CN106521182A - 一种旋浮铜冶炼方法及旋浮铜冶炼装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种旋浮铜冶炼方法，包括以下步骤：令熔剂和/或烟尘与干燥的含铜矿粉混合成混合物料，经物料通道进入到冶炼炉中；反应气体在旋流器的作用下形成旋流，并在旋流气体通道的引导下经过文丘里通道进入冶炼炉中；通过辅助氧气通道和辅助燃料通道向冶炼炉补充反应气体和/或燃料；经过文丘里通道而被高速膨胀的旋流进入到冶炼炉中，与混合物料接触反应；反应生产的熔体落入沉淀池分离为渣层和含铜的产品层。本发明提供的旋浮铜冶炼方法，使得冶炼反应能够充分进行，氧气利用率得到提高，还可以采用富氧浓度的反应气体，且可适应投料量大范围波动的需要，令产能得显著提升。本发明还提供了适用于上述旋浮铜冶炼方法的一种旋浮铜冶炼装置。
Description
技术领域
本发明涉及金属硫化物冶炼技术领域，特别涉及一种旋浮铜冶炼方法，本发明还涉及适用于上述旋浮铜冶炼方法的一种旋浮铜冶炼装置。
背景技术
目前，金属硫化物的精矿一般是采用火法冶金的方式实现冶炼，即利用金属硫化物矿中的硫和铁与氧反应后被脱除最终得到金属的过程，特别是铜、镍等金属的火法冶炼。
火法冶金工艺大致可分为沉淀池熔炼和空间熔炼两大类，其中空间悬浮熔炼的实质是利用干燥后粉状硫化物矿的巨大表面积，使物料粒子(指的是粉状硫化物矿)与氧充分结合，在瞬间(2～3秒)内完成氧化反应。空间悬浮熔炼所采用的主要核心工艺是直流喷射技术，在熔炼过程中利用中间分布风和垂直工艺风的共同作用实现气-固之间的接触反应，但是由于受上述工艺中直流特性的影响，生产中常常会出现氧利用率低、烟尘率高、炉衬被冲刷腐蚀严重、精矿没有反应在炉内堆积成生料堆等恶性状况。
而为了改善上述问题，近几年又开发出了旋流喷射技术，即令气体螺旋流动而实现与物料粒子的接触反应，但其工作效果仍不尽理想，无法较好的满足冶炼技术的高投料量、高负荷、高氧浓和高作业率(简称为“四高”)的发展趋势。
因此，如何进一步提硫化铜的冶炼效果，已经成为目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种旋浮铜冶炼方法，其能够进一步的提高硫化铜化物的冶炼效果，本发明还提供了适用于上述旋浮铜冶炼方法的一种旋浮铜冶炼装置。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种旋浮铜冶炼方法，包括以下步骤：
令干燥的铜精矿粉和冰铜粉中的一者，与熔剂和/或烟尘按比例混合形成混合物料，并进入喷嘴的物料通道中，再经过所述物料通道进入到冶炼炉的反应塔中；
反应气体在所述喷嘴的旋流器作用下形成旋流，并进入到所述喷嘴的旋流气体通道中，所述旋流在所述旋流气体通道的引导下经过所述喷嘴的文丘里通道，并最终进入所述反应塔；
经过所述文丘里通道而被高速膨胀的所述旋流，在所述反应塔中与所述混合物料接触反应；
接触反应生成的熔体落入到所述冶炼炉的沉淀池中，并分离为渣层和产品层，当所述混合物料中含有铜精矿粉时产品层为冰铜层，当所述混合物料中含有冰铜粉时产品层为粗铜层。
优选的，上述旋浮铜冶炼方法中，还包括以下步骤：
通过所述喷嘴的辅助氧气通道和辅助燃料通道向所述反应塔中补充反应气体和/或燃料。
优选的，上述旋浮铜冶炼方法中，向所述喷嘴输送所述混合物料的过程还包括以下操作：
使用输料管将所述混合物料送入到所述喷嘴中，并先进入所述喷嘴的流化给料器中进行流化，然后再进入到所述物料通道中。
优选的，上述旋浮铜冶炼方法中，所述反应气体中的氧气浓度为40％VOL～90％VOL，所述旋流进入所述冶炼炉的旋转流速为220m/s～300m/s。
优选的，上述旋浮铜冶炼方法中，所述辅助气体通道喷入所述反应气体的流量为10Nm3/h～200Nm3/h，所述辅助燃料通道喷入燃料的流量为10Nm3/h～100Nm3/h。
一种旋浮铜冶炼装置，包括输料管、冶炼炉，以及连通所述输料管和所述冶炼炉的喷嘴，适用于上述任意一项所述的旋浮铜冶炼方法，所述喷嘴包括：
导流反应气体的旋流气体通道，所述旋流气体通道的进气口上设置有旋流器；
设置在所述旋流气体通道内的文丘里通道；
套设在所述旋流气体通道的外侧，并与所述输料管连通的物料通道。
优选的，上述旋浮铜冶炼装置中，所述文丘里通道的最小内径d，不大于所述旋流气体通道的内径D，且大于D/2。
优选的，上述旋浮铜冶炼装置中，所述旋流器通过垂直于所述旋流气体通道的进气管，与所述旋流气体通道连接形成，并且所述进气管和所述旋流气体通道连通形成气体入口，所述气体入口包括靠近所述进气管的收缩口和靠近所述旋流气体通道的切向口。
优选的，上述旋浮铜冶炼装置中，所述物料通道与所述输料管连通的部位设置有流化给料器，并且所述输料管相对于所述物料通道倾斜设置，所述输料管相对于水平面的倾斜角度为10度～40度。
优选的，上述旋浮铜冶炼装置中，还包括：
设置在所述旋流气体通道内的辅助氧气通道；
套设在所述辅助氧气通道的外侧，并位于所述旋流气体通道内的辅助燃料通道。
优选的，上述旋浮铜冶炼装置中，还包括套设在所述辅助燃料通道的外壁上，且能够沿所述辅助燃料通道的轴向往复移动的调节锥，以及设置在所述旋流气体通道的顶壁外侧，控制所述调节锥移动的控制器。
优选的，上述旋浮铜冶炼装置中，所述旋流气体通道、所述文丘里通道、所述物料通道、所述辅助氧气通道和所述辅助燃料通道同轴设置，并且所述旋流气体通道的顶壁为弧形壁面。
优选的，上述旋浮铜冶炼装置中，所述辅助燃料通道、所述辅助氧气通道的出气口和所述旋流气体通道的出气口平齐设置。
本发明提供的旋浮铜冶炼方法，其操作过程为：将干燥的铜精矿粉或者冰铜粉与干燥的粉状熔剂等形成的混合物料，均匀的送入到喷嘴的物料通道中，混合物料在重力的作用下经物料通道进入到冶炼炉的反应塔中；反应气体进入到喷嘴的旋流器中，使反应气体形成旋流并沿切线方向进入旋流气体通道内形成旋流风，在旋流气体通道内以旋转流动的方式向反应塔移动，在此移动过程中，旋流风经过文丘里通道后，旋流风以高速膨胀、旋流的方式喷射进入反应塔，形成喷射旋流气体；喷射旋流气体在高速膨胀的作用下快速与进入反应塔的混合物料接触，并在旋流的作用下，旋流气体将混合物料卷吸进入喷射气流中，随着温度的不断升高，混合物料与反应气体不断碰撞而快速反应，然后进入位于反应塔下方的沉淀池(沉淀池为冶炼炉的组成部分)中，形成冰铜层或粗铜层(当混合物料中含有铜精矿粉时形成冰铜层，当混合物料中含有冰铜粉时形成粗铜层)和渣层，反应产生的高温气体富含二氧化硫，经冶炼炉的排气口进入余热锅炉。
本发明提供的旋浮铜冶炼方法，通过使反应气体以高速膨胀、旋流等方式与混合物料接触反应，能够使得冶炼反应更加充分的进行，氧气利用率得到了提高，渣含铜量降低，烟尘发生率也得到了降低，同时还可以采用较高的富氧浓度的反应气体，提高了烟气的二氧化硫含量，令烟气带走的热量降低，而且还能够适应投料量大范围波动的需要，令产能得到了显著提升。
本发明提供的旋浮铜冶炼装置，主要包括输料管、冶炼炉以及连通输料管和冶炼炉的喷嘴，其中的喷嘴又包括旋流气体通道、旋流器、文丘里通道、物料通道。旋流器设置在旋流气体通道的进气口上，用于使进入到旋流气体通道内的反应气体形成旋流，反应气体形成旋流后，在旋流气体通道的导向下沿其轴向旋动，而文丘里通道由于固定设置在旋流气体通道的内壁上，所以旋流会进入到文丘里通道中，在文丘里通道的作用下，使得旋流以高速膨胀的状态进入到冶炼炉中(具体为冶炼炉的反应塔中)，同时，粉末状的混合物料经过输料管进入到套设在旋流气体通道外侧的物料通道中，并与形成旋流的反应气体一同进入到冶炼炉中，使得铜精矿粉或冰铜粉在高温环境下被卷吸进旋流中，并与反应气体不断碰撞而快速反应，然后进入反应塔下方的沉淀池中，形成冰铜层或粗铜层和渣层，反应产生的高温气体富含二氧化硫，经冶炼炉的排气口进入余热锅炉。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的旋浮铜冶炼装置的结构示意图；
图2为一种喷嘴的结构示意图；
图3为另一种喷嘴的结构示意图；
图4为旋流器的工作示意图。
在图1-图4中：
1-喷嘴，2-流化给料器，3-输料管，4-冶炼炉；
101-旋流气体通道，102-旋流器，103-文丘里通道，104-物料通道，105-顶壁，106-辅助氧气通道，107-辅助燃料通道，108-调节锥，109-控制器；
1021-进气管，1022-收缩口，1023-切向口。
具体实施方式
本发明提供了一种旋浮铜冶炼装置，其能够进一步的提高硫化铜的冶炼效果。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图4所示，本发明实施例提供的旋浮铜冶炼装置，主要包括输料管3、冶炼炉4以及连通输料管3和冶炼炉4的喷嘴1，本申请主要对喷嘴1进行了改进，具体的，改进后的喷嘴1包括：导流反应气体的旋流气体通道101，旋流气体通道101的进气口上设置有使反应气体形成旋流的旋流器102；同轴设在旋流气体通道101内并与旋流气体通道101的内壁连接的文丘里通道103，形成旋流的反应气体经过文丘里通道103后，反应气体以高速膨胀、旋流的方式喷射进冶炼炉4的反应塔，形成喷射旋流气体；套设在旋流气体通道101的外侧并与输料管3连通的物料通道104，物料通道104用于输送由干燥的铜精矿粉和冰铜粉中的一者，与熔剂和/或烟尘按比例混合形成的混合物料。
上述旋浮铜冶炼装置在进行工作时，被输料管3送来的混合物料经过物料通道104进入到冶炼炉4的反应塔中，与此同时，反应气体进入到旋流气体通道101中，进入到旋流气体通道101的过程中，反应气体首先进入到旋流器102中而形成旋流，之后在旋流气体通道101的导向下沿旋流气体通道101的轴向移动，并进入到文丘里通道103中，在文丘里通道103的作用下，使得旋流以高速膨胀的状态进入到反应塔中，形成喷射旋流气体。喷射旋流气体在高速膨胀的作用下，快速与进入反应塔的混合物料接触，并在旋流作用下，将混合物料卷吸进入喷射旋流气体中，随着温度的不断升高，混合物料与反应气体不断碰撞而快速反应，然后进入反应塔下方的沉淀池中，形成冰铜层或粗铜层(当混合物料中含有铜精矿粉时形成冰铜层，当混合物料中含有冰铜粉时形成粗铜层)和渣层，反应产生的高温气体富含二氧化硫，经冶炼炉4的排气口进入余热锅炉。
本实施例提供的旋浮铜冶炼装置，通过将喷嘴1设置为上述结构，使得气-固接触更加充分，从而令冶炼反应能够充分进行，氧气利用率得到了提高，渣含铜量降低，烟尘发生率也得到了降低。同时还可以采用较高的富氧浓度的反应气体，提高了烟气的二氧化硫含量，令烟气带走的热量降低，而且还能够适应投料量大范围波动的需要，令产能得到了显著提升，且能耗低，投资少。
另外，上述结构的反应空间小，由于反应气体以旋流方式流动，使得反应空间中无反应死区，且对炉体耐火材料的冲刷较小，而且改进后的喷嘴1，结构简单，控制、操作、维护等更加方便、可靠，能够充分利用流体的势能，运行成本也较低。
为了进一步优化技术方案，本实施例提供的旋浮铜冶炼装置中，文丘里通道103的最小内径为d，旋流气体通道101的内径为D，则优选D/2<d≤D，如图2和图3所示，文丘里通道103的弧度半径为R，则优选d<R<D。上述数值范围的选择，更加有利于反应气体的高速膨胀，所以将其作为优选。并且，优选文丘里通道103的最下端是文丘里通道103的圆弧与旋流气体通道101垂直壁的交点，该设置能够对反应气体更近一步的起到加速膨胀的作用，使反应气体在进入反应塔后满足旋流风速220m/s-300m/s的要求，且使气流快速膨胀，卷吸旋流周围的混合物料，使形成的气-固旋流体能量更大，对促进气-固、固-固的多次碰撞反应提供了更加良好的反应条件。
此外，本实施例中的文丘里通道103还可以仅包括收缩段和圆喉段，圆喉段的端口和旋流气体通道101的出气口平齐设置，如图3所示。此种设置方式，同样能够起到反应气体快速膨胀的作用，所以也将其作为一种优选结构。
本实施例中，旋流器102包括：旋流管；与旋流管切向连通的进气管1021，进气管1021和旋流管连通形成的气体入口，包括靠近进气管1021的收缩口1022和靠近旋流管的切向口1023，如图4所示。为了使结构更加简单，本实施例优选收缩口1022的一侧为旋流管的外壁，另一侧形成收缩口1022为。
优选的，物料通道104与输料管3连通的部位设置有流化给料器2，如图1所示。本实施例中，增设流化给料器2的作用，是为了使混合物料均匀能够更加均匀的进入到物料通道104中，进而更加均匀的进入到反应塔中，从而最大程度的防止偏析现象的发生，令反应效果更加突出。
进一步的，输料管3相对于物料通道104倾斜设置，输料管3相对于水平面的倾斜角度为10度～40度。本实施例中，令输料管3相对于整体沿竖直方向设置的喷嘴1倾斜设置，是为了最大程度的降低物料直接进入喷嘴1的冲击力，从而避免因冲击力过大而对喷嘴1内的结构造成损害；另外，使输料管3相对于水平面的倾斜角度优选为10度～40度，能够使得混合物料可以经过较小的斜度流入流化给料器2，使混合物料更加均匀的进入喷嘴1，为反应塔内的充分反应提供更加良好的条件。
更优选的，本实施例提供的旋浮铜冶炼装置中，还包括设置在旋流气体通道101内，用于向冶炼炉4的反应塔内补充氧气或反应气体的辅助氧气通道106，以及套设在辅助氧气通道106的外侧，并位于旋流气体通道101内，用于向反应塔内喷入燃料以补充反应所需热量的辅助燃料通道107，如图2和图3所示。本实施例中，辅助氧气通道106向反应塔喷入反应气体，辅助燃料通道107向反应塔喷入燃料用于补充反应气体和/或热量，同时还起到加速喷嘴1旋流气体膨胀的作用，从而使得反应能够更加充分、高效的进行。
本实施例中，还包括套设在辅助燃料通道107的外壁上，且能够沿辅助燃料通道107的轴向往复移动的调节锥108，以及设置在旋流气体通道101的顶壁105外侧，控制调节锥108移动的控制器109。本实施例中，优选管状的辅助燃料通道107的外壁上设置有螺纹，调节锥108通过螺纹与辅助燃料通道107连接，当设置在顶壁105上的控制器109控制辅助燃料通道107旋转时，就能够实现调节锥108的上下移动(类似于丝杠螺母机构)。本实施例还优选调节锥108的移动下限量为文丘里通道103的最小内径处。通过设置上述结构，可以满足不同工况条件下，对风量、风速的调节要求，使反应气体进入反应塔后具有快速膨胀旋流的作用，保证反应的充分进行。
如图2和图3所示，优选旋流气体通道101、文丘里通道103、物料通道104、辅助氧气通道106和辅助燃料通道107同轴设置。本实施例优选上述部件均同轴设置，能够使得喷嘴1的结构分布更加紧凑合理，工作可靠性也相对较高，同时还能够实现反应气体、混合物料更加均匀的接触、混合，因此将其作为优选方案。
更近一步的，还优选旋流气体通道101的顶壁105为弧形壁面，即弓形顶，如图2和图3所示。该结构有利于反应气体形成的旋流快速向下移动，相比现有技术的平顶结构，其对旋流螺旋流动的效果影响较小，能够促进旋流向下(即向靠近反应塔的方向)移动的更快。
本实施例中，辅助燃料通道107、辅助氧气通道106的出气口优选与旋流气体通道101的出气口平齐设置。此种设置方式也有利于混合物料与反应气体在反应塔中的充分混合。
本实施例还提供了一种旋浮铜冶炼方法，该方法能够应用于上述的旋浮铜冶炼装置，包括以下步骤：
首先，铜精矿粉和冰铜粉中的一者，与熔剂和/或烟尘按比例混合形成混合物料，并使该混合物料经输料管3进入到物料通道104中，并通过物料通道104进入到与物料通道104连通的冶炼炉4的反应塔中；
同时，令反应气体进入喷嘴1，在进入的过程中，反应气体先进入到喷嘴1的旋流器中，并使反应气体在旋流器的作用下形成旋流，然后再进入到旋流气体通道101中，之后旋流在旋流气体通道101的引导下经过设置在旋流气体通道101内的文丘里通道103，文丘里通道103令旋流以高速膨胀、螺旋流动的方式进入到反应塔中；
此外，还通过辅助氧气通道106和辅助燃料通道107向反应塔中补充反应气体和/或燃料，以为反应的进行提供足够的原料以及所需的热量，令反应气体和混合物料反应的更加充分；
之后，经过文丘里通道103的被高速膨胀的旋流进入到反应塔中，在反应塔中与混合物料不断碰撞而快速反应；
最后，反应生成的熔体落入到反应塔下方的沉淀池中，形成渣层和产品层，当混合物料中含有铜精矿粉时产品层为冰铜层，当混合物料中含有冰铜粉时产品层为粗铜层。
需要注意的是，上述各个步骤并不限于按照上述顺序进行操作，在符合工艺要求的前提下，上述不同步骤之间可以颠倒顺序或者同时进行，例如令反应气体和混合物料同时进入到喷嘴1中。
具体的，上述旋浮铜冶炼方法中，优选反应气体中的氧气浓度为40％VOL～90％VOL，旋流进入冶炼炉4的流速为220m/s～300m/s，辅助气体通道喷入反应气体的流量为10Nm3/h～200Nm3/h，辅助燃料通道107喷入燃料的流量为10Nm3/h～100Nm3/h。上述数值的选择，能够使反应充分的进行，以进一步提高冶炼效果。当然，在保证冶炼反应正常进行的前提下，上述参数也可以为其他数值，本实施例对此不做限定。
本说明书中对各部分结构采用递进的方式描述，每个部分的结构重点说明的都是与现有结构的不同之处，旋浮铜冶炼装置的整体及部分结构可通过组合上述多个部分的结构而得到。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (13)
1.一种旋浮铜冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
令干燥的铜精矿粉和冰铜粉中的一者，与熔剂和/或烟尘按比例混合形成混合物料，并进入喷嘴的物料通道中，再经过所述物料通道进入到冶炼炉的反应塔中；
反应气体在所述喷嘴的旋流器作用下形成旋流，并进入到所述喷嘴的旋流气体通道中，所述旋流在所述旋流气体通道的引导下经过所述喷嘴的文丘里通道，并最终进入所述反应塔；
经过所述文丘里通道而被高速膨胀的所述旋流，在所述反应塔中与所述混合物料接触反应；
接触反应生成的熔体落入到所述冶炼炉的沉淀池中，并分离为渣层和产品层，当所述混合物料中含有铜精矿粉时产品层为冰铜层，当所述混合物料中含有冰铜粉时产品层为粗铜层。
2.根据权利要求1所述的旋浮铜冶炼方法，其特征在于，还包括以下步骤：
通过所述喷嘴的辅助氧气通道和辅助燃料通道向所述反应塔中补充反应气体和/或燃料。
3.根据权利要求1所述的旋浮铜冶炼方法，其特征在于，向所述喷嘴输送所述混合物料的过程还包括以下操作：
使用输料管将所述混合物料送入到所述喷嘴中，并先进入所述喷嘴的流化给料器中进行流化，然后再进入到所述物料通道中。
4.根据权利要求1所述的旋浮铜冶炼方法，其特征在于，所述反应气体中的氧气浓度为40％VOL～90％VOL，所述旋流进入所述冶炼炉的旋转流速为220m/s～300m/s。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的旋浮铜冶炼方法，其特征在于，所述辅助气体通道喷入所述反应气体的流量为10Nm3/h～200Nm3/h，所述辅助燃料通道喷入燃料的流量为10Nm3/h～100Nm3/h。
6.一种旋浮铜冶炼装置，包括输料管、冶炼炉，以及连通所述输料管和所述冶炼炉的喷嘴，其特征在于，适用于如权利要求1-5中任意一项所述的旋浮铜冶炼方法，所述喷嘴包括：
导流反应气体的旋流气体通道，所述旋流气体通道的进气口上设置有旋流器；
设置在所述旋流气体通道内的文丘里通道；
套设在所述旋流气体通道的外侧，并与所述输料管连通的物料通道。
7.根据权利要求6所述的旋浮铜冶炼装置，其特征在于，所述文丘里通道的最小内径d，不大于所述旋流气体通道的内径D，且大于D/2。
8.根据权利要求6所述的旋浮铜冶炼装置，其特征在于，所述旋流器通过垂直于所述旋流气体通道的进气管，与所述旋流气体通道连接形成，并且所述进气管和所述旋流气体通道连通形成气体入口，所述气体入口包括靠近所述进气管的收缩口和靠近所述旋流气体通道的切向口。
9.根据权利要求6所述的旋浮铜冶炼装置，其特征在于，所述物料通道与所述输料管连通的部位设置有流化给料器，并且所述输料管相对于所述物料通道倾斜设置，所述输料管相对于水平面的倾斜角度为10度～40度。
10.根据权利要求6所述的旋浮铜冶炼装置，其特征在于，还包括：
设置在所述旋流气体通道内的辅助氧气通道；
套设在所述辅助氧气通道的外侧，并位于所述旋流气体通道内的辅助燃料通道。
11.根据权利要求10所述的旋浮铜冶炼装置，其特征在于，还包括套设在所述辅助燃料通道的外壁上，且能够沿所述辅助燃料通道的轴向往复移动的调节锥，以及设置在所述旋流气体通道的顶壁外侧，控制所述调节锥移动的控制器。
12.根据权利要求10所述的旋浮铜冶炼装置，其特征在于，所述旋流气体通道、所述文丘里通道、所述物料通道、所述辅助氧气通道和所述辅助燃料通道同轴设置，并且所述旋流气体通道的顶壁为弧形壁面。
13.根据权利要求10-12中任意一项所述的旋浮铜冶炼装置，其特征在于，所述辅助燃料通道、所述辅助氧气通道的出气口和所述旋流气体通道的出气口平齐设置。
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