TW200831674A - Briquette iron by hot molding and process for producing the same - Google Patents
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Description
200831674 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種使用有對内裝碳材成塊物進行加熱 還原所得之還原鐵之熱壓塊鐵(以下有時簡稱為「HBI(H〇t Briquette Iron)」)之製造技術,尤其係關於一種適合用作 裝入至高爐之原料之HBI及其製造方法。 【先前技術】 作為可應對近來之高出銑比操作方向及減少c〇2排出 置此兩方面課題之高爐用之裝入原料,Hm係受到矚目(例 如,參照非專利文獻1)。 然而,先前之HBI係對所謂之氣體底料還原鐵(gM-based DRI)(以下 ,有時 將還原 鐵簡稱 為 「 DRi(Dir⑽ Reduction Iron)」)進、行熱成形而成者,以鐵等級高之煅燒 團塊為原料,利用對天然氣加以改質而成之還原氣體對原 料進订還原,由此製造上述所謂之氣體底料還原鐵。因此, 先前之氣體底料HBI於電爐中用作代替廢鐵之原料,但若 作為高爐用原料,則價格過高,故在實用化方面存在問題。 另一方面,近年來,已開發出所謂之煤炭底料 DRI(C〇al-baSed DRI)之製造技術,並逐漸邁入實用化,該 所謂之煤炭底料DRI係於高溫環境下,對低等級之鐵原料 與含有廉價煤炭作為還原劑之内裝碳材成塊物進行還原所 付(例如,筝照專利文獻丨)。該煤炭底料DRI中,脈石成 7刀(礦渣成分)及硫成分較多(參照後述之實施例2、表7), 5 200831674 故不適合直接裝入至電爐中。相對於此,當將煤炭底料dri 用作南爐用之裝入原料時,礦渣成分及硫成分較多並不會 成為大問題。又,煤炭底料DRI與先前之HBI相比具有可 廉價地製造之優點。 然而,為將煤炭底料DRI用作高爐用之裝入原料,dri 自身必須具有可承受裝入高爐之強度。煤炭底料dri以内 裝碳材為還原劑,故與氣體底料DRI相比孔隙率更高,且 殘留碳之含量亦更高。因此,煤炭底料DRI之強度低於氣 體底料DRI之強度(同樣,參照後述之實施例2、表7)。其 結果,將煤炭底料DRI直接用作高爐用之裝入原料時,只 有減少碳配合量以極度降低DRI中之殘留碳含量(以下, 有呀將碳含量簡稱為r c含量」),即使犧牲金屬化率也要 確保強度(參照非專利文獻2之圖3)。而且,
與氣體底…目同,容易被再氧化,故不具有:RI 因此,煤炭底料DRI亦存在不適於長時間儲存或長距離輸 送之問題。 非專利文獻1 ·宇治澤優等:鐵與鋼,ν〇ι.92(2〇〇6), No.1〇 , p.591^600 非專利文獻2 :杉山健等·· 「FASTMET(R)法之粉塵處 理」’資源/素材2001(札幌),2001年9月24〜26曰,平 成1 3年度資源/素材關係學協會聯合秋季大會 專矛】文獻1 ·日本專利特開第2001— 181721號公報 【發明内容】 6 200831674 本發明係鑒於上述狀況研發而成,其目的在於提供一 種熱壓塊鐵’其具有作為高爐之裝入原料之強度及耐候 性、且價格低廉。又,本發明之另一目的在於提供一種上 述熱壓塊鐵之製造方法。 用以達成上述目的之本發明之一方面之熱壓塊鐵,係 對複數個還原鐵粒進行熱成形而由該還原鐵粒彼此附著所 成者,其特徵在於,上述還原鐵粒具有: 表面區域’其平均碳含量為0·1〜2.5質量% ;及 中〜區域,其位於上述表面區域之内側,且平均碳含 量高於上述表面區域之平均碳含量。 用以達成上述目的之本發明之另一方面的熱壓塊鐵之 製造方法,其特徵在於,具有: 成塊步驟,係將含氧化鐵成分及碳材之内裝碳材成塊 物進行造粒; 加熱還原步驟,藉由以還原爐加熱還原上述内裝碳材 成塊物來生成表面區域之平均碳含量為〇1〜2·5質量%、且 中心區域碳含量高於上述表面區域平均碳含量之還原鐵 粒; 排出步驟,係自上述還原爐排出還原鐵粒;以及 熱成形步驟,係利用熱成形機將自上述還原爐排出之 複數個上述還原鐵粒進行壓縮成形。 【實施方式】 首先’就«炭底才斗DRI之ΗΒΙ化之可能性加以說明 7 200831674 高爐用裝入原料必須具有可承受裝入高爐之強度。因此, 為了賦予作為裝入原料所必需之強度,係考慮對煤炭底料 DRI進行熱成形而使之團塊化為壓塊狀(HBI化)。然而, 使用殘留C含量高之煤炭底料DRI時,若依照先前之將氣 體底料DRI加以HBI化之技術常識,則HBI無法獲得充 分之強度。 亦gp,對於上述將氣體底料DRI加以HBI化時之技術 常識而言,氣體底料HBI在用於電爐内時,由於藉由將DRI 内部之未還原氧化鐵還原來減少電力消耗,因此,期望DRI 之C含量儘可能較高。然而,眾所周知的是若提高DRI之 C含量,則HBI之強度會下降,故DRI之C含量最高限制 為1.8質量%左右。因此,即便將對氣體底料DRI加以HBI 化之技術直接轉用於與氣體底料DRI相比殘留碳含量高且 強度低之煤炭底料DRI,煤炭底料HBI亦無法獲得充分之 強度。 因此,本發明者等人就將上述氣體底料DRI加以HBI 化時DRI之C含量對HBI之強度造成之影響進行了調查。
圖10(a)以示意方式表示HBI化前之氣體底料DRI(直 徑:約14 mm、C含量··約1.8質量%)之剖面、及藉由 EPMA(Electronic Probe Measurement Analysis,電子微探 分析儀)對在該剖面A線與B線之間之區域進行面分析所 獲得之直徑方向(圖中之左右方向)的碳濃度分布(以下,有 時將碳濃度簡稱為「C濃度」)。再者,圖中之碳濃度分布 表示相對於直徑方向(圖中之左右方向)之垂直於A線與B δ 200831674 線之方向(圖中之上下方向)上的碳濃度平均值。 根據該® 10(a)可知,DRI之c濃度於中心區域(距離 中心直徑約8 _之範圍)約為〇 5質量%,大致固定。另 一方面’ ft著接近邊緣(亦即表面側),c冑度急遽上升。 再者’直徑約為14贿之㈣整體之平均c含量約為u 質量%,直徑約為8 mm之DRI中心區域之平均c含量約 為〇.5質量%’因此,根據平衡計算,自表面至深度約為3 mm 為止DRI表面區域之平均。含量約為25質量%。 如上所述,於氣體底料DRI之表面區域c濃度急遽上 :,其原因在於’氣體底料㈣方面,因添加於還原氣體 ,甲烧等造成自還原鐵表面氣體滲碳,❿金屬鐵表面析 出石厌(c)並向金屬鐵中擴散因而C含量升高。 因此’若欲使氣體底料DRI之C含量進一步增加,則 t 面之碳析出量及向金屬鐵中擴散之擴散量進-步 、加,故於HBI化時,在熱成形時DRI彼此之附著力下降, 則結果如技*常識所示,麵之強度會下降。 DRIt:二本發明者等人利用上述調查獲知,*氣體底料 形所得之聰(氣體底料hbi)之強度 於軋體底料DRI整個 成形時之DRI彼此之…而是取決於對熱 均c含量。再者同附者力產生影響之聰表面區域的平 空點)表示空隙,二T中之中心區域之米粒狀圖案(中 分含有碳化鐵)。°°域之點狀物表不碳之析出物(-部 ,、人對於煤炭底料DRI,亦藉由ΕΡΜΑ對圖10(b) 9 200831674 之DRI之剖面中a線與B線之間之區域進行了面分析。 繼而,獲得該圖10(b)所示之C濃度分布。根據該圖l〇(b) 可知,與氣體底料DRI相反,煤炭底料DRI之C濃度於 中心區域為較高值,且大致固定地變化。另一方面,可知 於邊緣區域(亦即表面側之區域)c濃度急遽下降。再者, 測畺煤炭底料DRI之c濃度分布時,因未對DRI之圖中 右侧表面附近進行面分析,故於該圖〗〇(b)中未表示該右 _ 側表面附近之c濃度分布。然而,由另外對煤炭底料dri 整體進行之ΕΡΜΑ面分析之結果,確認到DRI之右側表面 附近之C濃度亦低於中心區域。(再者,製作氣體底料dri 之ΕΡΜΑ用試料時,於對DRI填埋樹脂之後,可將dri連 同樹脂對半切斷,直接研磨DRI剖面。相對於此,製作煤 炭底料DRI之EPMA用試料時,由於DRI之中心區域是非 苇多孔的,無法直接研磨,故必須切斷DRI並將其剖面之 空隙填埋樹脂之後進行研磨。因此預先註解如下内容,即, _ 氣體底料DRI方面,可對DRI整個區域進行c濃度之定 量分析,但煤炭底料DRI方面,則由於受到樹脂中之碳成 分之影響,故難以高精度地定量DRI中心區域之C濃度, 僅止於定性分析結果。又,圖10(b)中之中心區域之米粒 圖案(中空點)表示空隙,芝麻粒狀圖案(黑點)表示碳及含碳 鐵。) 如上所述,於煤炭底料DRI之表面區域C濃度急遽下 降,於後文中對此加以詳細說明,但其原因在於,煤炭底 料DRI之滲碳機制與氣體底料DRI *同,煤炭底料聰 10 200831674 方面,表面區域與中心區域相比 ’更會因輻射加熱而於短
應之碳材消耗量變多。 溶損(solution loss)反
成了本發明。 以下’更詳細地對本發明之構成加以說明。 [HBI之構成] 本發明之熱壓塊鐵係對複數個還原鐵粒進行熱成形所 得者,其特徵在於,上述還原鐵粒具有: 表面區域,其平均c含量為〇·1〜2.5質量。/。;及 中心區域,其位於上述表面區域之内側,且平均c含 量高於上述表面區域之平均C含量。 以下’就採用上述構成之理由、數值限定理由等加以 說明。 本發明之熱壓塊鐵係使複數個還原鐵粒熱成形為壓塊 狀所得者。還原鐵粒經熱成形而壓縮變形,鄰接之還原鐵 粒在相互之表面彼此附著。此處,規定還原鐵粒之「表面 區域之平均C含量」之原因在於,一般認為當對複數個還 原鐵粒進行壓縮成形而形成ΗΒΙ時,規定ΗΒΙ強度之還原 11 200831674 麟彼此之附著力依存並取決㈣原鐵粒之表面區域之入 屬鐵部分的碳粒子之存在量。 次之孟 上述「還原鐵粒之表面區域」較佳 面至深度約1〜約5 mm Α μ 原鐵粒之表 表面之深度小"Γ為二區域。其原因在於,若距離 ^ 、 力1 mm,則低碳之表面區域厚声過壤 故還原鐵粒彼此之附著力會變得不足。另^/ ’ 表面之深度大於約s r ’若距離 .^ 、/ mm,則煤炭底料還原鐵之平均#、i 度會過分下降。再者,更佳的是,將上 ::: 面區域」設為由壓缩点报^ 原、戴粒之表 、,成 起變形所涉及之範圍、即「自 腦之表面至深度約為3mm為止之區域」。 又,將還原鐵粒之表面區域之 「0.1〜2.5質量% 甘広 各里規疋為 存在於#盾 」,,、原因在於,若超過2·5質量〇/。,則 夕^ ^ £或之金屬鐵中的碳粒子變得過 二《鐵粒彼此之附著力下降,另一方面 ? :里二還原鐵粒之表面區域之金屬鐵變得容易被再氧 化’金屬鐵減少沙—、於 巧攸丹乳 力仍下降。 以虱化鐵增加,還原鐵粒彼此之附著 為03所曰鐵粒之表面區域之平均C含量之下限更佳 二c:r,尤佳為〇·5質量%,細 :3里之上限更佳為2·〇質量%,尤佳為1.5質量%。 規疋避原鐵粒之「中心區域之平均C含量高於上 u表面區域之平均窃 域之平均C人旦一 3篁」,其原因在於,即便將表面區 旦# Α3里没定得較低,藉由將中心區域之平均C含 體之域之平均c含量’則可將還原鐵粒整 s Ϊ維持於某種較高程度,獲得由高爐内爐頸 12 200831674 (Sh^ft)部之C〇2富氣(rich gas)產生之防止再氧化效果及 由鬲溫部之滲碳產生之使燒穿變得容易之效果。 再者,推薦上述還原鐵粒僅由表面區域與中心區域構 成0 仏肌丨 ,一L 言會敕4壬庄
下限更佳為2.0質量% ’尤佳為3 〇質量% ’還原鐵粒之整 體平均c含量之上限更佳為45 f量%,尤其為4()質量〜 又,構成HBI之還原鐵粒之金屬化率較佳為8〇%以上, 更4土為85 /〇以上,尤佳$ 9〇%以上。其原因在於,藉由以 上,方式提高金屬化率,可獲得更大之高爐增產效^及降 低還原劑比之效果。 1·0〜5.0質量%。其原因在於,若未滿1G f量%,則無法 充分獲得由上述高爐内爐頸部之cc>2富氣產生之防止再氧 化效果、及由高溫部内之滲碳產生之使燒穿變得容易之效 果,另一方面,若超過5.0質量%,則煤炭底料DRI之中 心區域之C含量過大’ HBI強度隨著煤炭底料聰之強度 下降而下降之可能性增大。還原鐵粒之整體平均c含量之 [HBI之製造方法] 其次,參照® 1所示之概略製造流程,就上述聰之 製造方法加以說明。圖1中,如表示作為還原爐之旋 轉爐床爐’該還原爐對含氧化鐵成分與碳材之成塊物進行 加熱還原以製it DRI;符號2表示作為熱成形機之敎壓塊 機’該熱成形機對DRI以熱進行壓縮成形以製造HBI。以 下’依照製造流程’更詳細地加以說明。 13 200831674 (1 )成塊製程(成塊步驟) 視而要7刀別粉碎作為氧化鐵成分之鐵礦石a及作為碳 材之煤以,使該鐵礦石a與煤炭b分別成為粒徑未滿imm 左右之粉狀。按特定之比例配合所獲得之粉狀鐵礦石八及 祕煤炭B。此日夺之粉狀煤炭B之配合比例,係使殘留於 逖原後之還原鐵F中之平均c含量(例如2 〇〜5 〇質量。〆〇), 加上將粉狀鐵礦石A還原為金屬鐵所必需之量。進而,視 _ 需要添加適量之黏合劑或適量之水分(進而亦可添加作為造 渣劑之副原料)。繼而,利用混合機4將上述物質加以混合 之後使用^粒機5造粒成ό〜20 mm左右之粒徑,獲得作 為内裝碳材成塊物之内裝碳材團塊E。 為防止該内裝碳材團塊E於旋轉爐床爐14内破裂(爆 裂),較佳的是,預先以乾燥機6乾燥之,直至水分量達到 1質量%程度以下。 (2)加熱還原製程(加熱還原步驟) φ 繼而’利用裝入裝置(未圖示)將厚度為1〜2層之經乾 燥之内裝碳材團塊E載置於旋轉爐床爐丨之爐床(未圖示) 上。對以此種方式載置於爐床上之内裝碳材團塊E進行加 熱’並使其通過旋轉爐床爐1内。具體而言,使該内襄碳 材團塊E以6 min以上、更佳的是以8 min以上之滯留時 間通過已加熱至ll〇〇〜14〇(rc、更佳的是已加埶$ 1250〜1350°C環境溫度之旋轉爐床爐1内。 作為對内裝碳材團塊E進行加熱之機構(加熱機構), 例如,可使用設置於旋轉爐床爐1之侧壁上部之複數根燃 200831674 燒器(burner)(未圖示)。 内裝碳材團塊E於通過旋轉爐床爐1内之期間受到幸昌 射加熱。繼而,經由下述式(1)及(2)所示之連鎖反應,内袭 碳材團塊E中之氧化鐵成分經碳材還原而金屬化,成為固 體之還原鐵F。
Fex〇y+ yC〇 — xFe+ yC02…式⑴ C+ C02—2CO···式(2) 此處,詳細地對内裝碳材團塊E内產生之反應狀況加 以說明。 若内裝碳材團塊E於旋轉爐床爐丨内受到輻射加熱, 則内裝碳材團塊E之表面區域較中心區域先升溫,且長時 間維持高溫狀態。因此,與存在於中心區域之碳材相比, 存在於表面附近之碳材因上述式⑺所示之溶損反應而被消 # 耗更多。此外’於中心區域,由式⑺所示之溶損反應所產 生之CO,經由式(1)所示之與氧化鐵成分之還原反應而生 士 2於。亥中〜區域生成之C〇2通過表面區域朝内裝碳 材團塊E外流出時,則會進一步消耗表面區域之碳材。其 =,如上述圖刚所示’表面區域之c濃度低於中心 區域之C濃度。 =’由内裝碳材團塊E所得之還原鐵粒F 區 含量變得低於中心區域之平均。含量(換言之, 厌底料'原鐵粒F之中心區域之平均。含量變得高於表 15 200831674 面區域之平均c含量)。 运原鐵粒F之表面區域之承 圍⑹〜25質含量必須處於特定範 .貝里句,為使表面區域之平均c含量為〇1〜25 貝里/。,對上述内裝碳材團塊E之舻鉍舶入 擠庆栌】★ ^ 2奴材配合比例、或旋轉 =!;内之環境溫度、旋轉爐床爐1内之内裝碳材團塊 可切留時間等旋轉爐床爐1之運轉條件進行適當調整即 例如,可將碳材配合比例調整a 1〇〜26〇/ 度調整為⑽〜幫,將滞留時間調整為8〜30分二兄: =,較佳的是使碳配合量為如下含碳量,該含碳量: *於與内裝碳材成塊物(例如内裝碳材團《E)中 氧莫耳量相同之碳莫耳量的碳量提高3%而獲得。: 面,運轉條件較佳為如下條件,即,於爐床上鋪設 内夺:碳材成塊物,將成塊物正上方之溫度保持$ 進行加熱直至金屬化率達到9〇%以上。 又’推薦使還原鐵粒F整體之平均c人旦 片斤曰 各里肩^ 1 · 0〜5 0 貝置%,但對於此種還原鐵粒F整體之平均c人旦· =:式對内裝碳_塊£之碳材配合比例:=即 σ 日守由於上述還原鐵粒F整體之平均c含旦> 旋轉爐床爐i内之環境溫度、旋轉爐床爐i内二:= 團塊E之滯留時間等旋轉爐床爐1之運轉條件之影變& 考慮該等影響而對碳材配合比例進行調整。換士 /曰、 還原鐵粒F整體之平…量為!·。〜5。質量:之對2 成塊製程中之氧化鐵成分與碳材之配合比例進行調整, 或對上述加熱還原製程中之旋轉爐床爐i之運轉條^牛’進及_/ 16 200831674 控制即可。 又’推薦使還原鐵F之金屬化率為8〇%以上,但
團塊E中配合有多於還原鐵鑛石(氧化鐵成外 之煤炭(碳材)b’故對旋轉爐床…之環境溫 :轉爐如内之内裝碳材團塊E之滯留時間等旋轉 1之運轉條件特„調整,藉此可以地獲得上 广、鐵F之金屬化率。換言之,為使上述還原鐵F之金 二化率為80%以上’對上述成塊製程中之氧化鐵成分與碳 才之配合比例進行調整,及/或對上述加熱還原製程中之旋 轉爐床爐1之運轉條件進行控制即可。 (3)排出製程(排出步驟) 以上述方式獲得之還原鐵粒F係由排出裝置(未圖示 於looot:左右自旋轉爐床爐丨排出。 (4)熱成形製程(熱成形步驟) 將自旋轉爐床爐1排出之還原鐵粒F暫且收容於例如 容=7,利用氮氣等惰性氣體將該還原鐵粒F冷卻至適於 通常之熱成形之溫度、即_〜65〇。。左右I,利用例如雙 輮型之熱壓塊機2進行加壓成形(壓縮成形),使其成為熱 壓塊鐵G。由於已將還原鐵粒F之表面區域之平均c含量 调整為0.1〜2.5質量%,故確保熱壓塊_ G具有作為高爐 用裝入原料之充分強度。又,由於還原鐵粒F之中心區域 之平均C含夏南於表面區域之平均c含量,故熱壓塊鐵〇 整體之平均C含量亦維持得較高。因此,裝入至高爐時, 可獲得由高爐爐頸部富含eh之爐内氣體產生之防止再氧 17 200831674 化效果、及於高爐高溫部内向金屬鐵中滲碳而產生之使燒 穿變得容易之效果。 70 [變形例] 上述貫施形態中例示了:藉由對上述成塊製程中之氧 化鐵成分與碳材之配合比例進行調整,及/或對上述加熱還 原製程t之旋轉爐床爐!之運轉條件進行控制,來調整還 原鐵=F之表面區域之平均c含量。作為本發明之其他實 φ &幵’亦可取代上述調I,或除上述調整之外,於上述 加熱還原步驟之末期,亦即於相當於自内裝碳材團塊e内 部產生之氣體減少或停止時期之旋轉爐床爐i内之還原鐵 F排出部前方之區段(區間),使氣體環境之氧化度升降。 其原因在於,藉此可對還原鐵F表面區域之碳材之消耗量 進行調整。繼而,藉由上述氣體環境之氧化度之升降,可 更精確地對還原鐵F表面區域之平均c含量進行調整。旋 、盧床爐1内區段之氣體環境之氧化度的升降可藉由 鲁 ύ亥區奴所具備之燃燒器之空氣比來容易地進行。例 :二當還原鐵F表面區域之平均c含量超過2.5質量%時, 提门炊:k為之空氣比,使氣體環境之氧化度上升即可。藉 可促進還原鐵F表面區域之碳材的消耗,將還原鐵F 表面區域之平於 一 3 1維持為2.5質量%以下(第1還原鐵 表面區域之C含量調整步驟)。 ^進^而例如亦可於自旋轉爐床爐1排出之後,對還原 么\人运例如2氣或旋轉爐床爐1之燃燒器燃燒廢氣等作 :' 性氣體,使與特定量之氧化性氣體接觸特定時間。 200831674 藉此,亦可調整還原鐵F表面區域碳材的消耗量(第2還原 鐵表面區域C含量調整步驟)。 再者’可僅使用上述第丨及第2還原鐵表面區域之C 含量調整步驟中之任一個步驟,亦可併用兩個步驟。 又,上述實施形態中,例示了:將自旋轉爐床爐丄排 出之1000 C左右之還原鐵粒F冷卻至6〇〇〜65〇。〇左右為止 之後進行熱成形,但亦可不對還原鐵粒F進行實質性冷卻, 亦即,於不進行如上所述之強制性冷卻操作之下,提高熱 成形溫度來進行成形。此時,熱壓塊機2之耐熱性雖成為 問題,但可藉由強化輥之水冷、使用高級之輥材質來應對 該問題。#由提高熱成形溫度來進行成形,即便熱壓塊鐵 G中之還原鐵粒F整體之c含量高達5 f量%附近,亦可 確保高強度。 又,上述實施形態中,冑用鐵石廣石作為氧化鐵成分a, 取而代之,或除此之外,亦可制含有氧化鐵之高爐粉塵、 轉爐粉塵、電爐粉塵、軋鋼鱗片等鑄鐵工廠粉塵。 又,上述實施形態中,使用煤炭作為碳材b,取而代 之,或除此之外,亦可使用焦炭、石油焦炭、木炭、木屑、 廢塑膠、舊輪胎等。又,亦可利用高爐粉塵中之碳成分。 又,上述實施形態中,使用内裝碳材團塊作為内裝碳 材成塊物’並利用造粒機進行造粒’但亦可使用内裝碳材 壓塊(尺寸小於熱壓塊鐵之壓塊)來代替内裝碳材團塊,並 使用加«成形機進行壓縮成形。此時,視黏合劑種類之不 同’有時於成料不添加水分,而是使用經乾燥之原料。 19 200831674 又,上述實施形態中,使用旋轉爐床爐作為還原爐, 亦可取而代之使用直線爐。 1 [實施例] [實施例1 ] 首先,為調查煤炭底料DRI之表面區域及中心區域各 自之平均c含量,進行模擬旋轉爐床爐之加熱還原製程2 下述還原試驗。 於表1所示成分組成之煤炭及鐵礦石中添加副原料, 按照表。2所示之配合比例加以混合,添加適量之水分並使 用小型圓盤式造粒機進行造粒之後,保持於乾燥器内充分 地進:乾,製作出平均粒徑為18·7贿之内裝碳材團塊 之"式料;再者,表1中之「-74 μηι」表示「粒徑為74 μιη 以 ;」 表1中之「LOI」係Loss of igniti〇n(燒失 量)之簡%,表示於l〇〇〇°C下加熱1小時後之質量減少量。 表4中亦相同。
^ 化學組成(質量%) 粒度(質量%) Fe304 SiO, ΑΙΑ CaO MgO LOI -74 um 93.48 --- 4.7 0.21 0.47 0.46 0.13 96 分析 〔質量%) 元素分析〇 穿量%) 一. 一 粒度 VM FC S C Η 0 -74 um 16.79 78.57 0.595 86.24 4.18 2.48 93 20 200831674
將6個該内裝碳材團塊之試料於氧化鋁托盤上排列成 1層,並於n2 i〇0%x3 NL/min之流通條件下,迅速插入至 已凋正成1300 C之環境溫度之小型臥式加熱爐内,當廢氣 中之CO濃度下降i 5體積%時,視為還原已結束,將試 料=出至冷卻位置’於^環境氣氛中冷卻至室溫,對所得 之還原鐵試料進行剖面觀察及化學分析。再者,為確 現性,於相同條件下反覆進行2次試驗。 “ 根據剖面觀察可知,藉由上述加熱處理可獲得 ^鐵’其外周部係金屬鐵燒結形成緻密區域,㈠ ^ 量殘留有碳’金屬鐵並未進行燒結。再者,還原鐵之; 粒徑自還原前之18.7mm收縮至約16_。 由外周。P之金屬鐵燒結而變得緻密之區域厚度 :了外周部相當於本發明之還原鐵表面區域之推。 p p 至約3 _深為止之部分」,中央邛韻: 7於中心區域(除上述表面區域以外之部幻,分為 周部(表面區域)與中央部(中心區域)並分別進行化與八,外 將化學分析之結果示於表3。 予刀析。 21 200831674 [表3]
• 由該表3可知’試驗之再現性良好,外周部(表面區域) 土之平^含量為1 5〜16質量%,而中央部(中心區域)之平
:、里勺為4·4〜4.5質篁%。其滿足本發明HBI之DRI 分規定。又,還原鐵試料整體之平均C含量約為3.9〜4.〇 貝金屬化率約為99.7%。其滿足本發明顧之腦 ^軚佳之成分規定,亦即,分別滿足「還原鐵粒之整個區 ^平句石反3里為〜5.0質量〇/〇」,及「還原鐵粒之金屬 化率為80% I» 、A 」。再者,DRI之金屬化率係對DRI整體 _ 外周立予刀析來测定,但DRI整體之化學組成係將DRI之 2周部(表®區域)與中央部(中心區域)之化學組成以試料質 ®加權平均來算出。 因此’可推測對以上述方式製造出之還原鐵進行熱成 形所得之Hr τ目 "有充分之強度,故為進行確證而進行下述 HBI製造試驗。 [實施例2] (試驗之方法及條件) Η BI Μ 4# w式驗,係使用外徑為8.5 m之旋轉爐床爐(還 22 200831674 原鐵生產規模:5〇 t/d)以及輥直徑為i m之熱壓塊機來實 施。 使用表4所示之成分組成之磁鐵礦石(鐵礦石)及煙煤 (煤炭)作為原料,以質量比例計對8〇%之鐵礦石配合2〇% 之煤炭,且於外裝上添加1.5%之有機黏合劑。進而添加適 量之水分並利用混合機將原料混合之後,利用直徑為3 〇m 之盤式造粒機製造内裝碳材團塊。繼而,使用已將環境溫 度調整為170°C之帶式乾燥機將内裝碳材團塊連續進行乾 燥。將乾無後之内裝碳材團塊連續地裝入至旋轉爐床爐, 於表5之條件下進行還原。再者,使設置於旋轉爐床爐内 最末區段之燃燒器的空氣比大致為丨·〇。再者,表5中之 「-190」表示「爐内壓力為l9〇pa以下」。 [表4] 化 學組成( 質量%) 粒度(質量%) 鐵礦石 T.Fe Fe304 Si02 __A120, CaO MgO LOI -74 jim 68.8 95.11 2.06 0.57 0,55 0.44 0.71 88 工業分析(質量%) 元素‘ 分析(質 量%) —____〇〇_-_ 粒度 煤炭 Ash VM FC S C Η 0 -74 |Lim 9.6 18.6 71.9 0.21 81.2 4.3 4.0 80 23 200831674 [表5] 團塊供給速度 環境溫度[平均] 團塊滯留時間 爐内壓力 _ ΓΟ (min) (Pa) 旋轉爐床爐 3.0 1350 7.0 〜9.0 190 將自旋轉爐床爐排出之還原鐵在熾熱狀態下暫且收容 於填充有N2氣體之容器内,將分別填滿各容器之相當於2 個容器量的還原鐵裝入至設置於熱壓塊機上之料斗 (hopper),將約2.5t程度之高溫還原鐵批量供給至熱壓塊 機,於表6之條件下進行熱成形,將經成形之壓塊浸潰於 水中進行冷卻,製造出熱壓塊鐵。 [表6] DRI供給溫度 輥轉速 輥加壓力 輥扭矩 ΓΟ (rpm) (MPa) (N) 熱壓塊機 658 86 16.5 378 (試驗結果) [煤炭底料還原鐵之性狀] 取用HBI化前之還原鐵,對其物性進行測定,將其代 表值與先前之氣體底料還原鐵進行比較。將各測定結果示 於表7。根據該表,煤炭底料還原鐵因以煤炭為還原劑, 24 200831674 故與氣體底料运原鐵相比’碳(c)、脈石、硫(s)之含量較 高。又,由於内裝之煤炭氣化並散逸,故孔隙率較高而抗 碎強度亦較低。 [表7] 項目 煤炭底料DRI 氣體底料DRI 金屬化率(%) 91.0 92.0 T.Fe(質量 %) 85.8 92.7 M.Fe(質量%) 78.1 85.3 〇(質量%) 3.0 U S(質量%) 0.08 0.01 脈石成分(質量%) 7.54 3.60 抗碎強度(N/個) _412 510 孔隙率(%) _65.6 62.1 # 又’圖2中,繪圖表示經同時取樣之50個煤炭底料還 原鐵粒各自之粒徑及抗碎強度。由該圖可了解到煤炭底料 還原鐵粒於16〜2〇111111之粒徑範圍内,以2〇〜6〇]^重/個(約 200〜600 N/個)左右之幅度變動,且存在強度非常低之煤炭 底料逖原鐵粒。一般,對於由實驗室規模之小型加熱爐製 仏出之煤厌底料還原鐵而言,因加熱均勻,故可製造均質 之逖原鐵,但對於工業用旋轉爐床爐而言,由於爐内之燃 粍為之配置或内裝碳材團塊之重疊狀況等而使受熱不均 勻,產生此種品質之不均一。 25 200831674 又,圖3表示煤炭底料還原鐵粒整體之c含量與抗碎 強度之關係。該圖3表明,抗碎強度隨著c含量之增加而 下降。 根據上述事項亦可確認,為將儘可能提高了粒子整體 之C含夏之煤炭底料還原鐵用作高爐裝入物,必須將還原 鐵加以HBI化而使之具有高強度。 圖4表示煤炭底料還原鐵之金屬化率與生產性之關 係。可確認,若目標生產率處於8〇〜1〇〇 kg/(m2h)之範圍内, 則雖然差異大,但仍可確保金屬化率一直為8〇%以上,可 藉由使生產性稍許下降(使目標生產率為9〇 kg/(m2h)以下) 來使金屬化率之上限值最高上升至95%左右,且可藉由對 内衣奴材團塊在旋轉爐床爐内之滞留時間等進行調整來調 整金屬化率。 [煤炭底料HBI之性狀] 斤為評價煤炭底料HBI之強度,實施落下強度試驗。與 氣體底料HBI相同,採用下述方法作為落下強度試驗之方 法’即,假設利用船舶等將HB][輸送至海外,使1〇個hbi 自1〇 m之高度重複5次落下至厚度為12 mm之鐵板上之 後,放置於篩尺寸為381 mm及6·35 mm之篩上,分別測 定尺寸為38.1 mm以上之塊(以下,有時簡稱為r+38l mm」) 之貝1比率以及尺寸為6·3 5 mm以下之粉(以下,有時簡稱 為「_6_35 mm」)之質量比率。 圖5表示由熱壓塊機製造出之煤炭底料HBI整體之c 含1與落下強度之關係。根據該圖5可知,於煤炭底料Hm 26 200831674 之c含量(亦即,還原鐵整體之平均c含量)為2 〇〜5 〇質 里/❶之範圍内,可獲得落下強度(+381mm),其係大致滿足 作為先前之氣體底料HBI落下強度基準之平均值(+38 ι mm ’ 65 /。)。又,_6 35 mm之比例亦為左右。
圖6表示煤炭底料HBI之金屬化率與落下強度之關 係。雖根據該圖6無法確認金屬化率與落下強度之明確的 相互關係,但可知,即便金屬㈣較低為跳左右,亦可 獲得與氣體底料HBI同樣之落下強度。 [煤炭底料HBI之外觀及内部構造] 本實施例中製造之煤炭底料HBI係長度n〇 mmx寬度 mmx厚度30 _、體積為1〇5 —之枕形,寬度端部兩 側均良好地成形,且並未形成所謂魚口之容易發生於寬度 端,之裂口。X,可假設謂之本體部分亦充分地厚,且 以咼壓力塞入有還原鐵。 口 ------------ 所传之剖面,可看出經I縮而變形之各還原鐵之形狀,且 可知還原鐵之表面彼此受到緊密壓著。再者,q面上之各 還原鐵之表面看上去發黑’其原因在於,4了便於觀察: 利用酸進行蝕刻產生反差。 [煤炭底料HBI之耐候性] 再者實例中製造之煤炭底料_之耐候性試驗。 再者,使用未進行本實施例之HBI化之 先前之氣體底料·作為比較材料。將約:之::二 入無盍塑膠製复並放置於屋外(平均相對濕度 27 200831674 均=度為7.2°C、月降雨量為44議之條件),每2週提取 少量試料,根據其化學分析值調查再氧化之程 下降之程度)。 將經過天數與金屬化率(以初始金屬化率為1〇之相對 值)之關係作為調查結果而表示於圖8中。根據該圖8,於 ⑽I之情形時,煤炭底料、氣體底料DRI之金屬化率均顯 著下降,12週(84天)後下降至初始金屬化率之6〇〜7〇%左
右。相對於此,煤炭底料HBI之金屬化率之下降非常小, :便於12週後’僅下降至初始金屬化率之3%。基於確保 海上輸送時之安全之觀點’㈣或Ηβι之耐候性尤為重要, 如上所述,煤炭底料DRI存在輸送或儲存時之再氧化或者 隨此發熱進而甚至起火之危險性,但藉由將煤炭底料dri 加以HBI化,孔隙率大幅下降而變緻密,故可回避上述危 險性。 & [熱成形溫度對煤炭底料HBI之強度造成之影響] 為α周查熱成形溫度對煤炭底料ηβι之強度造成之$ 簪,另外將供給至熱壓塊機之煤炭底料DRI之溫度改變為 通常程度之600。(:、及高於通常程度之76〇它此兩個等級來 製作煤炭底料HBI,並測定其等之抗碎強度。將測定結果 示於圖9。再者,HBI之抗碎強度係由HBI寬度之每單位 長度之負重來表示,該HBI寬度之每單位長度之負重係以 在厚度方向上施加負重而產生斷裂時之負重除以hBI之寬 度所得者。如該圖9所示,HBI之C含量低至2質量%左 右% ’幾乎不受成形溫度之影響。然而,HQ〗之匸含量升 28 200831674 南至5質量。/。左右時,於通常之6〇(rc之成形溫度下抗碎強 度大幅降低’相對於此’於高於通常溫度之76(rc之成形 溫度下抗碎強度之降低量非常小。因此可確認到:於實質 上不對自還原爐排出之DRI進行冷卻之狀態下,藉由以更 咼之溫度使該DRI成形,可製造c含量高且強度高之HBI。
如以上所说明,本發明之一方面之熱壓塊鐵,係對複 數们還原鐵粒進行熱成形而該還原鐵粒彼此附著所成之熱 C塊鐵’其特徵在於’上述還原鐵粒具有平均碳含量為 0.1〜2·5質量%之表面區域、及位於上述表面區域之内侧且 平均碳含量高於上述表面區域之平均石炭含量之中心區域。 此處’還原鐵粒不僅可為粒狀、團塊狀之還原冑,亦可為 壓塊狀之還原鐵,且其形狀並不限定於粒狀。 對於本發明之熱壓塊鐵而言,較佳的是,上述表面區 域係自上述還原鐵粒之表面至深度為3咖為止之區域。 θ根據上述本發明之熱壓塊鐵,因將表面區域之平均c 含量I制為(Μ〜2·5 f量% ’故可維持還原鐵粒彼此之附著 力以綠保熱壓塊鐵之強度。因此’本發明之熱壓塊鐵具有 7為尚爐之裝入原料之強度及耐候性。又,因可使用以廉 價之煤炭等碳材為還原劑、以低等級之氧化鐵源為原料之 煤炭底料聰,故本發明之Μ塊鐵較氣體㈣麵更為 廉價。 — 原 又’對於本發明之熱壓塊鐵而 鐵粒之整個區域之平均碳含量為 言,較佳的是,上述還 〜5·0質量%。 據此,將熱壓塊鐵中之還原鐵粒整體之平均 C含量設 29 200831674 定為較高之範圍,由此可確保熱壓塊鐵之強度,且可藉由 於南爐爐頸部富含c〇2之爐内氣體來防止再氧化,並且, 容易於高爐高溫部向金屬鐵中滲碳,迅速地產生熔融滴 下’從而可提高高爐内之通氣性。 又,對於本發明之熱壓塊鐵而言,較佳的是,上述還 原鐵粒之金屬化率為80%以上。 、據此,將熱壓塊鐵中之還原鐵粒全體之金屬化率設定 Φ 為〇/〇以上之同金屬化率,由此,若將該熱壓塊鐵用作高 爐用裝入原料,則高爐之生產性增大,並且可降低高爐^ 還原劑比(燃料比),故可減少C〇2之排出量。 本發明之另一方面之熱壓塊鐵之製造方法,其特徵在 於,具有··成塊步驟,係將含氧化鐵成分及碳材之内裝碳 材成塊物進行造粒;加熱還原步驟,藉由以還原爐加熱還 原上述内衣石厌材成塊物來生成表面區域之平均碳含量為 〇·1 2·5貝靈%、且中心區域碳含量高於上述表面區域平均 _ 娛含置之逛原鐵粒;排出步驟,係自上述還原爐排出還原 鐵粒,以及熱成形步驟,係利用熱成形機將自上述還原爐 排出之複數個上述還原鐵粒進行壓縮成形。 據此,對含有廉價之煤炭等碳材及低等級之氧化鐵源 作為還原劑之内裝碳材成塊物進行加熱還原,藉此生成煤 厌底料還原鐵粒,使用熱成形機將該煤炭底料還原鐵粒製 造成熱壓塊鐵,故可維持還原鐵粒彼此之附著力以確保熱 壓塊鐵之強度。因此,可提供可實際用作高爐之裝入原料 之廉價、咼強度且具耐候性之熱壓塊鐵。 30 200831674 又,對於本發明之熱壓塊鐵之製造方法而言,較佳的 是,上述被排出之還原鐵粒實質上未經冷卻而於上述熱成 形步驟中受到壓縮成形。 據此,可於溫度更高之軟化狀態下對還原鐵粒進行壓 縮成形,故即便於還原鐵粒整體之平均c含量較高時,亦 可確保熱壓塊鐵之強度。 又’對於本發明之熱壓塊鐵之製造方法而言,較佳的 是’於上述成塊步驟中,以上述還原鐵粒之整個區域之平 均碳含量為1.0〜5.0質量%之比例來配合上述氧化鐵成分與 上述碳材,或者,較佳的是,於上述加熱還原步驟中,於 上述還原鐵粒之整個區域之平均碳含量為1.〇〜5〇質量。/〇之 心卞件下對上述内裝碳材成塊物進行加熱還原。 根據該等製造方法,可更精確地調整還原鐵粒之表面 區域之平均C含量,故可更確實地獲得本發明之熱壓塊鐵。 又’對於本發明之熱壓塊鐵之製造方法而言,較佳的 是,於上述成塊步驟中,以上述還原鐵粒之金屬化率為8〇% 、上之比例來配合上述氧化鐵成分與上述碳材,或者,較 佳的是,於上述加熱還原步驟中,於上述還原鐵粒之金屬 化率為80%以上之條件下,對上述内裝碳材成塊物進行加 熱還原。 ◦根據該等製造方&,由於還原鐵粒整體之金屬化率為 、、上之較间值,故若將使用該還原鐵粒所得之熱壓塊 鐵^作馬爐用裝人原料,則高爐之生產性增大,並且可降 低高爐之還原劑比(燃料比),因此可減少c〇2之排出量。 31 200831674 又,對於本發明之熱壓塊鐵之製造方法而言,較佳的 是,於上述加熱還原步驟之末期,使上述還原爐内之氣體 環境之氧化度升降,或者,較佳的是,於上述排出步驟之 後,使上述被排出之還原鐵粒與氧化性氣體接觸。 由於根據該等製造方法,可提高還原鐵粒之金屬化率, 故若將使用該還原鐵粒所得之熱壓塊鐵用作高爐用裝入原 料,則高爐之生產性增大,並且可降低高爐之還原劑比(燃 • 料比),因此可減少co2之排出量。 本發明之另一方面之熱壓塊鐵之製造方法,係包含複 數個還原鐵粒之熱壓塊鐵之製造方法,其特徵在於,利用 ^成形機,對還原鐵粒進行壓縮成形來製造熱壓塊鐵,該 通原鐵粒具有平均碳含量為G1〜2 5質量%之表面區域、及 位於上述表面區域内側且平均碳含量高於上述 平均碳含量之中心區域。 坺之 據此,因對表面區域之平均c含量為〇1〜2·5質量%
• 之還原鐵粒進行壓縮成形,故熱壓塊鐵可維持還原鐵粒彼 此之附著力。其結果,可製造具有作為高爐之裝入原料之 強度及耐候性之熱壓塊鐵。又,因可使用以廉價之煤炭等 碳材,原劑、以低等級之氧化鐵源為原料之煤炭底料dri :為避原鐵粒’故可製造較氣體底料HBI更為廉價之熱M 鐵之 之平 十於本备明之包含複數個還原鐵粒 製迭方、兵 _ …、您绳 。 次而言,較佳的是,上述還原鐵粒之整個 均碳含眚ϋ,Λ ^ 反3里為1.0〜5.0質量%。 32 200831674 據此, c含量,故 因可更精確地調整還原鐵粒之表面區域之平均 可更確實地獲得本發明之熱壓塊鐵。 又’對於本發明之包含複數個還原鐵粒之熱壓塊鐵之 製造方法而言,較佳的是,上述還原鐵粒之金屬化率為娜 以上。 據此,因還原鐵粒全體之金屬化率為8〇%以上之較高 值,故若將使用該還原鐵粒所得之錢塊鐵用作高爐用裝
入原料,%高爐之生產性增大,並且可降低高爐之還原劑 比(燃料比),因此可減少c〇2之排出量。 之熱壓塊鐵尤其適合用作高爐之裝 原料1_不排除用作電爐用原料。尤其,還原鐵粒之整 ㈣域之平均碳含量為! 〇〜5()質量%之熱壓塊鐵,與由先 前之氣體底料DRI構成之HBI相比可提高c含量高,因 雖然存在對㈣成分或硫成分進行處理之必要性,但 σ…“力肩耗里之效果顯著,就於電爐中之使用而言具 有充分之研究價值。 ^ ^ 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明之實施形態之ΗΒΙ製造流程之概略 流程圖。 圖2係表示煤炭底料DRI之粒徑與抗碎強度之關係之 圖表。 圖3係表示煤炭底料DRI之c含量與抗碎強度之關係 之圖表。 33 200831674 圖4係表示旋轉爐床爐内之煤炭底料〇以之金屬化 與生產性之關係之圖表。 ' 圖5係表示煤炭底料ΗΒΙ之c含量與落下強度之關係 之圖表。 圖6係表示煤炭底料HBI之金屬化率與落下強度之關 係之圖表。 圖7係表示煤炭底料HBI之剖面之宏觀組織之圖。 圖8係表示耐候性試驗中之金屬化率之隨時間變化之 圖表。 圖9係表示成形溫度對煤炭底料hbi之抗碎強度造成 影響之圖表。 圖係表示DRI内之碳濃度分布之圖,圖1〇(a)為氣 體底料DRI,圖1〇(b)為煤炭底料dri。 【主要元件符號說明】 1 旋轉爐床爐 2 熱壓塊機 4 混合機 5 造粒機 6 乾燥機 7 容器 a(A) 鐵礦石 b(B) 媒炭 E 内裝碳材團塊 34 200831674 F 還原鐵粒 G 熱壓塊鐵
35
Claims (1)
- 200831674 十、申請專利範圍: 1. 一種熱壓塊鐵,其俜對 _ 對複數個還原鐵粒進行熱成形 而由該等還原鐵粒彼此附菩辦士、 、 订者所成者;其特徵在於, 該還原鐵粒具有: 表面區域’其平均碳含量為01〜25質量%;及 中心k域,其位於該表面區域之内侧,且平均 高於該表面區域之平均碳含量。 2·如申請專利範圍第丨熱壓塊鐵,其中,該表面 區域係自該還原鐵粒之表面 w王冰度為3 mm為止之區域。 3. 如申請專利範圍第丨 一 只&熱壓塊鐵,其中,該還原 鐵粒之整個區域之平均碳含量為1〇〜5〇質量%。 4. 如申請專利範圍"項之熱壓塊鐵,其中,該還原 鐵粒之金屬化率為8〇%以上。 5·一種熱壓塊鐵之製造方法,其特徵在於,具有: 成塊步驟,係將含氧化鐵成分及碳材之内裝碳材成塊 物進行造粒; 加熱還原步驟,藉由以還原爐加熱還原該内裝碳材成 塊物來生成表面區域之平均碳含量為質量%、且中 區域奴3里向於該表面區域平均碳含量之還原鐵粒; 排出步驟,係自該還原爐排出還原鐵粒;以及 …、成形步驟’係利用熱成形機將自該還原爐排出之複 數個該還原鐵粒*行壓縮成形。 6·如申凊專利範圍第5項之熱壓塊鐵之製造方法,其 中。亥被排出之還原鐵粒實質上未經冷卻而於該熱成形步 36 200831674 驟中受到壓縮成形。 7·如申請專利範圍第5項之熱壓塊鐵之製造方法,其 ,I , 於σ亥成塊步驟中,以該還原鐵粒之整個區域之平均碳 合量為1.0〜5.0質量%之比例來配合該氧化鐵成分與碳材。 8 ·如申睛專利範圍第5項之熱麼塊鐵之製造方法,其 中’於该加熱還原步驟中,於該還原鐵粒之整個區域之平均石厌3里成為1·〇〜5 〇質量%之條件下,對該内裝碳材成塊 物進行加熱還原。 9·如申請專利範圍第5項之熱壓塊鐵之製造方法,其 中,於該成塊步驟♦,以該還原鐵粒之金屬化率成為8〇% 以上之比例來配合該氧化鐵成分與碳材。 10.如申請專利範圍第5項之熱壓塊鐵之製造方法,其 中,於該加熱還原步财,於該還原鐵粒之金屬化率成為 80%以上之條件下’加熱還原該内裝碳材成塊物。 ’、、、 11.如申请專利範圍第5項之熱壓塊鐵之製造方法, 中,於該加熱還原步驟之太ΰ Μ 禾’月使5亥通原爐内之氣體产 之氧化度升降 ^ 如申明專利範圍第5項之熱壓塊鐵之製造方法 中,於該排出步驟之饴,4、i ' 氧化性 哪之後,使該被排出之還原鐵粒鱼 氣體接觸。 ~ 13 · —種熱壓塊鐵之劍、生 玛灸衣Xe方法,係用以製造包含 還原鐵粒之熱壓塊鐵;其特徵在於, 數個 壓塊 面區 ',、、、形機對還原鐵粒進行壓縮成形來製女 鐵,該還原鐵粒具有平均碳含量為0.卜2_5質量%: 37 200831674 :、及…表面區域之内側且平均碳含量高於該表面區 或之平均碳含量之中心區域。 Μ·如申請專利範圍第13項之熱壓塊鐵之製造方法, 其中,該還原鐵粒之整個區域之平均碳含量為i.O〜5.0質 量 〇/〇 〇 15.如申請專利範圍第13項之熱壓塊鐵之褽造方法, 其中,該還原鐵粒之金屬化率為8〇%以上。 十一、圖式: 如次頁 38
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