CN110624787A - 一种环保无水电镀基材的制作工艺 - Google Patents

一种环保无水电镀基材的制作工艺 Download PDF

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王起峰
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Abstract

本发明公开了一种环保无水电镀基材的制作工艺，包括如下步骤：前处理→静电喷涂→加热固化→冷却→清洗成品表面→检查后转入下道工序，本发明一种环保无水电镀基材的制作工艺利用静电喷液设备(静电喷涂机)把水溶性纳米电镀处理液喷涂到基材的表面，在静电作用下,水溶性纳米电镀处理液会均匀的吸附于基材表面，形成液态的涂层，液态涂层经过高温烘烤流平固化，喷涂效果在机械强度、附着力、耐腐蚀、耐老化等方面优于电镀工艺，成本也在同效果的电镀之下。

Description

一种环保无水电镀基材的制作工艺
技术领域
本发明涉及电镀基材相关技术领域，具体为一种环保无水电镀基材的制作工艺。
背景技术
传统的各类基材在电镀时有物质局限性(五金、塑料、橡胶等)，传统电镀在制作流程中产生大量高危废水废气，且施工环境恶劣，消耗大量能源，本发明全制程无水气排放且安全环保节能。
为此，我们提出了一种环保无水电镀基材的制作工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保无水电镀基材的制作工艺，旨在改善传统的各类基材在电镀时有物质局限性(五金、塑料、橡胶等)，传统电镀在制作流程中产生大量高危废水废气，且施工环境恶劣，消耗大量能源，本发明全制程无水气排放且安全环保节能的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种环保无水电镀基材的制作工艺，其特征在于，包括如下步骤：前处理→静电喷涂→加热固化→冷却→清洗成品表面→检查后转入下道工序。
S1:前处理
①将被加工基材彻底清洁除尘除油除渍。(超声波清洗+等离子除尘或其他方式)
②将清洗后的基材利用风泵风干并冷却至35℃以下。
基材经过前处理除掉表面的油污和灰尘后才能喷涂水溶性纳米电镀处理液，前处理后的工件必须完全烘干水分并且充分冷却到35℃以下才能保证成品基材的理化性能和外观质量。
S2：静电喷涂
①喷涂前检查：检查基材前处理是否符合标准要求，如果发现有问题应及时返回前处理工序重新加工，只有合格部件才可转入喷涂车间进行喷涂加工。
②喷涂前准备：
(2.1)检查基材产品标记编号、涂装色泽是否与生产计划单相符。
(2.2)检查静电喷涂机、喷枪及供液系统(用于存储水溶性纳米电镀处理液)是否工作正常；
静电喷涂机：静电高压应保持60-90KV，电压过高容易造成水溶性纳米电镀处理液反弹和边缘麻点；电压过低降低了水溶性纳米电镀处理液的附着力；
·静电电流10-20μA，电流过高容易产生放电击穿水溶性纳米电镀处理液涂层；电流过低降低了水溶性纳米电镀处理液的附着力；
·流速压力0.30-0.55Mpa,流速压力越高则水溶性纳米电镀处理液的沉积速度越快，有利于快速获得预定厚度的涂层，但过高就会增加水溶性纳米电镀处理液用量和喷枪的磨损速度；
·雾化压力0.30-0.45Mpa，适当增大雾化压力能够保持水溶性纳米电镀处理液的厚度均匀，但过高会使送液部件快速磨损；适当降低雾化压力能够提高水溶性纳米电镀处理液的覆盖能力，但过低容易使送液部件堵塞；
喷枪压力0.5MPa，喷枪压力过高会加速枪头磨损，过低容易造成枪头堵塞。
所述供液系统由新液桶、旋转筛和供液桶组成。所述供液桶流化压力0.04～0.10MPa，供液桶流化压力过高会降低水溶性纳米电镀处理液密度使生产效率下降，过低容易出现供液不足或者水溶性纳米电镀处理液流速不均。
③喷涂：
(3.1)基材通过输送链进入喷粉房的喷枪位置，喷涂时枪口至基材的距离为150mm-300mm，过近容易产生放电击穿水溶性纳米电镀处理液涂层，过远则增加水溶性纳米电镀处理液用量和降低生产效率,输送链速度4.5～5.5m/min。输送链速度过快会引起水溶性纳米电镀处理液涂层厚度不够，过慢则降低生产效率。
(3.2)静电发生器通过喷枪枪口的电极针向基材方向的空间释放高压静电(负极)，该高压静电使从喷枪口喷出的水溶性纳米电镀处理液和压缩空气的混合物以及电极周围空气电离(带负电荷)；
(3.3)基材经过挂具通过输送链接地(接地极)，这样就在喷枪和基材之间形成一个电场，水溶性纳米电镀处理液在电场力和压缩空气压力的双重推动下到达基材表面，依靠静电吸引在基材表面形成一层均匀的涂层；
喷粉室内腔的顶板和壁板采用透光聚丙烯塑料材质，以最大限度减少水溶性纳米电镀处理液黏附量，防止静电荷累积干扰静电场，喷粉室内腔底板和基座采用不锈钢材质，既便于清洁又具有足够的机械强度；
喷粉室内还设置有辅助系统，辅助系统包括空调器、除湿机。
空调器的作用一是保持喷粉温度在35℃以下以防止水溶性纳米电镀处理液结块；二是通过空气循环(风速小于0.3m/s) 保持喷粉室的微负压。除湿机的作用是保持喷粉室相对湿度为 45％～55％，湿度过大空气容易产生放电击穿水溶性纳米电镀处理液涂层，过小导电性差不易电离。
喷枪和静电控制器喷枪除了传统的内藏式电极针，外部还设置了环形电晕，进而使静电场更加均匀以保持水溶性纳米电镀处理液涂层的厚度均匀，且静电控制器产生需要的静电高压并维持其稳定，波动范围小于10％。
(3.4)落下的水溶性纳米电镀处理液通过回收系统回收，过筛后可以再用。
S3:加热固化
将被水溶性纳米电镀处理液附着的基材放置在烤车上并以 120-180摄氏度的温度在炉体内加热烧结15-45分钟。
水溶性纳米电镀处理液加热固化的主要设备包括供热燃烧器、循环风机及回风管、炉体，所使用的供热燃烧器为德国威索产品，使用0～35#轻柴油，具有发热效率高、省油的优点；循环风机进行热交换，送风管第一级开口在炉体底部，向上每隔600mm有一级开口，共三级，这样可以保1200mm基材范围内温度波动小于5℃，防止基材上下色差过大；回风管在炉体顶部，这样可以保证炉体内上下温度尽可能均匀，且炉体为桥式结构，既有利于保存热空气，又可以防止生产结束后炉内空气体积减小吸人外界灰尘和杂质。
S4:冷却
打开炉门使部件温度降到常温后再将烤车拖出，切不可打开炉门就拖烤车，防止部件高温时摆动碰撞,其次对带有涂层的基材成品用急速高压风冷3-5分钟、低压风冷10-30分钟或自然冷却2-8小时。
S5:清洗成品表面
对成品表面进行水清洁或酒精清洁
S6:检查后转入下道工序
将烤车上部件撤入指定地点进行产品检查，日常主要检查外观(是否平整光亮、有无颗粒、缩孔等缺陷)和厚度(控制在55～90μm),成品检查后的成品分类摆放在运输车、周转箱内，相互之间用报纸等软质材料隔离，以防止划伤并做好标识待用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明具有设计合理且操作简单的特点，本发明一种环保无水电镀基材的制作工艺利用静电喷液设备(静电喷涂机)把水溶性纳米电镀处理液喷涂到基材的表面，在静电作用下,水溶性纳米电镀处理液会均匀的吸附于基材表面，形成液态的涂层，液态涂层经过高温烘烤流平固化，喷涂效果在机械强度、附着力、耐腐蚀、耐老化等方面优于电镀工艺，成本也在同效果的电镀之下。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的叙述，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在叙述中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种环保无水电镀基材的制作工艺，其特征在于，包括如下步骤：前处理→静电喷涂→加热固化→冷却→清洗成品表面→检查后转入下道工序。
S1：前处理
①将被加工基材彻底清洁除尘除油除渍。(超声波清洗+等离子除尘或其他方式)
②将清洗后的基材利用风泵风干并冷却至35℃以下。
基材经过前处理除掉表面的油污和灰尘后才能喷涂水溶性纳米电镀处理液，前处理后的工件必须完全烘干水分并且充分冷却到35℃以下才能保证成品基材的理化性能和外观质量。
S2:静电喷涂
①喷涂前检查：检查基材前处理是否符合标准要求，如果发现有问题应及时返回前处理工序重新加工，只有合格部件才可转入喷涂车间进行喷涂加工。
②喷涂前准备：
(2.1)检查基材产品标记编号、涂装色泽是否与生产计划单相符。
(2.2)检查静电喷涂机、喷枪及供液系统(用于存储水溶性纳米电镀处理液)是否工作正常；
·静电喷涂机：静电高压应保持60-90KV，电压过高容易造成水溶性纳米电镀处理液反弹和边缘麻点；电压过低降低了水溶性纳米电镀处理液的附着力；
·静电电流10-20μA，电流过高容易产生放电击穿水溶性纳米电镀处理液涂层；电流过低降低了水溶性纳米电镀处理液的附着力；
·流速压力0.30-0.55Mpa,流速压力越高则水溶性纳米电镀处理液的沉积速度越快，有利于快速获得预定厚度的涂层，但过高就会增加水溶性纳米电镀处理液用量和喷枪的磨损速度；
·雾化压力0.30-0.45Mpa，适当增大雾化压力能够保持水溶性纳米电镀处理液的厚度均匀，但过高会使送液部件快速磨损；适当降低雾化压力能够提高水溶性纳米电镀处理液的覆盖能力，但过低容易使送液部件堵塞；
喷枪压力0.5MPa，喷枪压力过高会加速枪头磨损，过低容易造成枪头堵塞。
所述供液系统由新液桶、旋转筛和供液桶组成。所述供液桶流化压力0.04～0.10MPa。供液桶流化压力过高会降低水溶性纳米电镀处理液密度使生产效率下降，过低容易出现供液不足或者水溶性纳米电镀处理液流速不均。
水溶性纳米电镀处理液涂料先加入到新液桶，压缩空气通过新液桶底部的流化板上的微孔使水溶性纳米电镀处理液预流化，再经过液泵输送到旋转筛。旋转筛分离出粒径过大的水溶性纳米电镀处理液粒子(100μm以上)，剩余水溶性纳米电镀处理液下落到供液桶，供液桶将水溶性纳米电镀处理液流化到规定程度后通过液泵和送液管供给喷枪喷涂基材。
S2:静电喷涂：
(3.1)基材通过输送链进入喷粉房的喷枪位置，喷涂时枪口至基材的距离为150mm-300mm，过近容易产生放电击穿水溶性纳米电镀处理液涂层，过远则增加水溶性纳米电镀处理液用量和降低生产效率，输送链速度4.5～5.5m/min。输送链速度过快会引起水溶性纳米电镀处理液涂层厚度不够，过慢则降低生产效率。
(3.2)静电发生器通过喷枪枪口的电极针向基材方向的空间释放高压静电(负极)，该高压静电使从喷枪口喷出的水溶性纳米电镀处理液和压缩空气的混合物以及电极周围空气电离 (带负电荷)；
(3.3)基材经过挂具通过输送链接地(接地极)，这样就在喷枪和基材之间形成一个电场，水溶性纳米电镀处理液在电场力和压缩空气压力的双重推动下到达基材表面，依靠静电吸引在基材表面形成一层均匀的涂层；
喷粉室内腔的顶板和壁板采用透光聚丙烯塑料材质，以最大限度减少水溶性纳米电镀处理液黏附量，防止静电荷累积干扰静电场，喷粉室内腔底板和基座采用不锈钢材质，既便于清洁又具有足够的机械强度；
喷粉室内还设置有辅助系统，辅助系统包括空调器、除湿机。
空调器的作用一是保持喷粉温度在35℃以下以防止水溶性纳米电镀处理液结块；二是通过空气循环(风速小于0.3m/s) 保持喷粉室的微负压。除湿机的作用是保持喷粉室相对湿度为 45％～55％，湿度过大空气容易产生放电击穿水溶性纳米电镀处理液涂层，过小导电性差不易电离。
喷枪和静电控制器喷枪除了传统的内藏式电极针，外部还设置了环形电晕，进而使静电场更加均匀以保持水溶性纳米电镀处理液涂层的厚度均匀，且静电控制器产生需要的静电高压并维持其稳定，波动范围小于10％。
(3.4)落下的水溶性纳米电镀处理液通过回收系统回收，过筛后可以再用。
回收系统：喷枪喷出的水溶性纳米电镀处理液除一部分吸附到基材表面上(一般为50％～70％，本公司为70％)外，其余部分自然沉降。沉降过程中的水溶性纳米电镀处理液一部分被喷粉棚侧壁的旋风回收器收集，利用离心分离原理使粒径较大的水溶性纳米电镀处理液粒子(12μm以上)分离出来并送回旋转筛重新利用，12pom以下的水溶性纳米电镀处理液粒子被送到滤芯回收器内，其中水溶性纳米电镀处理液被脉冲压缩空气振落到滤芯底部收集斗内，这部分水溶性纳米电镀处理液定期清理装箱等待二次利用，分离出水溶性纳米电镀处理液的洁净空气(含有的水溶性纳米电镀处理液粒径小于1μm、浓度小于 5g/m3)排放到喷粉室内以维持喷粉室内的微负压。负压过大容易吸入喷粉室外的灰尘和杂质，负压过小或正压容易造成水溶性纳米电镀处理液外溢。沉降到喷粉棚底部的水溶性纳米电镀处理液收集后通过粉泵进入旋转筛重新利用，回收水溶性纳米电镀处理液与新水溶性纳米电镀处理液的混合比例为(1:3)～ (1:1)。
S3:加热固化
将被水溶性纳米电镀处理液附着的基材放置在烤车上并以 120-180摄氏度的温度在炉体内加热烧结15-45分钟。
由于水溶性纳米电镀处理液固化的基本原理环氧树脂中的环氧基、聚酯树脂中的羧基与固化剂中的胺基发生缩聚、加成反应交联成大分子网状体,同时释放出小分子气体(副产物)。固化过程分为熔融、流平、胶化和固化4个阶段。
温度升高到熔点后基材上的表层水溶性纳米电镀处理液开始融化，并逐渐与内部水溶性纳米电镀处理液形成漩涡直至全部融化。水溶性纳米电镀处理液全部融化后开始缓慢流动，在基材表面形成薄而平整的一层，此阶段称流平。温度继续升高到达胶点后有几分短暂的胶化状态(温度保持不变)，之后温度继续升高水溶性纳米电镀处理液发生化学反应而固化
水溶性纳米电镀处理液加热固化的主要设备包括供热燃烧器、循环风机及回风管、炉体，所使用的供热燃烧器为德国威索产品，使用0～35#轻柴油，具有发热效率高、省油的优点；循环风机进行热交换，送风管第一级开口在炉体底部，向上每隔600mm有一级开口，共三级，这样可以保1200mm基材范围内温度波动小于5℃，防止基材上下色差过大；回风管在炉体顶部，这样可以保证炉体内上下温度尽可能均匀，且炉体为桥式结构，既有利于保存热空气，又可以防止生产结束后炉内空气体积减小吸人外界灰尘和杂质。
S4：冷却
打开炉门使部件温度降到常温后再将烤车拖出，切不可打开炉门就拖烤车，防止部件高温时摆动碰撞,其次对带有涂层的基材成品用急速高压风冷3-5分钟、低压风冷10-30分钟或自然冷却2-8小时。
S5：清洗成品表面
对成品表面进行水清洁或酒精清洁
S6：检查后转入下道工序
将烤车上部件撤入指定地点进行产品检查，日常主要检查外观(是否平整光亮、有无颗粒、缩孔等缺陷)和厚度(控制在 55～90μm),成品检查后的成品分类摆放在运输车、周转箱内，相互之间用报纸等软质材料隔离，以防止划伤并做好标识待用。
工艺原理：用静电喷液设备(静电喷涂机)把水溶性纳米电镀处理液喷涂到基材的表面，在静电作用下,水溶性纳米电镀处理液会均匀的吸附于基材表面，形成液态的涂层，液态涂层经过高温烘烤流平固化，喷涂效果在机械强度、附着力、耐腐蚀、耐老化等方面优于电镀工艺，成本也在同效果的电镀之下。
水溶性纳米电镀处理液静电喷涂技术及其应用方法还有很多，静电喷枪水溶性纳米电镀处理液静电喷涂首先要有产生直流高压的高压静电发生器和把水溶性纳米电镀处理液喷射出来的喷枪。通常情况下，基材接地，喷枪尖就接负高压，负高压是高压静电发生器供给的。当静电喷枪尖端靠近基材，就产生电晕放电现象，水溶性纳米电镀处理液从喷枪口喷射出来，经过电晕放电就带上了负电荷。这带负电荷的水溶性纳米电镀处理液微分子在静电力和压缩气流的作用下到达基材表面，在水溶性纳米电镀处理液微分子的其它部分的负电荷与基材之间具有静电吸引力，使水溶性纳米电镀处理液微分子吸附在基材表面上，以至敲打基材，水溶性纳米电镀处理液和同粒也不易脱落。因为水溶性纳米电镀处理液微分子具有较高的电阻，故微分子上带的负电荷不易漏掉，从而使水溶性纳米电镀处理液能相当长时间吸附在基材表面，但微分子的电阻是越不大越好，电阻过大，水溶性纳米电镀处理液微分子上就不易带上负电荷，造成吸附力小，一般水溶性纳米电镀处理液微分子的比电阻在 102-103为宜。通过静电喷涂，可使水溶性纳米电镀处理液均匀地容聚于基材表面，又因为带负电荷的微分子之间具有相斥的力。这种斥力有助于分散微分子的作用，基材表面吸附的水溶性纳米电镀处理液粒层达到一定厚时，不会再加厚。从而保证了当基材固化后，表面的涂抹均匀。静电喷枪水溶性纳米电镀处理液的带电量也不是越大越好。因为带电量越大，虽吸附力大，但排斥力也大，故水溶性纳米电镀处理液带电也要适当，一般在Q＝107库/克的程度上，喷涂操作时使用的电压一般为 50－80KV，放电量为100A以下，喷枪尖端与基材的距离为 100mm－200mm为宜。基材不加热，即冷喷时，涂层厚度一般为 50-100微米。如果基材在喷涂之前进行加热，喷涂时在基材表面的微分子的电阻减少，微分子层的带电量减少，从而能使涂抹厚度增加，所以基材热喷时，涂抹厚度可达500微米。在基材凹陷处，由于静电屏蔽的作用，使用电压越高，静电屏蔽作用就越大，这时就必须降低电压进行喷涂。
通过上述设计得到的工艺步骤已基本能满足改善传统的各类基材在电镀时有物质局限性(五金、塑料、橡胶等)，传统电镀在制作流程中产生大量高危废水废气，且施工环境恶劣，消耗大量能源，本发明全制程无水气排放且安全环保节能的问题的使用，但本着进一步完善其功能的宗旨，设计者对该装置进行了进一步的改良。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种环保无水电镀基材的制作工艺，其特征在于：包括如下步骤：前处理→静电喷涂→加热固化→冷却→清洗成品表面→检查后转入下道工序；
S1:前处理
①将被加工基材彻底清洁除尘除油除渍（超声波清洗+等离子除尘或其他方式）
②将清洗后的基材利用风泵风干并冷却至35℃以下；
S2:静电喷涂
①喷涂前检查：检查基材前处理是否符合标准要求，如果发现有问题应及时返回前处理工序重新加工，只有合格部件才可转入喷涂车间进行喷涂加工；
②喷涂前准备：
（2.1）检查基材产品标记编号、涂装色泽是否与生产计划单相符；
（2.2）检查静电喷涂机、喷枪及供液系统（用于存储水溶性纳米电镀处理液）是否工作正常;
静电喷涂机：静电高压应保持 60-90KV，电压过高容易造成水溶性纳米电镀处理液反弹和边缘麻点；电压过低降低了水溶性纳米电镀处理液的附着力；
● 静电电流10-20μA，电流过高容易产生放电击穿水溶性纳米电镀处理液涂层；电流过低降低了水溶性纳米电镀处理液的附着力；
●流速压力0.30-0.55Mpa,流速压力越高则水溶性纳米电镀处理液的沉积速度越快，有利于快速获得预定厚度的涂层，但过高就会增加水溶性纳米电镀处理液用量和喷枪的磨损速度；
●雾化压力 0.30-0.45Mpa，适当增大雾化压力能够保持水溶性纳米电镀处理液的厚度均匀，但过高会使送液部件快速磨损；适当降低雾化压力能够提高水溶性纳米电镀处理液的覆盖能力，但过低容易使送液部件堵塞；
●喷枪压力0.5MPa，喷枪压力过高会加速枪头磨损，过低容易造成枪头堵塞；
●所述供液系统由新液桶、旋转筛和供液桶组成，所述供液桶流化压力 0.04～0.10MPa；
③喷涂：
（3.1）基材通过输送链进入喷粉房的喷枪位置；
（3.2）静电发生器通过喷枪枪口的电极针向基材方向的空间释放高压静电(负极)，该高压静电使从喷枪口喷出的水溶性纳米电镀处理液和压缩空气的混合物以及电极周围空气电离(带负电荷)；
（3.3）基材经过挂具通过输送链接地(接地极)，这样就在喷枪和基材之间形成一个电场，水溶性纳米电镀处理液在电场力和压缩空气压力的双重推动下到达基材表面，依靠静电吸引在基材表面形成一层均匀的涂层；
（3.4）落下的水溶性纳米电镀处理液通过回收系统回收，过筛后可以再用；
S3:加热固化
将被水溶性纳米电镀处理液附着的基材放置在烤车上并以120-180摄氏度的温度在炉体内加热烧结15-45分钟；
S4:冷却
打开炉门使部件温度降到常温后再将烤车拖出，切不可打开炉门就拖烤车，防止部件高温时摆动碰撞,其次对带有涂层的基材成品用急速高压风冷3-5分钟、低压风冷10-30分钟或自然冷却2-8小时；
S5:清洗成品表面
对成品表面进行水清洁或酒精清洁
S6:检查后转入下道工序
将烤车上部件撤入指定地点进行产品检查，日常主要检查外观(是否平整光亮、 有无颗粒、 缩孔等缺陷)和厚度(控制在 55～90μm),成品检查后的成品分类摆放在运输车、周转箱内，相互之间用报纸等软质材料隔离，以防止划伤并做好标识待用。
2.根据权利要求1所述的一种环保无水电镀基材的制作工艺，其特征在于，S2中所述的喷涂时枪口至基材的距离为 150mm-300mm，所述输送链速度 4.5～5.5m／min。
3.根据权利要求1所述的一种环保无水电镀基材的制作工艺，其特征在于，S2中所述的喷粉室内腔的顶板和壁板采用透光聚丙烯塑料材质，所述喷粉室内腔底板和基座采用不锈钢材质。
4.根据权利要求3所述的一种环保无水电镀基材的制作工艺，其特征在于，S2中所述的喷粉室内还设置有辅助系统，所述辅助系统包括空调器、除湿机。
5.根据权利要求4所述的一种环保无水电镀基材的制作工艺，其特征在于，S2中所述的喷枪和静电控制器喷枪除了传统的内藏式电极针，外部还设置了环形电晕。
6.根据权利要求1所述的一种环保无水电镀基材的制作工艺，其特征在于，S3中所述的水溶性纳米电镀处理液加热固化的主要设备包括供热燃烧器、循环风机及回风管、炉体。
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