CN208472140U - 一种用废钢炼钢的炼钢设备 - Google Patents

一种用废钢炼钢的炼钢设备 Download PDF

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潘宏涛
常旭
李强
耿明山
王佳
李传民
李佳辉
陈卫强
李博
安邦
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Abstract

本实用新型公开了一种用废钢炼钢的炼钢设备,包括非接触熔化装置(3)、电弧炉(1)和废钢预热室(6),非接触熔化装置(3)能够对非接触熔化装置(3)内的炉料进行非接触式加热;非接触熔化装置(3)的下部与电弧炉(1)的加料口对应连接;废钢预热室(6)内设有能够吸附炉料的电磁铁(7)。该用废钢炼钢的炼钢设备和冶炼方法将在全密闭的状态下,采用留钢留渣操作,通过非接触式熔化、电弧加热、吹氧喷碳、氧气和燃气燃烧助熔相结合的能量供应方式,解决了传统废钢炼钢工艺和装置热效率低、钢铁料消耗高、烟尘量大和对电网冲击大的问题。

Description

一种用废钢炼钢的炼钢设备
技术领域
本实用新型涉及冶炼领域,具体的是一种用废钢炼钢的炼钢设备。
背景技术
目前用废钢炼钢的工艺和装置主要包括中频感应炉和电弧炉两种。其中,中频感应炉属于非接触熔化的一种,由于不能吹氧造渣调整钢水成分而不能用于大规模炼钢,仅允许用于原料来源于内部循环的小批量多品种的特种冶金企业。另一方面,传统电弧炉主要依靠高温电弧熔化废钢和加热钢水,电弧对废钢烧损大,熔化噪音大,需要大量吹氧喷碳和加入大量造渣料造好泡沫渣实现埋弧冶炼才能提高电弧加热效率,炉内产生大量的高温烟尘和烟气。同时,每次加废钢需要旋开炉盖,会造成环境污染和能量损失(约增加电耗1.5kWh/t)。所以,后来人们逐渐开发了以回收高温烟气余热为目的的废钢预热型电弧炉。目前,废钢预热型电炉主要包括水平连续预热的Consteel(康斯迪)电炉和带手指阀的竖井式电炉,均可以实现不开盖加料,实现电弧加热钢水的平熔池冶炼。这两种废钢预热型电炉都有各自的优缺点。其中Consteel(康斯迪)电炉设备技术成熟、故障率低,但由于烟气仅由废钢的顶部通过因此预热效果差,吨钢电耗最多节约30kWh。而带手指阀的竖井式电炉,由于烟气是从废钢料柱的底部向其顶部扩散,对流换热充分,吨钢电耗可降低约100kWh,但由于竖井和手指阀采用水冷钢结构,废钢预热温度高,因此竖井和手指阀经常发生漏水和粘钢的故障,给正常生产带来了安全隐患。
实用新型内容
为了解决传统废钢炼钢工艺热效率低的问题。本实用新型提供了一种用废钢炼钢的炼钢设备,该用废钢炼钢的炼钢设备将高效废钢预热、非接触式熔化、电弧熔炼、一次能源熔炼和二次燃烧相结合的冶炼工艺,改变了传统电弧炉仅依靠电极供电的单一的供能模式。同时,本实用新型的炉体结构采用非水冷结构,大量降低了冷却水耗量;本实用新型中的急速冷却装置与废钢预热室衔接更加紧密,避免了通过水冷烟道进行导流的热量损失。解决了传统废钢炼钢工艺和装置热效率低、钢铁料消耗高、烟尘量大和对电网冲击大的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术实用新型是:一种用废钢炼钢的炼钢设备,包括非接触熔化装置、电弧炉和废钢预热室,非接触熔化装置为上下两端均开放的筒形结构,非接触熔化装置能够对非接触熔化装置内的炉料进行非接触式加热;电弧炉含有从上向下依次设置的顶壁、侧壁和底壁,该侧壁上设有多功能炉壁枪,非接触熔化装置的下部与电弧炉的加料口对应连接;废钢预热室位于非接触熔化装置的上方,废钢预热室的出口与非接触熔化装置的入口对应连接,废钢预热室的侧壁上设有能够向废钢预热室内喷吹氧气和燃气的二次燃烧装置,废钢预热室内设有能够吸附炉料的电磁铁。
电弧炉内设有耐火挡墙,电弧炉内的炉膛被耐火挡墙分隔形成间隔设置的第一冶炼室和第二冶炼室,耐火挡墙的下端与底壁连接,第一冶炼室的上部与第二冶炼室的上部连通。
侧壁含有依次连接的第一侧炉壁、第二侧炉壁、第三侧炉壁和第四侧炉壁,第一侧炉壁、第三侧炉壁和第四侧炉壁均为直立状态,第一侧炉壁、第三侧炉壁和耐火挡墙相互平行,第二侧炉壁为倾斜状态。
该用废钢炼钢的炼钢设备包括四个非接触熔化装置,四个非接触熔化装置的下端均位于第二侧炉壁的正上方,四个非接触熔化装置中的两个非接触熔化装置与第一冶炼室连通,四个非接触熔化装置中的另外两个非接触熔化装置与第二冶炼室连通,多功能炉壁枪位于第二侧炉壁和非接触熔化装置之间。
非接触熔化装置含有能够对炉料进行电磁感应加热的电磁发射装置,或非接触熔化装置含有能够对炉料进行微波加热的微波发射装置。
电磁铁呈条状结构,电磁铁的长度方向与水平方向相同,电磁铁能够电磁铁的中心线为轴转动。
废钢预热室的入口位于上部,废钢预热室的出口位于下部,废钢预热室的顶部设有急速冷却装置,急速冷却装置的顶部设有除尘通风槽,废钢预热室的入口处设有动态密封装置,废钢预热室的上部内设有烟气温度和成分监测装置,该用废钢炼钢的炼钢设备包括用于向废钢预热室输送炉料的废钢链板输送机。
电弧炉还含有依次连接的电极、导电横臂、导电横臂升降装置和导电横臂及炉盖旋转装置。
导电横臂连接有电极供电装置,非接触熔化装置连接有非接触熔化供电装置,电弧炉的底壁连接有钢液电磁搅拌装置,电弧炉的侧壁连接有炉渣及钢液温度监测装置。
本实用新型的有益效果是:非接触式熔化比电弧熔化更加稳定,功率因数(0.9vs0.8)和热效率(73%vs63%)更高,对电网冲击更小;吨钢电极消耗0.6kg/t(国际领先水平0.8kg/t);废钢预热+非接触式熔化,不仅可以节约吨钢电耗(100kWh/t),还可以提高金属收得率5%,加速废钢熔化,可以提高烟尘中氧化锌含量,为本装置的除尘灰提锌奠定基础;氧燃烧嘴可以利用厂区内回收的煤气或天然气+氧气助燃以加速废钢熔化,同时还可以喷吹氧气与喷吹的碳粉反应生产CO,CO在废钢预热室进行二次燃烧可进一步预热废钢,实现一次能源+二次能源的有效结合,提升能源效率的同时兼顾生产效率。可充分利用烟气的化学热,提高废钢温度的同时,提升烟气温度(850℃以上),消除二噁英。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解,本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。
图1是本实用新型所述用废钢炼钢的炼钢设备的主视图。
图2是本实用新型所述用废钢炼钢的炼钢设备的俯视图。
图3是图2中沿A-A方向的剖视图。
1、电弧炉;2、多功能炉壁枪;3、非接触熔化装置;4、非接触熔化供电装置;5、内衬;6、废钢预热室;7、电磁铁;8、废钢链板输送机;9、急速冷却装置;10、动态密封装置;11、除尘通风槽;12、二次燃烧装置;13、电极;14、导电横臂;15、出渣口;16、出钢口;17、钢液电磁搅拌装置;18、导电横臂升降装置;19、导电横臂及炉盖旋转装置;20、电极供电装置;21、烟气温度和成分监测装置;22、炉渣及钢液温度监测装置;23、顶壁;24、侧壁;25、底壁;26、耐火挡墙;
101、第一冶炼室;102、第二冶炼室;103、第一侧炉壁;104、第二侧炉壁;105、第三侧炉壁;106、第四侧炉壁。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
一种用废钢炼钢的炼钢设备,包括从上向下依次设置的废钢预热室6、非接触熔化装置3和电弧炉1,非接触熔化装置3为上下两端均开放的筒形结构,非接触熔化装置3的上端为入口端,非接触熔化装置3的下端为出口端,非接触熔化装置3能够对非接触熔化装置3内的炉料进行非接触式加热;电弧炉1含有从上向下依次设置的顶壁23、侧壁24和底壁25,电弧炉1内含有封闭的炉膛,该侧壁24上设有多功能炉壁枪2,非接触熔化装置3的下部与电弧炉1的加料口对应密封连接;废钢预热室6位于非接触熔化装置3的上方,废钢预热室6的出口与非接触熔化装置3的入口对应连接,废钢预热室6的侧壁上设有能够向废钢预热室6内喷吹氧气和燃气的二次燃烧装置12,废钢预热室6内设有能够吸附炉料的电磁铁7,如图1至图3所示。
本实用新型所述的用废钢炼钢的炼钢设备的废钢预热室6、非接触熔化装置3和电弧炉1在全密闭的状态下,采用留钢留渣操作,通过非接触式熔化、电弧加热、吹氧喷碳、氧气和燃气燃烧助熔相结合的能量供应方式,同时对废钢进行多方位多角度的加热并至熔化,在被非接触式熔化的废钢同时还被来自氧气与燃气助熔、电弧熔炼及吹氧喷碳产生的烟尘和废气进行预热,待废钢熔化达到一定比例后,再利用多功能炉壁枪或埋入式氧枪高效吹氧进行脱磷脱碳以调整钢水成分,同时电弧加热可继续对钢水升温至合格出钢温度,整个冶炼过程产生的烟气全程导入专用的废钢预热室进行二次燃烧提升烟气自身温度并对下一炉的废钢进行预热,其中烟气要升温至850℃以上促进二噁英裂解。
在本实施例中,电弧炉1内设有耐火挡墙26,电弧炉1内的炉膛被耐火挡墙26分隔形成间隔设置的两个冶炼室,该两个冶炼室分别为第一冶炼室101和第二冶炼室102,第一冶炼室101和第二冶炼室102互为镜像,第一冶炼室101和第二冶炼室102相互独立,耐火挡墙26的下端与底壁25连接,第一冶炼室101的上部与第二冶炼室102的上部连通,如图2和图3所示。
电弧炉1的电极13可在导电横臂14及炉盖旋转装置19的带动下在两个冶炼室进行切换升温,即如图2所示,导电横臂14能够带动电极13转动一定角度。第一冶炼室101和第二冶炼室102中间设置了耐火挡墙26,将两个冶炼室的熔池分隔为两部分,熔池的上部是相通的便于烟气的互相流通,这样在第一冶炼室101吹氧冶炼时,其烟气便可以通过这个上部通道进入第二冶炼室102,然后通过第一冶炼室101和第二冶炼室102上方非接触熔化装置的通道进入废钢预热室;反之亦然。
在本实施例中,侧壁24含有依次连接的第一侧炉壁103、第二侧炉壁104、第三侧炉壁105和第四侧炉壁106,第一侧炉壁103、第三侧炉壁105和第四侧炉壁106均为直立状态,第一侧炉壁103、第三侧炉壁105和耐火挡墙26相互平行,第二侧炉壁104为倾斜状态。电弧炉1采用非水冷的炉体结构1,该炉体外层可以采用锅炉用钢板焊接而成,钢板内侧再砌筑耐火和绝热材料而成。
在本实施例中,该用废钢炼钢的炼钢设备包括四个非接触熔化装置3,四个非接触熔化装置3的下端均位于第二侧炉壁104的正上方,四个非接触熔化装置3中的两个非接触熔化装置3与第一冶炼室101连通,四个非接触熔化装置3中的另外两个非接触熔化装置3与第二冶炼室102连通,多功能炉壁枪2位于第二侧炉壁104和非接触熔化装置3之间。
多功能炉壁枪2具有以喷吹燃气为主的烧嘴模式以及具有以喷吹氧气为主的氧枪模式,两种模式可以根据冶炼的不同阶段进行切换使用,同时还装有喷吹碳粉的碳枪,碳枪可以与以上两种模式中任意一种模式同时使用。四个非接触熔化装置3共用1套非接触式熔化供电装置4;非接触熔化装置3的具体数量也可以根据工艺需要确定。
在本实施例中,非接触熔化装置3可以通过感应磁场加热、或微波加热等非接触的方式对废钢进行加热、升温和熔化。即非接触熔化装置3含有能够对炉料进行电磁感应加热的电磁发射装置,或非接触熔化装置3含有能够对炉料进行微波加热的微波发射装置。非接触熔化装置3的内部设有非水冷的内衬5。非接触熔化装置3的底部与电弧炉1的炉膛连通,炉内的钢液可以与非接触熔化装置3内的废钢接触,对非接触熔化装置3内废钢进行传热熔化。
多功能炉壁枪2可以喷吹氧气和燃气,加速废钢熔化。电弧炉1炉内的烟气会被导入废钢预热室6进行废钢预热和二次燃烧。废钢预热室6采用非水冷结构,内设有二次燃烧装置12,二次燃烧装置12可以喷吹氧气和燃气,用于烟气中一氧化碳的二次燃烧,一方面对废钢进行预热,另一方面对烟气进行升温。
在本实施例中,电磁铁7呈条状结构,电磁铁7的长度方向与水平方向相同,即电磁铁7的长度为图3中的左右方向,电磁铁7能够电磁铁7的中心线为轴转动,即电磁铁7能够自转(电磁铁7可以称为翻转式电磁铁)。在通电状态下电磁铁7能够产生磁场从而可吸附废钢进行预热,当废钢被预热到一定温度,电磁铁7断电可以将吸附的废钢落入非接触式熔化装置3中进行加热升温。
在本实施例中,废钢预热室6的入口位于上部,废钢预热室6的出口位于下部,废钢预热室6的顶部设有急速冷却装置9,急速冷却装置9的顶部设有除尘通风槽11,废钢预热室6的入口处设有动态密封装置10,废钢预热室6的上部内设有烟气温度和成分监测装置21,该用废钢炼钢的炼钢设备包括用于向废钢预热室6输送炉料的废钢链板输送机8。
急速冷却装置9为换热管的形式,急速冷却装置9能够对从废钢预热室6溢出的烟气进行急速冷却,冷却速度达到250℃/s以上,同时设有烟气温度和成分监测装置21,实时对烟气温度和成分进行监测分析。急速冷却装置6的废钢入口处设有动态密封装置10用于密封从废钢加料口外溢的烟气。除尘通风槽11用于捕集来自急速冷却装置外溢的烟气,并导入后续除尘系统。废钢链板输送机8上设置了电磁铁可以将废钢吸附在链板机上,此功能可以防止在大角度加料时废钢从链板机上滑落。
在本实施例中,电弧炉1还含有依次连接的电极13、导电横臂14、导电横臂升降装置18和导电横臂及炉盖旋转装置19。导电横臂升降装置18和导电横臂及炉盖旋转装置19能够使电极13升降并转动一定的角度从而在第一冶炼室101和第二冶炼室102之间进行切换。
在本实施例中,导电横臂14连接有电极供电装置20,非接触熔化装置3连接有非接触熔化供电装置4,电弧炉1的底壁25连接有钢液电磁搅拌装置17,电弧炉1的侧壁24连接有炉渣及钢液温度监测装置22。
下面介绍一种用废钢炼钢的冶炼方法,该用废钢炼钢的冶炼方法采用了上述的炼钢设备,所述用废钢炼钢的冶炼方法包括以下步骤:
步骤1、通电熔化和氧燃助熔;
电极供电装置20向电极13送电,然后电极13通过电极调节系统控制导电横臂升降装置21对电弧炉1内的炉料(废钢、碳块、生铁、铁水、DRI、或混合料)进行熔化,整个熔化过程是在密闭的炉膛内进行;当炉内装好废钢后,并可以利用安装在炉壁上的多功能炉壁枪2,按一定的比例吹入燃气和氧气,发挥烧嘴助熔功能,加速废钢的熔化。
如果是第一次新炉衬的第一次冶炼,在步骤1之前还包括第一次开炉盖装料的步骤。本步骤主要适用于新炉衬的第一次冶炼,用于产生炉内留钢,当电弧炉1内已有留钢时,则由步骤1开始。具体是:首先利用导电横臂升降装置18将导电横臂14及电极13的底端提升至顶壁23的上方200mm处,然后再由炉盖升降装置19将顶壁23(也可以称为炉盖)顶升500mm后,再利用导电横臂及电极旋转装置18将电极13和炉盖旋开72°以上的角度后,把冶炼用的30%~40%炉料(废钢、碳块、生铁、铁水、DRI、或混合料)从上炉壳上方加入炉内,然后导电横臂及电极旋转装置将顶壁23和导电横臂14及电极13旋回至炉壳上方,炉盖升降装置将炉盖下降500mm与上炉壳的闭合后,炉盖的升降液压缸将继续下降200mm与炉盖完全脱开,炉盖依靠重力落在了上炉壳上,为了防止炉盖滑落,上炉壳上部还设有导向固定装置。
步骤2、废钢预热室装料及非接触式熔化;
由废钢链板输送机8把废钢连续不断加入到废钢预热室,当电弧炉1上的称重装置显示熔池重量达到设定值后,便可以给电磁铁7通电,将后续加入的炉料吸附在电磁铁7上进行预热;当炉料的位置高于非接触熔化装置3的顶部后,便可以通过非接触式供电装置4向非接触式熔化装置3供电以加热非接触式熔化装置3内的炉料。同时,电弧炉1内的烟气预热废钢预热室6和非接触熔化装置3内的炉料。
步骤3、吹氧喷碳以及烟气的二次燃烧;
当电弧炉1内的熔池已经形成时,便可以同步进行吹氧喷碳操作,利用装在炉壁上的多功能炉壁枪2对熔池按设定的流量和比例进行吹氧和喷碳,通过调整多功能炉壁枪2的角度把氧气喷入金属熔池中,而把碳粉喷入到炉渣中,同时根据炉渣及钢液温度监测装置22的监测结果,调整吹氧喷碳的时间和流量,以保证合理的泡沫渣温度和升温速度。在冶炼过程中,产生的烟气通过非接触式熔化装置3进入废钢预热室6,当烟气检测系统21监测到烟气中CO浓度达到一定浓度时,安装在燃烧沉降室侧壁的二次燃烧枪7向燃烧沉降室内的烟气吹入氧气以促进烟气中CO的充分燃烧并降至安全范围内。
步骤4、排渣。从步骤3开始,炉内将不断产生炉渣,这些炉渣在积聚到一定程度后可通过出渣口15持续排除。
步骤5、出钢。在完成步骤4后,当炉内的熔池温度及碳含量达到既定目标后,可以通过液出钢口16持续排除。
本实用新型提出了整个炼钢过程是在全密闭的状态下进行的,不开盖加料,减少炼钢过程的烟尘排放。本实用新型采用了留钢留渣操作,用留钢传递能量以加速熔化废钢,电弧只对钢水进行加热,实现平熔池冶炼,电弧加热更加平稳,噪音更低,对电网冲击更小。
本实用新型提出了通过非接触式熔化、电弧加热、吹氧喷碳、氧气和燃气燃烧助熔相结合的能量供应方式同时对废钢进行加热和熔化,尤其是提出了将非接触式熔化与电弧加热相结合,或是将非接触式熔化与吹氧喷碳、氧气和燃气燃烧助熔的一种相结合对废钢进行加热和熔化。
本实用新型提出了将高温烟气预热废钢与非接触式熔化、电弧加热、一次能源助熔结合起来共同加速废钢熔化。将高温烟气的二次燃烧与预热废钢、二噁英裂解结合起来的工艺理念。
本实用新型提出了一种将一次能源、二次能源的感应和电弧供应方式、及烟气余热回收相结合以提高用废钢炼钢过程热效率的工艺思路。本实用新型可以在种用废钢炼钢的装置上应用,也可以在其他的将非接触式熔化结和电弧加热结合起来的新型装置上应用。
以上所述,仅为本实用新型的具体实施例,不能以其限定实用新型实施的范围,所以其等同组件的置换,或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰,都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外,本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术实用新型之间、技术实用新型与技术实用新型之间均可以自由组合使用。

Claims (9)

1.一种用废钢炼钢的炼钢设备,其特征在于,该用废钢炼钢的炼钢设备包括:
非接触熔化装置(3),为上下两端均开放的筒形结构,非接触熔化装置(3)能够对非接触熔化装置(3)内的炉料进行非接触式加热;
电弧炉(1),含有从上向下依次设置的顶壁(23)、侧壁(24)和底壁(25),该侧壁(24)上设有多功能炉壁枪(2),非接触熔化装置(3)的下部与电弧炉(1)的加料口对应连接;
废钢预热室(6),位于非接触熔化装置(3)的上方,废钢预热室(6)的出口与非接触熔化装置(3)的入口对应连接,废钢预热室(6)的侧壁上设有能够向废钢预热室(6)内喷吹氧气和燃气的二次燃烧装置(12),废钢预热室(6)内设有能够吸附炉料的电磁铁(7)。
2.根据权利要求1所述的用废钢炼钢的炼钢设备,其特征在于,电弧炉(1)内设有耐火挡墙(26),电弧炉(1)内的炉膛被耐火挡墙(26)分隔形成间隔设置的第一冶炼室(101)和第二冶炼室(102),耐火挡墙(26)的下端与底壁(25)连接,第一冶炼室(101)的上部与第二冶炼室(102)的上部连通。
3.根据权利要求2所述的用废钢炼钢的炼钢设备,其特征在于,侧壁(24)含有依次连接的第一侧炉壁(103)、第二侧炉壁(104)、第三侧炉壁(105)和第四侧炉壁(106),第一侧炉壁(103)、第三侧炉壁(105)和第四侧炉壁(106)均为直立状态,第一侧炉壁(103)、第三侧炉壁(105)和耐火挡墙(26)相互平行,第二侧炉壁(104)为倾斜状态。
4.根据权利要求3所述的用废钢炼钢的炼钢设备,其特征在于,该用废钢炼钢的炼钢设备包括四个非接触熔化装置(3),四个非接触熔化装置(3)的下端均位于第二侧炉壁(104)的正上方,四个非接触熔化装置(3)中的两个非接触熔化装置(3)与第一冶炼室(101)连通,四个非接触熔化装置(3)中的另外两个非接触熔化装置(3)与第二冶炼室(102)连通,多功能炉壁枪(2)位于第二侧炉壁(104)和非接触熔化装置(3)之间。
5.根据权利要求1所述的用废钢炼钢的炼钢设备,其特征在于,非接触熔化装置(3)含有能够对炉料进行电磁感应加热的电磁发射装置,或非接触熔化装置(3)含有能够对炉料进行微波加热的微波发射装置。
6.根据权利要求1所述的用废钢炼钢的炼钢设备,其特征在于,电磁铁(7)呈条状结构,电磁铁(7)的长度方向与水平方向相同,电磁铁(7)能够电磁铁(7)的中心线为轴转动。
7.根据权利要求1所述的用废钢炼钢的炼钢设备,其特征在于,废钢预热室(6)的入口位于上部,废钢预热室(6)的出口位于下部,废钢预热室(6)的顶部设有急速冷却装置(9),急速冷却装置(9)的顶部设有除尘通风槽(11),废钢预热室(6)的入口处设有动态密封装置(10),废钢预热室(6)的上部内设有烟气温度和成分监测装置(21),该用废钢炼钢的炼钢设备包括用于向废钢预热室(6)废钢链板输送机(8)。
8.根据权利要求1所述的用废钢炼钢的炼钢设备,其特征在于,电弧炉(1)还含有依次连接的电极(13)、导电横臂(14)、导电横臂升降装置(18)和导电横臂及炉盖旋转装置(19)。
9.根据权利要求8所述的用废钢炼钢的炼钢设备,其特征在于,导电横臂(14)连接有电极供电装置(20),非接触熔化装置(3)连接有非接触熔化供电装置(4),电弧炉(1)的底壁(25)连接有钢液电磁搅拌装置(17),电弧炉(1)的侧壁(24)连接有炉渣及钢液温度监测装置(22)。
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