TW474995B - Process for the production of direct-reduced iron, hot metal and steel - Google Patents
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Description
474995 A7 B7 五、發明説明(I ) 本發明係關於一種製造直接還原鐵,熱金屬及鋼材的 方法,其中進料包括鐵礦石,較佳爲塊形及/或小粒形式 之鐵礦石及可能之添加劑成,在第一還原區域裡直接還原 成海綿狀鐵,在熔化氣化區域將海綿狀鐵藉由將含碳材料 及含氧氣體飼進的方式熔融成熱金屬,並產生還原氣體, 其在排氣純化之後,飼進第一還原區域,轉化並以上出氣 體(top gas)卸放,此上出氣體進行排氣純化程序,可能飼 進進一步還原區域以使鐵礦石直接還原成海綿狀鐵,而且 在與鐵礦石反應之後,將上出氣體卸放成排放氣體及進行 排氣純化程序,而且將來自進一步還原區域的熱金屬及可 能的海綿狀鐵進給至煉鋼製程,較佳是飼進電弧煉鋼製程 ,且煉鋼製程的排氣經過純化,而且本發明關於一種施行 該方法的裝置。 在純化來自熔化氣化區域的還原氣體及純化來自第一 還原區域的上出氣體,可能在純化進一步還原區域的排放 氣體期間,以及在純化煉鋼製程的排氣期間,視純化方法 而定,會發生包含氧化態鐵及金屬形式鐵及可能包含焦炭 塵物的塵物及/或漿泥。這些塵物及/或漿泥以非廢棄物 硏磨操作以及經濟觀點來看,代表欲在冶金工業裡利用的 廢棄物或回收物。 傾倒這些回收物的方法爲已知。然而,要避免回收物 當作廢棄物傾倒及因此損失其中所含有價値的物質,如果 可能的話,以最小的輸入能量來利用回收物,及最適宜地 利用其有價値的物質。從AT-B-376.241得知包含氧化態及 4紙張尺度读州屮同丨^!象.樣彳(('NS ) Λ4規梠(21〇X2947公楚—) 一 ϋ - I H 1!— - 1 -- -- m -I- 1 - - Jl·— —hjf ^ - - - - - ! -i_ —i (讀先閱讀背面之注意事項再瑣寫本頁) 474995 Μ Β7 五、發明説明(/ ) /或金屬形式之鐵及包含碳的廢棄物及回收物的利用方法 ,其中,體顆粒係從還原氣體分離出來,及從由旋風器裡 直接還原區域排出的上出氣體分離出來,而經分離的固體 係與黏合劑,例如氧化鐵塵物做混合,壓製成塊及只飼進 熔化氣化區域,連同衍生自上出氣體純化廠的氧化鐵塵物 ,所以上出氣體純化廠產生的固體也可以利用。 使用黏合劑,熔渣形成添加劑及還原劑的結聚冶金回 收物,而將結聚物進給於熔融單元之上載區域,和在熔融 單元之該載承區域裡預熱及乾燥結聚物的方法,可從DE_ A-41 23 626得知。根據逆流原則,熔融單元裡分佈負荷物 ,首先該負荷物運入設於熔融單元裡面的還原區域,然後 在熔融單元的下區域裡熔融。 根據其化學組合物不同出處收集含焦炭塵物及金屬和 氧化形式之鐵的廢棄物及回收物的方法,可從^P_A_〇 623 684得知,其中第一出處主要包括氧化形式的鐵,第二出 處主要包括金屬形式的鐵,而第三出處主要包括含碳材料 。藉由將第一出處的材料進給到直接還原區域,並將第二 、三出處的材料直接進給到熔化氣化區域的方式,來利用 這些材料。 如果廢棄物及回收物分別根據該不同材料,即不同出 處產生的條件下,該方法證明是特別成功、。然而,如果冶 金工業是產生氧化形式鐵,金屬形式鐵及碳的混合物,而 將來自冶金工業的廢棄物及回收物分類,這樣的作法將會 花費昂貴。 才-——--- (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
^ 474995 Μ Β7 - — , 川一 一一—办〜·' _. " . - 一- | - — — . _ 五、發明説明(彳) W0 96/22950揭示一種以還原氣體還原鐵礦石期間 累積之_物並在洗滌器裡分離成漿泥的利用方法,其中漿 泥經過脫水及作爲水泥製造的起始材料。 只有一部分之冶金工業中累積的塵物及/或漿泥受到 利用的事實,對於上述諸方法而言乃常見的。部分包含重 金屬及/或非鐵金屬之濃縮物的其他廢棄物,慣例上是丟 棄的,即當做廢棄物傾倒。 從WO 96/34120得知,於例如上出氣體,還原氣體 及轉化器排氣的排氣純化期間,和在鹼性氧煉鋼製程裡連 同生鐵,廢鐵及/或鐵礦石及/或海綿狀鐵完全使用這些 氣體的期間,分離成漿泥之含鐵冶金回收物結聚的方法。 該方法具有下列缺點:在煉鋼時不想要之緩慢移動的 元素,例如非鐵金屬及重金屬,由於重新進給結聚物而在 煉鋼製程中累積。因此,部分之已分離的漿泥將要連續卸 放,造成製程的操作成本高,因爲要將漿泥卸放出的部分 再次傾倒。而且,該方法不適用於冶金工業裡的封閉迴路 系統。 _ 本發明之目的在於避免習知技術的缺點。本發明的技 | 術重點在於提供一種製造海綿狀鐵,熱金屬及鋼材的方法 ’其中進一步地利用排氣純化期間分離的所有塵物及/或 f 漿泥。本發明之方法特別想要使已分離之塵物及/或漿泥 I以各種方式被利用,不論其組成如何,即不論已經分離之 | 排氣的組成如何。此外,迄今一直由於其重金屬化合物含 ? 量而要利用此等塵物及/或漿泥所需的傾倒方法,係完全 本紙張尺度埚川屮酬系;(㈣(rNS ) Λ4規招(210X 297^>#_ 1 ~ ' -- (誚先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
474995 部 中 J、b A7 B7 五、發明説明(φ) 地避免。 根_本發明,係藉由將在煉鋼製程之排氣純化期間分 離的含鐵塵物及/或漿泥,連同在來自熔化氣化區域之還 原氣體的純化期間,在來自第一還原區域之上出氣體的純 化期間,及可能在由來自進一步還原區域之排放氣體的純 化期間,所累積的其他塵物及/或漿泥一起結聚,藉由進 一步利用結聚物作爲冶鐵之熔融及/或還原程序的進料, 及/或作爲水泥製造的進料,並藉由使用所製造的熱金屬 及可能來自進一步還原區域之海綿狀鐵,還有任何可能在 程序期間累積之塵物及/或漿泥,或其形成的結聚物,以 及可以使用廢鐵作爲煉鐵製程之唯一含鐵進料,而解決上 述問題。 本發明之方法,首先允許於海綿狀鐵製造,熱金屬製 造及製鋼的整合系統中,合倂結聚在排氣純化期間所有分 離的塵物及/或漿泥,並進一步地利用所得的混合結聚物 因爲熔化氣化區域的產物,即熱金屬,及可能來自進 一步還原區域的產物,即海綿狀鐵,係煉鋼製程的唯一含 鐵進料,所以煉鋼製程裡排氣純化期間分離的塵物及/或 漿泥沒有重金屬成份。 由第一還原區域排出的上出氣體,可能從進一步還原 區域排出的排放氣體,及從熔化氣化區域排出之至少部分 的還原氣體,乃有利地進行滌氣程序,而欲結聚之已累積 的漿泥係聯合進一步處理。依此,可以減少投資成本。 (邡先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、紙張尺度趟川屮•:招、跨(('NS )八4規招(21〇X 297公釐) 474995 评 標 A7 B7 五、發明説明(f ) 根據本發明方法之較佳具體實施例’欲結聚的漿泥先 進行脫水,直到達到剩餘的濕氣含量’藉以減少漿泥的體 ] 積而且在後續步驟中容易處理漿泥。 煉鋼製程的排氣有利地進行乾塵脫除程序’並將累積 的塵物聯合進一步地以欲結聚之脫水漿泥處理。 欲結聚的脫水漿泥係與煉鋼製程裡乾塵脫除期間累積 的塵物混合,與其他氧化塵物’生石灰及可能的焦碳塵粒 一較佳於連續二階段程序中一混合’接著粒化。氧化塵物 最好來自實行本發明方法之設備’例如來自進一步還原區 域的產物塵物脫除廠,及/或來自煉鋼製程的湊注格間 (casting bay)塵物脫除廠(連接於實行本發明方法之設備的 下流)。 顆粒最好在其進一步利用之前乾燥’以增加其熱安定 性。 在習知的煉鋼製程裡’一直而且仍是需要購買及進給 廢鐵,即所謂的外來廢鐵一相對於其他之中一含有重金屬 ,例如鉛及鋅,並且造成煉鋼期間所遭遇的已知問題’這 些問題係由於這些重金屬累積於電弧爐之氣相中而造成。 在本發明的方法中,外來廢鐵不再倒入,因爲煉鋼製程的 進料爲熱金屬而且可能是海綿狀鐵,而混合的結聚物因爲 其參有氧化鐵,所以作爲廢鐵取代物是理想的。充其量地 ,連接本發明製程下流在煉鋼期間累積的所謂工廠廢鐵’ 可以用於煉鋼製程裡。然而,該工廠廢鐵也沒有重金屬’ 因此沒有造成重金屬輸入。 (¾先閱讀背面之注意事項再瑣寫本頁) i、紙张尺度诚力H;阀网家標彳(('NS ) Λ4规梠(210x 297公釐) 0 474995 屮 •贞 才I、 消 合 Vi A7 B7 五、發明説明(4 ) 根據本發明’結聚物有利地進一步地在進一步的煉鋼 製程中利用,特別是在電煉鋼製程或鹼性氧煉鋼製程後利
I 用。 又根據本發明,結聚物最好藉由將其飼進熔化氣化區 域及/或第一還原區域的方式進一步地利用。由於其碳含 量之故,結聚物對於熔化氣化程序在能量方面具有價値的 貢獻。在第一還原區域裡,氧化鐵分別還原成金屬鐵或海 綿狀鐵,然而結聚物的碳含量部份轉化成還原氣體,並有 助於上出氣體品質的提升。 根據另一具體實施例,結聚物藉由將其飼進鼓風爐程 序的方式進一步地利用。由於其化學組成及可達成的機械 強度,結聚物是鼓風爐程序的理想進料,其中碳含量再次 對於能量有價値的貢獻。 根據本發明,結聚物有利地作爲水泥製造的起始材料 。因爲水泥製造所需之陶瓷材料的成份,即分別爲氧化鐵 ’氧化砂’氧化鋁及氧化鈣或氫氧化鈣,已含於結聚物中 ’這些結聚物可以倒入,例如進給至製造水泥的旋轉窯。 本發明方法的材料物流(如果進一步還原區域存在的話 )· 來自熔化氣她域_鋪: 大約8G噸/VJ. 來自進一步驗區域的_帛狀鐵:大約98.5噸/小時 大約160噸/小時 (謂先閱讀背面之注意事項再瑣寫本頁}
474995 A7 B7 五、發明説明(5 ) 濕式洗滌器漿泥(乾物質)及塵物: 來自還原氣體及上出氣體洗滌器 來自撕^氣體洗滌器 來自煉鋼製程之排氣的塵物 其他氧化塵物 大約4.6噸/小時 大約6.5噸/小時 大約2.5噸/小時 大約0.5噸/小時 本發明所產生的顆粒包括下列主要成分(重量%,以乾物質計算) 鐵及氧化鐵 氫氧化鈣: 碳· 50-60% 20-25% 10-14% --------0^-- (讀先閲讀背面之注意事項再瑣寫本頁) 部 it •焦碳灰成分,例如Al2〇3,Si02等等:4-7% 本發明以下列第1圖所示的具體實施例更詳細地說明 ,該第1圖係顯示實施本發明方法之裝置的較佳具體實施 例的槪視圖。 在設計成豎式爐(1)的還原反應器,即在其還原區域(2) 裡,將含有氧化鐵,例如礦石(4)的塊形進料從頂端經由供 給管(3)進給,可以連同未燃燒的添加劑(5) —起加入。豎式 爐(1)係與熔融氣化器(6)連接,其中還原氣體由含碳材料及 含氧氣體產生,其經由供給管(7)飼進豎式爐(1),並以進料 物流(4,5)的反方向流經豎式爐。在供給賛(7)裡,提供設 計成洗滌器(8)的氣體純化及氣體冷卻系統,其中通過至少 部分的還原氣體物流以達溫度調整之目的。 熔融氣化器(6)係設有固體塊形碳材料(10)的供給管(9) 及含氧氣體的供給管(11)。在熔融氣化器(6)裡,熱金屬 kK T 、-5t 本紙張尺度蝻州中阀网家標蜱(('NS ) Μ規祐(210X 297公釐)
I 474995 Μ —— Β7 I ·Ι· i 从·· _ II— I ,, 「 __!_- .. β 五、發明説明(3 ) (13)及熔融熔渣(14)累積於熔化氣化區域〇2)底下,經由漏 孔(16,|15)流放。 (讀先閱讀背面之注意事項再續寫本頁) 豎式爐(1)中還原區域(2)裡部分或完全還原成海綿狀鐵 的進料(4,5),經由一或多個輸送管(π),例如經由螺旋輸 送器,飼進熔融氣化器(6)。還原區域所產生之上出氣體的 排放管(18),係與豎式爐(1)的上部連接。該上出氣體飼進 也設計成洗滌器(19)的氣體純化廠,以達脫除塵物及水蒸 汽之目的。 在C02消除(未顯示)之後,洗滌器(19)裡純化的上出 氣體可以作爲進一步還原反應器(20)的還原氣體。將該還 原氣體經由還原氣體供給管(46)進給至豎式爐(20)裡。 進一步反應器(20)也設計成豎式爐,並類似第一還原 反應器(1)根據反向流原則操作。在該進一步還原反應器 (20)裡,也在還原區域(22)裡將塊形及/或小粒形式的鐵礦 石(21)直接還原成海綿狀鐵,經由卸料裝置(23)從豎式爐 (20)排放。 由進一步還原反應器(20)經由管線(24)排出的排放氣體 ,也在排放氣體洗滌器(25)經過純化並冷卻,以將其從塵 粒中釋出並降低水蒸汽含量,而且可以再進一步利用。 從熔融氣化器(6)流放的熱金屬,及可能從進一步還原 反應器(20)卸出的海綿狀鐵,進給至電弧;^(26)以達煉鋼之 目的。煉鋼期間該電弧爐(26)裡產生的含塵物排氣係在塵 物脫除廠(27)純化。 還原氣體的洗滌器(8),上出氣體的洗滌器(19) ’及可 氺紙张尺度诚州中國R家標ϋ Λ4規梠(210X 297公釐) 474995 B7___ 五、發明説明(T ) 能的排放氣體洗滌器(25)等累積的漿泥’飼進增稠器(28), 從那裡將已增稠的漿泥飼進漿泥乾燥廠(30) ’例如經由輸
I 送管(29)飼進潷析離心機。 脫水漿泥係與來自電弧爐(26)之排氣用的塵物脫除廠 (27)裡所累積的塵物混合,與其他氧化塵物(31)混合,例如 硏磨過的礦石粒子及澆注格間塵物’及焦碳塵物(32),在 混合及粒化廠(33a,33b)的混合機(33a)裡混合。此外,將 生石灰(34)加入混合機(33a)作爲黏合劑,以便進一步使脫 水漿泥的剩餘濕氣降低。接著,將該漿泥,塵物及生石灰 的混合物飼進混合及粒化廠(33a,33b)的造粒機(33b)。因 此,漿泥,塵物及生石灰的混合物在混合及粒化廠(33a, 33b)的二階段中粒化。在二階段粒化程序裡,混合及粒化 程序係在不同大小及具有個別驅動裝置的個別反應器裡進 行,該反應器一方面裝有特定的混合工具,另一方面裝有 粒化工具。 將顆粒經由輸送管(35)飼進乾燥廠(36)。顆粒較佳在連 接粒化廠下流的第三單元中連續乾燥。該單元可以設計有 可加熱式套管(double shell)。 由於其化學組成及其機械強度之故,本發明所產生的 顆粒爲具多用途且實用。 根據具體實施例,將已乾燥之顆粒經由含氧化鐵及添 加劑之塊形進料(4)的輸送管(37)及供給管(3)進給至豎式爐 (1)。根據另一具體實施例,將顆粒經由輸送管(37)進給至 熔融氣化器。 _____________ _________________ 一— .— — —______________12_____ 才紙張尺ϋ)丨H;國㈨家標岑((’NS ) /\4規士( 210X 297公釐) --------0^-- («先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -丁 474995 視圖 A7 B7 五、發明說明(/0 根據本發明的進一步的具體實施例,將顆粒經由輸送 管(38)進給至電弧爐(26)。根據本發明,將顆粒經由輸送管 線或運送機構(39),在例如另一具體實施例中以軌道運送 (39),飼進實質上與本發明裝置分離的熔融及/或還原單 元(40),例如飼進鼓風爐(40a),或飼進進一步煉鋼單元, 較佳飼進鋼轉化器(40b)或飼進電弧爐(40c)。 根據另一具體實施例,顆粒係經由例如軌道運送機搆 (41)飼進水泥製造程序(42)。 依此,來自熔融氣化器(6)的還原氣體,來自第一還原 反應器(1)之上出氣體,來自煉鋼單元(26)之排氣,及可能 來.自進一步還原反應器(20)的排放氣體等的洗滌(8,19, 25)或塵物脫除(27)期間,累積的所有塵物及/或漿泥可以 利用,而塵物及/或漿泥所產生的結聚物飼進第一還原區 域(2)及/或飼進熔化氣化區域(12)及/或飼進煉鋼單元 (26)及/或飼進陶瓷工業(42)及/或進一步熔融及/或還原 單元(40)。由於較佳設計成電弧爐的煉鋼單元(26)在非廢鐵 模式下操作,所以可以首先聯合利用在排氣純化期間此等 製造熱金屬,海綿狀鐵及鋼材裝置中累積的所有廢棄物及 回收物。 實施本發明之方法的參數:
爐之溫度:500—1000°C 還原氣體的成分:至少70體積%CO及H2、少於70體積%C02 上出氣體的成分:至少5體積%CO、至少5體積%C02、至少2 體積%H2 圖1-實施本發明方法之裝置的較佳具體實施例的槪 13 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
I 474995 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(丨丨) 參考符號之簡單說明 1 一豎式爐 2 -還原區域 3 -供給管 4 一礦石 5 -添加劑 6 -熔融氣化器 7 -供給管 8 -洗滌器 9 一供給管 10 -固體塊形材料 11 一供給管 12 -熔化氣化區域 13 -熱金屬 14 一熔融熔渣 15 -漏孔 16 -漏孔 17 -輸送管 18 -排放管 19 一洗滌器 20 -豎式爐 21 -鐵礦石 22 -還原區域 23 -卸料裝置 24 -管線 25 -洗滌器 26 -電弧爐 27 -塵物脫除廠 28 -增稠器 29 -輸送管 30 -裝泥乾燥廠 31 -氧化塵物 32 -焦碳塵物 33a -混合機 33a ,33b-混合及粒化廠 33b -造粒機 34 -生石灰 35 -輸送管 36 -乾燥廠 37 -輸送管 38 -輸送管 39 -輸送管或運送機構 40 -熔融及或還原單元 40a -鼓風爐 40b -鋼轉化器 40c -電弧爐 41 -運送機構 42 -水泥製造程序 14 (請先閱讀背面之注音3事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
Claims (1)
- 474995 公告本丨 Έ8 C8 D8 修正 盤 11· 23 六、申請專利範圍 1_一種製造直接還原鐵、熱金屬及鋼材的方法,其中 由鐵礦石或是塊形及/或小粒形式之鐵礦石和可能之添加 劑所形成的進料,於5〇〇至l〇〇〇°C的溫度間,在第一還原 區域裡直接還原成海綿狀鐵,而藉由將含碳材料及含氧氣 體飼進的方式將海綿狀鐵熔融成熱金屬並產生還原氣體, 該還原氣體具有至少70體積%CO及H2和少於15體積% C02,在排氣純化之後,還原氣體飼進第一還原區域,在 此轉化並以上出氣體卸放,其中上出氣體進行排氣純化程 序,可能飼進進一步還原區域以使鐵礦石直接還原成海綿 狀鐵,而且在與鐵礦石轉化之後,卸放成排放氣體及進行 排氣純化程序,而且其中將來自進一步還原區域的熱金屬 及可能的海綿狀鐵飼進煉鋼製程,或是飼進電弧煉鋼製程 ,而且其中煉鋼製程的排氣經過純化,此方法特徵在於: 煉鋼製程的排氣純化期間分離的含鐵塵物及/或漿泥,係 連同其他在來自熔化氣化之還原氣體純化期間,在來自第 一還原區域之上出氣體的排氣純化期間,及可能在來自進 一步還原區域之排放氣體的排氣純化期間等累積的塵物及 /或漿泥做結聚,結聚物進一步地作爲冶鐵工業之熔融及 /或還原程序的進料及/或作爲水泥製造的進料,而且其 特徵在於所產生的熱金屬,可能來自進一步還原區域的海 綿狀鐵,以及在本程序期間累積的塵物及/或漿泥及其產 生的結聚物,以及可能的工廠廢鐵,形成煉鋼製程的唯一 含鐵進料。 2.根據申請專利範圍第1項之方法,其特徵在於:由 ------------------.—tTi------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 秦· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、、、氏張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 474995 C8 D8 六、申請專利範圍 第一還原區域排出的上出氣體,可能從進一步還原區域排 出的排放氣體,及從熔化氣化區域排出之至少部分的還原 氣體,係進行洗滌,而欲結聚之累積的漿泥係聯合進一步 處理。 3·根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 :煉鋼製程排出的排氣進行乾式塵脫除程序,並將此累積 的塵物聯合地和欲結聚之漿泥結聚。 4·根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 :先將欲結聚的漿泥脫水,直到達到剩餘的濕氣含量。 5·根據申請專利範圍第4項之方法,其特徵在於:欲 結聚的脫水漿泥係與煉鋼製程裡乾式塵脫除期間累積的塵 物混合,與其他氧化塵物接著粒化。 6·根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 ••欲結聚的脫水漿泥係與煉鋼製程裡乾式塵脫除期間累積 的塵物混合,與其他氧化塵物在連續式二階段的程序中混 合,接著粒化。 7·根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 :使用來自實行申請專利範圍第1或2項所述方法之裝置 的氧化塵物’或來自連接此等裝置下流之煉鋼製程澆注格 間塵脫除廠的氧化塵物。 8·根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 :結聚物或顆粒在進一步利用前做乾燥。 9·根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 :將結聚物進給至煉鋼製程以進一步利用。 _____2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)' e --------------------tTL---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 474995 C8 D8 六、申請專利範圍 10. 根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 :將結聚物進給至進一步煉鋼製程,或是進給至電弧煉鋼 製程或鹼性氧煉鋼製程裡,以進一步利用。 11. 根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 :將結聚物飼進熔化氣化區域及/或第一還原區域以進一 步利用。 12. 根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 :將結聚物進給至鼓風爐以進一步利用。 13. 根據申請專利範圍第1或2項之方法,其特徵在於 :將結聚物作爲製造水泥的起始材料。 ___________I ___I__ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tr·---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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