CN109943673B - 一种冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶炼熔融渣处理技术领域,具体涉及一种冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺和装置,其中处理工艺包括如下步骤:(1)冶炼熔融渣在高压气体的作用下,经一次剪切粒化,得到第一粒化渣;(2)所述第一粒化渣在雾化气体的作用下,经二次剪切粒化,得到第二粒化渣,所述雾化气体由低压气体和雾化水蒸汽组成,能够克服现有技术中的风淬法处理冶炼熔融渣遇骤冷而出现裂纹造成成品强度、圆润度降低的问题以及高温颗粒渣行走时易粘连、粒径大而导致气耗量大和热量回收率低的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及冶炼熔融渣处理技术领域,具体涉及一种冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺和装置。
背景技术
冶炼熔融渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物,当炉温达到1200-1600℃时,炉料熔融,矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的熔渣,冶炼熔融渣可作为生产水泥、矿棉、污水处理吸附剂、建筑材料及高附加值的陶瓷产品等的原料,市场潜力巨大。
目前,冶炼熔融渣的处理方法中应用较多的是水淬法和风淬法。其中,相比于水淬法,因风淬法具有能够回收炉渣中的显热,对环境污染较小,炉渣稳定性较高等的优点而受到广泛关注。风淬法是用高速空气流股对液态钢渣冲击、分割,粒化,以得到直径为2mm左右的液滴,并随高速气流向前飞行,落入水中迅速冷却为固态球状渣粒,在渣粒被粒化和向前飞行过程中,压缩空气对液态钢渣中的氧化钙、氧化镁、氧化铁的分散固溶相进行改质处理,形成稳定的铁酸钙和铁酸镁相,在熔融和半熔融渣粒落入水池中冷却时,也促进f-氧化钙的消解反应,粒化和冷却过程使钢渣中的不稳定相基本消失。
虽然,通过传统的风淬工艺处理能够回收部分冶炼熔融渣热量,得到颗粒渣,但因处理后的高温颗粒渣直接落入水池或用冷水喷淋,高温颗粒渣遇骤冷形成众多裂纹或破碎,严重影响颗粒渣的抗折、抗压强度及圆润度,而且高温颗粒渣在行走过程中极易发生粘连,使得颗粒渣平均粒径增大且不均匀,气-液、气-固间传热系数减小,造成气耗量增大和热量回收率降低。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的风淬法处理冶炼熔融渣遇骤冷而出现裂纹造成成品强度、圆润度降低的问题以及高温颗粒渣行走时易粘连、粒径大而导致气耗量大和热量回收率低的缺陷,从而提供一种冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺和装置。
本发明提供了一种冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,包括如下步骤:
(1)冶炼熔融渣在高压气体的作用下,经一次剪切粒化,得到第一粒化渣;
(2)所述第一粒化渣在雾化气体的作用下,经二次剪切粒化,得到第二粒化渣,所述雾化气体由低压气体和雾化水蒸汽组成。
在所述步骤(1)中,所述高压气体喷射所述冶炼熔融渣,完成一次剪切粒化过程,其中,所述高压气体的压力为0.8-1.2MPa,流速为80-150m/s。
所述高压气体的消耗量为3-8m3/吨渣。
在所述步骤(2)中,低压气体和雾化水蒸汽的混合物喷射所述第一粒化渣完成二次剪切粒化过程。
所述低压气体的消耗量为30-100m3/吨渣,所述雾化水的消耗量为0.13-0.4吨/吨渣。
所述步骤(1)的处理时间小于2秒,所述步骤(2)的处理时间小于1.5秒。
本发明还提供了一种冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置,包括,
粒化室,其顶部设置有入料口,侧壁设置有高压气体入口和雾化气体入口,在竖直方向上,所述高压气体入口高于所述雾化气体入口,且距离为5-20cm,还包括出料口。
所述高压气体入口和所述雾化气体入口位于同一侧壁上。
所述出料口位于相对所述高压气体入口和所述雾化气体入口的侧壁的底部。
在竖直方向上,所述高压气体入口与所述入料口的距离为10-25cm。
还包括,高压粒化结构,包括设置于所述高压气体入口处的喷出装置,用以喷出高压气体,还包括高压气体发生装置和高压气体输送管,其中,所述喷出装置的入口通过所述高压气体输送管与所述高压气体发生装置相连通。
所述喷出装置为单孔组合体气体喷出装置,所述单孔组合体气体喷出装置包括多个设置于所述风淬箱侧壁上的喷头。
还包括,低压粒化结构,包括设置于所述雾化气体入口处的空气雾化喷嘴,用以喷出低压气体,还包括低压气体发生装置、水体输送管和低压气体输送管,所述空气雾化喷嘴的第一入口与所述水体输送管相连通,所述空气雾化喷嘴的第二入口通过所述低压气体输送管与所述低压气体发生装置相连通。
本发明技术方案,具有如下优点:
1.本发明提供的冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,采用两步粒化法,首先采用高压气体进行第一次强力剪切粒化,使得冶炼熔融渣瞬间破碎粒化,得到第一粒化渣;再在低压气体和雾化蒸汽的双重作用下,经过第二次补充剪切粒化,得到第二粒化渣,先后经过第一次强力剪切粒化和第二次补充剪切粒化,提高粒化效果,而且,在第二次补充剪切粒化过程中,高温颗粒渣在低压气体携带雾化水的双重作用下快冷成型,有利于微晶的生长和物理成型,实现微晶化,不仅能够改善高温颗粒渣遇骤冷而出现裂纹的情况,显著提高第二粒化渣抗折、抗压强度及圆润度,而且有效降低颗粒渣的粒径,提高了颗粒渣粒径的均匀性,从而降低了气耗量,提高热量回收率;此外,冷却过程中雾化蒸汽汽化形成高温蒸汽,不仅加强对颗粒渣的输送,使其避免高温粘连,进一步减小粒径,缩小粒径分布,使得粒径范围在1-1.5mm之间的第二粒化渣占第二粒化渣总量的95wt%以上,粒径在0.5-1mm和1-2mm之间的第二粒化渣占第二粒化渣总量的5wt%以上,而且形成的高温蒸汽能有效加速颗粒渣中游离氧化钙的消解,使经过处理后的粒化渣中游离氧化钙降低至2%以下,提高渣粒的稳定性。
2.本发明提供的冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,控制所述高压气体的压力为0.8MPa-1.2MPa,出口流速为80-150米/秒,采用远高于传统风淬工艺的压力(0.3MPa-0.6MPa),不仅增强了对冶炼熔融渣的剪切力和冲击力,提高了碎化效率,而且能够进一步降低颗粒渣的粒径,提高颗粒渣的均匀性,使其能够处理粘度较高的冶炼熔融渣,扩大适用范围。
3.本发明提供的冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,通过多次试验筛选,控制所述低压气体的压力为5000-25000Pa,压力过高时,会导致熔渣在飞行中所受的冲动力太大,形成拖尾的蝌蚪状渣,最终会造成渣粒圆形比例偏小及易碎;压力过低时,会导致熔渣的落渣区域过小,易在风碎区域堆积后,重新形成状块渣,影响风碎效率,控制所述低压气体的消耗量为30-100m3/吨渣,消耗量过低时,会导致也会熔渣的落渣区域过小,易在风碎区域堆积后,重新形成状块渣,影响风碎效率,消耗量过高时,会导致还会形成颗粒渣中气孔增多,影响颗粒渣的强度等的问题,控制所述雾化蒸汽(或雾化水)的消耗量为0.13-0.4吨/吨渣,消耗量过低时,会导致颗粒渣冷却不充分,落地后易形成大块渣,渣中残留的游离氧化钙偏高,消耗量过高时,会导致降温速度太快,渣粒强度下降,易碎,影响渣粒的后期使用效果,太高的水或蒸汽量,还有可能使渣处理后,所得的渣粒含水,影响渣粒的后期使用。
4.本发明提供的冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,先后经过第一次强力剪切粒化和第二次补充剪切粒化,加快高温颗粒渣的冷却粒化速率,大大减缓传统风淬粒化工艺中颗粒渣中金属的氧化,提高粒化后颗粒渣的附加值。
5.本发明提供的冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,除了适合处理转炉、电炉的钢渣之外,还可以处理AOD炉、LF精炼炉、铁合金生产的矿热炉、冲天炉等冶炼熔融渣,具有更广的适用范围。
6.本发明提供的冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置,结构简单,占地面积小,不需要专门的空压站提供压缩空气,节约高压气体消耗量,节约基础投资费用,也避免了传统的风淬工艺使用大流量压缩空气对***产生影响,避免了管网波动,本发明的压缩空气可以由现场的螺杆压缩机提供,投资少,调整灵活,处理能力高,目前设计的小型装置,己高达1.5吨/分钟的处理能力。
7.本发明提供的冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置,相比于现有技术的一般的喷嘴,本发明采用单孔组合体气体喷出装置,可以充分利用低压大流量空气流束本身所具备的特性,使雾化水在离开喷头的瞬间,所形成的超细雾滴迅速分散,最终形成很均匀的含水雾或蒸汽的柱状气流,这种流体的密度可比单纯的同压力、同流量的空气流大2倍以上,提高了流体的力学冲击力与剪切力,有利于颗粒渣在空中飞行且未落地这段时间的冷却。采取这种方式,在实际运用中发现,既降低了装备本身的制造成本,也可减少用于产生雾化水的电耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例5中冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置的一个具体实施方式的结构示意图;
1、风淬箱;2、入料口;3、出料口;4、高压粒化结构;41、高压气体发生装置;42、高压气体输送管;43、单孔组合体气体喷出装置;5、低压粒化结构;51、低压气体发生装置;52、水体输送管;53、低压气体输送管;54、空气雾化喷嘴。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明,并不局限于所述最佳实施方式,不对本发明的内容和保护范围构成限制,任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品,均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者,按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
一种冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,包括如下步骤:
(1)取1400℃熔融状态的Q235转炉炼钢渣300吨,通过37KW双螺杆空气压缩机将Q235转炉炼钢渣以1.5吨/分钟的速度从入料口向冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置输送,使用18.5KW的离心风机,同时通过冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置上的高压气体入口向其中输送高压气体,在高压气体的作用下,将冶炼熔融渣进行一次剪切粒化,期间控制高压气体的压力为1.0MPa,出口流速为100米/秒,高压气体的消耗量为5m3/吨渣,处理能力为10吨/分钟,得到第一粒化渣;
(2)使用18.5KW的离心风机向冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置的低压气体入口和雾化气体入口分别输送低压气体和雾化蒸汽,第一粒化渣在低压气体和雾化蒸汽的双重作用下,经二次剪切粒化,冷却,并输送至出料口,得到第二粒化渣,期间控制处理能力为10吨/分钟,低压气体的压力为15000Pa,低压气体的消耗量为50m3/吨渣,雾化蒸汽的消耗量为0.2吨/吨渣。
实施例2
一种冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,包括如下步骤:
(1)取1400℃熔融状态的普通304不锈钢冶炼渣300吨,通过37KW双螺杆空气压缩机将普通304不锈钢冶炼渣以1.5吨/分钟的速度从入料口向冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置输送,使用18.5KW的离心风机,同时通过冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置上的高压气体入口向其中输送高压气体,在高压气体的作用下,将冶炼熔融渣进行一次剪切粒化,期间控制高压气体的压力为0.8MPa,出口流速为80米/秒,高压气体的消耗量为8m3/吨渣,处理能力为5吨/分钟,得到第一粒化渣;
(2)使用18.5KW的离心风机向冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置的低压气体入口和雾化气体入口分别输送低压气体和雾化蒸汽,将第一粒化渣在低压气体和雾化蒸汽的双重作用下,经二次剪切粒化,冷却,并输送至出料口,得到第二粒化渣,期间控制处理能力为5吨/分钟,期间控制低压气体的压力为5000Pa,低压气体的消耗量为100m3/吨渣,雾化蒸汽的消耗量为0.4吨/吨渣。
实施例3
一种冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,包括如下步骤:
(1)取1400℃熔融状态的冲天炉炉渣300吨,通过37KW双螺杆空气压缩机将冲天炉炉渣以1.5吨/分钟的速度从入料口向冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置输送,使用18.5KW的离心风机,同时通过冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置上的高压气体入口向其中输送高压气体,在高压气体的作用下,将冶炼熔融渣进行一次剪切粒化,期间控制高压气体的压力为1.2MPa,出口流速为150米/秒,高压气体的消耗量为3m3/吨渣,得到第一粒化渣;
(2)使用18.5KW的离心风机向冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置的低压气体入口和雾化气体入口分别输送低压气体和雾化蒸汽,将第一粒化渣在低压气体和雾化蒸汽的双重作用下,经二次剪切粒化,冷却,并输送至出料口,得到第二粒化渣,得到第二粒化渣,期间控制低压气体的压力为25000Pa,低压气体的消耗量为30m3/吨渣,雾化蒸汽或雾化水的的消耗量0.13吨/吨渣。
实施例4
一种冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,包括如下步骤:
(1)取电炉钢渣1000g,在1200℃下对电炉钢渣进行加温处理1h,得到冶炼熔融渣,在高压气体的作用下,将冶炼熔融渣进行一次剪切粒化,期间控制高压气体的压力为0.5MPa,出口流速为50米/秒,高压气体的消耗量为5m3/吨渣,处理45时间,得到第一粒化渣;
(2)使用18.5KW的离心风机向冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置的低压气体入口和雾化气体入口分别输送低压气体和雾化蒸汽,将第一粒化渣在低压气体和雾化蒸汽的双重作用下,经二次剪切粒化,冷却,并输送至出料口,得到第二粒化渣,期间控制低压气体的压力为15000Pa,低压气体的消耗量为50m3/吨渣,雾化蒸汽或雾化水的的消耗量为0.2吨/吨渣。
实施例5
如图1所示,为冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置的一种具体实施方法,包括风淬箱1,风淬箱1内设置有粒化室,所述风淬箱1上设置有供冶炼熔融渣进入的入料口2、供产品出料的出料口3、用以喷出高压气体流的高压粒化结构4和用以喷出低压气体和雾化水双流体的低压粒化结构5,所述入料口2位于风淬箱1的顶部,所述高压粒化结构4和低压粒化结构5位于风淬箱1的左侧,所述出料口3位于所述风淬箱1与所述高压粒化结构4和低压粒化结构5的右侧。在竖直方向上,所述高压气体入口高于所述雾化气体入口,且距离为5-20cm,具体数据可以根据熔融渣的特性设计调节不同距离的装置,例如当处理能力为10吨/分钟时,可以增大距离至20cm比较合适,在竖直方向上,所述高压气体入口与所述入料口2的距离为10-25cm,具体数据可以根据熔融渣的特性设计调节不同距离的装置,例如当高压气体的压力较高时可以适当增大高压气体入口与所述入料口的距离。
具体地,所述高压粒化结构4包括高压气体发生装置41、高压气体输送管42和喷出装置,优选地,本实施例中,所述喷出装置为单孔组合体气体喷出装置43,所述单孔组合体气体喷出装置43包括多个设置于所述风淬箱1侧壁上的喷头,所述喷头的入口通过所述高压气体输送管42与所述高压气体发生装置41相连通,所述喷头的出口与所述风淬箱1的内腔相连通,用以朝向所述冶炼熔融渣喷射高压气流。本实施例中,高压气体发生装置41可以为空气压缩机。
具体地,所述低压粒化结构5包括低压气体发生装置51、水体输送管52、低压气体输送管53和空气雾化喷嘴54,所述空气雾化喷嘴54的第一入口与所述水体输送管52相连通,所述空气雾化喷嘴54的第二入口通过所述低压气体输送管53与所述低压气体发生装置51相连通。本实施例中,低压气体发生装置51可以为空气压缩机。
此外,风淬箱1的底部设置有链板机,链板机的出口端与出料口3相连通,链板机具有耐高温的特性,使用过程中颗粒渣均落到链板机上,由链板机从出料口3输出风淬箱1,实现长时间的连续风碎处理作业。
具体实施过程:使用时,开启高压气体发生装置41和低压气体发生装置51,然后将风淬箱1的入料口2打开,输入冶炼熔融渣,期间控制高压气体的压力为0.8MPa-1.2MPa,出口流速为80-150米/秒,高压气体的消耗量为3-8m3/吨渣,冶炼熔融渣在高压气体的作用下,经一次剪切粒化,得到第一粒化渣;随即第一粒化渣在重力作用下向下运动,在低压气体和雾化蒸汽的双重作用下,经二次剪切粒化,冷却,输送,从出料口3输出,得到第二粒化渣,期间控制低压气体的压力为5000-25000Pa,低压气体的消耗量为30-100m3/吨渣,雾化蒸汽或雾化水的的消耗量0.13-0.4吨/吨渣。
对比例1(仅高压气体处理,风淬工艺)
一种冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,包括如下步骤:
(1)取实施例1同一批次的Q235转炉炼钢渣300吨,通过37KW双螺杆空气压缩机将Q235转炉炼钢渣以1.5吨/分钟的速度从入料口向冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置输送,使用18.5KW的离心风机,同时通过冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理装置上的高压气体入口向其中输送高压气体,在高压气体的作用下,将冶炼熔融渣进行一次剪切粒化,期间控制高压气体的压力为1.0MPa,出口流速为100米/秒,高压气体的消耗量为5m3/吨渣,处理能力为10吨/分钟,处理时间为30分钟,得到第一粒化渣;
(2)将第一粒化渣输送至喷淋区喷淋冷却,输送,处理30分钟,得到第二粒化渣。
对比例2(热泼法)
目前实施现场的工况:由35吨的渣罐在扒渣位接渣,总装渣量约20-35吨,装满渣后,由专用的渣罐车运输到渣场,放置1-15个小时后(预冷却成半凝固或凝固态渣),倾倒渣罐到渣坑中,用装载机翻渣并捣渣成小块,同时,高压水多次喷洒将热渣冷却、粉化,完成热泼作业。
实验例1
参照YB/T140-2009标准测定实施例1和对比例1-2中得到的第二粒化渣的化学成分,结果见表1所示。
表1实施例1和对比例1-2得到的第二粒化渣的化学成分(wt%)
项目 | TFe | FeO | SiO<sub>2</sub> | CaO | f-CaO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | MgO | TiO<sub>2</sub> | MnO | P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> |
对比例2 | 26.73 | 11.59 | 12.78 | 46.52 | 7.52 | 2.59 | 12.34 | 0.95 | 1.64 | 1.92 |
对比例1 | 25.64 | 3.69 | 12.46 | 46.78 | 3.45 | 2.41 | 12.46 | 0.93 | 1.59 | 1.95 |
实施例1 | 25.73 | 4.58 | 12.67 | 46.65 | 1.53 | 2.45 | 12.51 | 0.98 | 1.55 | 1.92 |
从表1中可以看出,相比于对比例1和2,本发明实施例1得到的第二粒化渣中不稳定相游离氧化钙的含量明显降低,稳定性显著提高,适用于作为建筑材料的原料。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,包括如下步骤:
(一)冶炼熔融渣在高压气体的作用下,经一次剪切粒化,得到第一粒化渣;
(二)所述第一粒化渣在雾化气体的作用下,经二次剪切粒化,得到第二粒化渣,所述雾化气体由低压气体和雾化水蒸汽组成;
其中,在步骤(一)中,所述高压气体喷射所述冶炼熔融渣,完成一次剪切粒化过程,其中,所述高压气体的压力为0.8-1.2MPa,流速为80-150m/s;
所述低压气体的压力为5000-25000Pa;
所述低压气体的消耗量为30-100m3/吨渣,所述雾化水的消耗量为0.13-0.4吨/吨渣;
其中,该处理工艺采用的处理装置,包括,
粒化室,其顶部设置有入料口(2),侧壁设置有高压气体入口和雾化气体入口,在竖直方向上,所述高压气体入口高于所述雾化气体入口,且距离为5-20cm,还包括出料口(3);
高压粒化结构(4),包括设置于所述高压气体入口处的喷出装置(43),用以喷出高压气体,还包括高压气体发生装置(41)和高压气体输送管(42),其中,所述喷出装置(43)的入口通过所述高压气体输送管(42)与所述高压气体发生装置(41)相连通;
低压粒化结构(5),包括设置于所述雾化气体入口处的空气雾化喷嘴(54),用以喷出低压气体,还包括低压气体发生装置(51)、水体输送管(52)和低压气体输送管(53),所述空气雾化喷嘴(54)的第一入口与所述水体输送管(52)相连通,所述空气雾化喷嘴(54)的第二入口通过所述低压气体输送管(53)与所述低压气体发生装置(51)相连通;
所述喷出装置为单孔组合体气体喷出装置(43),所述单孔组合体气体喷出装置(43)包括多个设置于风淬箱(1)侧壁上的喷头。
2.根据权利要求1所述的冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,其特征在于,所述高压气体的消耗量为3-8m3/吨渣。
3.根据权利要求1或2所述的冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,其特征在于,在步骤(二)中,低压气体和雾化水蒸汽的混合物喷射所述第一粒化渣完成二次剪切粒化过程。
4.根据权利要求1所述的冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,其特征在于,所述高压气体入口和所述雾化气体入口位于同一侧壁上。
5.根据权利要求1所述的冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,其特征在于,所述出料口(3)位于相对所述高压气体入口和所述雾化气体入口的侧壁的底部。
6.根据权利要求1所述的冶炼熔融渣风雾双流体粒化处理工艺,其特征在于,在竖直方向上,所述高压气体入口与所述入料口(2)的距离为10-25cm。
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