CN101368220B - 一种冶金渣罐及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种冶金渣罐，为一罐口口径大于罐底直径的用于盛放熔融态钢(铁)渣的罐形容器，其特征在于，所述冶金渣罐系用钢板焊接而成。根据本发明的新型结构的冶金渣罐，采用焊接工艺将轧制的钢板焊接成罐。由此大幅减少环境污染。由于构成所述冶金渣罐罐壁钢板的晶粒粗细均匀，几乎不存在缩孔、缩松、气孔、偏析、裂纹、非金属夹杂、热裂、冷裂等缺陷，且由于构成渣罐罐壁的钢板晶粒均匀度如同一般轧制钢材，因此，渣罐的可焊性和可修复性好，可大大延长渣罐使用寿命，并可消除生产现场中经常出现的渣罐开裂等安全隐患，大幅降低成本。

Description

一种冶金渣罐及其制造方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体地，本发明涉及一种用于冶金铸造的新型结构的冶金渣罐及其制造方法。

背景技术

渣罐为用于钢铁冶炼时所用的盛钢(铁)渣的容器。迄今为止，现有渣罐基本上为采用传统铸造工艺铸造而成的盛钢(铁)渣的容器。

采用传统的铸造工艺制造冶金渣罐的方法存在问题如下：

一.污染环境。众所周知，铸造是机械加工领域中环保问题最大，即，所谓“最脏”的行业之一。例如，在向沙坑倾翻铸余液态钢渣或铁渣的过程中，大量的粉尘烟气升腾，弥漫空间，作业环境恶劣；现场污染可能导致电器设备故障频发；钢渣及废气中的有害气体、有机碳(TOC)及重金属(镉、铬、铜、汞、镍、铅、锌)的排放浓度较高，严重影响员工的身体健康。从而，由渣罐的铸造带来的环境污染问题很大。

二.存在安全隐患。因铸造渣罐晶粒较一般轧制钢材粗大(因未经过热压力加工，晶粒仍为原始状态)，粗细不均匀(因冷却条件不同所致)，使得大型冶金设备铸造不可避免地存在如缩孔、缩松、气孔、偏析、裂纹、非金属夹杂、热裂、冷裂等的各种缺陷，造使用过程的生产现场经常出现渣罐开裂，给生产及操作人员造成安全隐患。

三，基于上述原因，使得大型冶金设备铸造不可避免地存在如缩孔、缩松、气孔、偏析、裂纹、非金属夹杂、热裂、冷裂等的各种缺陷，严重影响其使用性能。

四.基于上述原因，导致铸造渣罐的可焊性差、可修复性差，维修成本大。从而，使得铸造渣罐使用寿命短。

五.同样基于渣罐的铸造总是不可避免地存在各种缺陷的原因，使得所述渣罐在使用数月之后既得报废。另一方面，由于渣罐使用量很大，例如，以我国内某大型钢铁企业为例，近年来仅5.3立方米容量的渣罐即需年耗100多个，导致目前的铸造渣罐的使用成本极大，不利于降本增效。

发明内容

为克服上述问题，本发明的新型结构的冶金渣罐的技术方案如下：

一种新型结构的冶金渣罐，为一罐口口径大于罐底直径、用于盛放、倾倒熔融态钢渣或铁渣的罐形容器，其特征在于，

所述冶金渣罐系将合金钢板或碳素钢板作为所述渣罐的罐壁及罐底焊接而成。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐，其特征在于，所述新型结构的冶金渣罐用合金钢板或碳素钢板的厚度在40mm至120mm的范围。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐，其特征在于，所述新型结构的冶金渣罐外周面焊接有加强筋(板)。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐，其特征在于，在所述新型结构的冶金渣罐口外周处焊接形成有“加强法兰圈”。所述“加强法兰圈”即为焊接、形成于罐口外周的加强筋(板)。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐，其特征在于，所述新型焊接结构冶金渣罐罐壁倾斜角(坡度)在75度至55度的范围。

渣罐的罐壁倾斜角(坡度)，即，渣罐罐壁与平行于罐底平面的夹角(α)。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐，其特征在于，所述新型结构的冶金渣罐系采用热轧合金钢板或热轧碳素钢板作为罐壁及罐底焊接而成。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐，其特征在于，所述新型结构的冶金渣罐倾翻受力部采用“十字架”加强筋(板)结构。所谓“十字架”加强筋(板)结构，即：罐体两耳轴侧面各焊接一块纵向长加强筋板与一块横向加强筋板，形成状如“十字架”的加强筋(板)结构。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐，其特征在于，所述新型结构的冶金渣罐耳轴受力区采用“三纵二横”加“盖板”加强筋(板)结构。

所谓“三纵二横”加“盖板”加强筋(板)结构，即，在渣罐的耳轴受力区，焊接三块长短不一的纵向加强筋板和二块横向加强筋板之后，再在其上外侧以盖合状，焊接一块加强筋板。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐，其特征在于，所述新型结构的冶金渣罐罐底采用“T型底座”加强筋板结构，也可用“圆弧底”加强筋板结构。

所谓“T型底座”结构，即，罐底采用平板状合金钢板或碳素钢板作为所述渣罐的罐底与罐壁焊接，平板状罐底下部焊接有加强筋板，平板状罐底与其下部焊接的加强筋板截面形状如“T”字形结构。

所谓“圆弧底”结构，即，采用压制的下凹圆弧状合金钢板或碳素钢板作为所述渣罐的罐底与罐壁焊接，圆弧状板下部焊接有加强筋板。所述下凹圆弧状合金钢板或碳素钢板截面形状呈下凹圆弧线。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐，其特征在于，所述新型结构的冶金渣罐耳轴采用锻造成型。

本发明的目的又在于，提供一种新型结构的冶金渣罐的制造方法。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，

所述方法包括下述步骤：

钢板切割—坡口加工与钢板压形—装配—罐体焊接—

热处理—耳轴部加工及安装—成品，

切割合金钢或碳素钢钢板3-12块，以加工压形法(或卷制或卷压成形)形成作为渣罐的罐底及罐壁，将所述钢板焊接成罐口口径大于罐底直径、用于盛放、倾倒熔融态钢渣或铁水渣的罐形容器。

又，参见图5，上述“罐体焊接”阶段包括：耳轴座、罐口法兰部、倾翻受力部、底座及筋板及辅助装置等的焊接与安装，上述“耳轴部加工及安装”阶段包括：耳轴座加工，耳轴孔加工及耳轴的测量、安装。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，

在所述坡口加工与钢板压形阶段，将切割的钢板分别压制成用于形成罐体罐壁、罐体底座底板的形状。在罐壁对接、加强法兰圈、倾翻受力部、耳轴受力区纵向主筋板等的焊接采用“X”型坡口，罐体底座底板的焊接采用“K”型坡口，其它焊接处采用单边“V”型坡口，坡口角度35°～55°，火焰加机械方法切割。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，所述新型结构的冶金渣罐罐壁倾斜角在75度至55度的范围，所述罐壁倾斜角为渣罐罐壁与平行于罐底平面的夹角(α)。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述罐体焊接阶段，所述新型结构的冶金渣罐口耳轴侧倾翻受力部采用“十字架”加强筋板结构，即，在罐体两耳轴侧各焊接一块纵向长筋板与一块横向筋板，形成状如“十字”形结构。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，所述加强筋板也可使用本发明所述切割的钢板。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述罐体焊接阶段，所述新型结构的冶金渣罐口耳轴受力区采用“三纵二横”加“盖板”的加强筋板结构，即：在耳轴受力区焊接三块长短不一的纵向筋板和二块横向筋板，再在所述纵向筋板和横向筋板上以盖合状焊接一块加强筋板。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述罐体焊接阶段，所述新型结构的冶金渣罐罐底底座采用平底或圆弧底结构，所谓平底罐底采用平板状合金钢板或碳素钢板作为罐底与罐壁焊接，且下部焊接有加强筋板，平板状罐底与其下部焊接的加强筋板截面形状如“T”字形结构，所谓“圆弧底”结构即：采用压制的下凹型圆弧钢板作罐底与罐壁焊接，下部焊接有加强筋板。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述罐体焊接阶段，所述新型结构的冶金渣罐口处焊接有由加强筋板形成的“加强法兰圈”。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，作为渣罐的罐底及罐壁的合金钢或碳素钢钢板系热轧钢板，且厚度为40mm至120mm的范围。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述坡口加工与钢板压形阶段，所述钢板压形采用加工压形法(或卷制或卷压成形)。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述罐体焊接阶段，所述渣罐罐体的焊接采用埋弧焊或电渣焊；

焊丝选用H08Mn、H08MnA、H10Mn2或H08Mn2Si之一种；或，

采用手工CO2气保焊打底，焊丝选用H08Mn2Si，Φ1.2mm，然后

进行埋弧焊或电渣焊，所述手工电弧焊焊丝选用Φ4mm的E5015、E5015-G或J507RH之一种。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，在所述罐体焊接阶段，焊接进行焊前预热及层温(层间温度)控制，所述焊前预热及层温控制采用电脑温度控制仪器，以自控电加热方法加热焊接坡口及坡口两侧150mm范围内至100℃～150℃，层间温度不低于预热温度。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述热处理阶段，热处理工艺曲线如下：

加热温度：620±20℃，升温速度：≤150℃/h，保温时间：220-240min，

降温速度：≤100～150℃/h，400℃以下空冷。所述新型结构的冶金渣罐采用厚度在40mm至120mm的范围的合金钢板或碳素钢板作为渣罐罐壁及罐底。

根据本发明的新型结构的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，所述新型结构的冶金渣罐耳轴采用锻造成型。

根据本发明的新型焊接结构冶金渣罐及其制造方法，所述冶金渣罐系采用焊接工艺将切割的钢板焊接成罐。由此大幅减少环境污染。由于构成所述冶金渣罐罐壁钢板的晶粒粗细均匀，几乎不存在缩孔、缩松、气孔、偏析、裂纹、非金属夹杂、热裂、冷裂等缺陷，且由于构成渣罐罐壁的钢板晶粒均匀度如同一般轧制钢材，因此，渣罐的可焊性和可修复性好，可大大延长渣罐使用寿命，并可消除生产现场中经常出现的渣罐开裂等安全隐患，大幅降低成本。

附图的简单说明

图1为本发明的新型焊接结构冶金渣罐一例外观立体图。

图2为本发明的新型焊接结构冶金渣罐又一例外观立体图。

图3为热处理工艺曲线图。

图4为本发明的新型结构的冶金渣罐的制造工艺流程图。

图5为本发明的新型焊接结构冶金渣罐耳轴处的部分剖视图。

图6为本发明的新型焊接结构冶金渣垂直于耳轴处的部分剖视图。

图7为从图6左侧看的局部剖视图。

图8为图6的俯视图。。

图中，1为渣罐本体，3为罐壁；2为罐口加强圈；4为耳轴受力区；5为倾翻受力部“十字架”结构；6为渣罐底座；7为耳轴；8为加强筋板，α为渣罐罐壁倾斜角(坡度)。

具体实施方式

以下，参照附图，以具体实施例详细说明本发明的新型结构的冶金渣罐及其制造方法。

实施例1

(1)选材或材料选型：选用碳钢或低合金钢如16Mn(Q345B、C、D)，SM490(B、C)等宽厚合金钢板3-8块。所述钢板厚度范围为40mm至80mm。

(2)下料及坡口加工：罐体厚板对接、包口加强法兰、倾翻受力部主板、耳轴受力区纵向主筋板等的焊接都采用“X”型坡口，罐体底座底板坡口采用“K”型，其它采用单边“V”坡口。坡口角度35°～55°。用火焰加机械方法(自动)切割。

(3)钢板压形(卷制)：采用常温冷加工压形法。

(4)罐体(筒体)焊接：采用自动埋弧焊。焊丝用H08Mn、H08MnA、H10Mn2或H08Mn2Si等。也可采用手工CO2气保焊打底，焊丝选用H08Mn2Si，Φ1.2mm，然后用埋弧焊等方法。手工电弧焊采用E5015或E5015-G或J507RH，Φ4mm。

(5)耳轴座采用“三纵二横加盖板”及“十字架结构”设计。安装及焊接时应掌握“先纵后横”，“先里后外”的原则。

(6)无损检测选用JB/T4730-2005和GB/T2970-91《中厚钢板超声波检验方法》或GB/T6402-91。

如图所示，1为渣罐本体，选用宽厚板合金钢或厚板碳素钢作为罐壁或罐底或加强筋板，所述宽厚板合金钢或厚板碳素钢3-12块。所述钢板厚度范围为40mm至120mm，用焊接方法制造而成。

2为罐口加强圈，也即罐口法兰。所述“加强法兰圈”即以加强筋(板)形式在渣罐口外周缘处形成纵横向一体连接的加强筋条或加强筋片，以解决包口强度及变形问题，即解决罐口高温强度，防止罐口变形。

3为罐壁。所述新型结构的冶金渣罐采用罐壁坡度(坡度)(α)在75°～45°范围。所述渣罐的罐壁倾斜角(坡度)，即，渣罐罐壁与平行于罐底平面的夹角(α)。其目的是解决高温散热、高温渣粒对渣罐壁的粘罐、冲刷、熔透、烧穿问题及装渣、卸渣等工艺操作过程中的问题。

4为耳轴受力区。采用“三纵二横”加“盖板”组合加强筋(板)结构。所谓“三纵二横”加“盖板”加强筋组合(板)结构，即，耳轴受力区焊接有由三块长短不一的纵向加强筋板和二块横向加强筋板构成的结构，再在其上，以盖合状焊接一加强筋盖板，构成组合结构，其目的是解决耳轴受力问题。

5为倾翻受力部。采用“十字架”加强筋(板)结构。为适用于各种工况条件下(如倾翻车、行车等)的倾翻设备。所述“十字架”结构即为“十字”形加强筋(板)结构。

6为渣罐底座。罐底(底座)采用“T型”筋板结构。即，用平板状钢板作为渣罐底座与作为罐壁的钢板焊接一体，再在平板状渣罐底座下部焊接加强筋板，平板状渣罐底座与焊接于其下部的加强筋板截面成“T”字状。

7、为耳轴。渣罐耳轴与罐体采用高强螺栓连接，耳轴采用锻造成型，材料可选用碳钢或合金钢。

在本实施例中，耳轴加工技术要求如下。

渣罐耳轴选用35#钢锻件，满足GB/T699-1988《优质碳素钢技术条件》。(毛坯、半成品)采用UT探伤，耳轴探伤符合标准GB/T6402-91要求，II级(含II级)以上合格。锻造按JB/T5000.8-1998《锻件通用技术条件》V组标准验收。锻件需要经过正火+回火的方法热处理，最终达到硬度HB＝131～187。热处理曲线如图4所示。

耳轴连接高强螺栓：耳轴与罐体采用螺栓联结，螺栓采用高强度内六角圆柱头螺栓(GB/T70.1-2000)，规格M30×70，性能等级8.8，材料35CrMo。

8为加强筋板。加强筋包括罐口加强筋(板)、罐体倾翻加强筋(板)、耳轴受力区加强筋(板)及底座加强筋(板)等。目的是为了增加渣罐强度与刚度、减轻重量、节省材料、均布应力、优化受力等。加强筋板使用本发明的切割钢板。

在本实施例中，材料复验及检验标准如下。

 

名称	项目/材料牌号	标准号
			渣罐主体材料	16Mn/SM490B/20g/25	GB6654—1996、GB1591-94
耳轴	35#锻钢件	GB699-1998
			耳轴螺钉	35CrMo	GB3077—88
主体焊缝探伤	UT	JB/T4730.3-2005
			角焊缝探伤	PT	JB/T4730.5-2005

在本实施例中，焊前预热及层温(层间温度)控制：采用电脑温度控制仪器，以自控电加热方法加热焊接坡口及坡口两侧150mm范围内至100℃～150℃，层间温度不低于预热温度。罐体主体焊缝采用埋弧自动焊接方法或者电渣焊接方法进行焊接时，焊丝采用H10Mn2φ4mm，焊剂采用SJ101。

(12)焊接要求：采用手工电焊条焊接时，用直流电源，采用E5015—G(J507RH)φ4mm焊条，焊接电流为150A，每根焊条焊接长度控制在150～200mm，多层多道焊，道道清渣，焊完一道用振动枪对其进行消应力处理，并用钢丝刷刷干净防止出现新缺陷。

在本实施例中，采用二氧化碳手工半自动方法进行角焊缝焊接时，用直流电源反极性焊接；焊丝使用采取即开即用原则，当天开包当天用完；焊丝的验收按相关标准。用于焊接的二氧化碳气体应符合GB6052《工业液体二氧化碳》一级质量标准，体积容量应大于99.5％，水份含量应不大于0.05％。当瓶内的二氧化碳气体压力为小于1MPa时停止使用，防止产生焊接气孔。

本实施例的新型结构冶金渣罐的制造工艺流程如图5所示。

本实施例中，如附图3所示，新型结构的冶金渣罐制造工艺的热处理工艺如下。

热处理工艺曲线：加热温度：620±20℃；升温速度：≤150℃/h；保温时间：220-240min；降温速度：120-150℃/h，400℃以下空冷。

由此，分别制得本发明的其体积为5.3立方米、15立方米、18立方米至33立方米的渣罐。

实施例2

除了下述之外，其他如同实施例1，分别制得本发明的其体积为5.3立方米、15立方米、18立方米至33立方米的渣罐等。

选材或材料选型：选用如20g，20#，25#等宽厚碳素钢板8-12块。采用或卷制或卷压成形法成形。所述钢板厚度范围为80mm至120mm；罐体焊接：采用自动电渣焊；所述新型结构的冶金渣罐采用坡度(α)在75°～55°范围的罐壁倾斜度。罐底采用“圆弧底”结构，即，用下凹圆弧状钢板作为渣罐底座与作为罐壁的钢板焊接一体，再在下凹圆弧状渣罐底座下部焊接有加强筋板。

降温速度：90-120℃/h；在罐口外周缘、耳轴受力区、倾翻受力部及罐底处设置有加强筋板之外，在罐底外侧周缘也设置有加强筋板。

根据本发明的新型焊接结构冶金渣罐及其制造方法，所述冶金渣罐系采用焊接工艺将轧制的钢板焊接成罐。由此大幅减少环境污染。由于构成所述冶金渣罐罐壁钢板的晶粒粗细均匀，几乎不存在缩孔、缩松、气孔、偏析、裂纹、非金属夹杂、热裂、冷裂等缺陷，且由于构成渣罐罐壁的钢板晶粒均匀度如同一般轧制钢材，因此，渣罐的可焊性和可修复性好，可大大延长渣罐使用寿命，并可消除生产现场中经常出现的渣罐开裂等安全隐患，大幅降低成本。

Claims (12)

1.一种冶金渣罐，为一罐口口径大于罐底直径的用于盛放、倾倒熔融态钢渣或铁渣的罐形容器，所述冶金渣罐系用合金钢板或碳素钢板作为渣罐罐壁及渣罐罐底，焊接而成；在所述冶金渣罐的外周面焊接有加强筋板；

在冶金渣罐口外周缘处焊接的加强筋板形成“加强法兰圈”；

其特征在于，

所述冶金渣罐罐壁倾斜角在75度至55度的范围，所述罐壁倾斜角为渣罐罐壁与平行于罐底平面的夹角，

在所述冶金渣罐的耳轴受力区采用“三纵二横”加“盖板”的加强筋结构，即：在耳轴受力区焊接三块长短不一的纵向筋板和二块横向筋板，再在所述纵向筋板和横向筋板上以盖合状焊接一块加强筋板。

2.如权利要求1所述的冶金渣罐，其特征在于，所述冶金渣罐罐底为平底或圆弧底结构，所谓平底罐底采用平板状合金钢板或碳素钢板作为所述渣罐的罐底与罐壁焊接，且下部焊接有加强筋板，平板状罐底与其下部焊接的加强筋板截面形状如“T”字形结构；所谓“圆弧底”结构，即，采用压制的下凹圆弧状合金钢板或碳素钢板作为所述渣罐的罐底与罐壁焊接，圆弧状板下部焊接有加强筋板，所述下凹圆弧状合金钢板或碳素钢板截面形状呈下凹圆弧线。

3.如权利要求1所述的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

钢板切割-坡口加工与钢板压形-装配-罐体焊接-

热处理-耳轴部加工及安装-成品，

切割合金钢或碳素钢钢板3-12块，加压成形作为渣罐的罐底及罐壁，将所述钢板焊接成罐口口径大于罐底直径、用于盛放、倾倒熔融态钢渣或铁水渣的罐形容器。

4.如权利要求3所述的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述坡口加工与钢板压形阶段，将钢板分别压制成用于形成罐体罐壁、罐体底座底板的形状，在罐壁对接、加强法兰圈、倾翻受力部、耳轴受力区纵向主筋板的焊接采用“X”型坡口，罐体底座底板的焊接采用“K”型坡口，其它焊接处采用单边“V”型坡口，坡口角度35°～55°。

5.如权利要求3所述的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述罐体焊接阶段，所述冶金渣罐口耳轴侧倾翻受力部采用“十字架”加强筋板结构，即，在罐体两耳轴侧各焊接一块纵向长筋板与一块横向筋板，形成状如“十字”形结构。

6.如权利要求3所述的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述罐体焊接阶段，所述冶金渣罐罐底底座采用平底或圆弧底结构，所谓平底罐底采用平板状合金钢板或碳素钢板作为所述渣罐的罐底与罐壁焊接，且下部焊接有加强筋板，平板状罐底与其下部焊接的加强筋板截面形状如“T”字形结构，所谓“圆弧底”结构即：采用压制的下凹型圆弧钢板作罐底，下部焊接有加强筋板。

7.如权利要求3所述的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，作为渣罐的罐底及罐壁的合金钢或碳素钢钢板系热轧钢板，厚度为40mm至120mm的范围。

8.如权利要求3所述的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述坡口加工与钢板压形阶段，所述钢板压形采用选自加工压形法、卷制或卷压成形之一种。

9.如权利要求4所述的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述罐体焊接阶段，所述渣罐罐体的焊接采用埋弧焊或电渣焊；

焊丝选用H08Mn、H08MnA、H10Mn2或H08Mn2Si之一种；或，

采用手工CO₂气保焊打底，焊丝选用H08Mn2Si，Φ1.2mm，然后

进行埋弧焊或电渣焊，焊丝选用Φ4mm的E5015、E5015-G或J507RH之一种。

10.如权利要求3所述的冶金渣罐的制造方法，在所述罐体焊接阶段，焊接进行焊前预热及层温控制，所述焊前预热及层温控制采用电脑温度控制仪器自控电加热方法加热焊接坡口及坡口两侧150mm范围内到100℃～150℃，层间温度不低于预热温度。

11.如权利要求3所述的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，在所述热处理阶段，所述热处理工艺曲线如下：

加热温度：620±20℃，升温速度：≤150℃/h，保温时间：220-240min，

降温速度：≤100～150℃/h，400℃以下空冷。

12.如权利要求3所述的冶金渣罐的制造方法，其特征在于，所述冶金渣罐口耳轴采用锻造成型。

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