОАО «Кузнецкие ферросплавы» (285 МВА), ОАО «Серовский завод ферро-сплавов» (144 МВА), 
ОАО «Ключевской завод ферросплавов» (25 МВА), ОАО «Саткинский 
чугунолитейный завод», ОАО «Ванадий-Тулачермет». Кроме перечисленных заводов ферросплавы выплавляют также в цехах, входящих в 
составы интегрированных металлургических комбинатов и заводов: 
ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат», ОАО «Чусовской 
металлургический завод», ОАО «Орско-Халиловский металлургический 
комбинат», ОАО «Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение», ОАО «Косогорский металлургический завод». В эксплуатации находятся 85 рудно-термических электропечей. Суммарная 
номинальная мощность трансформаторов ферросплавных предприятий 
Российской Федерации составляет 1029 МВА. Производственные мощ

ности этих предприятий могут обеспечить выпуск товарных и передельных ферросплавов в объеме около 2 млн т.
Ферросплавная промышленность России производит ферросплавы 
широкой видовой структуры и различного марочного состава, которые характеризуются высокой конкурентоспособностью: ферросилиций, ферромарганец, ферросиликомарганец, феррохром, ферросиликохром, кристаллический кремний, ферровольфрам, ферромолибден, 
феррованадий, ферротитан, ферробор, ферросиликоцирконий, металлический хром и ряд лигатур и модификаторов. 
Суммарная номинальная мощность трансформаторов трех ферросплавных заводов Украины составляет 1687 МВА, в том числе: Никопольского (ОАО «НЗФ») 1000 МВА, Запорожского (ОАО «ЗФЗ») 
467 МВА и Стахановского (ОАО «СФЗ») 220 МВА. Наряду с ферросплавными заводами, традиционно производящими ферросплавы в 
Украине, выплавка ферросилиция освоена в электропечи мощностью 
16,5 МВА Запорожского алюминиевого комбината (ОАО «ЗАлК»), 
ферроникеля (20% Ni) – в двух электропечах ферросплавного типа 
единичной мощностью 48 МВА Побужского ферроникелевого комбината (ОАО «ПФНК»), высокоуглеродистого ферромарганца в доменных печах. Ферросплавные заводы Украины специализируются 
по производству ферросиликомарганца, ферромарганца, металлического марганца, ферросилиция, ферроникеля, силикоалюминия, кристаллического кремния, ферробора, ферротитана. Украина располагает также электропечными мощностями по производству карбида 
кремния (SiC), карбида бора (В4С), нитрида бора (BN), нормального 
электрокорунда, высокопроцентного ферробора.
Ферросплавная промышленность Казахстана представлена заводами 
ферросплавов: ОАО «Аксуский завод ферросплавов», ОАО «Феррохром» 
и ОАО «Тимертау». Суммарная номинальная мощность трансформаторов составляет 1144 МВА, в том числе на Аксуском (Ермаковском) заводе 
802 МВА, ОАО «Феррохром» (Актюбинский завод) 198 МВА, ОАО «Тимертау» 144 МВА. Ферросплавные заводы Казахстана ориентированы на 
выпуск ферросилиция и феррохрома, поскольку страна располагает одним 
из крупнейших в мире месторождений руд хрома (хромитов). В последние 
годы на Аксуском заводе освоена выплавка ферросиликомарганца с использованием марганцевых руд месторождений Казахстана.
Ферросплавная промышленность Грузии представлена ОАО «Зестафонский завод ферросплавов». Суммарная номинальная мощность