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PRECEDE DE TRAITEMENT DES FONTES BRUTES HYPEREUTECTIQUES POUR MODIFIER
LEUR COMPOSITION ET LEURS PROPRIETES ET FONTES
AINSI OBTENUES.-
Les hauts-fourneaux bien conduits et utilisant, outre les métho- des de fabrication classiques, des procédés plus récents, tels que l'injec- tion par les tuyères de combustible et/ou de matières diverses, l'addition au vent soufflé de fluides, par exemple de vapeur saturée ou surchauffée, capables de faciliter l'élaboration de fonte à basse teneur en carbone, etco peuvent produire des fontes de compositions et de propriétés variant dans certaines limites.
Cependant, les moyens d'action classiques restent assez restreints et, d'autre part, les conditions économiques limitent le choix du procédé de fabrication et surtout des matières premières pouvant être mises en oeuvre. Il en résulte que, pour la généralité des hauts-fourneaux la gam- me des fontes pouvant être élaborées dans des conditions techniques et éco- nomiques acceptables est très peu étendue. Or, ces fontes ne sont pas tou- jours les plus propres à la satisfaction des besoins des consommateurs si- tués dans le rayon d'action normal de chaque producteur de fontes brutes.
D'autre part, on a rarement cherché, considérant la fonte liquide, à la sor- tie du haut-fourneau, comme un produit de départ, à l'améliorer ou à la mo- difier. @ 'La présente invention concerne, d'une manière particulière, les fontes hypereutectiques, par exemple celles qui peuvent être obtenues con- formément au brevet n 490.834 déposé le 26 avril 1949, et a pour objet un procédé permettant de modifier la composition et les propriétés de ces fon- tes par l'abaissement de leur teneur en carbone ou d'autre part, par 1'aug- mentation, et, s'il y a lieu, par la diminution de leur teneur en silicium ou d'agir sur les teneurs en carbone et en silicium simultanément.
Elle s'étend, en outre, aux fontes ainsi obtenues.
Bien que dans le présent exposé il ne soit parlé,pour simpli- fier, que des hauts-fourneaux et des fontes de hauts-fourneaxu, 1'inven- tion s'applique à toutes les fontes de toute origine et de tout mode d'éla-
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boration, qu'elles soient de première fusion, élaborées dans un. appareil quel- conque, ou bien de deuxième fusion, c'est-à-dire refondues dans un appareil quelconque : cubilot, four électrique, four à réverbère, etc...
On sait que la température de solidification de la fonte hypereu- tectique va en décroissant en même temps que la teneur en carbone, contrai- rement à ce que l'on observe dans les fontes hypoeutectiques, dont la tempé- rature de solidification va en croissant quand la teneur en carbone décroît.
C'est ainsi que cette température baisse de 1800 approximativement pour une teneur en carbone de 6,67 % (cémentite Fe3C) à 1135 pour la teneur eutecti- que qui est 4,30 % dans le système fer-carbone; une variation semblable, mais décalée en valeur absolue,. existe dans les fontes renfermant d'autres constituants. Au contraire, la température de solidification remonte lorsque la teneur en carbone s'abaisse au-dessous de la teneur eutectique.
Selon l'invention, on utilise les calories, rendues disponibles par l'abaissement de la température de solidication, correspondant à la correction à faire subir à la teneur en carbone des fontes hypereutectiques sortant du haut-fourneau, pour fondre du fer ou de l'acier à l'état relativement divisé (ferrailles légères, tournures d'acier, etc..) chauffé ou non chauffé préalablement, oxydé ou non oxydé, en vue de réduire par dilution et (ou) par oxydation, la teneur initiale en carbone. L'addi- tion de fer métallique ou oxydé doit être dosée en fonction de la teneur en carbone réduite qui est recherchée, teneur qui peut être soit supérieure, soit inférieure à la teneur eutectique;
il faut naturellement tenir compte du relèvement de la température de solidification de la fonte qui accompagne l'abaissement de la teneur en carbone au-dessous de cette teneur eutectique et, en règle générale, doser l'addition de fer de telle sorte que la tem- pérature de la fonte, après l'addition, reste suffisamment supérieure à son point de solidification, cette marge de température étant déterminée en fonction du traitement ultérieur que la fonte doit subir.
Cette adjonction dosée de fer ou d'acier, oxydé ou non, qui peut être faite dans la poche où la fonte hypereutectique est coulée, a pour ef- fet, non seulement, de régler la teneur en carbone, mais encore d'agir favo- rablement sur la structure par homogénéisation de la grosseur des lamelles de graphite et de leur répartition. De cette homogénéisation découle une amélioration des propriétés mécaniques. De plus, la quantité de coke rap- portée à l'unité de poids de fonte finalement obtenue est diminuée par l'aug- mentation de production due à la transformation en fonte du fer ou de l'acier ajouté, grâce aux calories récupérées dans le sein de la fonte.
Pour diminuer la teneur en silicium, on brûle l'excès de silicium par l'oxygène contenu dans l'oxyde de fer que l'on obtient à la surface du fer ou de l'acier à l'état divisé ajouté à la fonte selon ce qui a été in- diqué ci-dessus, en réchauffant, au préalable, ces matières par une flamme oxydante. On peut aussi remplacer le fer ou l'acier à l'état divisé et oxydé, comme on vient de le dire, par des oxydes de fer tels que les battitures, minerais granulés ou pulvérulents, etce..
Une fraction de l'oxygène des oxydes brûle une partie du carbone de la fonte en CO et CO; une autre fraction, en se combinant au silicium, dégage une quantité de chaleur supérieure à celle qui est nécessaire à la décomposition des oxydes. Ces calories, jointes à la chaleur sensible de la fonte au-dessus de la température nécessaire à la coulée, sont disponi- 'bles pour fondre des matières métalliques ferreuses après réduction des oxy- des qu'elles peuvent contenir.
Enfin, une partie de l'addition est scorifiée avec les produits d'oxydation de la fonte (MnO, SiO2 etc.,.). On obtient donc, par une addition convenablement calculée du mélange de fer, à l'état divisé, et d'oxyde de fer granulé ou pulvérulent, une diminution de la te- neur en carbone et de la teneur en silicium, et la formation d'un laitier dont les propriétés sont déterminantes de la forme de graphitisation de la fonte.
Suivant les cas, les proportions entre les additions de fer ou d'acier et d'oxydes de fer peuvent varier entre des limites très étendues.
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Ces additions peuvent se faire soit dans un chenal de coulée, soit dans un récipient convenable, fixe ou mobile, chauffé ou non chauffé, et dans le- quel coule la fonte. Elles peuvent avoir lieu de façon continue dans le chenal de coulée ou dans le récipient, ou être massives en une ou plusieurs fois.
On peut également obtenir un abaissement des teneurs en silicium et en carbone, en même temps qu'une élévation de la température du bain mé- tallique, par insufflation d'une quantité dosée d'oxygène, de préférence à l'état divisé.
Pour accroître, au contraire, la teneur en silicium, ce qui peut s'obtenir par l'addition banale et évidente de corps appropriés apportant le silicium, tels que des ferro-siliciums à différentes teneurs, on soumet la fonte selon l'invention à l'action d'un laitier à haute teneur en silice qu'on réduit par le fer de la fonte et par le carbone, ou par certaines autres sub- stances réductrices qu'on ajoute au laitier, comme le carbure de calcium, l'aluminium, etc..
afin de faire passer dans la fonte la quantité voulue de siliciumo
Pour obtenir une réduction chimique importante de la silice en silicium, il faut que ce laitier contienne une forte proportion de silice, par exemple 60% au moins et d'autre part et en sens inverse qu'il ne renfer- me que très peu d'oxydes facilement réductibles, comme par exemple les oxy- des de fer et de manganèse, car leur présence gênerait la réduction de la silice ; à cause de cet inconvénient, le laitier ne doit pas contenir plus de 1% de tels oxydes.
Le laitier utilisé pour enrichir la fonte en silicium a, par exem- ple, l'une des compositions suivantes : EXEMPLE 1 SiO2=60 à 65% A1203= 10 à 25%
MgO = 15 à 30%
NaO2 = 0 à 5%
CaO = 0 à 10% EXEMPLE 2: SiO2 = 60 à 65%
CaO = 20 à 30%
MgO = 5 à 15%
Na2O = 0 à 5% EXEMPLE 3 :
SiO2= 60 à 75%
Na2O = 15 à 25%
A103= 5 à 15%
MgO ou
CaO = 0 à 10%
Dans ces laitiers, seule la silice est réduite en quantités appré- ciables par les éléments de la fonte (Fe et C)
En agissant, d'une part sur la température de la fonte, d'autre part sur la composition et sur la viscosité du laitier, on peut faire varier le degré de réduction de la silice et, par suite, régler la quantité de si- licium incorporée dans la fonteo Pour réaliser le traitement par le laitier, objet de la présente invention, on peut couler la fonte dans un récipient
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approprié, une poche par exemple, où le laitier se trouve déjà à l'état fon- du et rendu suffisamment fluide par des additions de fondants, de préférence de feldspath,
de fagon qu'il se produise entre fonte et laitier une émulsion fine favorisant une réduction énergique de la silice par le fer et par le carbone de la fonte.
On peut aussi soit fondre, soit verser la fonte à traiter préa- lablement fondue, dans un four approprié chauffé par exemple au gaz ou par l'arc électrique, puis introduire dans ce four les éléments du laitier con- forme à l'une des compositions ci-dessus; le laitier se forme à la surface du métal et entre en fusion et les réactions désirées se produisent alors à la surface de contact entre fonte et laitier, favorisées par l'élévation de la température. Quand on opère de cette façon, on utilise, pour réduire la silice et faciliter la dissolution du silicium dans-la fonte, des réduc- teurs tels que le carbone, par exemple sous forme de coke, le carbure de calcium, l'aluminium, etc... qu'on ajoute au laitier.
Dans chacun de ces modes de mise en oeuvre de l'invention, on peut ou bien rassembler les corps constituants du laitier (qu'on fond au préalable ou jette dans le four à l'état solide, suivant le cas) ou bien, ce qui est souvent avantageux, partir d'un laitier provenant d'une autre opération sidérurgique et le corriger pour le rendre apte au procédé ob- jet de l'invention.
Quelle que soit la façon dont on a formé le laitier, il y a sou- vent avantage à le régénérer ensuite, c'est-à-dire à lui restituer d'une manière appropriée la composition désirable.
EXEMPLES
Pour augmenter de 1,60 % environ la teneur en silicium d'une fonte de la composition ci-après,.
C = 3,85 %
Si = 0,38 % Mn = 0,70 % on verse, à l'état liquide, 2.000 kilos de cette fonte dans un four où l'on introduit ensuite 400 kg. d'un laitier ayant la composition ci-après,.
SiO2 = 64 %
A10203 10 %
CaO = 5 %
Na2O = 20 % Après traitement., la composition de la fonte est devenue la suivantes
C = 3,77 %
Si = 1,95 %
Mn = 0,51 % et le laitier résiduel présente la composition ci-après,.
SiO2 55 %
A103 14 %
CaO = 6 %
NaO2 22 %
FeO = 1,5 % MnO = 2,1 %
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ON peut ensuite régénérer le laitier en vue de son réemploi pour une autre coulée de fonte en lui restituant sa composition d'origine indi- quée ci-dessus, par une addition appropriée de silice faite en milieu réduc- teur
Dans cet exemple, le carbone et le fer de la fonte servent à réduire la silice, d'où une diminution de la teneur en carbone de la fonte; mais il est possible de réaliser l'enrichissement en silicium sans faire bais- ser de façon notable la teneur en carbone,- pour cela, il suffit d'employer, pour réduire le laitier siliceux, un réducteur tel que ceux indiqués plus hauts cocke ou carbure de calcium, etc...
REVENDICATIONS.
1 Procédé de traitement des fontes brutes hypereutectiques com- portant les particularités suivantes, qui peuvent être appliquées séparément ou en combinaison; a) la teneur en carbone est abaissée, en ajoutant à la fonte sortant du haut-fourneau du fer ou de l'acier à l'état relativement divisé, chauffé ou non chauffé préalablement, oxydé ou non oxydé, en vue de réduire par dilution et (ou) par oxydation la teneur initiale en carbone, la fusion du fer ou de l'acier ainsi ajouté étant réalisée par emprunt de chaleur à la fonte liquide, en mettant à profit l'abaissement de la température de'solidi- fication de ladite fonte qui accompagne la diminution de sa teneur en carbone;
ces additions sont faites de façon qu'elles exercent une influence favorable sur la structure de la fonte. b) la teneur en silicium de la fonte hypereutectique est augmen- tée en soumettant cette fontecoulée dans un récipient ou un four, à 1'ac- tion d'un laitier à haute teneur en silice, que l'on réduit par des réduc- teurs qui peuvent être déjà présents dans la fonte, tels que le fer et le carbone (ce qui dans ce dernier cas, permet de réduire simultanément la teneur en carbone), ou que 1'on ajoute spécialement.
2. Un mode de réalisation du procédé spécifié en 1 a), dans le- quel l'oxygène contenu dans le fer à l'état oxydé ajouté à la fonte est uti- lisé également pour diminuer la teneur en silicium de la fonte, les oxydes de fer pouvant être préalablement formés à la surface du fer ou de l'acier ajouté à l'état plus ou moins divisé, par une flamme oxydante appropriée., ou pouvant être constitués par des battitures, des minerais granulés ou pul- vérulents, etc.....
3. Un mode de réalisation du procédé spécifié en 1 b) dans le- quel le laitier a une teneur en silice au moins égale à 60 % et est exempt ou ne renferme que très peu d'oxydes facilement réductibles, tels que les oxydes de fer et de manganèse.
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PREVIOUS TREATMENT OF HYPEREUTECTIC RAW CAST IRON TO MODIFY
THEIR COMPOSITION AND THEIR PROPERTIES AND CASTINGS
THUS OBTAINED.-
Blast furnaces well run and using, in addition to conventional manufacturing methods, more recent processes, such as the injection by the nozzles of fuel and / or various materials, addition to the blown wind of fluids , for example of saturated or superheated steam, capable of facilitating the production of low carbon pig iron, etc. can produce cast irons of composition and properties varying within certain limits.
However, the conventional means of action remain quite limited and, on the other hand, the economic conditions limit the choice of the manufacturing process and especially of the raw materials that can be used. It follows that, for the generality of blast furnaces, the range of cast irons which can be produced under acceptable technical and economic conditions is very small. However, these cast irons are not always the most suitable for satisfying the needs of consumers within the normal range of each producer of raw cast irons.
On the other hand, it has seldom been sought, considering liquid cast iron, at the outlet of the blast furnace, as a starting product, to improve or modify it. The present invention relates in a particular way to hypereutectic melts, for example those which can be obtained in accordance with patent no. 490,834 filed April 26, 1949, and relates to a process for modifying the composition and properties of these castings by lowering their carbon content or, on the other hand, by increasing and, if necessary, by reducing their silicon content or by acting on the carbon and silicon contents simultaneously.
It also extends to the cast iron thus obtained.
Although in the present disclosure only blast furnaces and blast furnace cast irons are referred to for simplicity, the invention applies to all cast irons of any origin and method of production. ela-
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boration, whether they are of first fusion, elaborated in a. appliance of any kind, or of secondary fusion, that is to say remelted in any appliance: cupola, electric oven, reverberation oven, etc ...
We know that the solidification temperature of hypoeutectic cast iron decreases at the same time as the carbon content, contrary to what is observed in hypoeutectic cast iron, where the solidification temperature increases. when the carbon content decreases.
This is how this temperature drops from approximately 1800 for a carbon content of 6.67% (cementite Fe3C) to 1135 for the eutectic content which is 4.30% in the iron-carbon system; a similar variation, but shifted in absolute value ,. exists in cast irons containing other constituents. On the contrary, the solidification temperature rises when the carbon content drops below the eutectic content.
According to the invention, the calories, made available by lowering the solidification temperature, corresponding to the correction to be subjected to the carbon content of the hypereutectic cast iron coming out of the blast furnace, are used to melt iron or iron. 'steel in a relatively divided state (light scrap, steel turnings, etc.) heated or unheated beforehand, oxidized or not oxidized, with a view to reducing by dilution and (or) by oxidation, the initial carbon content . The addition of metallic or oxidized iron must be dosed as a function of the reduced carbon content which is desired, which content may be either higher or lower than the eutectic content;
it is of course necessary to take into account the increase in the solidification temperature of the cast iron which accompanies the lowering of the carbon content below this eutectic content and, as a general rule, to measure the addition of iron in such a way that the tem - The temperature of the cast iron, after the addition, remains sufficiently above its solidification point, this temperature margin being determined according to the subsequent treatment that the cast iron must undergo.
This metered addition of iron or steel, oxidized or not, which can be made in the ladle where the hypereutectic cast iron is poured, has the effect, not only of regulating the carbon content, but also of acting favorably. - stable on the structure by homogenization of the size of the graphite flakes and their distribution. This homogenization results in an improvement in mechanical properties. In addition, the quantity of coke compared to the unit of weight of cast iron finally obtained is reduced by the increase in production due to the transformation into cast iron or steel added, thanks to the calories recovered in the breast of the cast.
To reduce the silicon content, the excess silicon is burned by the oxygen contained in the iron oxide which is obtained on the surface of the iron or steel in the divided state added to the cast iron according to as indicated above, by heating these materials beforehand with an oxidizing flame. It is also possible to replace iron or steel in the divided and oxidized state, as we have just said, by iron oxides such as scale, granulated or powdered ores, etc.
A fraction of the oxygen in the oxides burns a part of the carbon in the cast iron to CO and CO; another fraction, by combining with silicon, releases a quantity of heat greater than that which is necessary for the decomposition of the oxides. These calories, together with the sensible heat of the melt above the temperature necessary for the casting, are available to melt ferrous metallic materials after reduction of the oxides they may contain.
Finally, part of the addition is slagged with the oxidation products of the cast iron (MnO, SiO2 etc.). Thus, by a suitably calculated addition of the mixture of iron, in the divided state, and of granulated or powdered iron oxide, a decrease in the carbon content and in the silicon content is obtained, and the formation of 'a slag whose properties are decisive for the graphitization form of the cast iron.
Depending on the case, the proportions between the additions of iron or steel and of iron oxides may vary between very wide limits.
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These additions can be made either in a pouring channel or in a suitable container, fixed or movable, heated or unheated, and in which the cast iron flows. They can take place continuously in the pouring channel or in the container, or be massive in one or more times.
A reduction in the silicon and carbon contents can also be obtained, together with an increase in the temperature of the metal bath, by blowing in a metered quantity of oxygen, preferably in the divided state.
To increase, on the contrary, the silicon content, which can be obtained by the banal and obvious addition of suitable bodies providing silicon, such as ferro-silicones at different contents, the cast iron according to the invention is subjected to the action of a slag with a high silica content which is reduced by the iron in the cast iron and by carbon, or by certain other reducing substances which are added to the slag, such as calcium carbide, aluminum, etc.
in order to pass the desired amount of silicon through the cast iron
To obtain a significant chemical reduction of silica to silicon, this slag must contain a high proportion of silica, for example at least 60% and on the other hand and in reverse that it contains only very little silica. easily reducible oxides, such as, for example, the oxides of iron and manganese, because their presence would interfere with the reduction of silica; because of this drawback, the slag should not contain more than 1% of such oxides.
The slag used to enrich the cast iron with silicon has, for example, one of the following compositions: EXAMPLE 1 SiO2 = 60 to 65% A1203 = 10 to 25%
MgO = 15 to 30%
NaO2 = 0 to 5%
CaO = 0 to 10% EXAMPLE 2: SiO2 = 60 to 65%
CaO = 20 to 30%
MgO = 5 to 15%
Na2O = 0 to 5% EXAMPLE 3:
SiO2 = 60 to 75%
Na2O = 15 to 25%
A103 = 5 to 15%
MgO or
CaO = 0 to 10%
In these slags, only silica is reduced in appreciable quantities by the elements of the cast iron (Fe and C).
By acting, on the one hand on the temperature of the iron, on the other hand on the composition and on the viscosity of the slag, it is possible to vary the degree of reduction of the silica and, consequently, to adjust the quantity of silica. silicon incorporated in the fonteo To carry out the treatment with slag, object of the present invention, the cast iron can be poured into a container
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suitable, for example a ladle where the slag is already in the molten state and made sufficiently fluid by additions of fluxes, preferably feldspar,
so that a fine emulsion is produced between cast iron and slag favoring an energetic reduction of the silica by the iron and by the carbon of the cast iron.
It is also possible either to melt or pour the melted iron to be treated beforehand, in a suitable oven heated for example by gas or by an electric arc, then introduce into this oven the elements of the slag in accordance with one of the compositions above; the slag forms on the surface of the metal and melts and the desired reactions then occur at the contact surface between cast iron and slag, favored by the rise in temperature. When operating in this way, to reduce the silica and facilitate the dissolution of the silicon in the cast iron, reducing agents such as carbon, for example in the form of coke, calcium carbide, aluminum, etc. are used. etc ... which is added to the slag.
In each of these embodiments of the invention, it is possible either to bring together the constituent bodies of the slag (which is first melted or thrown into the oven in the solid state, as the case may be) or else, this which is often advantageous, starting from a slag coming from another iron and steel operation and correcting it to make it suitable for the process which is the subject of the invention.
Regardless of the manner in which the slag has been formed, it is often advantageous to regenerate it subsequently, that is to say to restore it in an appropriate manner to the desirable composition.
EXAMPLES
To increase the silicon content of an iron of the composition below by approximately 1.60% ,.
C = 3.85%
If = 0.38% Mn = 0.70%, 2,000 kilograms of this cast iron are poured in a liquid state into an oven where 400 kg are then introduced. of a slag having the following composition ,.
SiO2 = 64%
A10203 10%
CaO = 5%
Na2O = 20% After treatment, the composition of the cast iron became as follows
C = 3.77%
Si = 1.95%
Mn = 0.51% and the residual slag has the following composition.
SiO2 55%
A103 14%
CaO = 6%
22% NaO2
FeO = 1.5% MnO = 2.1%
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The slag can then be regenerated with a view to its reuse for another cast iron casting by restoring it to its original composition indicated above, by a suitable addition of silica made in a reducing medium.
In this example, the carbon and iron in the cast iron are used to reduce the silica, resulting in a decrease in the carbon content of the cast iron; but it is possible to carry out the enrichment in silicon without significantly lowering the carbon content, - for this, it is sufficient to use, to reduce the siliceous slag, a reducing agent such as those indicated above. calcium carbide, etc.
CLAIMS.
1 Process for treating hypereutectic pig iron including the following features, which can be applied separately or in combination; a) the carbon content is lowered by adding to the cast iron leaving the blast furnace iron or steel in a relatively divided state, heated or unheated beforehand, oxidized or unoxidized, in order to reduce by dilution and (or) by oxidation the initial carbon content, the melting of the iron or steel thus added being carried out by borrowing heat from liquid cast iron, taking advantage of the lowering of the solidification temperature of said cast iron which accompanies the decrease in its carbon content;
these additions are made in such a way that they exert a favorable influence on the structure of the cast iron. b) the silicon content of the hypereutectic cast iron is increased by subjecting this cast iron in a vessel or furnace to the action of a high silica content slag, which is reduced by reductions. substances which may already be present in the cast iron, such as iron and carbon (which in the latter case allows the carbon content to be reduced simultaneously), or which are specially added.
2. An embodiment of the process specified in 1 a), in which the oxygen contained in the iron in an oxidized state added to the pig iron is also used to decrease the silicon content of the pig iron, iron oxides which may be formed beforehand on the surface of iron or steel added in a more or less divided state, by an appropriate oxidizing flame., or which may consist of scales, granulated or pulverulent ores, etc .....
3. An embodiment of the process specified in 1 b) in which the slag has a silica content of at least 60% and is free or contains very few easily reducible oxides, such as oxides of iron and manganese.
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