1 前言

　　日本神户制钢在美国的子公司MIDREX的前身MIDLAND ROSS公司采取将掺入炭材的球团预热后加入转底炉（RHF）加热还原为直接还原铁的FASTMET工艺试验，并于1965年建成中试装置，开展了一年试验。但是该公司同时开发的用天然气做还原剂生产直接还原铁的MIDREX工艺，因天然气价格便宜而率先实现商业化生产，致使FASTMET工艺未能早日实现商业化。

　　2 FASTMET工艺及特点

　　FASTMET工艺是将粉矿和含铁粉尘掺入一定的炭材制成球团，经干燥后加入RHF内处理。但在加入时应保持炉内和外气隔断，且需精确控制加入量，FASTMET工艺按炉容的大小采取可调节送料管实现加入量的精确控制。在1～2层炉的顶装时，采取螺旋式水平布料方式。

　　采取神户制钢快速加热法以1350℃高温对炉床上球团快速加热。这时球团内煤炭引起还原反应，滞留8min～16min即可生成还原铁（DRI），并在1200℃～1000℃排出炉外。

　　高温DRI向炉外排出采用移动床型还原炉的操作方法，以实现稳定的连续作业。

　　FASTMET和高炉法不同，在产量调整以及作业启动、停止方面具有较大的灵活性，可及时适应需求变化而调整。

　　对排出炉外的DRI，可采取热运输容器送往电炉和转炉以利用余热实现节能，也可在冷却后供高炉代烧结矿，由于简化了烧结工艺又可节焦，具有节能作用。

　　通常被还原的DRI具有由还原反应生成的气孔，若长期在大气中暴露，将因被氧化而降低质量，故在不能及时利用时，应通过压块以形成无孔的热压块铁（HBI），防止再氧化，除有利于长期保存外，还可供出口和外运。各厂可根据实际情况选定DRI或HBI。

　　FASTMET工艺的主要特点：

　　①  FASTMET工艺是将块矿、球团等在炉床上填装1～2层，利用辐射热加热时，即使在燃烧炉内仍可防止燃烧气对被加热物的氧化。

　　②  作为转底炉可实现在完全空气比下的燃烧，并对被加热物实现了高效的加热、高效的还原反应。

　　③  球团内掺入的炭材产生的可燃气在上部产生二次燃烧，所以在高温燃烧炉内亦可使NOX的排放量极少。

　　④  钢铁厂含铁粉尘作为原料时，燃烧将会产生二噁英，FASTMET用1300℃以上高温可抑制二噁英的生成。在烟气冷却时，对燃烧时被分解的二噁英可再合成的温度区采取快冷却可防止其再合成。

　　⑤  钢铁厂的含铁粉尘中因含锌高而无法作烧结原料，只能作为废物填埋处理，而通过FASTMET工艺不仅有效利用了废物的含铁量，而且可以回收其中的锌，在变废为宝的同时节约了填埋用地。

　　3 广畑厂3号FASTMET设备

　　新日铁广畑厂于2000年建成FASTMET 1号机，2005年又建成同等规模的2号机。在此基础上，新建3号机尽管规模和1号、2号相同，但产品首次改为HBI，以便产品长期保管和外供。

　　FASTMET-HBI工艺备有DRI冷却设备等附属装置。由于从炉口排出的DRI的温度不同，MIDREX法未装备DRI冷却装置，而RHF炉的DRI冷却装置则将出炉1000℃的DRI冷却到600℃～800℃，以便高效加工为HBI。为达到此目标，神户制钢于1996年在加古川厂建成HBI中试装置进行成型试验。中试设备的参数如下：a）成型轧辊径1.0m；b）最大供应温度800℃；c)处理物温度688℃；d)处理物供应速度86rpm；e)成型轧辊压力16.5MPa；f)成型轧辊回转速度5rpm；g)处理量9.5t/h。

　　通过中试，掌握了HBI的主要性能，如气孔率及假比重对HBI所要求耐候性和强度的影响度、HBI成型所需的DRI温度以及残留炭量条件等参数。根据试验结果，用铁矿石和钢铁厂含铁粉尘（含铁大于50%）为原料，按RHF的通常作业条件（炉气温度为1200℃～1400℃、DRI的残留炭为2%～6%）生产的DRI，在600℃～800℃温度区经轧辊压缩成型而生产出可供长期保存和高炉用的合格HBI。另外，加工温度为600℃时，当残留炭为2%和5%时，HBI的强度分别为9kN/cm和4kN/cm；当加工温度小于760℃，残留炭分别为2%、5%和6%时，HBI强度分别为9kN/cm、7.8kN/cm和5.5kN/cm。

　　HBI造块过程中发现，DRI接近表层的金属化率愈高、内部残留炭比表层愈高，越能生产出优质的HBI。HBI的具体性能是：1）金属化率80%～85%；2）残留炭2%～6%；3）比重4.2g/cm；4）压缩强度5t/HBI～7t/HBI；5）粒度比为大于38.1mm的85%、6mm～38.1mm的11%，小于6mm的4%。

　　神户制钢负责RHF、HBI生产设备、球团干燥机及烟气处理装置的设计和制造。2008年5月起开始了安装工程。同年10月试运行，12月正式生产。

　　由于HBI设备安装在RHF的下边，故布局非常紧凑，占地面积及高度和该厂已建成的无HBI设备的1号机、2号机相当。另外，重视环保，对粉尘制球团及运输系统均配有集尘装置。

　　该厂的1、2号机当DRI由RHF排出后，在高温下送往下游的转炉炼钢；采用FASTMET-HBI工艺的3号机的DRI由RHF排出后则先经增设的筛网除去DRI表面的杂质，再经冷却设备冷至成块的温度后送往成型机而产出HBI。在冷却时应合理控制压块成型的温度范围。DRI出冷却设备的温度过高时，将使HBI压块成型机的轧辊和供料装置快速劣化而增大维修量；当温度过低时，将使轧辊加速劣化，还将使HBI的强度不达标。DRI冷却设备采用间接水冷罐方式。

　　HBI加料用漏斗对RHF的DRI产量和压块成型机的HBI产量之差起调节缓冲作用。由于漏斗内经常在高温气氛下，从外部检测其中的DRI存量较难。迄今用于此目的的检测采用了γ射线水平仪，但因要求严密的线源管理，致使维修负荷等受到制约。所以，3号机采取了利用微波的水平仪，试用效果好。

　　HBI成型机产出的HBI，为防止再氧化，用带式运输机和卡车运输，洒水冷却至接近常温后贮入仓库，鉴于HBI快冷时将使强度下降，神户制钢采用了自行开发的方法。

　　冷却及带式运输机运输和装料时产生的HBI粉，大粒的可在带式运输机下部设皮带运输机回收；对冷却水中产生的细粒可在不堵塞水泵入口的情况下，用自然沉降装置分级后送入水处理设备解决。

　　3号机还在RHF的外围中部设二次燃烧室以充分利用RHF的烟气余热，经二次燃烧后的烟气经水冷却器喷雾冷却后，回收烟气中的氧化锌，并出售给有色冶炼厂。

　　4 JFE福山厂采用FASTMET工艺的1号机

　　当FASTMET工艺设备在神户制钢加古川厂和新日铁的应用得到好评后，JFE钢铁公司的西日本钢铁福山厂决定采用FASTMET工艺，并于2009年投产，用于处理该厂含锌高且无法作为烧结原料利用而进行填埋的含铁粉尘，年设计能力为19万t，产出的DRI供高炉利用，回收的氧化锌出售。

　　本设备由神户制钢负责设计，制造设备和施工，投产后派人指导试生产。从2007年9月接受订货、2008年6月开始安装设备，2009年4月开始试生产，到2009年6月达设计能力，工程较顺利。

　　由于所产DRI供高炉使用，除保证锌含量低外，还将保证在运输、装入过程不产生粉化的应有强度。所以，首先应保证充分还原和DRI中的残留炭量低；其次，为保证锌含量低，应有足够长的还原时间。为满足上述要求，本设备RHF的外径为27m，是FASTMET迄今为止最大的设备。经试生产后产出以下性能的DRI：1）还原度大于80%；2）锌回收率大于90%；3）耐压性大于100kg/块。

　　由RHF产出的DRI约1100℃，经罐式间接冷却设备冷却至200℃，在冷却设备中充氦，防止再氧化，从冷却器出口排出后，再经滚筒筛去掉DRI粉末后，由带式运输机送入产品仓库。烟气处理和锌回收系统则与广畑厂3号机相同。RHF的燃料与加古川厂的工业试验机相同，均采用本厂自产的COG，由于发热量小于广畑厂3号机所用的LNG，在相同生产规模下RHF的炉径和烟气处理设施的规模则较大，这是较快达到设计能力的原因之一。