Современные методы и оборудование металлургии и материаловедения : производство марганцевых ферросплавов. Методика расчета компонентов шихты при выплавке марганцевых ферросплавов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

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

 
 

 

 

 
 

 

№ 2456 

Кафедра экстракции и рециклинга черных металлов
 
В.Я. Дашевский 
Л.А. Полулях 

Современные методы
и оборудование металлургии 
и материаловедения 

Производство марганцевых ферросплавов. 
Методика расчета компонентов шихты 
при выплавке марганцевых ферросплавов 

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

Москва 2015 

УДК 669.168 
 
Д21 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук, ст. науч. сотр. А.А. Александров 
(Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН) 

Дашевский В.Я. 
Д21  
Современные методы и оборудование металлургии и материаловедения : производство марганцевых ферросплавов. Методика расчета компонентов шихты при выплавке марганцевых 
ферросплавов : учеб. пособие / В.Я. Дашевский, Л.А. Полулях. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2015. – 89 с. 
ISBN 978-5-87623-865-8 

Марганцевые ферросплавы, получаемые путем восстановления ведущего 
элемента – марганца из руд или концентратов, используются в основном в сталеплавильном производстве, при производстве высоколегированных сплавов и чугунов. Применение марганцевых ферросплавов в целях раскисления и легирования жидкой сталеплавильной ванны повышает комплекс физико-механических 
свойств и функциональные характеристики металлопродукции.  
В пособии изложены теория и технология выплавки и методика расчета 
компонентов шихты при производстве высокоуглеродистого ферромарганца, 
ферросиликомарганца, средне- и низкоуглеродистого ферромарганца, металлического марганца. Задача пособия состоит в формировании у студентов 
навыков проведения инженерных расчетов, в частности расчетов шихты при 
выплавке марганцевых ферросплавов. 
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 
«Металлургия», профили «Рециклинг», «Экстракция». 

УДК 669.168 

 
ISBN 978-5-87623-865-8 
© В.Я. Дашевский, 
Л.А. Полулях, 2015 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение...................................................................................................4 
1. Марганцеворудная база России..........................................................5 
2. Стандарты на марганцевые ферросплавы .......................................11 
3. Высокоуглеродистый ферромарганец .............................................14 
3.1. Флюсовый способ......................................................................15 
3.2. Бесфлюсовый способ ................................................................27 
4. Ферросиликомарганец.......................................................................39 
4.1. Ферросиликомарганец МнС17(РБ) (товарный 
и передельный) .................................................................................40 
4.2. Передельный силикомарганец МнС25(РБ).............................50 
5. Рафинированные марганцевые ферросплавы .................................61 
5.1. Среднеуглеродистый ферромарганец......................................61 
5.2. Низкоуглеродистый ферромарганец........................................70 
5.3. Металлический марганец..........................................................78 
Заключение.............................................................................................87 
Библиографический список..................................................................88 
 
 

 

 

 

 

Введение 

Металлический марганец был получен в 1774 г. шведским ученым 
Ю. Ганном. Содержание марганца в земной коре составляет 0,1 %. 
В общей структуре потребления марганца более 90 % марганца используется в черной металлургии при выплавке стали в качестве раскислителя и легирующего элемента. В металлургической промышленности марганец используют в виде ферросплавов: высокоуглеродистого ферромарганца, ферросиликомарганца, средне- и низкоуглеродистого ферромарганца, металлического марганца. Средний расход марганца в сталеплавильном производстве составляет 7...9 кг на 
1 т стали. 
Как раскислитель марганец используют при выплавки большинства марок стали, несмотря на то что в железе он относительно слабый раскислитель. При совместном раскислении с кремнием марганец увеличивает раскислительную способность кремния за счет снижения активности SiO2 в шлаковой фазе, повышения активности 
кремния в расплаве, образования легкоплавких продуктов реакции 
раскисления – силикатов марганца, хорошо удаляющихся из стальной ванны за счет низкой плотности (~4 г/см3) и коагуляции мелких 
неметаллических включений. В связи с высоким сродством марганца 
к сере его используют как десульфуратор. Как легирующий элемент 
марганец содержится в большом числе марок стали: 0,4...0,8 % Mn в 
нелегированных сталях, 12...30 % Mn в высоколегированных сталях 
(жаропрочных, жаростойких, нержавеющих, немагнитных, стали 
Гатфильда), 4...17 % Mn в аустенитных чугунах.  
 

 

1. МАРГАНЦЕВОРУДНАЯ БАЗА РОССИИ 

Балансовые запасы марганцевых руд в России составляют около 
290 млн т (0,2 % мировых), прогнозные ресурсы – более 1 млрд т [1]. 
Месторождения расположены в Кемеровской области (Усинское), в 
Красноярском крае (Порожинское), на Урале (Северо-Уральское), в 
Республике Коми (Парнокское), в Иркутской области (Новониколаевское) и др. Руды этих месторождений характеризуются низким содержанием марганца и повышенным содержанием фосфора. Месторождения в большинстве случаев маломощные и расположены в 
труднодоступных районах (рис. 1.1). 

 

Рис. 1.1. Месторождения марганцевых руд на территории России 

На территории России марганцевые руды представлены преимущественно тремя типами: карбонатными, оксидными и окисленными. 
Около 90 % запасов представлены труднообогатимыми карбонатными рудами со средним содержанием марганца 18...22 % и содержанием фосфора 0,2...0,3 % [2]. В табл. 1.1 приведены запасы марганцевых руд по районам России. 

Таблица 1.1 

Запасы марганцевых руд по районам России, млн т [1] 

Балансовые запасы 

Регион 
разведанные 
подтвержденные 
предварительно 
оцененные 

Итого 
запасов
Прогнозные 
ресурсы 

Свердловская область 
41,3 
– 
41,3 
49,2 

Кемеровская область
98,5 
– 
98,5 
150,4 

Хабаровский край 
6,5 
2,5 
9,0 
53,2 

Республика Коми 
– 
3,9 
3,9 
101,2 

Оренбургская область 
– 
4,2 
4,2 
31,0 

Иркутская область 
– 
4,8 
4,8 
36,2 

Красноярский край 
– 
121,5 
121,5 
201,0 

Башкортостан 
– 
– 
– 
90,0 

Алтайский край 
– 
– 
– 
200,0 

Архангельская область 
– 
– 
– 
130,0 

ИТОГО 
146,3 
136,9 
283,2 
1042,2 

 
После распада Советского Союза Россия оказалась без марганцеворудной базы. Добыча марганцевых руд на территории России не 
ведется [3]. Для обеспечения ресурсной независимости российской 
металлургии в обеспечении марганцевыми ферросплавами необходимо проводить работы по созданию собственной рудной базы. Потребность России в крупнотоннажных сплавах марганца (высокоуглеродистом ферромарганце и ферросиликомарганце) на ~60 % закрывается за счет импорта, а в средне- и низкоуглеродистом ферромарганце и металлическом марганце – на 100 %, главным образом из 
Украины; электролитический марганец импортируют из Китая. Проблема ускорения создания отечественной марганцеворудной базы с 
позиции экономической безопасности представляется весьма важной. Несмотря на то что марганец относится к группе полезных ископаемых, имеющих важное стратегическое значение, до настоящего 
времени Россия вынуждена импортировать товарную марганцевую 
руду, марганецсодержащие ферросплавы, металлический марганец, 
диоксид марганца, перманганат калия. Необходимо не только увеличивать объем выплавки высокоуглеродистого ферромарганца и ферросиликомарганца, в том числе и за счет вовлечения в производство 
отечественных марганцевых руд, но и организовать в России производство рафинированных марганцевых ферросплавов – средне- и 
низкоуглеродистого ферромарганца и металлического марганца. 

Из разведанных отечественных марганцевых месторождений 
Усинское месторождение может рассматриваться как наиболее перспективное. Усинское месторождение марганца, одно из крупнейших 
в России по запасам, открыто в 1939 г. Оно находится в юговосточной части Кемеровской области в 70 км северо-восточнее Междуреченска в горно-таежной местности. Наиболее короткий путь 
(60 км) – от месторождения до железной дороги Новокузнецк – Абакан. В настоящее время ведутся проектные и подготовительные работы по созданию горно-обогатительного комбината на Усинском 
месторождении и по определению завода, сырьем для которого будут 
концентраты марганцевых руд Усинского месторождения. На 
рис. 1.2 представлена схема расположения Усинского месторождения.  
Усинское месторождение сложено двумя генетическими типами 
руд: первичными (карбонатными) и вторичными (окисленными) 
(табл. 1.2). Доля карбонатных руд составляет 94 %, доля окисленных – 6 %, смешанный тип руд слабо развит. 

Таблица 1.2 

Химический состав марганцевых руд Усинского месторождения, % [4] 

Руда 
Mn 
MnO 
MnO2 
P 
P2O5 
Fe 
FeO 
Fe2O3 
SiO2 

Карбонатная 
19,23 
24,83 
– 
0,152 
0,35 
4,92 
5,04 
1,42 
17,44 

Окисленная 
24,37 
1,08 
36,68 
0,235 
0,54 
8,26 
– 
11,51 
25,54 

 

Продолжение табл. 1.2 

Руда 
CaO Al2O3
MgO 
BaO
TiO2 K2O + Na2O
S 
п.п.п.
CO2 

Карбонатная 
18,18
2,02 
3,18 
0,16
0,17 
0,80 
0,96
24,01
23,57

Окисленная 
5,60 
3,36 
1,44 
0,15
0,17 
0,20 
0,11
13,44
4,31 

 
Марганцевые руды Усинского месторождения характеризуются 
сравнительно низким содержанием марганца (18…25 %) и повышенным содержанием фосфора (0,2…0,3 % и более). ОАО «Уралмеханобр» разработана технологическая схема обогащения усинских руд, 
которая предполагает использование рентгенорадиометрической сепарации (РРС). РРС высокоэффективная и экологически чистая технология обогащения минерального и вторичного сырья. К достоинствам метода следует отнести то, что это единственный «прямой» 
метод оценки массовой доли большинства элементов, содержащихся 
в руде или любом кусковом материале, по сравнению с традиционными «мокрыми» методами обогащения (гравитация, флотация).  

Рис. 1.2. Схема расположения Усинского месторождения 
в Кемеровской области 

Технологическая схема обогащения карбонатной руды включает 
следующие основные операции: грохочение руды крупностью 
100 мм на классы крупности –100+50 мм, –50+20 мм, –20+10 мм и 
–10+0 мм; две стадии РРС материала классов –100+50 мм и  
–50+20 мм; обогащение отсадкой материала класса –20+0 мм. Схема 
обогащения окисленных руд включает следующие основные операции: промывку исходной руды крупностью –80+0 мм; раздельную 
отсадку материала классов –10+4 мм и –4 мм. Хвосты отсадочных 
машин рекомендуется складировать отдельно в целях возможного 
извлечения марганца из них другими методами (химическое обогащение, гидрометаллургия и др.). Обогащение марганцевых руд 
Усинского месторождения по описанной выше схеме позволяет получить концентраты, состав которых приведен в табл. 1.3. 

Исходя из химического состава концентратов, которые могут 
быть получены из марганцевых руд Усинского месторождения с использованием современных методов обогащения, из этих концентратов возможно выплавлять всю гамму стандартных марганцевых ферросплавов. В качестве оптимальной предложена технологическая 
схема выплавки марганцевых ферросплавов из концентратов приведенного выше состава (рис. 1.3) [5]. 

Таблица 1.3 

Химический состав концентратов, получаемых из марганцевых руд 
Усинского месторождения, % [4] 

Концентрат 

карбонатный 
оксидный 

I сорт II cорт
Отсадка 
Крупный 
Отсадка 

Компоненты 

20…100 мм 

20…100 мм 

10…20 мм 

4…10 мм 

0…4  мм 

10…80 мм 

4…10 мм 

0…4  мм 

Мn 
36,00 
25,20 
24,00 
23,50 
23,30 
35,83 
35,00 
34,20 

P 
0,16 
0,15 
0,14 
0,14 
0,14 
0,216 
0,220 
0,230 

Fe 
3,20 
3,30 
3,60 
5,00 
5,00 
11,07 
10,90 
10,54 

SiO2 
9,49 
13,32 
13,87 
14,17 
14,29 
12,72 
13,20 
13,60 

CaO 
7,44 
14,95 
15,70 
16,03 
16,17 
2,36 
2,36 
2,40 

MgO 
1,76 
2,85 
2,99 
3,05 
3,08 
1,52 
1,51 
1,48 

Al2O3 
1,18 
1,40 
1,47 
1,50 
1,52 
1,84 
1,89 
1,99 

ВаО 
0,10 
0,16 
0,16 
0,16 
0,17 
0,20 
0,20 
0,22 

TiO2 
0,08 
0,09 
0,11 
0,12 
0,12 
0,14 
0,14 
0,15 

Na2O + K2O 
0,20 
0,25 
0,35 
0,36 
0,37 
0,20 
0,20 
0,20 

S 
0,80 
0,90 
0,90 
0,96 
0,96 
0,08 
0,09 
0,09 

п.п.п. 
26,58 
26,20 
26,30 
25,95 
25,73 
7,72 
9,49 
10,70 

Влага 
1,0 
1,0 
13,6 
15,0 
16,0 
3,2 
16,0 
17,0 

Рис. 1.3. Технологическая схема выплавки марганцевых ферросплавов из марганцевых руд Усинского 
месторождения 

2. СТАНДАРТЫ НА МАРГАНЦЕВЫЕ ФЕРРОСПЛАВЫ 

Наиболее распространенными марганцевыми ферросплавами являются: 
– ферромарганец, включающий высоко-, средне- и низкоуглеродистый с различными допустимыми пределами содержания углерода, фосфора и других примесей; 
– ферросиликомарганец (товарный и передельный) с широким интервалом содержаний кремния, примесями углерода, фосфора и др.; 
– металлический марганец электротермического и электролитического способов производства. 
Ниже приведены требования стандартов на марганцевые ферросплавы [6]. 

Ферромарганец 

Массовая доля, % 

C 
Si 
P 
S 
Марка 
(ГОСТ 4755–91) 
Mn 
не более 

Ферромарганец низкоуглеродистый 

ФМн90(РА) 
85,0...95,0 
0,5 
1,8 
0,05 
0,02 

ФМн90(РБ) 
85,0...95,0 
0,5 
1,8 
0,30 
0,02 

Ферромарганец среднеуглеродистый 

ФМн88(РА) 
85,0...95,0 
2,0 
3,0 
0,10 
0,02 

ФМн88(РБ) 
85,0...95,0 
2,0 
3,0 
0,40 
0,02 

Ферромарганец высокоуглеродистый 

ФМн78(РА) 
75,0...82,0 
7,0 
6,0 
0,05 
0,02 

ФМн78(РБ) 
75,0...82,0 
7,0 
6,0 
0,70 
0,02 

ФМн70(РА) 
65,0...75,0 
7,0 
6,0 
0,30 
0,02 

ФМн70(РБ) 
65,0...75,0 
7,0 
6,0 
0,70 
0,02 

 
Массовая доля, % 

Si 
P 
S 
Марка 
(ISO 5446–80) 
Mn 
C 
не более 

Ферромарганец низкоуглеродистый 

FeMn80C05 
75,0...85,0 
0,1...0,5 
2,0 
0,30 
0,03 

FeMn80C10LP 
75,0...85,0 
0,1...0,5 
2,0 
0,15 
0,03 

FeMn90C01 
75,0...85,0 
До 0,1 
2,0 
0,30 
0,03 

FeMn90C01LP 
75,0...85,0 
До 0,1 
2,0 
0,15 
0,03 

FeMn90C05 
85,0...95,0 
0,1...0,5 
2,0 
0,30 
0,03 

FeMn90C05LP 
85,0...95,0 
0,1...0,5 
2,0 
0,15 
0,03 

FeMn90C01 
85,0...95,0 
До 0,1 
2,0 
0,30 
0,03 

FeMn90C01LP 
85,0...95,0 
До 0,1 
2,0 
0,15 
0,03