一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道及其制備方法
【專利摘要】一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道及其制備方法,涉及耐火材料【技術(shù)領(lǐng)域】,該高溫抗熱震管道由高鋁礬土熟料顆粒、紅柱石、剛玉細(xì)粉、純鋁酸鈣水泥、Al2O3微粉、SiO2微粉、分散劑、有機(jī)防爆纖維和不銹鋼纖維組成,紅柱石由200目的細(xì)粉和3~0.074mm的顆粒組成,3~0.074mm顆粒的重量占紅柱石總重量的百分比大于65%;其制備方法是采用所述的原料通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)澆筑或制成預(yù)制塊后現(xiàn)場(chǎng)組合砌筑而成。本發(fā)明的紅柱石的莫來(lái)石化是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程,紅柱石轉(zhuǎn)化成的柱狀和針狀的莫來(lái)石能夠與其它原料形成交織結(jié)構(gòu),結(jié)合牢固,當(dāng)原料制品由于熱應(yīng)力和其它機(jī)械應(yīng)力而發(fā)生斷裂時(shí),能夠起到橋接增韌的作用,提高原料制品的抗熱震性。
【專利說(shuō)明】一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及耐火材料【技術(shù)領(lǐng)域】,具體的說(shuō)是一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱風(fēng)爐管道由熱風(fēng)出口、支管、前主管、堅(jiān)管、后主管、熱風(fēng)圍管和送風(fēng)裝置組成, 熱風(fēng)出口和上述各管道連結(jié)的地方形成三通管,目前一般采用組合磚組砌而成,即將熱風(fēng) 出口和三岔口部位按照其整體結(jié)構(gòu),用計(jì)算機(jī)三維技術(shù)分解成單塊的磚,通過(guò)配料、混料、 成型和燒成,制成一塊塊的燒成磚,將燒成磚通過(guò)加工組合在一起,然后編號(hào)、拆掉并包裝, 運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后,將磚在熱風(fēng)爐上重新組合在一起,形成三岔口管道和熱風(fēng)出口組合體,這種燒 成磚即稱為組合磚。組合磚的生產(chǎn)工藝復(fù)雜,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,其繁復(fù)的生產(chǎn)工藝消耗較多的能 源,進(jìn)而帶來(lái)較多的廢氣排放,不利于環(huán)保。高爐熱風(fēng)爐的工作環(huán)境惡劣,熱風(fēng)爐內(nèi)部高溫、 高壓氣流和溫差頻繁變化,盡管采用了組合磚組砌而成的整體結(jié)構(gòu),即每塊燒成磚都帶有 凹凸榫槽,到仍難以阻抗因上述因素產(chǎn)生的各種熱應(yīng)力作用,出現(xiàn)掉磚、坍塌、竄熱風(fēng)和爐 殼發(fā)紅等現(xiàn)象,需經(jīng)常停產(chǎn)維修。而重新補(bǔ)砌燒成磚時(shí),易出現(xiàn)鎖磚不緊的情況,且易在補(bǔ) 磚處出現(xiàn)竄風(fēng)現(xiàn)象。
[0003] 熱風(fēng)爐管道復(fù)雜,既有水平的,又有垂直的。熱風(fēng)爐管道耐火材料受到三個(gè)力:熱 震應(yīng)力,熱脹冷縮力和盲板力。高溫風(fēng)要靠管道由熱風(fēng)爐輸送到高爐,隨著風(fēng)溫提高,這三 個(gè)力增加,導(dǎo)致事故頻發(fā)。解決方法:管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和耐火材料的選擇。熱風(fēng)爐的使用 壽命目標(biāo)是30年以上,這就要求耐火材料耐壓強(qiáng)度高,荷重軟化溫度高、抗蠕變性好、熱震 穩(wěn)定性好、抗化學(xué)侵蝕性好。但是也不能對(duì)耐火材料性能不適當(dāng)?shù)匕胃?,造成稀有資源的浪 費(fèi)、能源的浪費(fèi),并導(dǎo)致熱風(fēng)爐造價(jià)太高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中高爐熱風(fēng)爐管道受熱震應(yīng)力、熱脹冷縮力和盲板 力影響易損壞的問(wèn)題,提供一種不需要預(yù)燒制,且能夠長(zhǎng)時(shí)間保持良好的抗熱震性、機(jī)械性 能的煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道,以及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為:一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管 道,由高鋁礬土熟料顆粒、紅柱石、剛玉細(xì)粉、純鋁酸鈣水泥、Al2O3微粉、SiO2微粉、分散劑、 有機(jī)防爆纖維和不銹鋼纖維組成,各原料按重量份數(shù)比為:高鋁礬土熟料顆粒3(Γ40份、紅 柱石35?42份、剛玉細(xì)粉7、份、純鋁酸鈣水泥2?4份、Al2O3微粉Γ8份和SiO2微粉5?7 份,分散劑、有機(jī)防爆纖維和不銹鋼纖維的加入量分別為高鋁礬土顆粒熟料、紅柱石、剛玉 細(xì)粉、純鋁酸鈣水泥、Al2O3微粉和SiO2微粉總重的0. 15?0. 25%、0. 05?0. 15%和(Tl. 5% ;所 述的紅柱石由200目的細(xì)粉和:TO. 074mm的顆粒組成,3~0. 074mm顆粒的重量占紅柱石總重 量的百分比大于65%。
[0006] 所述3?0. 074mm粒度等級(jí)的紅柱石又分為3?Imm和1?0. 074mm兩種等級(jí),3?1mm、 1?0· 074mm和200目三種粒度的重量比為1(T15 :15?20 :5?7。
[0007] 所述的高鋁礬土顆粒熟料分為8~5_和5~3_兩種粒度等級(jí),兩種粒度的重量比 為 15?20 :15?20。
[0008] 所述的Al2O3微粉由重量比為:Γ5 :1?3的a-Al2O3和P-Al2O3組成,P-Al2O3作 為原料的結(jié)合劑,在使用過(guò)程中能夠與水發(fā)生水化反應(yīng)。本發(fā)明中的結(jié)合劑的結(jié)合作用:純 鋁酸鈣水泥>P-Al2O3 >SiO2微粉,通過(guò)對(duì)三者的重量比進(jìn)行調(diào)整,可獲得流動(dòng)性好、強(qiáng)度 高的澆注料。
[0009]所述的分散劑為三聚磷酸鈉和/或六偏磷酸鈉。
[0010] 本發(fā)明中,剛玉細(xì)粉的粒徑為300目,Al2O3微粉粒徑彡5微米,SiO2微粉粒徑彡1 微米。鑒于微粉比表面積較大、有較好的粘聚性能,可改善坯體的成型強(qiáng)度。
[0011] 一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道的制備方法,是采用上述的原料通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)澆 筑或制成預(yù)制塊后現(xiàn)場(chǎng)組合砌筑而成。
[0012] 有益效果:1、與莫來(lái)石相比,本發(fā)明中以紅柱石為主的原料能夠不需預(yù)燒處理就 能直接使用,性價(jià)比好。本發(fā)明的原料在高溫使用過(guò)程中,原料中的紅柱石生成一次莫來(lái)石 和游離的SiO2,一次莫來(lái)石呈針狀或柱狀,在原料制品中能夠起到纖維增韌的效果,增強(qiáng)制 品的機(jī)械性能;而SiO2微粉和/或部分游離的SiO2與原料中的Al2O3微粉和/或剛玉細(xì)粉發(fā) 生反應(yīng),生成針狀的二次莫來(lái)石,均勻分布于整個(gè)原料制品中,起到顆粒增韌的作用。紅柱 石轉(zhuǎn)化成的柱狀和針狀的莫來(lái)石能夠與其它原料形成交織結(jié)構(gòu),結(jié)合牢固,當(dāng)原料制品由 于熱應(yīng)力和其它機(jī)械應(yīng)力而發(fā)生斷裂時(shí),能夠起到橋接增韌的作用,提高原料制品的抗熱 震性。紅柱石的莫來(lái)石化過(guò)程中體積膨脹,紅柱石顆粒的緩慢轉(zhuǎn)化過(guò)程能夠補(bǔ)償原料制品 因受應(yīng)力作用產(chǎn)生的體積收縮,提高其高溫機(jī)械性能,其制品的荷重軟化溫度大于1700°C, 抗蠕變性好,1450°CX0. 2MPaX0-50h下的蠕變性達(dá)-0. 36%,重?zé)€變化率在+0. 25%左 右; 2、 本發(fā)明中,紅柱石分為3~0. 074mm和200目?jī)煞N粒度等級(jí),且紅柱石顆粒料的重量份 數(shù)多于紅柱石細(xì)粉,紅柱石高溫分解出的富氧化硅玻璃相游離出紅柱石顆粒料的路徑較為 曲折,遷移較慢,在裂紋擴(kuò)展時(shí),富氧化硅玻璃相能夠彌合裂縫,其制品在1300°C時(shí)的耐壓 強(qiáng)度能夠達(dá)到122. 7MPa;紅柱石細(xì)粉較易反應(yīng),而紅柱石顆粒轉(zhuǎn)化速度慢,二者的顆粒級(jí) 配能夠避免因快速莫來(lái)石化造成體積膨脹,其能夠使紅柱石保持未完全莫來(lái)石化,形成莫 來(lái)石潛能,即莫來(lái)石化是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程,有利于制備原料在使用過(guò)程中,各原料膨脹系數(shù) 的復(fù)配而提1?抗熱震性,原料制品在110CTC水冷的熱震穩(wěn)定性大于100次; 3、 紅柱石莫來(lái)石化后,游離的SiO2向外遷移,在紅柱石顆粒中留下很多的微孔,微孔具 有增韌作用,提高了材料的抗熱震性。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道,由高鋁礬土熟料顆粒、紅柱石、剛玉細(xì)粉、 純鋁酸鈣水泥、Al2O3微粉、SiO2微粉、分散劑、有機(jī)防爆纖維和不銹鋼纖維組成,各原料按重 量份數(shù)比為:高鋁礬土熟料顆粒3(Γ40份、紅柱石3512份、剛玉細(xì)粉7、份、純鋁酸鈣水泥 2~4份、Al2O3微粉4~8份和SiO2微粉5~7份,分散劑、有機(jī)防爆纖維和不銹鋼纖維的加入量 分別為高鋁礬土顆粒熟料、紅柱石、剛玉細(xì)粉、純鋁酸鈣水泥、Al2O3微粉和SiO2微粉總重的 0. 15?0. 25%、0. 05?0. 15%和(Tl. 5% ;所述的紅柱石由200目的細(xì)粉和:To.074mm的顆粒組 成,3~0. 074mm顆粒的重量占紅柱石總重量的百分比大于65%。
[0014] 所述3?0. 074mm粒度等級(jí)的紅柱石又分為3?lmm和]Λ〇. 074mm兩種等級(jí),3?lmm、 1?0. 074mm和200目三種粒度的重量比為1(T15 :15?20 :5?7。優(yōu)選的,3?0. 074mm顆粒的重 量占紅柱石總重量百分比的65?70%。
[0015] 本發(fā)明中,高鋁礬土顆粒熟料分為8~5mm和5~3mm兩種粒度等級(jí),兩種粒度的重量 比為15?20 :15?20 ;A1203微粉由重量比為:Γ5 :1?3的a-Al2O3和P-Al2O3組成。所述的分 散劑采用三聚磷酸鈉和/或六偏磷酸鈉。
[0016] 一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道的制備方法,是采用上述原料通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)澆筑 或制成預(yù)制塊后現(xiàn)場(chǎng)組合砌筑而成。
[0017] 本發(fā)明的原料用于熱風(fēng)爐時(shí),熱風(fēng)爐管道內(nèi)部的溫度為130(Tl420°C,在 120(Tl45(TC下,紅柱石(3A1203 .SiO2)--次莫來(lái)石(3A1203.2Si02) + 游離SiO2。其中的 紅柱石轉(zhuǎn)化為莫來(lái)石化的同時(shí)生成的SiO2玻璃相對(duì)莫來(lái)石有很好的潤(rùn)濕性,因此該制備原 料不需要預(yù)燒處理就能直接使用。在高溫作用下,原料中的紅柱石生成一次莫來(lái)石和游離 的SiO2,一次莫來(lái)石呈針狀或柱狀,在原料制品中能夠起到纖維增韌的效果,增強(qiáng)制品的機(jī) 械性能;而SiO2微粉和/或部分游離的SiO2與原料中的Al2O3微粉和/或剛玉細(xì)粉發(fā)生反 應(yīng),生成二次莫來(lái)石,3A1203 + 2Si02-二次莫來(lái)石(3A1203 · 2Si02),二次莫來(lái)石呈針狀,均 勻分布于整個(gè)原料制品中,起到顆粒增韌的作用。紅柱石轉(zhuǎn)化成的柱狀和針狀的莫來(lái)石能 夠與其它原料形成交織結(jié)構(gòu),結(jié)合牢固,當(dāng)原料制品由于熱應(yīng)力和其它機(jī)械應(yīng)力而發(fā)生斷 裂時(shí),能夠起到橋接增韌的作用,提高原料制品的抗熱震性。
[0018] 本發(fā)明中,該紅柱石顆粒料在溫度升高的基礎(chǔ)上,轉(zhuǎn)化為一次莫來(lái)石,表現(xiàn)為體積 膨脹;一次莫來(lái)石化過(guò)程中富余的游離SiO2能夠分別與原料中鋁礬土顆粒熟料、剛玉細(xì)粉、 Al2O3微粉反應(yīng)生成二次莫來(lái)石,所產(chǎn)生的微膨脹效應(yīng)能夠抵消制品使用過(guò)程中因高溫負(fù)荷 作用造成的制品體積收縮。
[0019] 在熱風(fēng)爐中,紅柱石和生成的一次莫來(lái)石處于固態(tài),SiO2玻璃相處于液態(tài),原料中 的紅柱石顆粒難以全部容納生成的SiO2玻璃相,因而使得部分的SiO2玻璃相排擠到裂紋縫 隙中,起到結(jié)合作用,抑制裂紋的產(chǎn)生,提高了原料制品的抗熱震性;同時(shí),富余的游離SiO2 能夠分別與原料中鋁礬土顆粒熟料、剛玉細(xì)粉、Al2O3微粉反應(yīng)生成二次莫來(lái)石,一次莫來(lái)石 和二次莫來(lái)石形成交織結(jié)構(gòu),提高原料制品的熱態(tài)強(qiáng)度。
[0020] 實(shí)施例1 一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道,按重量份數(shù)計(jì),其原料組成為:8飛_粒度的高 鋁礬土顆粒熟料15份和5~3_粒度的高鋁礬土顆粒熟料20份,3~1_粒度的紅柱石15份、 f0.074mm粒度的紅柱石20份和200目粒度的紅柱石7份,300目粒度的棕剛玉細(xì)粉9份, CA-70純鋁酸鈣水泥4份,粒度彡5微米的a-Al2O3粉3份,P-Al2O3粉2份,粒度彡1微 米的SiO2微粉5份;另外,還加入0. 1份的三聚磷酸鈉和0. 05份的六偏磷酸鈉,0. 05份的 有機(jī)防爆纖維和1. 〇份的耐熱不銹鋼纖維。
[0021] 一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道的制備方法,是采用如上述的制備原料通過(guò) 現(xiàn)場(chǎng)澆筑或制成預(yù)制塊后現(xiàn)場(chǎng)組合砌筑而成。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中因耐火組合磚熱震穩(wěn)定 性和抗蠕變性差等導(dǎo)致使用壽命短的問(wèn)題,本發(fā)明從適應(yīng)熱風(fēng)爐管道的工況條件出發(fā),采 用紅柱石澆注料具有燒成磚理化性能指標(biāo),或現(xiàn)場(chǎng)澆筑,或制成預(yù)制磚現(xiàn)場(chǎng)組裝,整體性優(yōu) 于組合磚,省時(shí)省工,節(jié)能降耗。本發(fā)明主要針對(duì)從熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口到熱風(fēng)圍管的管道薄弱 部分。優(yōu)點(diǎn):荷重軟化溫度大于1700°c,1100°C水冷的熱震穩(wěn)定性大于100次。
[0022] 高爐熱風(fēng)爐管道的具體制備方法: (1)澆注料現(xiàn)場(chǎng)施工 按照上述配方,精確稱量各原料,加入攪拌機(jī)中攪拌均勻,分包袋裝(25kg/袋),運(yùn)至現(xiàn) 場(chǎng)。在熱風(fēng)出口或熱風(fēng)管道三通口等部位支設(shè)模具,澆注料在現(xiàn)場(chǎng)倒入攪拌機(jī)中,加入原料 總重:Γ5%的水,攪拌均勻后其送到澆注部位,倒入模具后,用振動(dòng)棒振動(dòng)至澆注料流平,不 再出現(xiàn)氣泡時(shí)停止,自然養(yǎng)護(hù)24h,脫模后,按照熱風(fēng)爐的烘爐曲線進(jìn)行熱處理,即可投入使 用。
[0023] (2)澆注料制預(yù)制塊 按照上述配方,精確稱取各原料,加入攪拌機(jī)中攪拌均勻,加入原料總重:Γ5%的水,混 合后將其倒入模具中,該模具固定在振動(dòng)臺(tái)上,加料的同時(shí)開(kāi)振動(dòng)臺(tái),至模具中的澆注料流 平,無(wú)氣泡排出時(shí)停止,自然養(yǎng)護(hù)24h,脫模,入窯熱處理,熱處理溫度為15(T300°C;然后將 處理后的預(yù)制塊包裝,運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝,然后按照熱風(fēng)爐的烘爐曲線進(jìn)行熱處理,即可投 入使用。預(yù)制塊比傳統(tǒng)使用的組合磚體積大,便于組砌。
[0024] 本發(fā)明中,Al2O3微粉由a-Al2O3和P-Al2O3組成,P-Al2O3作為原料的結(jié)合劑,能 夠與水發(fā)生水化反應(yīng)生成Al(OH) 3,并在熱風(fēng)爐的高溫作用下能夠分解轉(zhuǎn)化為a-Al2O3,并 與SiO2微粉和/或紅柱石分解生成的游離SiO2發(fā)生莫來(lái)石化反應(yīng),可以根據(jù)a-Al2O3和 P-Al2O3的重量比調(diào)配二者的加入比例,最大限度的提高原料的流動(dòng)性,改善其高溫性能。
[0025] 實(shí)施例2 一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道,按重量份數(shù)計(jì),其原料組成為:8飛_粒度的高 鋁礬土顆粒熟料20份和5~3mm粒度的高鋁礬土顆粒熟料20份,3~lmm粒度的紅柱石15份、 1~0. 074mm粒度的紅柱石15份和200目粒度的紅柱石5份,300目粒度的棕剛玉細(xì)粉8份, CA-70純鋁酸鈣水泥3份,粒度彡5微米的a-Al2O3粉5份,P-Al2O3粉3份,粒度彡1微 米的SiO2微粉6份;另外,還加入0. 15份的六偏磷酸鈉,0. 15份的有機(jī)防爆纖維。
[0026] -種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道的制備方法,是采用如上述的制備原料通過(guò) 現(xiàn)場(chǎng)澆筑或制成預(yù)制塊后組砌而成。具體的制備過(guò)程參照實(shí)施例1。
[0027] 實(shí)施例3 一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道,按重量份數(shù)計(jì),其原料組成為:8飛_粒度的高 鋁礬土顆粒熟料18份和5~3_粒度的高鋁礬土顆粒熟料20份,3~1_粒度的紅柱石12份、 1~0. 074mm粒度的紅柱石18份和200目粒度的紅柱石7份,300目粒度的棕剛玉細(xì)粉9份, CA-70純鋁酸鈣水泥2份,粒度彡5微米的a-Al2O3粉4份,P-Al2O3粉3份,粒度彡1微 米的SiO2微粉7份;另外,還加入0. 20份的三聚磷酸鈉,0. 10份的有機(jī)防爆纖維和I. 0份 的耐熱不銹鋼纖維。
[0028] -種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道的制備方法,是采用如上述的制備原料通過(guò) 現(xiàn)場(chǎng)澆筑或制成預(yù)制塊后組砌而成。具體的制備過(guò)程參照實(shí)施例1。
[0029] 表1:實(shí)施例1~3耐火制品的理化檢驗(yàn)結(jié)果
【權(quán)利要求】
1. 一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道,由高鋁礬土熟料顆粒、紅柱石、剛玉細(xì)粉、純 鋁酸鈣水泥、A1203微粉、Si02微粉、分散劑、有機(jī)防爆纖維和不銹鋼纖維組成,其特征在于: 各原料按重量份數(shù)比為:高鋁礬土熟料顆粒3(T40份、紅柱石35?42份、剛玉細(xì)粉7、份、 純鋁酸鈣水泥2~4份、A1203微粉4~8份和Si02微粉5~7份,分散劑、有機(jī)防爆纖維和不銹 鋼纖維的加入量分別為高鋁礬土顆粒熟料、紅柱石、剛玉細(xì)粉、純鋁酸鈣水泥、A1203微粉 和Si02微粉總重的0. 15?0. 25%、0. 05?0. 15%和(Tl. 5% ;所述的紅柱石由200目的細(xì)粉和 3~0. 074mm的顆粒組成,3~0. 074mm顆粒的重量占紅柱石總重量的百分比大于65%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道,其特征在于:所述 3?0? 074mm粒度等級(jí)的紅柱石又分為3?1mm和1?0? 074mm兩種等級(jí),3?1mm、1?0? 074mm和 200目三種粒度的重量比為10?15 :15?20 :5?7。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道,其特征在于:所述的 高鋁礬土顆粒熟料分為8~5_和5~3_兩種粒度等級(jí),兩種粒度的重量比為15~20 :15~20。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道,其特征在于:所述的 A1203微粉由重量比為:T5 :廣3的a -A1203和P -A1203組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道,其特征在于:所述的 分散劑為三聚磷酸鈉和/或六偏磷酸鈉。
6. -種如權(quán)利要求1所述的煉鐵熱風(fēng)爐的耐高溫抗熱震管道的制備方法,其特征在 于:采用所述的原料通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)澆筑或制成預(yù)制塊后現(xiàn)場(chǎng)組合砌筑而成。
【文檔編號(hào)】C04B35/66GK104326758SQ201410560774
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
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