CN109517941A - 一种水平连续加料竖式废钢预热装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平连续加料竖式废钢预热装置及其应用，所述装置包括电炉(1)、水平连续加料装置(2)和废钢预热竖井(3)；所述水平连续加料装置(2)将电炉(1)的废钢入口和废钢预热竖井(3)的废钢出口连接起来；水平连续加料装置(2)的顶罩和水平运行的废钢上方具有足够的空间形成电炉烟气通行的腔道，以满足高温烟气不受阻力地通行至废钢预热竖井(3)；所述废钢预热竖井(3)在底部侧壁设置用于将废钢预热竖井(3)内预热后的废钢推到水平连续加料装置(2)上的液压推钢机(32)。本发明既满足了电炉平熔池冶炼的要求，也达到了竖式预热废钢的效果，废钢入炉平均温度600～700℃，可以有效降低电炉冶炼的消耗指标。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种水平连续加料竖式废钢预热装置及其应用。
背景技术
目前，国内外钢铁企业的电炉普遍配置有废钢预热系统，电炉冶炼生产中产生的高温烟气流经废钢，对废钢起到预热效果，从而回收高温烟气的能量，提高废钢入炉温度，降低电炉冶炼电耗。
目前国际上比较流行的废钢预热技术为废钢水平预热的CONSTEEL技术和配备水冷手指阀的废钢竖式预热技术。CONSTEEL技术通过水平振动机构连续输送废钢，电炉高温烟气水平流经废钢对废钢实现预热，但高温烟气仅与上层废钢接触，与下层废钢间的换热面积十分有限，从而限制了高温烟气对废钢的预热效果，实际生产中经CONSTEEL预热的废钢入炉平均温度仅200～300℃。配备水冷手指阀的废钢竖式预热技术在电炉炉盖上方设置废钢预热竖炉，竖炉底部配备水冷手指阀托住废钢，电炉高温烟气自下而上流经竖炉对废钢进行预热，但由于水冷手指阀工作环境温度很高，且受大批量废钢加入竖炉时的冲击荷载，实际生产中水冷手指阀容易损坏漏水和粘钢，增加设备维护量，且给电炉冶炼带来安全隐患。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种水平连续加料竖式废钢预热装置，可以实现电炉高温烟气在竖井内对废钢进行预热以达到较高的废钢预热温度，同时水平连续向电炉内加入高温预热废钢，实现电炉的平稳冶炼和降低冶炼消耗指标。
本发明另一目的在于提供使用所述的装置进行废钢预热的方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供一种水平连续加料竖式废钢预热装置，所述装置包括电炉1、水平连续加料装置2和废钢预热竖井3；所述水平连续加料装置2将电炉1的废钢入口和废钢预热竖井3的废钢出口连接起来，水平连续加料装置2的顶罩和水平运行的废钢上方具有足够的空间形成电炉烟气通行的腔道，以满足高温烟气不受阻力地通行至废钢预热竖井3；所述废钢预热竖井3在底部侧壁设置用于将废钢预热竖井3内预热后的废钢推到水平连续加料装置2上的液压推钢机32。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述的废钢预热竖井3的框架31与废钢接触的内壁挂有耐高温的铸铁板，铸铁板与外层钢板间的夹层浇注耐火材料进行隔热保温。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述废钢预热竖井3上部侧壁设置烟气排放烟道4，烟气排放烟道4包括作为主体的耐材烟道41，耐材烟道41上安装有废钢预热竖井后测温探头42。
所述废钢预热竖井后测温探头42设置在耐材烟道41靠近废钢预热竖井3的一端。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水平连续加料装置2的废钢输送部分包括可移动式废钢给料小车21和水平给料装置22，所述水平给料装置22与废钢预热竖井3的废钢出口相连接，可移动式废钢给料小车21设置在水平给料装置22与电炉1的废钢入口之间。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水平连续加料装置2的顶罩主要由可移动式水冷活套23、水冷顶罩24和耐材顶罩25组成，水冷顶罩24和耐材顶罩25从电炉1方向起始顺序设置，可移动式水冷活套23设置在水冷顶罩24靠近电炉一端的端部；且所述可移动式水冷活套23与电炉1的外壁形成环缝间隙，所述环缝间隙的宽度可通过可移动式水冷活套23来调整。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水平给料装置22底板采用耐热钢板，结构采用水冷槽体形式；水平给料装置22的水冷系统进、回水管路上均设置水温监测仪表，进水管路上设置水量调节阀。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述废钢预热竖井3下方的耐材顶罩25上设置有高温摄像头26、烟气分析仪取样探头27、废钢预热竖井前测温探头28。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述废钢预热竖井3顶部由上到下设置上层闸门34和下层闸门33，上层闸门34和下层闸门33分别由电机驱动，上层闸门34为钢板焊接非水冷结构，下层闸门33为钢板焊接水冷结构，下层闸门33底部浇注耐火材料进行隔热防护。
另一方面，本发明提供所述的装置进行废钢预热的方法，所述方法包括：所述电炉1采用大留钢量、平熔池冶炼模式，废钢由电炉1侧部经水平连续加料装置2平稳加入电炉1平熔池内，电炉高温烟气不受阻力地通行至废钢预热竖井3，并在废钢预热竖井3内自下而上流经废钢与废钢发生换热，从而预热废钢预热竖井3内的废钢，然后利用液压推钢机32将预热后的废钢推入下方的水平连续加料装置2。
根据本发明一些具体实施方案，其中，本发明液压推钢机32为2套独立的液压缸和推头，正常推钢动作时，2套液压缸和推头同时同步工作；若发生局部废钢卡料，2套液压缸和推头可根据实际情况单独动作；且所述液压推钢机32的运行速度需与下方水平连续加料装置2的运行速度相匹配，以实现废钢在水平连续加料装置2上布料均匀、连续。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述废钢预热竖井3上部侧壁设置烟气排放烟道4，耐材烟道41上安装有废钢预热竖井后测温探头42，用于实现对废钢预热后烟气温度的连续监测，并控制大角度废钢输送机5的上料速度。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水平连续加料装置2的废钢输送部分包括可移动式废钢给料小车21和水平给料装置22，所述水平给料装置22与废钢预热竖井3的废钢出口相连接，可移动式废钢给料小车21设置在水平给料装置22与电炉1的废钢入口之间；电炉冶炼过程中，可移动式废钢给料小车21进入电炉1内振动给料；电炉1断电出钢出渣前，可移动式废钢给料小车21退出电炉1，以避免发生干涉。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水平连续加料装置2的顶罩主要由可移动式水冷活套23、水冷顶罩24和耐材顶罩25组成，水冷顶罩24和耐材顶罩25从电炉1方向起始顺序设置，可移动式水冷活套23设置在水冷顶罩24靠近电炉一端的端部；且所述可移动式水冷活套23与电炉1的外壁形成环缝间隙，所述环缝间隙的宽度可通过可移动式水冷活套23来调整；电炉冶炼产生的烟气中的CO在水冷顶罩42的区域内与环缝间隙进入的外界空气混合并二次燃烧，将烟气的化学能转换成物理能。
根据本发明一些具体实施方案，其中，废钢预热竖井3下方的耐材顶罩25上设置有高温摄像头26、烟气分析仪取样探头27、废钢预热竖井前测温探头28；烟气分析仪取样探头27实时采集分析进入废钢预热竖井3前烟气中O2、CO、CO2含量，竖井前测温探头28实时采集分析进入废钢预热竖井3前的烟气温度；根据烟气成分和温度的实时分析结果，调整可移动式水冷活套23以控制外界空气的进入量，最终使进入废钢预热竖井3前的烟气成分和温度在目标范围内；同时利用高温摄像头26观察液压推钢机32工作时废钢由废钢预热竖井3落入水平连续加料装置2的情况。
本发明通过如下具体方案实现：
电炉本体仍采用偏心炉底、EBT出钢形式，但相较于常规顶装料电炉，其高径比相对较大，以保证电炉具有较深的熔池。电炉冶炼采取大留钢量的方式，留钢量50％左右，实现废钢水平连续加入熔池后被钢水浸没并快速熔化。电炉冶炼采用平熔池操作，全程平稳喷氧喷碳粉造泡沫渣冶炼，烟气中CO含量较高，具有较高的化学能，为废钢预热创造了良好条件。
废钢预热装置分为废钢水平连续加料装置和废钢预热竖井两部分。
废钢水平连续加料装置水平布置在电炉本体侧部，通过电炉上炉壳侧部开孔将废钢加入电炉熔池。废钢水平连续加料装置主要发挥水平连续输送废钢的作用，水平运行的废钢上方具有足够的空间以满足高温烟气不受阻力地通行至废钢预热竖井。电炉冶炼产生的烟气进入废钢水平连续加料装置，同时通过电炉本体与废钢水平连续加料段之间的环缝引入外界空气，促使电炉烟气中的CO二次燃烧，将烟气的化学能转换成物理能。由于CO二次燃烧区域温度较高，废钢水平连续加料装置顶罩靠近电炉本体部分为水冷结构，后部顶罩为浇注耐材防护的形式。
废钢预热竖井内存有一定量的废钢，高温烟气流经水平连续加料装置后进入废钢预热竖井，并在废钢预热竖井内自下而上通过废钢与废钢发生换热，从而预热废钢预热竖井内的废钢。废钢预热竖井底部侧壁安装有液压推钢机，平均每隔1分钟推钢机运行一次，单次推钢机推钢时间约20秒，将废钢预热竖井底部的一部分经过烟气预热的高温废钢推入下方的废钢水平连续加料装置。废钢水平连续加料装置的运行速度需与液压推钢机的运行速度和推钢间隔时间相匹配，以实现废钢水平连续加料装置上的废钢分布连续、均匀。废钢预热竖井上部侧壁开孔连接内壁浇注耐火材料的烟气排放管道，后续与除尘系统连接。
废钢预热竖井由大角度废钢输送机上料，废钢预热竖井顶部设置双层闸门。废钢输送机上料时上层闸门打开，下层闸门关闭以接收废钢。每隔3分钟，废钢输送机暂停上料，上层闸门关闭，下层闸门打开，下层闸门上的废钢落入废钢预热竖井。每次通过下层闸门落入废钢预热竖井的废钢量需与同时间段内底部推钢机推下的废钢量基本一致，以保证废钢预热竖井内的废钢总量基本稳定，从而最终实现废钢预热温度稳定。
本发明没有进一步详细说明的结构和连接关系应理解为现有技术已知的结构和连接关系。
本发明的废钢预热区域为位于废钢水平连续加料装置后面的废钢预热竖井，经过预热的高温废钢经液压推钢机推入水平连续加料装置，之后废钢由水平连续加料装置连续平稳地加入电炉熔池，既满足了电炉平熔池冶炼的要求，也达到了竖式预热废钢的效果。同时大部分设备也远离电炉本体高温区，降低了设备损坏的可能性。本发明的废钢入炉平均温度600～700℃，可以有效降低电炉冶炼的消耗指标。
附图说明
图1是本发明的一种水平连续加料竖式废钢预热装置的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的B-B剖视图；
图4是图1的C放大图；
在上述图中，件1是电炉；件2是水平连续加料装置，件21是可移动式废钢给料小车，件22是水平给料装置，件23是可移动式水冷活套，件24是水冷顶罩，件25是耐材顶罩，件26是高温摄像头，件27是烟气分析仪取样探头，件28是废钢预热竖井前测温探头；件3是废钢预热竖井，件31是废钢预热竖井框架，件32是液压推钢机，件33是下层闸门，件34是上层闸门；件4是烟气排放管道，件41是耐材烟道，件42是废钢预热竖井后测温探头；件5是大角度废钢输送机。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图中所示，电炉1采用大留钢量、平熔池冶炼模式，电极产生的电弧直接加热钢液熔池，可移动式废钢给料小车21连续稳定地向电炉熔池内加入经高温烟气预热后的废钢，升温后的钢液熔池对废钢进行熔化。电炉1配备炉体称重系统，对进入电炉熔池的原料重量和熔池重量进行监测和控制。可移动式废钢给料小车21配有移动液压缸和废钢给料振动电机，电炉冶炼时移动液压缸驱动可移动式废钢给料小车21进入电炉1，之后开始振动给料；电炉1断电出钢出渣前，移动液压缸驱动可移动式废钢给料小车21退出电炉1，以避免电炉1出钢倾动或出渣倾动与可移动式废钢给料小车21发生干涉。
电炉冶炼产生的烟气进入废钢水平连续加料装置2后，烟气中的CO与电炉本体与废钢水平连续加料装置2之间的环缝引入的外界空气混合二次燃烧。可移动式废钢给料小车21上方的水冷顶罩24采用水冷盘管结构，以满足CO二次燃烧的高温环境。水冷顶罩24前部设置可移动式水冷活套23(如图4所示)，通过控制可移动式水冷活套23可以调节电炉本体与废钢水平连续加料段之间的环缝尺寸，从而控制进入废钢水平连续加料段的外界空气量，在实现电炉烟气中CO完全燃烧的情况下，保证二次燃烧后电炉烟气温度在1300～1500℃范围内。
水平给料装置22位于可移动式废钢给料小车21后面，其尾部配备2套变频电机驱动废钢给料台架，可以实现废钢以0～7m/min的速度前进。水平给料装置22的底板采用耐热钢板，结构采用水冷槽体形式。水平给料装置22的水冷系统进、回水管路上均设置水温监测仪表，进水管路上设置水量调节阀。实际生产中，通过调节水冷系统进水管路上的水量调节阀，保证进回水温升始终保持～15℃，避免水平给料装置22的冷却水量过大而降低废钢入炉温度。在电炉采用全废钢冶炼的情况下，废钢预热温度～600℃，低于耐热钢板的承受温度，水平给料装置22可以不通水冷却，从而减少了冷却水带走的热量；但若电炉冶炼采用大比例铁水，原料中废钢比例降低时，废钢预热温度升高，超出耐热钢板的承受温度，则水平给料装置22需通水冷却，冷却水量根据进回水温差进行实时控制。
如图3所示，水平给料装置22上方设置耐材顶罩25，其内壁附有耐火材料，耐材顶罩25和水平给料装置22上废钢之间的空间(腔道)能够满足1300～1500℃的高温烟气不受阻力地通行至废钢预热竖井。根据电炉厂房布置，水平给料装置22和耐材顶罩25的长度可以根据实际场地要求进行调整。
废钢预热竖井3位于水平连续加料装置2后部的侧上方，其内部存有一定量的废钢。电炉高温烟气自下而上通过废钢过程中与废钢发生换热，从而预热废钢。废钢预热竖井框架31与废钢接触的内壁挂有耐高温的铸铁板，铸铁板与外层钢板间的夹层浇注耐火材料进行隔热保温。如图2所示，废钢预热竖井3底部侧壁安装有液压推钢机32，用于将废钢预热竖井3底部经过烟气预热的废钢推入下方的水平给料装置22。液压推钢机32为2套独立的液压缸和推头，正常推钢动作时，2套液压缸和推头同时同步工作；若发生局部废钢卡料，2套液压缸和推头可根据实际情况单独动作。在全废钢原料条件下，液压推钢机32平均每隔1分钟运行一次，单次向前推钢时间约20秒。液压推钢机32的运行速度需与下方水平给料装置22的运行速度相匹配，以实现废钢在水平给料装置22上布料均匀、连续。
废钢预热竖井3下方的耐材顶罩25上设置有高温摄像头26、烟气分析仪取样探头27、废钢预热竖井前测温探头28。高温摄像头26主要用于观察液压推钢机32工作时废钢由废钢预热竖井3落入水平给料装置22的情况，若发生废钢局部卡料，则自动或人工控制多次反复运行液压推钢机32消除局部卡料。同时，高温摄像头26还可以观察废钢在水平给料装置22上的布料情况，进而调整液压推钢机32和水平给料装置22的运行速度，实现废钢在水平给料装置22上布料均匀、连续。烟气分析仪取样探头27用于连接烟气分析仪，实时采集分析进入废钢预热竖井3前的烟气中O2、CO、CO2含量；废钢预热竖井前测温探头28用于实时采集分析进入废钢预热竖井3前的烟气温度。根据烟气成分和温度的实时分析结果，通过调整可移动式水冷活套23控制外界空气的混入量，最终使进入废钢预热竖井3前的烟气成分和温度在目标范围内。
废钢预热竖井3由大角度废钢输送机5上料，废钢预热竖井3顶部设置双层闸门，以实现废钢加入废钢预热竖井3过程中无外部冷空气混入。双层闸门分别由电机驱动，上层闸门34为钢板焊接非水冷结构，下层闸门33为钢板焊接水冷结构，其底部浇注耐火材料进行隔热防护。大角度废钢输送机5上料时上层闸门34打开，下层闸门33关闭以接收废钢。每隔3分钟，大角度废钢输送机5暂停上料，上层闸门34关闭，下层闸门33打开，下层闸门33上的废钢落入废钢预热竖井3。
废钢预热竖井3上部侧壁开孔连接内壁浇注耐火材料的烟气排放管道4，如图1、图2所示。烟气排放管道4后续连接电炉烟气除尘系统。烟气排放烟道4包括作为主体的耐材烟道41，耐材烟道41上安装有废钢预热竖井后测温探头42，实现对废钢预热后烟气温度的连续监测。实际生产中，废钢预热竖井后测温探头42监测的废钢预热后烟气温度需不低于800℃，以满足后续电炉烟气急冷消除二噁英工艺要求。若监测的废钢预热后烟气温度低于800℃，则减缓大角度废钢输送机5的上料速度，减少废钢预热竖井3内的废钢量，降低高温烟气与废钢间的换热量，从而提高废钢预热后烟气温度至目标值。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种水平连续加料竖式废钢预热装置，其特征在于，所述装置包括电炉(1)、水平连续加料装置(2)和废钢预热竖井(3)(优选所述的废钢预热竖井(3)的框架(31)与废钢接触的内壁挂有耐高温的铸铁板，铸铁板与外层钢板间的夹层浇注耐火材料进行隔热保温)；所述水平连续加料装置(2)将电炉(1)的废钢入口和废钢预热竖井(3)的废钢出口连接起来；水平连续加料装置(2)的顶罩和水平运行的废钢上方具有足够的空间形成电炉烟气通行的腔道，以满足高温烟气不受阻力地通行至废钢预热竖井(3)；所述废钢预热竖井(3)在底部侧壁设置用于将废钢预热竖井(3)内预热后的废钢推到水平连续加料装置(2)上的液压推钢机(32)；(优选所述废钢预热竖井(3)上部侧壁设置烟气排放烟道(4)，烟气排放烟道(4)包括作为主体的耐材烟道(41)，耐材烟道(41)上安装有废钢预热竖井后测温探头(42))。
2.根据权利要求1所述的水平连续加料竖式废钢预热装置，其特征在于，所述水平连续加料装置(2)的废钢输送部分包括可移动式废钢给料小车(21)和水平给料装置(22)，所述水平给料装置(22)与废钢预热竖井(3)的废钢出口相连接，可移动式废钢给料小车(21)设置在水平给料装置(22)与电炉(1)的废钢入口之间。
3.根据权利要求1所述的水平连续加料竖式废钢预热装置，其特征在于，所述水平连续加料装置(2)的顶罩主要由可移动式水冷活套(23)、水冷顶罩(24)和耐材顶罩(25)组成，水冷顶罩(24)和耐材顶罩(25)从电炉(1)方向起始顺序设置，可移动式水冷活套(23)设置在水冷顶罩(24)靠近电炉一端的端部；且所述可移动式水冷活套(23)与电炉(1)的外壁形成环缝间隙，所述环缝间隙的宽度可通过可移动式水冷活套(23)来调整。
4.根据权利要求2所述的水平连续加料竖式废钢预热装置，其特征在于，所述水平给料装置(22)底板采用耐热钢板，结构采用水冷槽体形式；水平给料装置(22)的水冷系统进、回水管路上均设置水温监测仪表，进水管路上设置水量调节阀。
5.根据权利要求4所述的水平连续加料竖式废钢预热装置，其特征在于，所述废钢预热竖井(3)下方的耐材顶罩(25)上设置有高温摄像头(26)、烟气分析仪取样探头(27)、废钢预热竖井前测温探头(28)。
6.根据权利要求1所述的水平连续加料竖式废钢预热装置，其特征在于，所述废钢预热竖井(3)顶部由上到下设置上层闸门(34)和下层闸门(33)，上层闸门(34)和下层闸门(33)分别由电机驱动，上层闸门(34)为钢板焊接非水冷结构，下层闸门(33)为钢板焊接水冷结构，下层闸门(33)底部浇注耐火材料进行隔热防护。
7.利用权利要求1～6任意一项所述的装置进行废钢预热的方法，其特征在于，所述方法包括：所述电炉(1)采用大留钢量、平熔池冶炼模式，废钢由电炉(1)侧部经水平连续加料装置(2)平稳加入电炉(1)平熔池内，电炉高温烟气不受阻力地通行至废钢预热竖井(3)，并在废钢预热竖井(3)内自下而上流经废钢与废钢发生换热，从而预热废钢预热竖井(3)内的废钢，然后利用液压推钢机(32)将预热后的废钢推入下方的水平连续加料装置(2)(液压推钢机(32)为2套独立的液压缸和推头，正常推钢动作时，2套液压缸和推头同时同步工作；若发生局部废钢卡料，2套液压缸和推头可根据实际情况单独动作；且所述液压推钢机(32)的运行速度需与下方水平连续加料装置(2)的运行速度相匹配，以实现废钢在水平连续加料装置(2)上布料均匀、连续)(优选所述废钢预热竖井(3)上部侧壁设置烟气排放烟道(4)，耐材烟道(41)上安装有废钢预热竖井后测温探头(42)，用于实现对废钢预热后烟气温度的连续监测，并控制大角度废钢输送机(5)的上料速度)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水平连续加料装置(2)的废钢输送部分包括可移动式废钢给料小车(21)和水平给料装置(22)，所述水平给料装置(22)与废钢预热竖井(3)的废钢出口相连接，可移动式废钢给料小车(21)设置在水平给料装置(22)与电炉(1)的废钢入口之间；电炉冶炼过程中，可移动式废钢给料小车(21)进入电炉(1)内振动给料；电炉(1)断电出钢出渣前，可移动式废钢给料小车(21)退出电炉(1)，以避免发生干涉。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水平连续加料装置(2)的顶罩主要由可移动式水冷活套(23)、水冷顶罩(24)和耐材顶罩(25)组成，水冷顶罩(24)和耐材顶罩(25)从电炉(1)方向起始顺序设置，可移动式水冷活套(23)设置在水冷顶罩(24)靠近电炉一端的端部；且所述可移动式水冷活套(23)与电炉(1)的外壁形成环缝间隙，所述环缝间隙的宽度可通过可移动式水冷活套(23)来调整；电炉冶炼产生的烟气中的CO在水冷顶罩(42)的区域内与环缝间隙进入的外界空气混合并二次燃烧，将烟气的化学能转换成物理能。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述废钢预热竖井(3)下方的耐材顶罩(25)上设置有高温摄像头(26)、烟气分析仪取样探头(27)、废钢预热竖井前测温探头(28)；烟气分析仪取样探头(27)实时采集分析进入废钢预热竖井(3)前烟气中O2、CO、CO2含量，竖井前测温探头(28)实时采集分析进入废钢预热竖井(3)前的烟气温度；根据烟气成分和温度的实时分析结果，调整可移动式水冷活套(23)以控制外界空气的进入量，最终使进入废钢预热竖井(3)前的烟气成分和温度在目标范围内；同时利用高温摄像头(26)观察液压推钢机(32)工作时废钢由废钢预热竖井(3)落入水平连续加料装置(2)的情况。
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