Ферросплавы: теория и технология

В. Я. Дашевский 
  ФЕРРОСПЛАВЫ:  
ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ 
Москва 
Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 
1 

УДК 669.168 
ББК 34.326 
Д21 
Посвящается памяти отца автора, Дашевского Якова Вениаминовича – 
одного из создателей отечественной промышленности ферросплавов 
Дашевский, В. Я. 
Д21 
Ферросплавы: теория и технология / В. Я. Дашевский. – Москва ; Вологда : 
Инфра-Инженерия, 2021. – 288 с. : ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-0566-9 
Изложены физико-химические основы высокотемпературных процессов получения 
ферросплавов кремнистой, марганцевой и хромистых групп, сплавов молибдена, ванадия, 
титана, щелочноземельных и редкоземельных металлов, ниобия, циркония, алюминия, бора, никеля, кобальта, фосфора, селена и теллура, железоуглеродистых сплавов. 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. 
Для специалистов в области металлургии, аспирантов и преподавателей. Может быть 
полезно студентам старших курсов направления подготовки «Металлургия».  
УДК 669.168 
ББК 34.326 
ISBN 978-5-9729-0566-9 
” Дашевский В. Я., 2021 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................................ 8 
 
ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРРОСПЛАВНЫХ ПРОЦЕССОВ ...................................... 10 
1.1. Ведущие элементы ферросплавов 
.................................................................................... 10 
1.2. Общие требования к качеству ферросплавов 
.................................................................. 12 
1.3. Классификация ферросплавных процессов по виду применяемых  
восстановителей 
................................................................................................................. 12 
1.4. Классификация ферросплавных процессов по виду используемого агрегата 
............. 14 
1.5. Классификация ферросплавных процессов по технологическим признакам 
.............. 15 
 
ГЛАВА 2. КРЕМНИЙ И КАРБИД КРЕМНИЯ 
............................................................................. 17 
2.1. Свойства кремния, углерода и их соединений 
................................................................ 17 
2.2. Теоретические основы восстановления кремния углеродом ........................................ 21 
2.3. Сортамент кристаллического кремния и качество шихтовых материалов 
.................. 22 
2.4. Технология выплавки кристаллического кремния ......................................................... 24 
2.5. Технология производства карбида кремния ................................................................... 27 
 
ГЛАВА 3. ФЕРРОСИЛИЦИЙ ........................................................................................................ 30 
3.1. Свойства соединений кремния ......................................................................................... 30 
3.2. Теоретические основы восстановления кремния углеродом при получении  
ферросилиция 
..................................................................................................................... 32 
3.3. Электрические характеристики и геометрические параметры ванны  
электропечей для выплавки ферросилиция 
..................................................................... 32 
3.4. Технология выплавки и разливки ферросилиция ........................................................... 33 
 
ГЛАВА 4. СПЛАВЫ МАРГАНЦА ................................................................................................ 41 
4.1. Свойства марганца и его соединений .............................................................................. 42 
4.2. Минералы, руды и концентраты марганца 
...................................................................... 48 
4.3. Дефосфорация марганцевых концентратов и марганецсодержащих продуктов 
......... 49 
4.4. Технология сушки и окускования марганцевых концентратов .................................... 51 
4.5. Технология выплавки высокоуглеродистого ферромарганца 
....................................... 53 
4.6. Технология выплавки ферросиликомарганца ................................................................. 58 
4.7. Технология выплавки металлического марганца, низко- и среднеуглеродистого  
ферромарганца ................................................................................................................... 60 
4.8. Технология получения азотированного марганца и силикомарганца .......................... 66 
 
ГЛАВА 5. СПЛАВЫ ХРОМА ........................................................................................................ 69 
5.1. Свойства хрома и его соединений 
.................................................................................... 69 
3 
 

5.2. Минералы и руды хрома ................................................................................................... 75 
5.3. Технология выплавки высокоуглеродистого феррохрома ............................................ 76 
5.4. Технология выплавки ферросиликохрома ...................................................................... 79 
5.5. Технология выплавки низкоуглеродистого феррохрома 
............................................... 81 
5.6. Вакуумные процессы обезуглероживания и дегазации феррохрома ........................... 85 
5.7. Кислородно-конвертерный и силикотермический способы выплавки  
среднеуглеродистого феррохрома ................................................................................... 86 
5.8. Алюминотермический способ получения хрома и феррохрома ................................... 88 
5.9. Технология получения азотированного феррохрома ..................................................... 92 
 
ГЛАВА 6. ФЕРРОВОЛЬФРАМ 
...................................................................................................... 94 
6.1. Свойства вольфрама и его соединений 
............................................................................ 94 
6.2. Минералы, руды и концентраты вольфрама ................................................................... 97 
6.3. Технология получения ферровольфрама углеродосиликотермическим  
способом ............................................................................................................................. 98 
6.4. Технология получения ферровольфрама алюминотермическим способом 
............... 101 
 
ГЛАВА 7. ФЕРРОМОЛИБДЕН 
.................................................................................................... 102 
7.1. Свойства молибдена и его соединений 
.......................................................................... 102 
7.2. Минералы, руды и концентраты молибдена ................................................................. 106 
7.3. Окислительный обжиг молибденитового концентрата................................................ 107 
7.4. Технология получения ферромолибдена внепечным  
силикоалюмотермическим способом............................................................................. 108 
 
ГЛАВА 8. ФЕРРОВАНАДИЙ ...................................................................................................... 112 
8.1. Свойства ванадия и его соединений .............................................................................. 113 
8.2. Минералы, руды и концентраты ванадия 
...................................................................... 116 
8.3. Технология металлургического передела ванадийсодержащих концентратов ......... 117 
8.4. Технология химического передела ванадийсодержащих шлаков .............................. 119 
8.5. Термодинамика реакций восстановления ванадия из оксидов ................................... 120 
8.6. Технология получения феррованадия силикоалюминотермическим способом ....... 122 
8.7. Технология получения феррованадия алюминотермическим способом ................... 123 
8.8. Технология получения ферросиликованадия 
................................................................ 125 
8.9. Технология получения азотированного феррованадия 
................................................ 125 
 
ГЛАВА 9. ФЕРРОТИТАН 
............................................................................................................. 126 
9.1. Свойства титана и его соединений 
................................................................................. 126 
9.2. Минералы, руды и концентраты титана ........................................................................ 131 
9.3. Термодинамика реакций восстановления титана ......................................................... 132 
9.4. Окислительный обжиг титановых концентратов ......................................................... 133 
4 
 

9.5. Технология диспергирования алюминия 
....................................................................... 134 
9.6. Технология получения ферротитана алюминотермическим способом 
...................... 134 
9.7. Технология получения металлического титана магниетермическим способом ....... 138 
 
ГЛАВА 10. ФЕРРОСПЛАВЫ СО ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ.................... 142 
10.1. Карбид кальция и силикокальций ................................................................................ 142 
10.1.1. Свойства кальция и его соединений 
..................................................................... 142 
10.1.2. Технология выплавки карбида кальция ............................................................... 146 
10.1.3. Технология выплавки силикокальция 
.................................................................. 149 
10.2. Ферросиликобарий и алюминобарий 
........................................................................... 152 
10.2.1. Свойства бария и его соединений ........................................................................ 154 
10.2.2. Технология выплавки ферросиликобария ........................................................... 159 
10.2.3. Технология выплавки алюминобария .................................................................. 159 
10.3. Ферросиликостронций................................................................................................... 160 
10.3.1. Свойства стронция и его соединений .................................................................. 160 
10.3.2. Минералы и руды стронция .................................................................................. 163 
10.3.3. Технология выплавки ферросиликостронция ..................................................... 164 
10.4. Ферросиликомагний ...................................................................................................... 164 
10.4.1. Свойства магния и его соединений ...................................................................... 164 
10.4.2. Минералы и руды магния 
...................................................................................... 167 
10.4.3. Технология получения магния и магниевых ферросплавов .............................. 167 
10.5. Бериллий ......................................................................................................................... 168 
10.5.1. Свойства бериллия и его соединений .................................................................. 168 
10.5.2. Минералы и руды бериллия .................................................................................. 169 
10.5.3. Технология получения бериллия 
.......................................................................... 169 
 
ГЛАВА 11. ФЕРРОНИОБИЙ ....................................................................................................... 171 
11.1. Свойства ниобия и его соединений 
.............................................................................. 171 
11.2. Минералы и руды ниобия ............................................................................................. 176 
11.3. Термодинамика реакций восстановления ниобия ...................................................... 176 
11.4. Технология получения феррониобия алюминотермическим способом 
................... 177 
 
ГЛАВА 12. ФЕРРОСИЛИКОЦИРКОНИЙ И ФЕРРОАЛЮМИНОЦИРКОНИЙ ................... 180 
12.1. Свойства циркония и его соединений 
.......................................................................... 180 
12.2. Минералы, руды и концентраты циркония ................................................................. 184 
12.3. Термодинамика реакций восстановления циркония .................................................. 184 
12.4. Технология получения ферросиликоциркония алюминотермическим 
способом 
......................................................................................................................... 185 
12.5. Технология получения ферроалюминоциркония алюминотермическим  
способом 
......................................................................................................................... 187 
5 
 

ГЛАВА 13. ФЕРРОАЛЮМИНИЙ И  СИЛИКОАЛЮМИНИЙ ................................................ 189 
13.1. Свойства алюминия и его соединений ........................................................................ 189 
13.2. Минералы и руды алюминия ........................................................................................ 193 
13.3. Технология производства ферроалюминия 
................................................................. 193 
13.4. Технология производства силикоалюминия ............................................................... 194 
 
ГЛАВА 14. ФЕРРОБОР И КАРБИД БОРА 
................................................................................. 198 
14.1. Свойства бора и его соединений .................................................................................. 198 
14.2. Минералы и руды бора 
.................................................................................................. 200 
14.3. Термодинамика реакций восстановления бора 
........................................................... 201 
14.4. Технология получения ферробора ............................................................................... 202 
14.5. Технология получения карбида бора ........................................................................... 204 
 
ГЛАВА 15. ФЕРРОСПЛАВЫ С РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ 
.............................. 207 
15.1. Свойства редкоземельных металлов и их соединений 
............................................... 207 
15.2. Минералы, руды и концентраты редкоземельных металлов 
..................................... 212 
15.3. Технология получения ферросплавов с редкоземельными металлами 
.................... 212 
 
ГЛАВА 16. ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ 
................................................................... 215 
16.1. Свойства железа и его соединений .............................................................................. 215 
16.2. Восстановление железа углеродом и газами 
............................................................... 217 
16.3. Электротермия чугуна 
................................................................................................... 219 
 
ГЛАВА 17. ФЕРРОНИКЕЛЬ ........................................................................................................ 222 
17.1. Свойства никеля и его соединений .............................................................................. 222 
17.2. Минералы и руды никеля 
.............................................................................................. 226 
17.3. Технология получения и рафинирования ферроникеля 
............................................. 227 
 
ГЛАВА 18. КОБАЛЬТ ................................................................................................................... 231 
18.1. Свойства кобальта и его соединений 
........................................................................... 231 
18.2. Минералы и руды кобальта .......................................................................................... 234 
18.3. Технология получения кобальта .................................................................................. 235 
 
ГЛАВА 19. ФЕРРОФОСФОР ....................................................................................................... 238 
19.1. Свойства фосфора и его соединений ........................................................................... 238 
19.2. Минералы и руды фосфора 
........................................................................................... 240 
19.3. Термодинамика реакций восстановления фосфора 
.................................................... 241 
19.4. Подготовка фосфоритов к электроплавке ................................................................... 242 
19.5. Электропечи для восстановления фосфора 
................................................................. 243 
19.6. Электротермия фосфора 
................................................................................................ 243 
6 
 

ГЛАВА 20. ФЕРРОСЕЛЕН И ФЕРРОТЕЛЛУР 
.......................................................................... 245 
20.1. Свойства селена, теллура и их соединений 
................................................................. 245 
20.2. Селен- и теллурсодержащие руды ............................................................................... 247 
20.3. Легирование стали селеном и теллуром ...................................................................... 248 
 
ГЛАВА 21. ЭЛЕКТРОКОРУНД 
................................................................................................... 250 
21.1. Свойства корунда 
........................................................................................................... 250 
21.2. Технология электрокорунда ......................................................................................... 250 
21.3. Технология нормального электрокорунда .................................................................. 251 
 
ГЛАВА 22. ЭЛЕКТРОПЛАВЛЕННЫЕ ФЛЮСЫ ...................................................................... 256 
22.1. Требования к флюсам и способы их получения ......................................................... 256 
22.2. Электроплавка флюсов 
.................................................................................................. 257 
22.3. Поведение примесей при электроплавке флюсов 
....................................................... 258 
 
ГЛАВА 23. ФЕРРОСПЛАВНЫЕ ПЕЧИ 
...................................................................................... 261 
23.1. Рудно-термические электрические печи ..................................................................... 263 
23.1.1. Ванна рудно-термической печи 
............................................................................ 266 
23.1.2. Механизм вращения ванны рудно-термической печи 
........................................ 267 
23.1.3. Свод рудно-термической печи 
.............................................................................. 268 
23.1.4. Обеспечение печей шихтой 
................................................................................... 269 
23.2. Рафинировочные электрические печи ......................................................................... 273 
 
ГЛАВА 24. САМООБЖИГАЮЩИЕСЯ ЭЛЕКТРОДЫ ............................................................ 277 
24.1. Конструкция самообжигающихся электродов 
............................................................ 277 
24.2. Электродная масса ......................................................................................................... 279 
24.3. Технология производства электродной массы 
............................................................ 282 
24.4. Процессы, происходящие при обжиге электродной массы 
....................................... 283 
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .......................................................................................... 286 
 
 
7 
 

ВВЕДЕНИЕ 
Ферросплавы – сплавы железа с одним или несколькими элементами, получаемыми 
преимущественно извлечением металлов из руд, концентратов, технически чистых оксидов. 
Ферросплавы, в основном, используются в сталеплавильном производстве при производстве 
высоколегированных сплавов и чугунов. Использование ферросплавов с целью раскисления 
и легирования жидкой сталеплавильной ванны повышает комплекс физико-механических 
свойств и функциональные характеристики металлопродукции. Некоторые виды ферросплавов применяются в цветной металлургии, химической промышленности и других отраслях.  
Ферросплавное производство является составной частью 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 в сравнении с исходной рудой. Использование концентратов, а не исходной 
руды, позволяет получать ферросплавы с большим 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 ХȱХ века, 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 веке 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 30െ40 % кремния и высокоуглеродистый феррохром. 
Впоследствии от выплавки феррохрома отказались, и обе печи работали на производство 
ферросилиция. Производительность этих печей составляла около 500 т 45%-ного 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 Актюбинский (1943 г.) ферросплав8 
 

ные 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. Постоянно увеличивающийся выпуск стали в мире сопровождается ростом выплавки ферросплавов.  
Ферросплавное производство России представлено Челябинским электрометаллургическим комбинатом (ОАО «ЧЭМК») с установленной мощностью трансформаторов  
575 МВāА, ОАО «Кузнецкие ферросплавы» (285 МВāА), ОАО «Серовский завод ферросплавов» (144 МВāА), ОАО «Ключевской завод ферросплавов» (25 МВāА), 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» и на ряде других более мелких предприятий. Производственные мощности всех 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 конкурентоспобностью: ферросилиций, ферромарганец, ферросиликомарганец, феррохром, ферросиликохром, кристаллический кремний, ферровольфрам, ферромолибден, феррованадий, ферротитан, ферробор, ферросиликоцирконий, металлический хром и ряд лигатур и модификаторов.  
Для изготовления электродных углеродных масс, угольных и графитированных электродов для дуговых ферросплавных и сталеплавильных электропечей в странах СНГ имеется 
сырьевая база антрацитов, углей, нефти, каменноугольного связующего.  
Решениям проблемных задач в области повышения качественной и ценовой составляющих конкурентоспособности ферросплавов во многом способствует проводимые  
в стране фундаментальные и прикладные исследования в рамках изучения термодинамики 
расплавов жидких ферросплавов и шлаков, структуры и свойств твердых ферросплавов, новых видов минерального сырья и восстановителей, электрических режимов плавки, разработки сквозных инновационных технологий, обеспечивающих высокое качество ферросплавов, снижение удельного расхода электроэнергии и решение природоохранных задач.  
Большой вклад в теорию и практику производства ферросплавов внесли академик 
А. М. Самарин, академик Н. П. Лякишев, академик М. И. Гасик, член-корр. В. С. Емельянов, 
член-корр. В. П. Елютин, член-корр. П. В. Гельд, профессоры, доктора технических наук 
К. П. Григорович, С. И. Хитрик, В. А. Боголюбов, О. А. Есин, С. Т. Ростовцев, Ф. П. Еднерал, 
М. А. Кикелидзе и др. История создания и развития ферросплавного производства неразрывно 
связана с именами бывших директоров ферросплавных заводов Я. В. Дашевского, И. Ф. Красных, В. Н. Гусарова, В. П. Нахабина, Б. Ф. Величко и др.  
9 

ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРРОСПЛАВНЫХ ПРОЦЕССОВ 
1.1. Ведущие элементы ферросплавов 
Значительное число элементов являются основой сплавов, называемых ферросплавами и представляющих собой двухкомпонентные или более сложные композиции соответствующих металлов и неметаллов с железом. Основные компоненты ферросплавов называют 
ведущими элементами. Свойства ферросплавов во многом зависят от физико-химических 
свойств ведущих элементов Степень восстановления и перехода элемента в металл или извлечение ведущего элемента определяет технико-экономическую эффективность и целесообразность применяемой технологии.  
К ведущим относятся элементы: Si, Мn, Сr, W, Мо, V, Тi, Nb, Zr, Ni, Co, Al, Са, B, Ва, 
Sr, Мg, РЗМ, P, Sе, Та, Те. В ферросплавах в больших или меньших количествах присутствуют элементы – примеси1: Р, S, Сu, Sn, Sb, Вi, О, Н, N и др. Сравнительная диаграмма 
распространенности этих элементов в природе представлена на рис. 1.1.  
Выделяют две группы ферросплавов – большие и малые.  
К группе больших ферросплавов (объем производства миллионы тонн) относят: 
кремнистые ферросплавы (ферросилиций всех марок, кристаллический кремний); марганцевые ферросплавы (высоко-, средне- и низкоуглеродистый ферромарганец, товарный и передельный силикомарганец, металлический марганец, азотированный марганец, марганцевые 
лигатуры); хромовые ферросплавы (высоко-, средне- и низкоуглеродистый феррохром, товарный и передельный ферросиликохром, металлический хром, азотированный феррохром, 
лигатуры сложных композиций). 
К группе малых ферросплавов (объем производства десятки и сотни тысяч тонн) относятся: ферровольфрам; ферромолибден; феррованадий; ферротитан и сплавы систем Fе–Si–Тi, 
Тi–Сr–Аl; Тi–Сr–Аl–Fе, Тi–Ni; феррониобий и сплавы систем Ni–Nb, Nb–Тa–Fе; Nb–Та–Мn–
Аl–Si–Тi; Nb–Та–Аl; ферросиликоцирконий и ферроалюминоцирконий; ферроникель и феррокобальт; сплавы с алюминием (силикоалюминий, ферроалюминий, ферросиликоалюминий, сплавы систем Fе–Аl–Мn–Si, Fе–Мn–Аl); сплавы щелочноземельных металлов (силикокальций, силикобарий, силикомагний, силикостронций, комплексные сплавы систем Fе–Si–
Мg–Са; Si–Са–Ва–Fе; Si–Ва–Fе; Si–Ва–Sr и др.); ферробор, ферроборал и лигатуры с бором 
(Ni–В, Сr–В, В–Si–Аl–Тi–Zr); сплавы с редкоземельными металлами (РЗМ) систем РЗМ–Si; 
Се–Si–Fе; РЗМ–Аl–Si; фосфор и феррофосфор; ферроселен и ферротелур.  
Основное количество ферросплавов используют в сталеплавильном производстве для 
легирования и раскисления стали, а также для легирования и модифицирования чугуна и 
сплавов, изготовления сварочных электродов, производства химических соединений, в качестве исходного материала для защитных покрытий на металлических конструкциях и 
устройствах, при обогащении полезных ископаемых. Ферросплавы служат также исходным 
сырьем при получении особочистых веществ (элементов и соединений) и широко используются в качестве восстановителей в металлотермических процессах.  
1 Отнесение перечисленных элементов к примесям условное, так как в ряде ферросплавов – это легирующие 
элементы (феррофосфор, азотированный марганец, азотированный феррохром). 
10