CN117773039A - 27SiMn系列钢种及其制备方法和保护渣 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳钢连铸保护渣技术领域,具体而言,涉及27SiMn系列钢种及其制备方法和保护渣。用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣的化学成分重量百分比如下:SiO2 25.7‑30.7%;CaO 27.7%‑32.7%;Al2O3 3.0‑6.0%;Fe2O3≤2.5%;MgO 4.0‑6.4%;R2O 6.8‑9.8%;F‑2.0‑4.0%;C全 12.0‑16.0%;其余量为微量元素。其降低保护渣的粘度和碳含量,提高了保护渣的熔化速度,以及增加了保护渣的消耗和渣膜的稳定性,稳定了连铸过程中结晶器液渣层厚度和渣耗,改善了圆坯表面质量,并显著提高了圆坯拉速。
Description
技术领域
本发明涉及碳钢连铸保护渣技术领域,具体而言,涉及27SiMn系列钢种及其制备方法和保护渣。
背景技术
连铸结晶器内钢液凝固成型过程中,需要配加一定质量的保护渣,保证连铸顺行。连铸结晶器用保护渣的粒度一般为0.1~1mm,是一种以粉煤灰作为基料,混入人工合成渣(CaO-SiO2-Al2O3)和纯物质(Na2O和CaF2等熔剂),碳质材料为骨架的一种硅酸盐材料,其一般为黑色的颗粒状物质。其分布在连铸结晶器内高温钢水的表面,在连铸过程中具有重要作用,是控制最终连铸铸坯质量好坏的关键环节。
具体地,保护渣分布在高温钢水表面后,会形成三层保护渣结构。从靠近高温钢液一侧向外,依次为液渣层,烧结层和粉渣层。随着连铸过程的进行,结晶器的振荡作用导致液渣层不断运动,靠近铜板一侧,形成具有较好润滑作用和保温作用的液态渣膜。由于连铸的进行,液态渣膜随铸坯不断被带出连铸结晶器内,导致液渣层不断被消耗而变薄,此时烧结层温度升高,并逐步转变为液渣层,维持液渣层一定的厚度,最外层的粉渣层则逐步向烧结层转化,通过外加保护渣,补充内部消耗的保护渣,从而形成相对稳定的保护渣层状结构,稳定连铸工艺,保证连铸过程顺行,同时提高铸坯的表面和皮下质量。连铸过程保护渣的主要功能和作用如下所示:
1)绝热保温→粉渣层厚度、容重及碳含量→防止结晶器内钢液面结壳和弯月面处温度过低,造成铸坯表面和皮下夹杂。
2)防止钢液二次氧化→保护渣液层→防止钢液吸气、氧化。
3)吸收上浮夹杂物→保护渣碱度及成分→防止铸坯表面和皮下大量夹杂。
4)润滑作用→保护渣渣膜的液相区和液相渣膜的性能→保证铸坯与结晶器充分润滑,防止粘结、裂纹等铸坯质量问题及漏钢事故的发生。
5)控制传热→固态和液相渣膜的厚度、结晶率及传热和吸收系数、热膨胀系数→铸坯表面质量。
连铸过程中,保护渣起到润滑和控制传热的作用,对铸坯的表面凹陷和纵裂有明显的影响,因此需要控制一定的液渣层厚度和渣膜厚度的均匀性,达到初生坯壳均匀生长的目的。
然而,在连铸过程中使用通用的中碳保护渣,普遍反映出保护渣吨钢消耗量不足,只有0.23kg/t左右,对27SiMn系列钢种浇铸过程进行液渣层测量,首炉浇注过程中,开浇时液渣层的厚度为7-8mm,浇注1h后,液渣层厚度明显减薄,仅为5-6mm,结晶器内保护渣的消耗量随着浇注时间的延长而减少,液渣层厚度逐渐降低。可见,现有的中碳保护渣消耗不足,液渣层也不能稳定,对铸坯质量影响大,限制了27SiMn系列高拉速高产能的方向。
鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供27SiMn系列钢种及其制备方法和保护渣。本发明实施例提供的保护渣增加了保护渣的消耗和渣膜的稳定性,稳定了连铸过程中结晶器液渣层厚度和渣耗,改善了圆坯表面质量,并显著提高了圆坯拉速。
本发明是这样实现的:
第一方面,本发明提供一种用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣,其化学成分重量百分比如下:SiO2 25.7-30.7%;CaO 27.7%-32.7%;Al2O3 3.0-6.0%;Fe2O3≤2.5%;MgO 4.0-6.4%;R2O 6.8-9.8%;F-2.0-4.0%;C全12.0-16.0%,其余量微量元素。
在可选的实施方式中,其化学成分重量百分比如下:SiO2 29.5%;CaO31.2%;Al2O3 4.2%;Fe2O3 1.6%;MgO 5.7%;R2O 8.9%;F-3.0%;C全15.0%,其余量微量元素。
在可选的实施方式中,所述保护渣的碱度为0.092-1.08;优选为1.0。
在可选的实施方式中,所述保护渣的熔点为1110-1160℃,优选为1135℃。
在可选的实施方式中,所述保护渣的粘度为0.38-0.48;优选为0.43。
在可选的实施方式中,F-以NaF和CaF2的形式存在。
第二方面,本发明提供一种前述实施方式所述的用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣的制备方法,包括:按照配比将形成保护渣的原料混合磨浆,而后过筛、喷雾造粒和干燥。
第三方面,本发明提供一种27SiMn系列钢种的制备方法,其包括:浇铸过程添加前述实施方式任一项所述的用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣。
第四方面,本发明提供一种27SiMn系列钢种,其通过前述实施方式所述的一种27SiMn系列钢种的制备方法制备得到。
在可选的实施方式中,所述27SiMn系列钢种包括Φ150的小圆坯。
本发明具有以下有益效果:本实施例通过选择特定的化学成分并对其进行成分含量限定,降低保护渣的粘度和碳含量,提高了保护渣的熔化速度,以及增加了保护渣的消耗和渣膜的稳定性,稳定了连铸过程中结晶器液渣层厚度和渣耗,改善了圆坯表面质量,并显著提高了圆坯拉速。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的保护渣的制备工艺流程图;
图2为本发明实施例提供的应用保护渣连铸时的液渣层厚度示意图;
图3为本发明实施例提供的应用保护渣连铸后形成的铸坯的图片;
图4为本发明实施例提供的应用保护渣连铸后形成的铸坯的表面质量情况图;
图5为本发明实施例提供的应用保护渣连铸时可以达到的拉速示意图;
图6-7为本发明提供的对比例的保护渣连铸时液渣层厚度变化图;
图8-9为本发明提供的对比例的保护渣连铸后形成的铸坯的表面情况图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在钢种连铸时必须保持一定的渣耗。合适的渣耗可以使板坯与结晶器之间形成稳定均匀的渣膜,这对保证板坯的表面质量非常重要,圆坯的保护渣消耗量一般为0.30~0.50Kg/t,而现有技术中一般只有0.23kg/t左右。具体地,对27SiMn系列钢种浇铸过程进行液渣层测量,首炉浇注过程中,开浇时液渣层的厚度为7-8mm,浇注1h后,液渣层厚度明显减薄,仅为5-6mm,结晶器内保护渣的消耗量随着浇注时间的延长而减少,液渣层厚度逐渐降低。
从保护渣成分与物性方面分析,保护渣消耗量逐渐减少的原因主要有两方面:
(1)浇注过程中保护渣吸附钢水中的氧化物夹杂导致保护渣物性发生较大变化,如吸收Al2O3、Cr2O3和MnO后使熔化速度变慢、熔点提高、粘度增加,导致液渣层厚度减少、保护渣消耗量降低;
(2)保护渣凝固温度过高、析晶率高,导致保护渣烧结层与液渣层之间的传热效率降低,致使保护渣融化速度减缓、液渣层减薄、消耗量降低。
因此确定,连铸过程保护渣物性和消耗量的变化是圆坯表面纵裂纹产生的主要原因。为了稳定连铸过程中结晶器液渣层厚度和渣耗、减少圆坯表面纵裂纹缺陷的发生,从降低保护渣的粘度、降低保护渣中的碳含量来增加熔化速度,以增加保护渣的消耗和渣膜的稳定性为改进优化方案,具体地,保护渣分布在高温钢水表面后,会形成三层保护渣结构。从靠近高温钢液一侧向外,依次为液渣层,烧结层和粉渣层。随着连铸过程的进行,结晶器的振荡作用导致液渣层不断运动,靠近铜板一侧,形成具有较好润滑作用和保温作用的液态渣膜。由于连铸的进行,液态渣膜随铸坯不断被带出连铸结晶器内,导致液渣层不断被消耗而变薄,此时烧结层温度升高,并逐步转变为液渣层,维持液渣层一定的厚度,最外层的粉渣层则逐步向烧结层转化,通过外加保护渣,补充内部消耗的保护渣,从而形成相对稳定的保护渣层状结构,稳定连铸工艺,保证连铸过程顺行,同时提高铸坯的表面和皮下质量,从而达到结晶器均匀传热的目的。
对中碳保护渣进行优化,设计一种专门满足小圆坯27SiMn系列高拉速所需的专用保护渣,该降低保护渣的粘度、降低保护渣中的碳含量来增加熔化速度,以增加保护渣的消耗和渣膜的稳定性,从而达到结晶器均匀传热的目的,并能显著提高了圆坯拉速。
具体分析:(1)本发明实施例提供的保护渣适当降低粘度,增加渣膜流动性,提高消耗量。保护渣粘度对铸坯表面纵裂纹的影响较大,高粘度保护渣会导致钢水中溶质元素的偏析,可能导致纵裂纹增加。粘度适中的保护渣可以减少小圆坯27SiMn系列高拉速铸坯表面纵裂,其原理主要在于保护渣能够形成均匀的渣膜,从而在小圆坯27SiMn系列高拉速铸坯和结晶器之间起到更为良好的润滑作用。具体来说,粘度适中的保护渣能够保证小圆坯27SiMn系列高拉速拉坯过程中渣膜的均匀性和稳定性,使小圆坯27SiMn系列高拉速铸坯在结晶器中形成过程中不会因受到不均匀的冲刷力而产生纵裂纹。
此外,粘度适中的保护渣还可以更好地填充小圆坯27SiMn系列高拉速铸坯表面上的凹槽和裂纹,进一步防止了纵裂纹的产生。同时,保护渣的粘度过高或过低都会影响其润滑效果,进而增加铸坯表面纵裂的风险,通过此方法降低27SiMn系列的铸坯缺陷。
(2)本发明实施例提供的保护渣适当降低熔点,以加快熔化速度。但是熔点不能过低,保护渣的熔点过低可能导致其过早熔化,失去对小圆坯27SiMn系列高拉速铸坯的保护作用。此时,铸坯可能受到空气中氧气、氮气、水蒸气等的侵蚀,导致其表面出现裂纹、气孔等问题,从而影响铸坯的质量。如果保护渣的熔点过低,其流动性会增加,容易形成厚的渣皮,这可能会导致铸坯表面出现凹坑、折叠等问题。
(3)本发明实施例提供的保护渣适当提高碱度,控制传热。提高保护渣的碱度可以增加润滑效果,有利于小圆坯27SiMn系列高拉速铸坯的顺利形成,减少小圆坯27SiMn系列高拉速坯壳减薄和鼓肚问题。提高保护渣的碱度降低保护渣的熔点,使结晶器传热更加柔和,有利于改善小圆坯27SiMn系列高拉速铸坯的表面质量。
(4)本发明实施例提供的保护渣适当降低SiO2,以降低钢液与保护渣的反应。SiO2具有高化学稳定性,难以与其他物质发生反应。适当降低SiO2的含量可以增强保护渣的化学稳定性,使其在高温下不易发生变化,有利于提高小圆坯27SiMn系列高拉速铸坯的保护效果。适当降低SiO2的含量增加保护渣的润滑性,减少小圆坯27SiMn系列高拉速铸坯与结晶器之间的摩擦力,有利于减少铸坯表面缺陷和裂纹。
具体而言,保护渣的化学成分重量百分比如下:SiO2 25.7-30.7%;CaO 27.7%-32.7%;Al2O3 3.0-6.0%;Fe2O3≤2.5%;MgO 4.0-6.4%;R2O 6.8-9.8%;F-2.0-4.0%;C全12.0-16.0%,其余量微量元素。例如,其化学成分重量百分比如下:SiO2 29.5%;CaO31.2%;Al2O3 4.2%;Fe2O3 1.6%;MgO 5.7%;R2O 8.9%;F-3.0%;C全15.0%,其余量微量元素。微量元素为MnO、BaO以及Li2O等,由于含量较低,且不对保护渣的性能造成影响,因此并未对微量元素进行进一步限定或检测。
进一步地,保护渣的碱度为0.092-1.08;例如为1.0。熔点为1110-1160℃,例如为1135℃。粘度为0.38-0.48;例如为0.43。
其中,F-以NaF和CaF2的形式存在。
综上,本发明实施例提供的保护渣降低粘度,增加渣膜流动性,提高消耗量;降低熔点,加快熔化速度;提高碱度,控制传热;同时,降低SiO2,降低钢液与保护渣的反应,继而提升了保护渣的性能。
第二方面,本发明提供一种前述实施方式所述的用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣的制备方法,包括:按照配比将形成保护渣的原料混合磨浆,而后过筛、喷雾造粒和干燥。
制备方法参见图1,具体地步骤如下:
1、备料
1.1班前领料员必须了解和掌握本班次所使用原材料的种类、型号、技术要求,确定领料位置。
1.2领料员将材料领到生产现场后,必须堆放整齐、标识清楚、不得乱放。
2、配料
2.1储料前,应检查仑号标识是否与投入物料相同,一致时方可入。
2.2微机操作员要输入当班配料指令,并按批号设定配料指令记录号。
2.3要求计算机指令物料重量与实际计量误码率差≤3‰。
2.4配料每作计量误差≤0.3%。
2.5一定要在锥式搅拌器上、中、下的取样孔中分别取样送X荧光分析仪成分测定。
3、磨浆
3.1每批物料加入前,按指令加入一定量的水,保证磨机内正常循环,以便使物料在水中充分悬浮物料均匀。
3.2磨机的搅拌时间不得小于80min。
4、输浆
4.1要求压力泵的工作压力务必稳定在2.0~3.0mpa,使料浆过20目筛网。
4.2搅拌桶不得停机,防止浆料分离沉淀。
5、喷雾造粒
5.1保证喷雾塔塔内温度达到规定要求后方可安装第一支喷枪。
5.2第一支喷枪喷料后,使温度恢复到180-220℃左右装第二支喷枪,其余皆同。
5.3喷枪空板大于2.0mm时应及时更换。
5.4要求喷雾塔塔体内压力控制在22±3mpa。
6、烘干
6.1保证塔体进风口温度在450±50℃,出风口温度180±30℃。
6.2质量检测站间隔一定时间随时机抽样检测成品粒度和水分。
6.3及时清除除尘器和掉塔物料。
7、包装
7.1严格检查自动包装系统。
7.2经检测,粒度(要求0.15~1mm≥90%),包装温度(<60℃)合格后方可包装。
8、入库
按公司产品的入库规定入存库房。
第三方面,本发明提供一种27SiMn系列钢种的制备方法,其包括:浇铸过程添加前述实施方式任一项所述的用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣。
需要说明的是,本发明实施例提供的27SiMn系列钢种的制备方法与现有技术中的制备方法基本相同,具体是将现有的保护渣改为本发明实施例提供的保护渣,对应调整其拉速。
具体步骤如下:
一、电炉冶炼
1、炉料结构:装入量按锭型规格出钢量要求合理配料,铁水占装料总量88%左右,其他为优质废钢及渣钢。(所有钢铁料必须干燥,冶炼钢锭不得使用潮湿钢铁料,按锭型规格要求浇钢量加3吨±0.5t确保出钢量,防止放钢出渣。
2、严格控制钢水过氧化,确保初样碳大于0.60%,终点碳控制大于0.10%,目标在0.15%左右(停氧取样后分析结果,如碳高再供氧下碳分析),减少增碳。终点P≤0.010%。
3、出钢温度:1640-1660℃
4、放钢前将烘烤好的合金倒入钢包内,放钢随钢流加入钢砂铝100kg,精炼渣150kg,石灰250kg。
二、LF冶炼
1、钢水到站后,测温。
2、LF炉通电5min,加萤石50Kg,稀薄渣形成,然后加入碳化硅20Kg、电石50Kg、碳粉适量等脱氧剂造白渣。
3、通电15分钟后,渣白进行测温取样。
4、补加石灰50Kg,补加适量碳粉继续精炼,精炼过程中根据炉内炉渣情况进行调渣,要求白渣保持时间大于20分钟。
5、根据取样分析结果调整钢水成分。
6、成分温度达到目标后喂AL线80米/炉,进VD炉。
7VD炉座包温度:1630-1640℃
三、VD炉
1、真空度67Pa下保持时间18分钟。
2、开盖后取样测温,喂Ca线80米/炉。然后立即在渣面上均匀加入保护渣4包/炉,进行弱吹氩搅拌10分钟(氩气流量以钢液面微微波动为准)。达到浇注温度后吊包。
3、VD炉吊包温度1550-1555℃。
4、浇注温度1540-1545℃
5、未尽事宜按基本工艺执行
四,连铸
连铸过程中,结晶器水量95
二冷比水量060
水量系数30:40:20:10
电磁电流A 400
搅拌频率HZ 4;拉速:2.5-2.80。
第四方面,本发明提供一种27SiMn系列钢种,其通过前述实施方式所述的一种27SiMn系列钢种的制备方法制备得到。
27SiMn系列钢种中元素的成分如下:C 0.26-0.28%,Si 1.13-1.17%,Mn1.13-1.17%,Als0.008-0.020%,P≤0.015%,S≤0.008%,Cr≤0.15%,Ni≤0.15%,Cu≤0.15%,Mo≤0.15%,As≤0.030%,Sn≤0.030%,Pb≤0.030%,Sb≤0.030%,Bi≤0.030%,且As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.050%,其余量为Fe。
在可选的实施方式中,所述27SiMn系列钢种包括Φ150的小圆坯。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本发明实施例提供一种保护渣,其成分参见表1。
对比例1
本对比例提供一种保护渣,其成分参见表1。
表1保护渣成分
对比例 | 实施例1 | |
碱度 | 0.96 | 1.0 |
SiO2 | 30.2% | 29.5% |
CaO | 28.8% | 31.2% |
Al2O3 | 4.5% | 4.52% |
Fe2O3 | 1.52% | 1.6% |
MgO | 5.5% | 5.7% |
R2O | 7.3% | 8.9% |
F- | 2.5% | 3.0% |
C全 | 14.5% | 15.0% |
微量元素 | 1.0% | 0.9% |
熔点℃ | 1145 | 1135 |
粘度(1300℃)Pa·s | 0.51 | 0.43 |
将上述实施例1和对比例1的保护渣分别添加到2个批次相同生产条件的27SiMn钢种浇铸过程中,并对生产情况进行跟踪,跟踪情况如下:
实施例1:首炉浇过程中,开浇时液渣层的厚度为7-8mm,浇注1h后液渣层厚度无明显变化(参见图2)。整个浇注过程保护渣液渣层厚度比较稳定,中间未出现换渣情况,渣耗稳定在0.36kg/t,保护渣液渣层能够均匀地传递热量,使27SiMn钢铸坯表面受热均匀,从而减少27SiMn钢铸坯表面的裂纹和气孔等缺陷。稳定的渣层厚度能够形成均匀、致密的渣膜,减少铸坯与结晶器之间的摩擦力,有利于减少铸坯表面缺陷和裂纹,整个浇注过程比较顺利,铸坯裂纹发生几率明显降低(参见图3),高速速形成的铸坯表面质量情况(见图4)。拉速可以达到2.8m/min(参见图5)。
对比例
首炉浇注过程中,开浇时液渣层的厚度为8mm(参见图6),浇注1h后液渣层厚度明显减薄,仅为5mm(参见图7),结晶器内保护渣的消耗量随着浇注时间的延长而减少,液渣层厚度逐渐降低。拉速仅可以仅为2.2m/min,当强行达到2.4m/min时,铸坯表面产生纵裂(参见图8),拉速超过2.4m/min时发生漏钢恶性事故(参见图9)。
其中,27SiMn钢种CP样成分如下:
C 0.27%,Si 1.15%,Mn 1.15%,Als 0.015%,P 0.012%,S 0.006%,Cr0.04%,Ni 0.02%,Cu 0.04%,Mo 0.01%,As 0.01%,Sn 0.008%,Pb≤0.030%,Sb≤0.030%,Bi≤0.030%,且As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.050%,其余量为Fe。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,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 (10)
1.一种用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣,其特征在于,其化学成分重量百分比如下:SiO2 25.7-30.7%;CaO 27.7%-32.7%;Al2O33.0-6.0%;Fe2O3≤2.5%;MgO4.0-6.4%;R2O 6.8-9.8%;F-2.0-4.0%;C全12.0-16.0%,其余量微量元素。
2.根据权利要求1所述的用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣,其特征在于,其化学成分重量百分比如下:SiO2 29.5%;CaO 31.2%;Al2O3 4.2%;Fe2O3 1.6%;MgO5.7%;R2O 8.9%;F-3.0%;C全15.0%,其余量微量元素。
3.根据权利要求1所述的用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣,其特征在于,所述保护渣的碱度为0.092-1.08;优选为1.0。
4.根据权利要求1所述的用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣,其特征在于,所述保护渣的熔点为1110-1160℃,优选为1135℃。
5.根据权利要求1所述的用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣,其特征在于,所述保护渣的粘度为0.38-0.48;优选为0.43。
6.根据权利要求1-5任一项所述的用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣,其特征在于,F-以NaF和CaF2的形式存在。
7.一种权利要求1所述的用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣的制备方法,其特征在于,包括:按照配比将形成保护渣的原料混合磨浆,而后过筛、喷雾造粒和干燥。
8.一种27SiMn系列钢种的制备方法,其特征在于,其包括:浇铸过程添加权利要求1-6任一项所述的用于Φ150生产27SiMn系列钢种高拉速的保护渣。
9.一种27SiMn系列钢种,其特征在于,其通过权利要求8所述的一种27SiMn系列钢种的制备方法制备得到。
10.根据权利要求9所述的27SiMn系列钢种,其特征在于,所述27SiMn系列钢种包括Φ150的小圆坯;
优选地,所述27SiMn系列钢种中元素的成分如下:C 0.26-0.28%,Si1.13-1.17%,Mn1.13-1.17%,Als0.008-0.020%,P≤0.015%,S≤0.008%,Cr≤0.15%,Ni≤0.15%,Cu≤0.15%,Mo≤0.15%,As≤0.030%,Sn≤0.030%,Pb≤0.030%,Sb≤0.030%,Bi≤0.030%,且As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.050%,其余量为Fe。
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