CN115874234A - 一种镨钕金属电解炉及延长炉龄的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镨钕金属电解炉及延长炉龄的方法，包括石墨坩埚、台面板、绝缘层、防渗漏层、内钢套、保温层和外钢套，以实现电解炉炉口的降温处理；台面板与电解槽之间的绝缘处理；石墨坩埚石墨槽的抗氧化、耐腐蚀处理；石墨坩埚与内钢套之间采用防透漏保护层，内钢套与外钢套之间的保温层处理，使得电解炉的使用寿命从6个月延长至26个月，且装炉成本可下降89％。

Description

一种镨钕金属电解炉及延长炉龄的方法

技术领域

本发明涉及稀土电解镨钕金属电解炉的技术领域，具体涉及一种镨钕金属电解炉及延长炉龄的方法。

背景技术

镨钕金属是钕铁硼永磁的原材料，钕铁硼永磁材料又是目前最好的、综合性能最优的第三代稀土永磁材料。随着新能源汽车、风力发电、工业机器人等行业的迅速发展，以及工业电机、变频空调、节能电梯等行业渗透性不断的提高，近年来镨钕金属的需求也不但的增加，特别是新能源汽车、风力发电等将成为全球镨钕市场中最重要的一块。从中长期来看，电动化、绿色能源的趋势是肯定的，新能源车的产量和销售都超过了市场的预期，而永磁同步电机凭借钕铁硼出色的性能，在市场上占据了绝对的上风，拉动了镨钕金属的需求再创新高。该金属是我国发展绿色能源、实现双碳目标不可或缺的材料。延长电解炉炉龄，降低生产成本，提高质量，显得尤为重要。

常规的稀土电解镨钕金属用的电解炉，是由普通的钢面板、石墨坩埚、保温层、外钢套、等材料组成，外钢套与内钢套之间填充的高铝耐火砖层，内钢套与石墨坩埚之间填充耐火泥层，且面板与石墨坩埚存在导电现象。常规的电解炉在使用过程中，电解炉的炉口及石墨坩埚的损耗特别大，并且存在电解炉内电解液透漏腐蚀保温层等不良现象，装炉成本高，电解炉的使用寿命短，仅有6个月左右。

发明内容

本发明的发明目的在于，针对上述存在的问题，提供了一种镨钕金属电解炉及延长炉龄的方法，包括石墨坩埚、台面板、绝缘层、防渗漏层、内钢套、保温层和外钢套，以实现电解炉炉口的降温处理；台面板与电解槽之间的绝缘处理；石墨坩埚石墨槽的抗氧化、耐腐蚀处理；石墨坩埚与内钢套之间采用防透漏保护层，内钢套与外钢套之间的保温层处理，使得电解炉的使用寿命从6个月延长至26个月，且装炉成本可下降89％。

本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种镨钕金属电解炉，包括电源线连接电解炉通电，包括：

石墨坩埚，石墨坩埚通过抗氧化、耐腐蚀剂液浸泡处理；

台面板，台面板设置于石墨坩埚的上部，所述台面板包括降温结构，通过降温结构对台面板进行降温处理；

绝缘层，绝缘层设置于台面板和石墨坩埚之间，绝缘层用于对台面板和石墨坩埚进行防导电处理，所述绝缘层进行耐高温处理；

防渗漏层，防渗漏层在石墨坩埚的外缘面上、包裹石墨坩埚设置，所述防渗漏层设置于石墨坩埚和内钢套之间，用于对石墨坩埚和内钢套进行防高温和耐腐蚀处理；

内钢套和外钢套，内钢套和外钢套为电解炉的外层防护结构，内钢套和外钢套之间设置有保温层，保温层控制电解炉内的电解温度并保持温度稳定。

进一步地，所述降温结构包括两张钢板合屏，两张钢板合屏之间设置进出循环水通道，进出循环水通道包括进水管和出水管，冷却水通过进出循环水通道对台面板进行循环冷却处理，降低电解炉口温度并保持温度稳定。

本发明公开了一种镨钕金属电解炉延长炉龄的生产方法，包括石墨坩埚、台面板、绝缘层、防渗漏层、内钢套、保温层和外钢套，所述延长炉龄的生产方法包括以下处理步骤：

S1：所述石墨坩埚采用抗氧化、耐腐蚀剂液浸泡处理；

S2：所述绝缘层设置在石墨坩埚和台面板之间，绝缘层为自制加工形成的一种绝缘耐高温保护层，所述绝缘层包括三氧化二铝、二氧化硅、高铝耐火水泥、水玻璃和水加工制作形成绝缘耐高温保护层；

S3：所述台面板内设置有降温结构，降温结构使电解炉口降温至50-70℃并保持温度稳定；

S4：所述防渗漏层设置于石墨坩埚和内钢套之间，防渗漏层包括镁砂、二氧化硅、三氧二化铝、高铝耐火水泥和水，将所述镁砂、二氧化硅、三氧二化铝、高铝耐火水泥和水混合制作形成电解炉的防渗漏层；

S5：包括内钢套和外钢套为电解炉的外层防护结构，保温层设置在内钢套和外钢套之间，包括黄泥土和高铝耐火砖制作保温层，保温层控制电解炉的电解温度在1020-1040℃并保持温度稳定。

进一步地，在所述步骤S1中，将加工好的石墨坩埚放入型号为ZS-1052渗透型防氧化剂液中浸泡110-130分钟，浸泡完成取出晾干后可以装入电解炉中使用。

所述ZS-1052渗透型防氧化剂液的构成：硼砂25％、三聚磷酸钠35％、水溶液40％，搅均后即可使用；经处理的石墨坩埚在高温作用下生成玻璃聚合体，玻璃聚合体附着在石墨表面及孔隙中，起到了抗氧化耐腐蚀作用。

进一步地，在所述步骤S2中，绝缘耐高温保护层的制作方法为：

将所述三氧化二铝、二氧化硅、高铝耐火水泥、水玻璃和水放入搅拌机中搅匀，搅匀形成的浆料倒入模具中进行振打密实并找平，待36小时凝固后脱模为环形绝缘体；

把脱模后的环形绝缘体平放入窑炉加热至600℃，加热时间为85-95分钟后降温冷却；清理绝缘体上的毛刺、打磨找平，再放入电解炉中使用。

进一步地，在所述步骤S3中，降温结构包括两张钢板合屏，两张钢板合屏中间留有10mm的空隙，形成进出循环水通道，通过冷却水在进出循环水通道内的持续降温作用，冷却台面板，使电解炉口降温至50-70℃并保持温度稳定；

所述两张钢板合屏的内外边采用电焊焊接密封。

进一步地，在所述步骤S4中，电解炉的防渗漏层的制作方法为：

将所述镁砂、二氧化硅、三氧二化铝、高铝耐火水泥和水，将所述镁砂、二氧化硅、三氧二化铝、高铝耐火水泥和水放入搅拌机中搅匀，搅匀形成的浆料注入石墨坩埚与内钢套之间进行振打密实；

在室内进行36或24小时晾干处理；

采用可调电流的电位器和硅碳棒加热器，通电逐渐加热至200℃，暂停上调电流，稳定温度在200℃烘烤三小时后，再上上调电流加热至400℃，400℃烘烤两小时，在最后上调电流加热至600℃，600℃烘烤八小时，形成防渗漏层使用。

进一步地，在所述步骤S5中，保温层的制作方法为：

加工黄泥土，选用黄泥土晒干破碎并剔除杂质，再用直径为15mm的过滤筛选，待装炉使用；

黄泥土装炉之前，采用高铝耐火砖填实外钢套与内钢套底部之间的间隙，将加工后的黄泥土装进内钢套与外钢套之间填满空隙。

进一步地，所述镁砂包括直径为10mm、5mm和2mm的型号规格。

本发明的技术效果如下：

本发明提供了一种镨钕金属电解炉及延长炉龄的方法，有效的解决了电解炉使用寿命低、装炉成本高的问题，可以将电解炉的使用寿命从6个月延长至26个月，装炉成本可下降89％。

具体如下：

1、本发明实现台面板和石墨坩埚炉口处的降温保护效果，电解炉、石墨坩埚炉口采用循环水冷降温方法处理后的使用时间为26个月，在常规电解炉使用寿命的基础上延长了20个月。

2、本发明的台面板与石墨坩埚之间采用自制加工的一种绝缘耐高温保护层；

防止石墨坩埚导电，此部位导电会加快石墨坩埚的消耗，从而减少炉龄；常规的台面板与石墨坩埚之间采用石棉板做绝缘材料，因石棉材料耐高温有限，在高温生产中很容易损坏和消耗。如绝缘降低，台面板的大电流直接通过石墨坩埚导电，坩埚就成了一个电阻发热体，温度越高石墨坩埚消耗越快，从而减少炉龄。

在高温生产时，由于存在绝缘耐高温保护层，电解炉内的石墨坩埚不易消耗，且非常耐用，有效地解决了绝缘问题，从而延长了炉龄。

3、本发明的石墨坩埚采用抗氧化、耐腐蚀剂液浸泡处理；

常规的石墨坩埚未采用抗氧化、耐腐蚀处理，炉龄最多只有6个月，经过抗氧化、耐腐蚀处理的石墨坩埚，炉龄可达到26个月。

4、本发明的石墨坩埚与内钢套之间采用自制的一种防渗漏保护层；

常规的石墨坩埚与内钢套之间装的是石墨粉体，该材料只能保温、耐腐的作用，不能防渗漏，这种装法时常都有渗漏情况发生，从而腐蚀了保温层及外钢套，降低了炉龄。本发明采用自制的这种防透漏保护层，避免了以上现象发生，从而延长了炉龄。

5、本发明的内钢套与外钢套之间选用高铝耐火砖和加工后的黄泥土材料；

常规的保温砖、保温棉等保温材料，要么不易散热，要么保温差，电解炉温度难以控制，选用优质的黄泥土加工的保温材料，就能延长电解炉的炉龄，同时也能满足生产要求。

附图说明

图1是本发明电解炉的结构示意图；

图2是本发明电解炉的剖视示意图；

图3是本发明电解炉的俯视示意图；

图4是本发明电解炉的剖面示意图；

图中标记：1-台面板，2-绝缘层，3-石墨坩埚，4-防渗漏层，5-内钢套，6-保温层，7-外钢套，8-电源线，9-进水管，10-出水管。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本实施例中，所采用的数据为优选方案，但并不用于限制本发明；

实施例1

如图1-4所示，本实施例提供了一种镨钕金属电解炉，包括电源线连接电解炉通电，包括：

石墨坩埚，石墨坩埚通过抗氧化、耐腐蚀剂液浸泡处理；

台面板，台面板设置于石墨坩埚的上部，所述台面板包括降温结构，通过降温结构对台面板进行降温处理；

绝缘层，绝缘层设置于台面板和石墨坩埚之间，绝缘层用于对台面板和石墨坩埚进行防导电处理，所述绝缘层进行耐高温处理；

防渗漏层，防渗漏层在石墨坩埚的外缘面上、包裹石墨坩埚设置，所述防渗漏层设置于石墨坩埚和内钢套之间，用于对石墨坩埚和内钢套进行防高温和耐腐蚀处理；

内钢套和外钢套，内钢套和外钢套为电解炉的外层防护结构，内钢套和外钢套之间设置有保温层，保温层控制电解炉内的电解温度并保持温度稳定。

本实施例中，所述降温结构包括两张钢板合屏，两张钢板合屏之间设置进出循环水通道，进出循环水通道包括进水管和出水管，冷却水通过进出循环水通道对台面板进行循环冷却处理，降低电解炉口温度并保持温度稳定，减少了炉口的热氧化现象，从而延长电解炉的使用时间。

实施例2

如图1-4所示，本实施例提供了一种镨钕金属电解炉延长炉龄的生产方法，包括石墨坩埚、台面板、绝缘层、防渗漏层、内钢套、保温层和外钢套，所述延长炉龄的生产方法包括以下处理步骤：

S1：所述石墨坩埚采用抗氧化、耐腐蚀剂液浸泡处理；

S2：所述绝缘层设置在石墨坩埚和台面板之间，绝缘层为自制加工形成的一种绝缘耐高温保护层，所述绝缘层包括三氧化二铝、二氧化硅、高铝耐火水泥、水玻璃和水加工制作形成绝缘耐高温保护层；

S3：所述台面板内设置有降温结构，降温结构使电解炉口降温至50-70℃并保持温度稳定；

S4：所述防渗漏层设置于石墨坩埚和内钢套之间，防渗漏层包括镁砂、二氧化硅、三氧二化铝、高铝耐火水泥和水，将所述镁砂、二氧化硅、三氧二化铝、高铝耐火水泥和水混合制作形成电解炉的防渗漏层；

S5：包括内钢套和外钢套为电解炉的外层防护结构，保温层设置在内钢套和外钢套之间，包括黄泥土和高铝耐火砖制作保温层，保温层控制电解炉的电解温度在1020-1040℃并保持温度稳定。

本实施例中，在所述步骤S1中，将加工好的石墨坩埚放入型号为ZS-1052渗透型防氧化剂液中浸泡110-130分钟，浸泡完成取出晾干后可以装入电解炉中使用。

本实施例中，石墨坩埚采用抗氧化、耐腐蚀剂液浸泡处理，以增强电解炉内石墨坩埚抗氧化、耐蚀性的能力，达到延长炉龄的目的；

进一步地，所述ZS-1052渗透型防氧化剂液经多次试验，在石墨坩埚中渗透性强，包裹性好，在高温生产中，有效的防止石墨坩埚的抗氧化能力。

本实施例中，如表1所示，在所述步骤S2中，绝缘耐高温保护层的制作方法为：

表1电解炉绝缘耐高温保护层制作原材料

将所述三氧化二铝、二氧化硅、高铝耐火水泥、水玻璃和水放入搅拌机中搅匀，搅匀形成的浆料倒入模具中进行振打密实并找平，待36小时凝固后脱模为环形绝缘体；

本实施例中，所述水玻璃采用ZF-40B的型号规格，ZF-40B的主要成分为高模硅酸钠。

本实施例中，所述模具采用外经750mm、内经480mm、高30mm的模具。

把脱模后的环形绝缘体平放入窑炉加热至600℃，加热时间为85-95分钟后降温冷却；清理绝缘体上的毛刺、打磨找平，再放入电解炉中使用。

本实施例中，环形绝缘体出窑后，清理绝缘体上的毛刺、两面要求水平，如不平整，需用角磨机打磨找平后，方可装炉使用。

本实施例中，电解炉、石墨坩埚炉口采用水冷降温方法，防止炉口在高温下热氧化，消耗变形，减少炉龄。常规的电解炉台面板采用的是一张钢板制作的台面板，未做降温处理，工作时温度时常达到600--800℃，因温度高加快了面板、电解炉口的氧化，使炉口变形，电解液透漏，直接减少炉龄。

本实施例中，在所述步骤S3中，降温结构包括两张钢板合屏，两张钢板合屏中间留有10mm的空隙，形成进出循环水通道，通过冷却水在进出循环水通道内的持续降温作用，冷却台面板，使电解炉口降温至50-70℃并保持温度稳定；减少了炉口的热氧化现象，从而延长电解炉的使用时间。

所述两张钢板合屏的内外边采用电焊焊接密封。

本实施例中，石墨坩埚与内钢套之间采用特制的一种防渗漏保护层；

所述防渗漏保护层不受热胀冷缩的影响，即能耐高温又能耐腐蚀，能在高温下不开裂不渗漏电解液。因炉内在生产时装有电解液，电解液具有很强的腐蚀性，如渗漏会直接腐蚀保温层及外钢套。

进一步地，如表2所示，在所述步骤S4中，电解炉的防渗漏层的制作方法为：

表2电解炉防渗漏保护层原材料

材料名称	含量	型号规格	重量kg
					镁砂	98.00％	直径10mm	50.00
镁砂	98.00％	直径5mm	50.00
					镁砂	98.00％	直径2mm	50.00
二氧化硅	99.50％	粒度300	30.00
					三氧化二铝	99.50％	粒度200	30.00
高铝耐火水泥		标号625	60.00
					水			20.00

将所述镁砂、二氧化硅、三氧二化铝、高铝耐火水泥和水，将所述镁砂、二氧化硅、三氧二化铝、高铝耐火水泥和水放入搅拌机中搅匀，搅匀形成的浆料注入石墨坩埚与内钢套之间进行振打密实；优选地，所述石墨坩埚与内钢套之间的距离为50mm，用棒头为30mm手提式小型振动器进行振打密实，至到振打装满为止。

本实施例中，所述镁砂包括直径为10mm、5mm和2mm的型号规格；

在室内进行36或24小时晾干处理；

采用可调电流的电位器和硅碳棒加热器，通电逐渐加热至200℃，暂停上调电流，稳定温度在200℃烘烤三小时后，再上上调电流加热至400℃，400℃烘烤两小时，在最后上调电流加热至600℃，600℃烘烤八小时，形成防渗漏层使用。

本实施例中，所述内钢套与外钢套之间采用黄泥土作为保温层的填充材料；

正常电解生产金属时，电解炉一般电流是8000A，电解炉内温度需控制到1030℃左右，此时的温度，石墨坩埚也耐用、生产效率高，产品质量好，成本也低。但要达到此温度条件存在较多问题。最终从经济实用性和保温有效性的角度考虑，采用黄泥土加工作为保温层的保温填充材料使用。

因石墨坩埚的消耗与温度是成正比的，温度过高对炉龄及生产不利，温度过低不能满足生产的需要。黄泥土即能保温还能散热，使其电解温度能控制在1030℃左右，是电解金属的最佳温度。黄泥土即能保温还能散热主原因是：1、黄泥土主要成分是：三氧化二铝、硅等元素组成的，三氧化二铝、硅的熔点分别为2054℃、1414℃，常用于制造耐火材料，如北方家用的火炕、烧石碳的地炉，都是用黄泥土砌成的即耐火又保温。2、能散热是因为泥土是可粒状的，可粒之间有间隙，不像耐火砖、硅酸铝保温棉等那么密实，因此起到了散热作用。

本实施例中，在所述步骤S5中，保温层的制作方法为：

加工黄泥土，选用黄泥土晒干破碎并剔除杂质，再用直径为15mm的过滤筛选，待装炉使用；

黄泥土装炉之前，采用高铝耐火砖填实外钢套与内钢套底部之间的间隙，以免高温生产时，内钢套下沉变形影响炉龄，将加工后的黄泥土装进内钢套与外钢套之间填满空隙，采用自然装满，不能振打，以免装的过实，保温太好，不易散热，达不到生产的要求。

本实施例中，通过所述方法的统一，达到了延长炉龄的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种镨钕金属电解炉，包括电源线(8)连接电解炉通电，其特征在于，包括：

石墨坩埚(3)，石墨坩埚(3)通过抗氧化、耐腐蚀剂液浸泡处理；

台面板(1)，台面板(1)设置于石墨坩埚(3)的上部，所述台面板(1)包括降温结构，通过降温结构对台面板(1)进行降温处理；

绝缘层(2)，绝缘层(2)设置于台面板(1)和石墨坩埚(3)之间，绝缘层(2)用于对台面板(1)和石墨坩埚(3)进行防导电处理，所述绝缘层(2)进行耐高温处理；

防渗漏层(4)，防渗漏层(4)在石墨坩埚(3)的外缘面上、包裹石墨坩埚(3)设置，所述防渗漏层(4)设置于石墨坩埚(3)和内钢套(5)之间，用于对石墨坩埚(3)和内钢套(5)进行防高温和耐腐蚀处理；

内钢套(5)和外钢套(7)，内钢套(5)和外钢套(7)为电解炉的外层防护结构，内钢套(5)和外钢套(7)之间设置有保温层(6)，保温层(6)控制电解炉内的电解温度并保持温度稳定。

2.根据权利要求1所述的镨钕金属电解炉，其特征在于，所述降温结构包括两张钢板合屏，两张钢板合屏之间设置进出循环水通道，进出循环水通道包括进水管(9)和出水管(10)，冷却水通过进出循环水通道对台面板(1)进行循环冷却处理，降低电解炉口温度并保持温度稳定。

3.一种镨钕金属电解炉延长炉龄的生产方法，其特征在于，包括石墨坩埚(3)、台面板(1)、绝缘层(2)、防渗漏层(4)、内钢套(5)、保温层(6)和外钢套(7)，所述延长炉龄的生产方法包括以下处理步骤：

S1：所述石墨坩埚(3)采用抗氧化、耐腐蚀剂液浸泡处理；

S2：所述绝缘层(2)设置在石墨坩埚(3)和台面板(1)之间，绝缘层(2)为自制加工形成的一种绝缘耐高温保护层，所述绝缘层(2)包括三氧化二铝、二氧化硅、高铝耐火水泥、水玻璃和水加工制作形成绝缘耐高温保护层；

S3：所述台面板(1)内设置有降温结构，降温结构使电解炉口降温至50-70℃并保持温度稳定；

S4：所述防渗漏层(4)设置于石墨坩埚(3)和内钢套(5)之间，防渗漏层(4)包括镁砂、二氧化硅、三氧二化铝、高铝耐火水泥和水，将所述镁砂、二氧化硅、三氧二化铝、高铝耐火水泥和水混合制作形成电解炉的防渗漏层(4)；

S5：包括内钢套(5)和外钢套(7)为电解炉的外层防护结构，保温层(6)设置在内钢套(5)和外钢套(7)之间，包括黄泥土和高铝耐火砖制作保温层(6)，保温层(6)控制电解炉的电解温度在1020-1040℃并保持温度稳定。

4.根据权利要求3所述的镨钕金属电解炉延长炉龄的生产方法，其特征在于，在所述步骤S1中，将加工好的石墨坩埚(3)放入型号为ZS-1052渗透型防氧化剂液中浸泡110-130分钟，浸泡完成取出晾干后可以装入电解炉中使用；

所述ZS-1052渗透型防氧化剂液的构成：硼砂25％、三聚磷酸钠35％、水溶液40％，搅均后即可使用。

5.根据权利要求4所述的镨钕金属电解炉延长炉龄的生产方法，其特征在于，在所述步骤S2中，绝缘耐高温保护层的制作方法为：

将所述三氧化二铝、二氧化硅、高铝耐火水泥、水玻璃和水放入搅拌机中搅匀，搅匀形成的浆料倒入模具中进行振打密实并找平，待36小时凝固后脱模为环形绝缘体；

把脱模后的环形绝缘体平放入窑炉加热至600℃，加热时间为85-95分钟后降温冷却；清理绝缘体上的毛刺、打磨找平，再放入电解炉中使用。

6.根据权利要求5所述的镨钕金属电解炉延长炉龄的生产方法，其特征在于，在所述步骤S3中，降温结构包括两张钢板合屏，两张钢板合屏中间留有10mm的空隙，形成进出循环水通道，通过冷却水在进出循环水通道内的持续降温作用，冷却台面板(1)，使电解炉口降温至50-70℃并保持温度稳定；

所述两张钢板合屏的内外边采用电焊焊接密封。

7.根据权利要求6所述的镨钕金属电解炉延长炉龄的生产方法，其特征在于，在所述步骤S4中，电解炉的防渗漏层(4)的制作方法为：

将所述镁砂、二氧化硅、三氧二化铝、高铝耐火水泥和水，将所述镁砂、二氧化硅、三氧二化铝、高铝耐火水泥和水放入搅拌机中搅匀，搅匀形成的浆料注入石墨坩埚(3)与内钢套(5)之间进行振打密实；

在室内进行36或24小时晾干处理；

采用可调电流的电位器和硅碳棒加热器，通电逐渐加热至200℃，暂停上调电流，稳定温度在200℃烘烤三小时后，再上上调电流加热至400℃，400℃烘烤两小时，在最后上调电流加热至600℃，600℃烘烤八小时，形成防渗漏层(4)使用。

8.根据权利要求7所述的镨钕金属电解炉延长炉龄的生产方法，其特征在于，在所述步骤S5中，保温层(6)的制作方法为：

加工黄泥土，选用黄泥土晒干破碎并剔除杂质，再用直径为15mm的过滤筛选，待装炉使用；

黄泥土装炉之前，采用高铝耐火砖填实外钢套(7)与内钢套(5)之间的间隙，将加工后的黄泥土装进内钢套(5)与外钢套(7)之间填满空隙。

9.根据权利要求7所述的镨钕金属电解炉延长炉龄的生产方法，其特征在于，所述镁砂包括直径为10mm、5mm和2mm的型号规格。

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