CN1309493C - 金属带冷轧方法及轧机 - Google Patents

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Abstract

提出了一种金属带冷轧方法，包括：使金属带经过在两个对转轧辊之间的辊缝；通过供给管路(9)和喷嘴装置(1)的至少一个喷口(4)，将冷气体和/或液化气体吹入辊缝区域；至少在喷嘴装置的喷口附近，遮套喷嘴装置以免受周围大气的影响，从而防止在喷口附近产生水或冰；遮盖步骤包括提供一股干燥气流，其流过一个围绕喷嘴装置的喷口的外部周围的管；提供热交换装置(24)，用以在管或供给管路与流过热交换装置的流体之间进行热交换，从而防止水或冰沉积在所述管和喷口中的至少一个上。或者，可以设置一个带有至少部分包围喷口的前盖的箱，并且加热所述箱和前盖中的至少一个，以防止水或冰的沉积。本发明还提供用于实施本发明方法的轧机。

Description

金属带冷轧方法及轧机
技术领域
本发明涉及金属带轧制方法且尤其是冷轧方法以及轧机。
背景技术
金属带生产厂家正在使用冷轧方法来生产具有特定机械性能、表面性能及厚度的金属带。在冷轧方法中，金属带经过一存在于两个对转轧辊之间的辊缝，以便减小带材厚度并提供所需的表面质量。在冷轧作业中，由于在轧辊与金属带之间的摩擦并且由于带材变形，所以在辊缝中产生许多热量。该热量对材料及表面性能产生不利影响。
在传统的冷轧方法中，液体如油、水或乳化剂作为冷却润滑剂被用于减少辊缝中的摩擦及热量。这些液体通常在冷轧后留在表面上，由此带来负面作用。例如，在金属带表面上的水或含水乳化液导致腐蚀即生锈。另外，残留在表面上的油必须在进一步处理金属带之前被尽可能地清除掉。由残留在金属带表面上的水性或油性残余物导致的清除作业和次品造成高昂的再加工成本和废品。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种金属带冷轧方法及一种轧机，其中基本消除了由金属带表面残余物造成的上述问题。根据本发明的第二方面，提供一种金属带冷轧方法及轧机，其中，在很大程度上避免了冰或水沉积在轧机中和/或在要处理的金属带表面上。
根据本发明，提供一种金属带冷轧方法，包括：使所述金属带经过一在两个对转轧辊之间的辊缝；通过供给管路和一喷嘴装置的至少一个喷口，将冷气体和/或液化气体吹入所述辊缝区域；至少在所述喷嘴装置的喷口附近，遮套喷嘴装置以免受周围大气的影响，从而防止在所述喷口附近产生水或冰；所述遮盖步骤包括提供一股干燥气流，所述干燥气流流过一个围绕所述喷嘴装置的喷口的外部周围的管；提供热交换装置，用以在管或供给管路与流过热交换装置的流体之间进行热交换，从而防止水或冰沉积在所述管和喷口中的至少一个上。
根据本发明，提供一种金属带冷轧轧机，它包括：形成一用于所述金属带通过的辊缝的两个对转轧辊；喷嘴装置，它包括至少一个用于通过供给管路将冷气体和/或液化气体吹入所述辊缝区内的喷口；遮盖装置，用以至少在所述喷口的附近遮盖所述喷嘴装置以免受周围大气影响，从而防止在喷口附近产生水或冰，其中所述遮盖装置包括至少一个管，每个管分别包围一个将冷气体和/或液化气体供给一喷口的供给管路，每个管与一干燥气体源相连；热交换装置，用于控制管或供给管路的温度，以防止水或冰沉积在管和喷口中的至少一个上。
在这里，冷气体和/或液化气体的温度最好略低于室温。在此所用术语“冷气体和/或液化气体”涉及气相、液相或气液混合相的冷流体。
根据本发明，该气体起到在冷轧作业中冷却金属带的冷却剂的作用并显然起到了减少轧辊与金属带之间摩擦的润滑剂的作用。如果该气体以液化气的形式施加，则由于液体比热较大而使冷却效果较强。根据本发明，该冷却剂即该气体在冷轧作业之中和之后蒸发而没有残留在金属带表面上。因此，本发明具有以下优势，即在冷轧后，不必通过一个单独处理步骤中去除冷却剂。根据本发明，该气体在金属带与轧辊之间产生一保护层。该气体最好为惰性气体，由此避免了该金属带表面的氧化。
由于根据本发明的冷却及表观润滑效果更好，所以金属带实际上没有裂缝和孔并且表面质量更高、更均匀。尤其是，根据本发明，避免了在采用润滑液的传统冷轧作业中或多或少完全覆盖住轧制金属带表面的无光泽区。
本发明的喷嘴装置最好包括多个喷嘴或喷口，它们将冷气体和/或液化气体吹入辊缝区并且这些喷嘴或喷口按照有规律的间隔分布在金属带带宽范围内。这些喷嘴或喷口最好位于辊缝上游。这些喷嘴或喷口可以定位在金属带之上和/或之下。可以将所述冷气体和/或液化气体吹入垂直于该金属带或基本正切于轧辊表面的辊缝区内。
本发明人注意到，在使用一种非常冷的气体如液氮时，出现了两种新的不同类型的表面缺陷。也就是，在该冷轧作业后，在金属带表面上观察到长椭圆形无光泽区和少量的无光泽点。本发明人发现，这些缺陷中的某些缺陷可以归咎于大气水蒸汽在这些喷嘴及通向这些喷嘴的供给管路周围结冰以及大气水蒸汽冷凝产生的水。观察到的某些缺陷也可能归咎于液化气体如液氮滴落到待处理金属带的表面上。
为避免这些问题，根据本发明的金属带冷轧方法可以进一步包括至少在该喷嘴装置喷口附近遮套或防护喷嘴装置免受周围大气影响的步骤，以便防止由于结冰或大气水蒸汽凝结而在喷嘴装置的喷口附近产生水或冰。因而，可以避免在金属带表面上产生无光泽区。
根据本发明的第一实施例，冷气流和/或液化气流的射流和/或该喷嘴装置在该冷轧作业中被通过一股在射流和/或喷口周围的干燥气流被遮套或保护起来。因此，可以避免来自周围大气的水蒸汽进入冷却区，例如金属带在其中经过的辊缝和/或喷嘴装置的喷口。因此，消除了水蒸汽的凝结或结晶。
原则上，根据本发明，可以使用任何纯净气体，即不含可凝结或结晶而造成上述无光泽区或表面缺陷的介质的气体。干燥气体应最好为惰性气体。如果干燥气流是从流向喷嘴装置的喷口的冷气流和/或液化气流中分流出来的，则可以进一步简化本发明的方法和轧机。
该干燥气体可以以围绕从该喷嘴装置的喷口喷出的冷气体和/或液化气体的干燥气体幕帘的方式来施加。干燥气体幕帘最好遮盖住喷嘴装置喷口的整个区域和包括正被该冷气体和/或液化气体冷却的金属带的整个辊缝区域。
用于将冷气体和/或液化气体供给喷嘴装置喷口的每个喷口的供给管路被一管状或箱形结构所包围，干燥气体经所述管状或箱形结构被吹向金属带。因此，引导干燥气流，以使其基本平行于冷气流和/或液化气流地流动。因此，可以避免来自周围大气的凝结水蒸汽或冰晶落到金属带表面上，在那里，它们会带来缺陷。进一步的优势在于，可以显著减小遮盖这些喷口和/或气流所需的干燥气体量。进一步的优势在于，由于干燥气体在喷嘴装置喷口周围稳定流动，所以，可以充分防止任何冰或水沉积在这些喷口上。
最好成锥形的喷嘴装置喷口中喷射出冷气流和/或液化气流，该锥形的中心在各自喷口的中心。因此，可以保证气体在该辊缝区内均匀分布。为了更好地遮盖，喷口可以位于该管状或箱形结构内并离该管状或箱形结构的正面有一定距离，从而该锥形在朝向该金属带的路径上不会与该管状或箱形结构相交。
如果该液化气体被供给喷嘴装置的喷口，则部分液化气体通常蒸发。由此在供给管路内产生的气泡在喷口或喷嘴孔处产生压差，因而导致喷射气流和所供应的液化气体出现脉动。这种脉动在该供给管路内还被进一步加强，因为气泡的比热更小，结果，在液化气体供给管路的某些区域内出现不太有效的冷却。气体脉动在辊缝区内造成不均匀冷却效果并且也无法除掉在喷口或喷嘴装置附近的冰晶。另外，供给管路内的气体脉动也可能造成供给管路的机械振动，这也有可能去除在喷口或喷嘴装置附近或在供给管路表面上的冰晶。本发明人注意到，这些脉动有助于金属带表面的长椭圆形无光泽区。
为解决这些问题，流过包围喷嘴装置的每条供给管路的管状或箱形结构的干燥气体最好直接来源于该冷气体和/或液化气体流。因此，可以有效地冷却供给管路外部及喷嘴装置的喷口，从而在该供给管路内减少上述两相气流。
流经该管状或箱形结构的气流最好由一控制阀来控制，以获得不变的冷却速度及稳定的遮盖效果。此控制阀最好同时被用作使所述冷气体和/或液化气体膨胀以降低其温度的节流装置。
因此，流过该管状或箱形结构的气体的温度可被降至低于在供给管路内的气体温度，从而进一步消除上述两相气流。因此，可以有效地实现供给管路的再冷却。
为进一步避免来自周围大气的水蒸汽的凝结或结晶，可以设置热交换装置或其它加热装置，最好将它们设置在喷嘴装置的前端。该热交换装置可以包围该管状或箱形结构，最好只在前部。该气流可以流过该热交换装置。
根据本发明的第二实施例，由适当的机械结构来提供一用于至少在该喷嘴装置喷口附近免受周围大气影响的遮盖装置，以防止在喷口或喷嘴孔附近产生源自大气水蒸汽的凝结水或冰。
为此，本发明提供一种金属带冷轧方法，它包括：使金属带经过一个在两个对转轧辊之间的辊缝；通过一喷嘴装置的至少一个喷口将冷气体和/或液化气体吹入所述辊缝区域；设置一个箱，它包括一用于部分包围所述至少一个喷口的前盖，前盖至少在喷嘴装置的喷口附近遮盖喷嘴装置，以免受周围大气影响，从而防止在喷口附近产生水或冰；前盖配有至少一个开口，每个开口与喷口对准；加热箱和前盖中的至少一个，以防止水或冰的沉积。
本发明还提供一种金属带冷轧轧机，它包括：形成一用于金属带通过的辊缝的两个对转轧辊；喷嘴装置，包括至少一个将冷气体和/或液化气体吹入辊缝区的喷口；遮盖装置，它至少部分包围喷嘴装置的至少一个喷口以免受周围大气影响，从而防止在喷口附近产生水或冰，遮盖装置包括一箱，箱包括一个部分包围所述至少一个喷口的前盖，前盖具有至少一个开口，每个开口与各自一个喷口对准；加热装置，用于加热所述箱和前盖中的至少一个，以防止水或冰沉积在喷口附近。
根据该第二实施例，可以通过任何充分遮盖喷口或喷嘴装置和/或供给管路免受周围大气影响的机械结构来产生这种遮盖。这种覆盖可以由唯一一个箱来提供，该箱包围所有的喷口或喷嘴孔及其各自用以供给冷气体和/或液化气体的供给管路的至少一部分。该箱最好有一个开口的前盖，所述开口与各自喷口对准以允许冷气体和/或液化气体流向金属带。可以设置多个箱以代替唯一的箱，其中各箱用于该喷嘴装置的各自喷口。或者，一管可以包围各喷口或喷嘴孔和有关供给管路的至少一部分。因此，可以简单且具有成本效率合算地覆盖所述喷口。
如果一种与室温相比处于适当温度下的冷气体和/或液化气体被用于冷却，则因为在适度温度下使用了大气水蒸汽的凝结及结晶，所以可能优选本发明的第二实施例。第二实施例所用的液化气体的一个例子是二氧化碳气体。这可能对例如未用于连续操作的或有较低产量的轧机来说就够了。
附图说明
以下将描述根据本发明的优选实施例的特定例子。当参见附图来阅读时，本领域技术人员会明白本发明的其它优势、特征及目的：
图1以局部透视图表示根据本发明的第一实施例的一喷嘴装置；
图2表示带有供给管路和突显的遮套管的图1的透视图；
图3以剖视图表示一喷嘴及一遮套管；
图4以透视图表示根据本发明的第一实施例的一喷嘴装置，在它的前部包括一热交换器；
图5以透视图表示根据本发明的一喷嘴装置的第二实施例；及
图6以透视图表示一架包括根据本发明的第二实施例的一喷嘴装置的轧机。
具体实施方式
在图中，相同的符号表示相同或等同的装置或部件。
图1以透视图表示根据本发明第一实施例的一喷嘴装置1。喷嘴装置1包括五个喷嘴3，这些喷嘴的中央有一圆形喷口4。在每个喷嘴的前部，可以设置一锥形延伸部，以便将所述喷嘴所喷出的冷气流和/或液化气流导入冷的且/或液化的锥形气流内，如图6示意所示(符号14)。喷嘴3经供给管路9与一绝缘的主供给管路7相通。喷嘴3及供给管路9容纳在箱2内。一绝热材料可以设置在箱2内如象PU泡沫这样的塑料泡沫或树脂。箱2包括一带有圆形开口的前盖6，该圆形开口分别与一喷口4或喷嘴3对准，以使冷气流和/或液化气流可以无阻碍地流向板材或金属带。
在喷嘴装置工作时，给主供给管路7供应冷气体和/或液化气体(箭头A)。气体例如(但不局限于此地)包括氮气、惰性气体及二氧化碳。该气体最好为惰性气体，以避免金属带氧化。可以经主供给管路7供给该气体如液化气体、气体或液化气体与气体的混合物。
如图1左侧局剖图所示，各喷嘴3及各供给管路9的至少前部被一遮套管12包裹住，遮套管12遮盖或保护喷嘴3喷口附近的区域。遮套管12的内部通过分别配有控制阀11的供给管路10与各自的供给管路9相通。控制阀11控制流过遮套管12的冷气体和/或液化气体。
作为替换方式(未示出)，各遮套管12可以经一供给管路及一控制阀与一干燥气体源相连，从而不同类型的气体可以用以包围住由喷嘴3喷出的冷气流和/或液化气流。
供给管路9的外表面及遮套管12的内表面可以配备有一反射涂层。
工作时，各喷嘴3喷出一股气体如一股锥形气体。此气流被遮套管12喷出的干燥气体幕帘包围住。因此，周围的水蒸汽不会在被用来冷却金属带的气流之内或附近凝结或结冰。该干燥气体基本上平行于各股冷却用气流地离开遮套管12。流过遮套管12的流速可以明显低于流过供给管路9及喷嘴3的气体流速，所以，从各喷嘴3喷出的气流的形状不受所述干燥气体的干扰。
如图2左侧的局剖图所示，控制阀11可同时起到节流阀的作用，在此，流过控制阀11的气体膨胀。由于气体膨胀，遮套管12内的气体温度低于供给管路9内的气体温度。因此，在被遮套管12包围的喷口4附近的喷嘴3及位于前部的供给管路9被冷却，从而在供给管路9内防止或明显减少了两相气流。因此，可在供给管路9内防止或显著减少冷却用气体的任何脉动。这导致气体更均匀地分布在金属带上。
图3以剖视图表示包括一包围喷嘴3喷口附近区域的遮套管12的供给管路9的前部。图3表示根据图1、2的实施例的最左边或最右边喷嘴3的供给管路9。该遮套管从喷嘴3正面突出一段距离d。根据由喷嘴3喷出的锥形流14的张角来选择该距离d，从而该气体不会撞击遮套管12的内表面。
喷嘴3通过一个适当的连接装置13与供给管路9相连。遮套管12经喷口15、控制阀11及供给管路10与供给管路9相连，所以，供给管路9内的部分气体被分流向该遮套管12。
根据冷却并在供给管路9内的两相气流的减少程度来选择该遮套管12的长度。
喷嘴3可以产生一空心气流锥、实心气流锥形或扁平气流锥。最好使用扁平锥形。由喷嘴3喷出的锥形14的张角可以在45°-110°之间，最好接近80°。供给管路9的直径可以为10mm-20mm，最好为15mm。该遮套管的内径可以为20mm-55mm之间，最好为35mm。距离d可以为+10mm至-10mm(+伸出/-缩回位置)之间，最好为-5mm。可以在0.5atm-16atm之间且最好是6atm的压力下供应液化氮。流过各喷嘴的液化氮的流速可以为10l/h-300l/h，最好是100l/h-150l/h，经过该遮套管12的流速最好是10l/h-30l/h之间。本领域技术人员容易知晓根据要提供的轧机规格的不同参数范围。
图4表示根据本发明的第一实施例的一变型方案。在此变型方案中，在喷嘴装置1的前部设置一热交换器24来控制温度，所以大气水蒸汽不会在前部结冰，也不会凝结成水。为此，箱2前部被构造成有一入口25及一出口26的独立室24的形状，从而用于热交换的气流可以流过遮套管12周围的室24。如果没有设置遮套管，如本发明第二实施例中的情况，则该气流可以改为直接在供给管路9周围流动。如可通过一控制阀控制进入热交换器24的气流C的流速或离开热交换器24的气流D的流速，则可以在喷嘴装置1的前部获得稳定温度。适当选择高于周围水蒸汽露点的温度。
图5表示根据本发明的喷嘴装置1的第二实施例。根据此第二实施例，没有设置用来遮盖喷口4和/或冷却用气流的干燥气体幕帘。取而代之的是，根据第二实施例，多个喷嘴3及至少有关供给管路9的前部容纳在一箱2内，箱2包括一前盖6，它有多个与各自喷嘴3对准的开口。代替设置一箱形结构2，本领域技术人员可以容易地了解其它适当的遮盖结构。前盖6内的较小横截面的开口保证了基本上没有周围空气或周围水蒸汽能进入箱2中。在气体不断流出喷嘴3的情况下更是如此，因为气流导致辊形周围气流离开箱2的前盖6。
为防止水蒸汽在箱2内或喷口4附近凝结或结冰，可以采用以下方法：可以在箱2内设置吸湿剂；箱2的内部可以完全用绝热材料如象PU泡沫的塑料泡沫充满；可以在喷嘴装置1的前部如前盖6的内表面上设置一加热装置，以将此区域加热至高于露点的温度；可与设置一个与图4所示的热交换器24相似的热交换器。
图6表示根据本发明第二实施例的一个改进方案。如图6所示，并排布置四个喷嘴3，它们直接与一个靠下的横向供给管路21相连，所述供给管路21由主供给管路7对称供给流体。在供给管路的周围设有绝热管8、22、23和12。每个管12的前端包括一个与各自喷嘴3的喷口对准的开口。
图6也示意表示一架包括根据第二实施例的喷嘴装置1的轧机。设有两个对转的轧辊16来冷轧在方向B上送入的金属带18，其中，至少其中一个轧辊被驱动转动。在该辊缝17内，金属带或板材18的厚度被减小。
为了在辊缝区内冷却金属带18并同时减小轧辊16与金属带18之间的摩擦，通过该喷嘴装置1将冷气体和/或液化气体且最好是液化气体吹入该辊缝区17内。该喷嘴装置1可以设置在轧辊16的一侧或两侧。另外，该喷嘴装置1可以如图所示地设置在金属带18的上方和/或下方。可以在基本垂直于该金属带18的或任何其它的适当方向上如基本正切于轧辊16的方向上将该气体吹入辊缝区17内。喷嘴3及喷嘴3之间距离的适当选择保证了冷却用气体的均匀分布。
尽管以上示出了特定的实施例，但在不脱离本发明的范围内，可以实现各种修改，这对技术人员来说是显而易见的。

Claims (23)

1、一种金属带冷轧方法，它包括：
使所述金属带经过一在两个对转轧辊之间的辊缝；
通过供给管路(9)和一喷嘴装置(1)的至少一个喷口(4)，将冷气体和/或液化气体吹入所述辊缝(17)的区域；
至少在所述喷嘴装置(1)的所述喷口(4)附近，遮盖所述喷嘴装置(1)以免受周围大气的影响，从而防止在所述喷口(4)附近产生水或冰；
所述遮盖包括提供一股干燥气流，所述干燥气流流过一个围绕所述喷嘴装置(1)的所述喷口的外部周围的管(12)；和
提供热交换装置(24)，用以在所述管(12)或所述供给管路(9)与流过所述热交换装置(24)的流体之间进行热交换，从而防止水或冰沉积在所述管(12)和所述喷口(4)中的至少一个上。
2、如权利要求1所述的方法，其中，它进一步包括从流向所述喷嘴装置(1)的所述喷口(4)的冷气流和/或液化气流中分流出所述干燥气流。
3、如权利要求1或2所述的方法，其中，它进一步包括通过阀装置(11)控制所述干燥气流。
4、如权利要求3所述的方法，其中，它进一步包括使流过所述阀装置的所述干燥气体膨胀，以降低用于冷却所述喷嘴装置(1)的所述喷口(4)的外部的所述干燥气体的温度。
5、如权利要求1所述的方法，其中，它进一步包括通过所述管(12)来包围所述供给管路(9)，所述干燥气体在围绕所述供给管路(9)的所述管(12)内流向所述喷口(4)。
6、如权利要求5所述的方法，其中，所述包围所述供给管路(9)的步骤包括离开所述管(12)的正面地布置所述喷口(4)，所述冷气流和/或液化气流不撞击所述管(12)的内部地从所述喷口(4)喷出。
7、如权利要求5所述的方法，其中，它进一步包括设置一个箱(2)，该箱包围所述管(12)以使该管(12)和该喷口(4)与周围大气隔开。
8、如权利要求7所述的方法，其中，它进一步包括用一绝热材料填充所述箱(2)的内部。
9、如权利要求1所述的方法，其中，所述冷气体和/或液化气体是以在低于液化温度的温度下的液体的形式供应的。
10、如权利要求1所述的方法，其中，所述冷气体和/或液化气体选自氮或二氧化碳。
11、如权利要求1所述的方法，其中，所述冷气体和/或液化气体为惰性气体。
12、如权利要求1所述的方法，其中，所述金属带的材料选自钢、铝、铜或者黄铜。
13、一种金属带冷轧轧机，它包括：
形成一用于所述金属带通过的辊缝的两个对转轧辊；
喷嘴装置，它包括至少一个用于通过供给管路(9)将冷气体和/或液化气体吹入所述辊缝区内的喷口(4)；
遮盖装置，用以至少在所述喷口(4)的附近遮盖所述喷嘴装置以免受周围大气影响，从而防止在所述喷口(5)附近产生水或冰，其中所述遮盖装置包括至少一个管(12)，每个管分别包围一个将所述冷气体和/或液化气体供给一喷口(4)的供给管路(9)，每个管(12)与一干燥气体源相连；和
热交换装置(24)，用于控制所述管(12)或所述供给管路(9)的温度，以防止水或冰沉积在所述管(12)和所述喷口(4)中的至少一个上。
14、如权利要求13所述的轧机，其特征在于，每个管(12)与将所述冷气体和/或液化气体供给所述喷嘴装置(1)的一主供给管路相连。
15、如权利要求14所述的轧机，其特征在于，为每个管(12)设置一阀装置(11)，以便控制经过所述管(12)的干燥气流。
16、如权利要求15所述的轧机，其特征在于，所述阀装置(11)起到节流装置的作用，所述干燥气体在流过所述阀装置(11)时膨胀，因而降低了所述干燥气体的温度，以便冷却所述喷口(4)的所述供给管路(9)。
17、如权利要求13所述的轧机，其特征在于，离所述管(12)正面有距离地布置所述喷嘴装置(1)的每个喷口(4)，所述冷气流和/或液化气流不撞击所述管的内部地自所述喷口(4)喷出。
18、如权利要求13所述的轧机，其特征在于，它进一步包括一箱(2)，所述箱包围所述管(12)以便隔绝所述喷口(4)和所述管(12)。
19、如权利要求18所述的轧机，其特征在于，所述箱(2)的内部填充有绝热材料。
20、如权利要求13所述的轧机，其特征在于，所述热交换装置(24)包括一入口(25)和一出口(26)，它们将热交换流体供给所述热交换装置(24)。
21、如权利要求13所述的轧机，其特征在于，所述喷嘴装置(1)包括许多喷口(4)，每个喷口通过各自的供给管路与用于冷气体和/或液化气体的一主供给管路相通，对称地给这些供给管路(9)供应所述冷气体和/或液化气体。
22、如权利要求13所述的轧机，其特征在于，所述喷嘴装置(1)在所述金属带的一个表面上施加液化惰性气体。
23、如权利要求13所述的轧机，其特征在于，所述喷嘴装置(1)在所述金属带的一个表面上施加液化氮气、惰性气体或二氧化碳。
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