CN1781867A - 核级复合硅酸盐保温隔热材料及其生产方法 - Google Patents

核级复合硅酸盐保温隔热材料及其生产方法 Download PDF

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Abstract

一种保温性能好、使用温度和回弹率高、对金属(如奥氏体不锈钢)设备和管道不腐蚀，适用于反应堆装置核级设备及管道的复合硅酸盐保温隔热材料及其生产方法。该材料是富含微小闭孔结构的弹性纤维复合材料，含有水镁石纤维和/或蛇纹石石棉、海泡石绒、硅酸铝纤维棉、快速渗透剂、改性分散剂和水；可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。该材料的生产方法包括优质原材料选择步骤(I)、水镁石和/或蛇纹石石棉处理步骤(II)、制浆步骤(III)和制作型材步骤(IV)。

Description

核级复合硅酸盐保温隔热材料及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种核级复合硅酸盐保温隔热材料及其生产方法。具体讲，本发明涉及一种适用于反应堆装置高温设备和热力管道的保温隔热材料及其生产方法。
背景技术：
作为反应堆装置用的保温材料，国外从二十世纪七十年代开始采用金属反射层保温材料，但是由于此种材料造价昂贵，工艺复杂，所以没有得到广泛使用。后来针对此课题，美国的研究方向主要集中在矿质纤维棉上，而俄罗斯却致力于发展膨胀珍珠岩和矿渣棉材料，日本则以研制岩棉和微孔硅酸钙等保温材料为主。
目前，国内反应堆装置用保温材料一般多为国产超细玻璃棉制品。但是对这样保温的设备进行检修过程中发现，超细玻璃棉制品在使用后常常出现结块现象，经捻压变成粉末状，保温性能明显降低。此外，在安装和拆卸施工时，还存在严重粉尘污染，危害工作人员和施工人员身体健康的问题。不仅如此，由于反应堆装置上设备及管道不规则，为了便于安装，安装之前必须事先将这种保温材料制成与其外形相应的型材，因而增加了保温材料的生产周期和生产成本。
此外，现有的硅酸盐保温隔热材料保温性能差，使用温度不高，回弹率低；而且已有的复合硅酸盐保温材料对金属，例如对奥氏体不锈钢具有腐蚀倾向，因而影响被保温设备和管道的寿命和安全性。已有的保温隔热材料，例如在ZL91111471.8号发明专利说明书中记载的复合硅酸盐保温隔热型材，由于上述原因而不适于在反应堆装置核级设备及管道的保温隔热用途中使用。因此，实际上需要一种保温性能好、使用温度高、回弹率高、对金属(例如奥氏体不锈钢)设备和管道不产生腐蚀，耐辐照，特别适用于反应堆装置核级设备及管道的保温隔热材料。
发明内容：
本发明正是鉴于上述问题而提出和完成的。
本发明目的在于提供一种保温性能好、使用温度高、回弹率好、对金属(例如奥氏体不锈钢)设备和管道不产生腐蚀，耐辐照，特别适于反应堆装置核级设备及管道用的保温隔热材料。本发明目的还在于提供一种保温性能好、使用温度高、回弹率好、对金属(例如奥氏体不锈钢)设备和管道不产生腐蚀，耐辐照，特别适于反应堆装置核级设备及管道的保温隔热材料用的生产方法。
本发明的上述目的由以下记载的发明所达成。
本发明中第一方面涉及一种核级复合硅酸盐保温隔热材料，是由多种硅酸盐矿物材料构成的一种富含微小闭孔结构的弹性纤维复合材料，其特征在于其中含有(重量％)：水镁石纤维45～51、海泡石绒17～25、硅酸铝纤维棉22～35、快速渗透剂0.8～1.5、改性分散剂0.6～1.1和余量水；其中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。
本发明中第二方面涉及一种核级复合硅酸盐保温隔热材料，是由多种硅酸盐矿物材料构成的一种富含微小闭孔结构的弹性纤维复合材料，其特征在于其中含有(重量％)：水镁石纤维和蛇纹石石棉(二者间重量比为5∶1～2∶1)42～48、海泡石绒21～28、硅酸铝纤维棉26～39、快速渗透剂0.9～1.9、改性分散剂0.7～1.2和余量水；其中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。
本发明中第三方面涉及一种核级复合硅酸盐保温隔热材料，是由多种硅酸盐矿物材料构成的一种富含微小闭孔结构的弹性纤维复合材料，其特征在于其中含有(重量％)：蛇纹石石棉38～43、海泡石绒23～30、硅酸铝纤维棉28～42、快速渗透剂1.0～2.1、改性分散剂0.8～1.4和余量水；其中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。
本发明中第四方面涉及上述核级复合硅酸盐保温隔热材料的生产方法，其特征在于：其中包括优质原材料选择步骤(I)、水镁石和/或蛇纹石石棉处理步骤(II)、制浆步骤(III)和制作型材步骤(IV)，其中所述的原材料的组分和用量(重量％)为：水镁石纤维和/或蛇纹石石棉(二者间重量比为5∶1～2∶1)2.50～5.00、海泡石绒1.20～2.50、硅酸铝纤维棉1.70～3.00、快速渗透剂0.50～1.00、改性分散剂0.50～1.00、硅酸钠0.10～0.50和余量水。
按照上述本发明方法生产的本发明涉及的核级复合硅酸盐保温隔热材料，是一种保温性能好、使用温度高、回弹率好、氯离子含量低，特别适于反应堆装置核级设备及管道用的白色软毡状保温隔热材料。
本发明产品经国电电力建设研究所检测，其主要性能参数示于表1之中。本发明产品的保温隔热性能远远优于常见的保温隔热材料，其主要性能与常见的保温隔热材料主要性能比较数据，汇集在表2之中。
           表1：核级复合硅酸盐保温隔热材料的主要性能参数表
  试验项目   单位   检测结果   检测方法标准
导热系数 W/m·℃   T＝70℃0.043T＝200℃0.061 参照GB10294-88
  容重(目的)   Kg/m3   40±3   参照GB5480.3-85
  憎水率(涂刷防潮层)   ％   99.6   参照GB10299-88
  吸湿率(涂刷防潮层)   ％   2.2   参照GB5480-87
  最高使用温度   ℃   800
  弹性恢复率   ％   97±0.5   参照GB8932-2
  含湿率   ％   0.6   参照GB/T16401-1996
  PH值   8.0   参照GB8077
  不燃性   不燃   参照GB5464-82
可溶性氯离子和硅酸钠 mg/kg   Cl-≤100(Na++SiO32-)≥1.35×104 参照JC/T618-1996
          表2：核级复合硅酸盐保温隔热材料与普通保温材料性能比较表
  容重(kg/m3)   常温导热系数(W/m·k)   使用温度(℃)  可溶性Cl-含量(mg/kg)
  本发明产品   40   0.041   1000  ≤100
  普通复合硅酸盐保温材料   231   0.034   700  ≥500
  有碱超细玻璃棉无脂毡   60～80   0.035   400  -
  无碱超细玻璃棉无脂毡   70～95   0.035   600  -
  泡沫石棉毡   70～95   0.044～0.050   500  -
  硅酸铝耐火纤维制品   150～200   0.093(700℃)   1000  -
  微孔硅酸钙制品   200～250   0.056   600  -
  岩棉制品   80～140   0.041～0.051   硬质：550软质：230  -
  聚氨酯硬质泡沫塑料   50～70   0.023～0.037   130  -
从表1和表2中数据可以看出，本发明涉及的复合硅酸盐保温隔热材料的综合性能，不但优于其他种类的保温材料，而且也优于已有的复合硅酸盐保温材料。本发明的复合硅酸盐保温隔热材料，容重(40±3)远远低于已有的保温材料，常温导热系数低(0.031W/m·K)，使用温度可以高达1000℃，因而具有优良的保温隔热性能。特别是其中氯离子含量低(小于100mg/kg)，试验表明不会对奥氏体不锈钢产生腐蚀，适用于以奥氏体不锈钢为主体结构材料的反应堆装置高温设备及其管道的保温隔热。由于容重小，施工中无需任何机械设备和支护装置。此外还可以重复使用。因此，本发明的复合硅酸盐保温隔热材料特别适合于一些需要定期检修与维护设备和管道的保温隔热。
具体实施方式：
以下详细说明本发明。
本发明中第一方面涉及一种核级复合硅酸盐保温隔热材料，其中所述的材料是由多种硅酸盐矿物材料构成的一种富含微小闭孔结构的弹性纤维复合材料，其特征在于其中含有(重量％)：水镁石纤维45～51、海泡石绒17～25、硅酸铝纤维棉22～35、快速渗透剂0.8～1.5、改性分散剂0.6～1.1和余量水；其中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。
上述本发明第一方面所涉及的核级复合硅酸盐保温隔热材料中，优选含有(重量％)水镁石纤维48～50、海泡石绒20～22、硅酸铝纤维棉27～30、快速渗透剂1.2～1.5、改性分散剂0.8～1.0和余量水。
本发明第二方面涉及一种核级复合硅酸盐保温隔热材料，是由多种硅酸盐矿物材料构成的一种富含微小闭孔结构的弹性纤维复合材料，其特征在于其中含有(重量％)：水镁石纤维和蛇纹石石棉(二者间重量比为5∶1～2∶1)42～48、海泡石绒21～28、硅酸铝纤维棉26～39、快速渗透剂0.9～1.9、改性分散剂0.7～1.2和余量水；其中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。
上述本发明第二方面所涉及的核级复合硅酸盐保温隔热材料中，优选含有(重量％)水镁石纤维和蛇纹石石棉(二者间重量比为3∶2～2∶1)44～46、海泡石绒24～26、硅酸铝纤维棉30～35、快速渗透剂1.4～1.7、改性分散剂0.7～1.0和余量水。
本发明第三方面涉及一种核级复合硅酸盐保温隔热材料，其中所述的材料是由多种硅酸盐矿物材料构成的一种富含微小闭孔结构的弹性纤维复合材料，其特征在于其中含有(重量％)：蛇纹石石棉38～43、海泡石绒23～30、硅酸铝纤维棉28～42、快速渗透剂1.0～2.1、改性分散剂0.8～1.4和余量水；其中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。
上述本发明第三方面所涉及的核级复合硅酸盐保温隔热材料中，优选含有(重量％)蛇纹石石棉40～41、海泡石绒25～28、硅酸铝纤维棉34～38、快速渗透剂1.0～1.5、改性分散剂1.0～1.2和余量水。
本发明中第四方面涉及一种上述核级复合硅酸盐保温隔热材料的生产方法，其特征在于：其中包括优质原材料选择步骤(I)、水镁石和/或蛇纹石石棉处理步骤(II)、制浆步骤(III)和制作型材步骤(IV)，其中所述的原材料的组分和用量(重量％)为：水镁石纤维和/或蛇纹石石棉(二者间重量比为5∶1～2∶1)2.50～5.00、海泡石绒1.20～2.50、硅酸铝纤维棉1.70～3.00、快速渗透剂0.50～1.00、改性分散剂0.50～1.00、硅酸钠0.10～0.50和余量水。
所述的优质原材料选择步骤(I)中，应当选择使用以下原材料：
水镁石纤维优选纤维长而疏松，粉尘和颗粒杂质小于1％，例如质量等级等于或优于四级的产品(陕南非金属矿业公司生产的四级品)。
蛇纹石石棉，优选纤维长而疏松，粉尘和颗粒杂质小于1％，例如质量等级等于或优于四级的产品(例如青海祈连石棉总公司生产的四级品)。
硅酸铝纤维，优选最高使用温度不低于1200℃、颗粒杂质小于1％的产品(例如重庆耐火材料厂生产的优质产品)。
海泡石绒优选海泡石含量大于95％、粉尘杂质小于1％的产品(例如陕南洛南县廉盈海泡石厂生产的优质品)。
快速渗透剂(或称为琥珀酸二辛酯磺酸钠)，优选使用其中琥珀酸二辛酯磺酸钠含量不低于48％的低味或无味产品(例如湖北枣阳化工厂或重庆化工厂生产的产品)。
改性分散剂，优选由襄樊市建材涂料厂生产的一种商品(商品名为“PDS-改性分散剂”)，是在VEA乳化液进行改性的基础上，用一种无机分散剂S和一种无机乳化剂D进行嫁接机制合成的一种乳白色胶状液体，含固量在30％以上，粘度适中为60S左右的产品。
硅酸钠优选分析纯级的试剂产品。
工业纯水优选电导率(25℃)小于10μs/cm的工业纯水。
在上述水镁石和/或蛇纹石石棉处理步骤(II)中，将所需量的水镁石和/或蛇纹石石棉置于原材料处理器内，加入适量工业纯水先进行浸泡，然后清洗并排出清洗水，清洗和排水操作重复至清洗水中氯离子含量小于95毫克/千克为止。
在上述水镁石和/或蛇纹石石棉处理步骤(II)中，优选使用氯离子含量小于5毫克/千克、电导率(25℃)小于10μs/cm的工业纯水，浸泡操作至少持续20～30分钟，以便将原材料中的可溶性氯离子尽可能除去，降低产品中可溶性氯离子含量。
在上述制浆步骤(III)中，将经过上述步骤(II)处理的水镁石和/或蛇纹石石棉移到搅拌池内，加入全部快速渗透剂和工业纯水以适当速度开机搅拌，搅拌下加入全部硅酸铝纤维，再加入全部海泡石、改性分散剂和硅酸钠，使其充分分散和混合。
在上述制浆过程(III)优选以如下方式进行，即开机搅拌5分钟后加入硅酸铝纤维，再经过10分钟后加入海泡石绒、改选分散剂和硅酸钠，搅拌时间共计约为25分钟。搅拌中应适当控制搅拌速度，原则是使不因速度过高而将纤维打断，也不因速度过低而使纤维不能充分分散。
在上述制作型材步骤(IV)中，将上述步骤(III)中得到的浆料浇注在模具内，放入烘房内于50～145℃进行烘烤，使浆料中的水份逐渐蒸发后形成型材。烘烤优选分三个阶段进行：在50～85℃温度下大约进行6小时，在85～115℃温度下大约进行6小时，和在115～145℃温度下大约进行6小时。这样能使水份逐渐蒸发，既能避免因水份急剧蒸发而导致形成型材内部的结构不均匀，使材料的保温性能降低，影响型材的成形性，也不致使烘烤时间拖得过长，降低生产效率。
以下列举实施例进一步详细说明本发明。
实施例1
将水镁石纤维(陕南非金属矿业公司生产的四级品)15千克置于原材料处理器内，加入适量工业纯水(氯离子含量小于5毫克/千克、电导率(25℃)小于10μs/cm的工业纯水)，浸泡20～30分钟，然后用工业纯水清洗，排掉清洗水，如此反复操作直至清洗水中氯离子含量小于95毫克/千克为止。
将经过上述处理的水镁石纤维移入搅拌池内，加入快速渗透剂(重庆化工厂生产)2.5千克和270千克工业纯水，开机搅拌5分钟后加入硅酸铝纤维棉(重庆耐火材料厂生产的优质产品)8千克，搅拌10分钟后加入海泡石绒(陕南洛南县廉盈海泡石厂生产的优质品)5千克、改性分散剂(襄樊市建材涂料厂生产)1.8千克、硅酸钠(分析纯试剂)0.5千克。继续搅拌，总搅拌时间约为25分钟，制成浆料。
将制成的浆料转移至模具内，放入烘房内分三个阶段进行烘烤：50～85℃温度下大约进行6小时，85～115℃温度下大约进行6小时，和115～145℃温度下大约进行6小时。得到干燥成形的材料，经过修剪后得到成品复合硅酸盐保温隔热材料(1)。
所得到的材料中各原料组分含量(重量％)为：水镁石纤维50、硅酸铝纤维棉27.5、海泡石绒17、快速渗透剂1.5、改性分散剂0.8和余量水。该产品经国电电力建设研究所检测，其主要性能指标示于表3之中。
表3：实施例1产品的主要性能指标
  项目   指标
  外观   白色软毡
  容重(kg/m3)   54
  最高使用温度(℃)   1000
  常温导热系数(W/m·K)   0.036
  压缩回弹率(％)   91
  可溶性Cl-含量(mg/kg)   97
实施例2～10
除了使用表4中列出的原材料及用量以外，与实施例1同样进行处理(其中蛇纹石或者水镁石与蛇纹石石棉的原材料处理方法与实施例1中水镁石的处理方法相同)，得到了成品复合硅酸盐保温隔热材料(2～10)，产品(2～10)中各组分含量及其性能指标分别示于表5和表6之中。
               表4：：实施例2～实施例10中使用的原材料和数量*单位：千克
  水镁石   蛇纹石   硅酸铝   海泡石   渗透剂   分散剂   工业纯水
  实施例2   9   4   7.5   5   2.3   1.8   280
  实施例3   9.5   7   5   2.2   1.8   270
  实施例4   13.5   8   5   2.4   1.7   280
  实施例5   8   3   9   5   2.2   1.7   280
  实施例6   8   8.5   5.5   2.2   1.7   270
实施例7 10 2 5.5 7 2.3 1.7 280
  实施例8   9   7   6.5   2.2   1.6   270
  实施例9   11   8   4   2.3   1.6   280
  实施例10   7.5   3.5   6   6.5   2.2   1.6   280
*(各实施例中使用的硅酸钠量均为0.5千克)
               表5：实施例2～实施例10的成品中各组分含量(重量％)表
  水镁石   蛇纹石   硅酸铝   海泡石   渗透剂   分散剂   水
  实施例2   33   14.5   29   21   1.0   0.8   余量
  实施例3   42   31   24   1.1   0.9   余量
  实施例4   50   29   18   0.9   0.7   余量
  实施例5   32   9   32   24   1.2   0.8   余量
  实施例6   39   35   23   1.1   0.9   余量
  实施例7   38   9   28   22   1.0   0.8   余量
  实施例8   38   31   28   1.3   0.8   余量
  实施例9   46   34   17   1.0   0.7   余量
  实施例10   31   15   25   26   0.8   0.7   余量
                表6：实施例2～实施例10的成品(2～10)的性能指标表
实施例 外观   容重(kg/m3)   最高使用温度(℃)   导热系数(W/m·K常温)   压缩回弹率(％)   可溶性Cl-含量(mg/kg)
  2   白色软毡   43   950   0.035   91   94
  3   白色软毡   36   1000   0.038   87   99
  4   白色软毡   55   1050   0.036   90   98
  5   白色软毡   45   1000   0.035   95   90
  6   白色软毡   40   1000   0.038   96   95
  7   白色软毡   48   900   0.034   90   90
  8   白色软毡   39   950   0.037   91   97
  9   白色软毡   47   1000   0.035   95   90
  10   白色软毡   42.5   950   0.034   90   85

Claims (13)

1.一种核级复合硅酸盐保温隔热材料，是由多种硅酸盐矿物材料构成的一种富含微小闭孔结构的弹性纤维复合材料，其特征在于其中含有(重量％)：水镁石纤维45～51、海泡石绒17～25、硅酸铝纤维棉22～35、快速渗透剂0.8～1.5、改性分散剂0.6～1.1和余量水；其中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。
2.按照权利要求1所述的核级复合硅酸盐保温隔热材料，其特征在于其中含有(重量％)水镁石纤维48～50、海泡石绒20～22、硅酸铝纤维棉27～30、快速渗透剂1.2～1.5、改性分散剂0.8～1.0和余量水。
3.一种核级复合硅酸盐保温隔热材料，是由多种硅酸盐矿物材料构成的一种富含微小闭孔结构的弹性纤维复合材料，其特征在于其中含有(重量％)：水镁石纤维和蛇纹石石棉(二者间重量比为5∶1～2∶1)42～48、海泡石绒21～28、硅酸铝纤维棉26～39、快速渗透剂0.9～1.9、改性分散剂0.7～1.2和余量水；其中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子含量之和≥10000毫克/千克。
4.按照权利要求3所述的核级复合硅酸盐保温隔热材料，其特征在于其中含有(重量％)：水镁石纤维和蛇纹石石棉(二者间重量比为3∶2～2∶1)44～46、海泡石绒24～26、硅酸铝纤维棉30～35、快速渗透剂1.4～1.7、改性分散剂0.7～1.0和余量水。
5.一种核级复合硅酸盐保温隔热材料，是由多种硅酸盐矿物材料构成的一种富含微小闭孔结构的弹性纤维复合材料，其特征在于其中含有(重量％)：蛇纹石石棉38～43、海泡石绒23～30、硅酸铝纤维棉28～42、快速渗透剂1.0～2.1、改性分散剂0.8～1.4和余量水；其中可溶性氯离子含量≤100毫克/千克，可溶性硅酸根与钠离子之和≥10000毫克/千克。
6.按照权利要求5所述的核级复合硅酸盐保温隔热材料，其特征在于其中含有(重量％)：蛇纹石石棉40～41、海泡石绒25～28、硅酸铝纤维棉34～38、快速渗透剂1.0～1.5、改性分散剂1.0～1.2和余量水
7.按照权利要求1～6中任何一项所述的核级复合硅酸盐保温隔热材料的生产方法，其特征在于其中包括优质原材料选择步骤(I)、水镁石和/或蛇纹石石棉处理步骤(II)、制浆步骤(III)和制作型材步骤(IV)，
其中原材料的组分和用量(重量％)为：水镁石纤维和/或蛇纹石石棉(二者间重量比为5∶1～2∶1)2.50～5.00、海泡石绒1.20～2.50、硅酸铝纤维棉1.70～3.00、快速渗透剂0.50～1.00、改性分散剂0.50～1.00、硅酸钠0.10～0.50和余量水。
8.按照权利要求7所述的核级复合硅酸盐保温隔热材料的生产方法，其特征在于其中所述的优质原材料，是纤维长而疏松，粉尘和颗粒杂质小于1％的水镁石纤维；纤维长而疏松，粉尘和颗粒杂质小于1％的蛇纹石石棉；最高使用温度不低于1200℃、颗粒杂质小于1％的所述的硅酸铝纤维棉；海泡石含量大于95％、粉尘杂质小于1％的海泡石绒；快速渗透剂中琥珀酸二辛酯磺酸钠含量不低于48％，低味或无味的快速渗透剂；含固量在30％以上，粘度适中为60S左右的改性分散剂；以及分析纯级试剂硅酸钠和电导率(25℃)小于10μs/cm的工业纯水。
9.按照权利要求7所述的核级复合硅酸盐保温隔热材料的生产方法，其特征在于其中在所述的水镁石和/或蛇纹石石棉的处理步骤(II)中，对水镁石和/或蛇纹石石棉用工业纯水进行浸泡，然后反复清洗至清洗水中氯离子含量小于95毫克/千克为止。
10.按照权利要求7所述的核级复合硅酸盐保温隔热材料的生产方法，其特征在于其中在所述的制浆步骤(III)中，将经过上述步骤(I)处理的水镁石和/或蛇纹石石棉在搅拌池内，加入速渗透剂和工业纯水后搅拌，搅拌下加入硅酸铝纤维、海泡石、改性分散剂和硅酸钠，使其充分分散和混合。
11.按照权利要求10所述的核级复合硅酸盐保温隔热材料的生产方法，其特征在于其中在所述的制浆步骤(III)中，搅拌5分钟后加入所述的硅酸铝纤维，再经过10分钟后加入海泡石绒、改选分散剂和硅酸钠，搅拌时间共计约为25分钟。
12.按照权利要求7所述的核级复合硅酸盐保温隔热材料的生产方法，其特征在于其中在在所述的制作型材步骤(IV)中，将得到的浆料浇注在模具内，于50～145℃进行烘烤，使浆料中的水份逐渐蒸发后形成型材。
13.按照权利要求12所述的核级复合硅酸盐保温隔热材料的生产方法，其特征在于其中所述的烘烤分三个阶段进行：50～85℃温度下大约进行6小时，85～115℃温度下大约进行6小时，和115～145℃温度下大约进行6小时。
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