CN100999878B - 具有可变供料角度的齿形精磨机板 - Google Patents

Abstract

一种精磨机板，包括：同心的齿排和齿，其中所述齿在径向上面向内排列，齿的侧壁与板的径向线成一角度，并且第一(组)齿排的齿的角度与第二(组)齿排的齿的角度不同。

Description

具有可变供料角度的齿形精磨机板

相关申请

本申请要求申请日为2006年1月9日的美国临时专利申请第60/743,107号的权益，该美国申请的全部内容通过引证而结合在本申请中。

技术领域

本申请总体上涉及一种用于从纤维材料中移除污染物的精磨机，所述纤维材料例如是回收或再生纸以及包装材料。具体地说，本发明涉及精磨机板，尤其涉及板上的齿的角度设置。

背景技术

精磨机板用于将机械功传递到纤维材料上。具有齿的精磨机板（与具有道（bar）的板对照）通常用在其任务为在添加或不添加化学制剂的情况下对纤维材料进行疏解、分散（disperge）或混合的精磨机上。本申请所公开的精磨机板一般适用于所有的齿形板，其中所述齿形板专用于分散机和一般的精磨机。

分散工艺过程主要用在去墨系统，以再生用过的纸和纸板，从而作为用于生产新纸或纸板的原材料而得以重新使用。分散工艺过程用以除去纤维中的墨，分散墨和污垢颗粒使其尺寸减小到有利的尺寸、以在后续阶段将其移除，另外，使颗粒尺寸减小到可视检测尺寸以下。分散机还用以破坏掉粘性物、涂层颗粒以及蜡（统称为“颗粒物”），这些粘性物、涂层颗粒和蜡经常存在于送进净化机的纤维材料中。通过分散机将颗粒从纤维中移除，使其夹带在纤维材料的悬浮体以及流过精磨机的液体中，同时由于颗粒漂浮或从悬浮体中被冲洗出从而从悬浮体中被移除。另外，分散机还可用于对纤维进行机械处理，以保持或改进纤维的强度并且将漂白化学制剂与纤维浆体混合在一起。

用在回收纤维材料上的机械分散机通常有两种：揉搓机（kneeder）和旋转盘。本申请集中于具有齿形精磨机定子板的盘式分散机板。盘式分散机类似于浆体或碎屑精磨机。精磨机盘通常具有安装在其上的环形板或配置成一圆形盘的一系列板节段。在盘式分散机中，使用进料螺杆将浆体送进精磨机的中心，并且沿外围移动而穿过分散区域，其中所述分散区域是旋转（转子）盘和静止（定子）盘之间的间隙，另外，浆体在盘的外周处从分散区域排出。

盘式分散机的一般构型为两个彼此面对的圆形盘，其中一个盘（转子）通常以高达1800rpm的速度以及可能更高的速度旋转。另一盘（转子）则静止不动。可供选择地，两个盘可沿相反的方向同时旋转。

在每一个盘面上都安装有具有齿（也称为锥体）的板，其中所述齿安装成切向排。板可以是单个环形板或一系列环形的板节段。每一齿排通常处于始于盘中心的同一径向线。当位于精磨机或分散机中的转子盘和定子盘彼此相对时，转子齿排和定子齿排互相交错。转子齿排和定子齿排横穿位于盘之间的分散区域平面。在交错的齿排之间形成有通道。通道限定了盘之间的分散区域。

当纤维浆体移动穿过连续的转子齿排和定子齿排时，纤维浆体交替在转子齿和定子齿之间流动。浆体从盘的中心入口移动到位于盘的外圆周处的外周出口。当纤维从转子齿流动到定子齿以及从定子齿流动到转子齿时，由于转子齿排在定子齿排之间旋转而使纤维受到冲撞。转子齿和定子齿之间的空隙通常大约为1到12mm（毫米）。纤维并未由于齿的冲撞而受到切割，而只是受到严重的和交替的的揉曲。纤维所受到的冲撞使纤维的墨和色剂颗粒物断碎而变成更小的颗粒物，并且使纤维的粘性物颗粒断碎。

用在盘式分散机上的板通常有两种：（1）具有啮合齿形模式的锥体设计（也称为齿设计），以及（2）精磨机道设计。已经开发出一种新的用于精磨机板的锥体齿设计，并且披露于本申请中。

在名称为“Grooved Pyramid Disperger Plate”的共同持有的美国专利申请公开第2005/0194482号中，公开了一种增强型的示例性锥体齿形板节段。对于锥体板来说，纤维物料受到径向推动而穿过在相对的板上的齿之间形成的小通道，如图1c所示。浆状纤维在流动穿过分散机时经受高强度的剪切，例如冲撞，这是由于纤维对纤维以及纤维对板的剧烈摩擦所造成。

图1a、1b和1c所示为具有传统齿模式的示例性锥体板节段。精磨机或分散机10包括分散机板14、15，所述碎机板14、15可各自紧固到相对的分散机盘12、13的其中一个盘的盘面上。在图1c中仅显示出盘12、13的一部分，盘12、13各自具有中心轴线19、径向线32和大体为圆形的外周，其中所述盘12、13绕着所述中心轴线19旋转。

可将板分成节段或不分。分成节段的板为通常安装在分散机盘上的一系列环形的板节段。不分节段的板则为接附到分散机盘上的单件环形板。板节段14用在转子盘12上，而板节段15则用在定子盘13上。转子板节段14以环形排布方式接附到转子盘12的盘面上从而形成板。可通过任何便利或传统的方式将节段紧固到盘上，比如通过穿过钻孔17的螺栓（未示出）。按并排方式配置分散机板节段14、15，以形成接附到每一个盘12、13的盘面上的板。

每一分散机节段14、15具有朝着其所接附的盘的中心19的内边缘22以及位于盘外周附近的外边缘24。每一板节段14、15在其基面上具有锥体或齿28的同心排26。转子盘12及其板节段14的旋转使得离心力施加到进行精磨的材料上，例如纤维，从而造成材料从板的内边缘22径向向外移动到板的外边缘24。进行精磨的材料占主导地移动穿过形成在相对的板节段14、15的邻近齿28之间的分散区域通道30。进行精磨的材料从分散区域径向流出，进入到精磨机10的壳体31中。

同心排26各自位于离盘中心19的同一径向距离处（见径向线32），并且被配置成互相啮合，从而使得转子和定子齿28能够横穿盘之间的平面。当转子齿28移到靠近定子齿28时，从定子的中心流动到盘的外周的纤维受到冲撞。转子齿28和定子齿28之间的通道空隙大约在1到12mm，从而使得当纤维在转子盘12上的齿和定子盘13上的齿之间的通道流动时，纤维不会受到切割或夹缩，而是受到严重地和交替地揉曲。纤维的揉曲过程使纤维上的墨和色剂颗粒物断碎而变成较小的颗粒物，并且使纤维上的粘性物颗粒断碎。

图2a和2b所示分别为用在定子盘外部排上的标准齿的几何构造体34的顶视图和侧视截面图。齿34具有锥体设计，包括朝着齿的顶部38呈锥形的直立侧壁36。标准齿28的侧壁各自大体上平行于板的径向线32。

对于现有技术的板来说，第一组三到四个齿排中的每个都具有大约10度的供料角度，而最靠外的三到四个齿排具有0度的供料角度。另外，现有技术中的其他板包括成排的供料杆（齿形的一种类型），其排与排之间具有逐渐增大的供料角度，直到供料角度到达零（0）度，其中剩余的外部排保持为零度的供料角度。具有渐增的供料角度的典型板的供料角度可以是（从径向上在最内部的供料杆排开始）：10度，11度，12度，13度，0度，0度，0度和0度。

分散机板的主要任务是在纤维穿过盘之间的通道期间，将能量脉冲（冲撞）传输到纤维上。得到广泛认可的齿形板一般包括方形锥体齿几何构造，其中在边缘长度以及齿的排列方面有所变化，从而获得期望的结果。

由于转子盘产生的离心力的作用，在盘之间流动的精磨材料可以被加速到高的速度。一些精磨材料以高速度离开盘12、13，并沿径向被排向精磨机的壳体31。精磨材料对壳体的高速冲撞会导致壳体磨损并在壳体上产生破坏性的气蚀作用。长期以来就存在着这种需求，即减少精磨机和分散机壳体上的磨损和危害，具体地说，减少由于精磨材料冲撞壳体而产生的磨损和危害。

发明内容

已经开发出一种具有齿的精磨用板，所述齿具有供料角度，板上的齿排的供料角度是不同的。所述板可用于精磨机，尤其可用于分散机。所述板可用于一定子盘或一转子盘，或者用于一对转子盘。

具体来说，已经开发出一种齿形分散机板，该板的齿排具有供料角度，其中：从最靠内的齿排到最靠外的齿排，其供料角度是不同的，齿排之间供料角度的差值为15度到90度，优选为20度到90度，更优选为30度到90度。供料角度在齿排与齿排之间可以是变化的。可选择地，对于多个齿排的供料角度来说，例如2到3个齿排，可以是第一恒定的供料角度；第二组多个齿排的供料角度可以是第二供料角度（小于第一供料角度），第三组和最后一组齿排的供料角度可以是第三供料角度（小于第二供料角度）。另外，第一齿排（或者第一组少量的齿排）的供料角度相对于最靠外的齿排（或者最后的少量齿排）的供料角度可以变化15度到90度。供料角度的变化可以使径向上靠外的齿排的供料角度减小，使靠外的齿排的阻滞角度增大，并使供料回角从把浆体输进分散机区域（在靠内的齿排处）变化为把浆体保持在该区域内（在靠外的齿排处）。

已经开发出的精磨机板包括：同心的齿排和齿，其中所述齿在径向上面向内排列，齿的侧壁与板的径向线成一角度，并且第一齿排的角度与第二齿排的角度不同。所述精磨机板可用于分散机。

已经开发出的精磨机板包括：同心的齿排，其中，任一齿排的齿为位于板上的锥形突起，所述齿包含倾斜的前壁和后壁以形成一齿顶部，该齿顶部沿与贯穿齿的所述板的径向线大体垂直的方向延伸；每个齿上形成的供料角度，其中供料角度由齿的前导边缘形成；第一齿排的供料角度与第二齿排的供料角度不同，所述第二齿排为板上靠外四排齿排中的之一，并且所述供料角度的差值至少为20度到不超过90度，或者为更窄的范围30度到90度，其中，所述精磨机板上的同心齿排同精磨机中相对的精磨板上的同心齿排相交织。第一齿排可以是径向上最靠内的齿排，第二齿排可以是径向上最靠外的齿排。

另外，第一齿排相对于板的径向线形成的角度范围为5度到负5度，或者相对于板的径向线形成的阻滞角度范围为负5度到负30度。阻滞角度是一种通常用负角度表示的回料角度。另外，入口角度可以是中性的，例如相对于径向线成零度，沿着径向上由内向外的方向，齿排的齿的角度从中性角度转变为阻滞角度。可选择地，入口处的齿排可以具有微小的阻滞角度，沿着径向向外的方向，齿排的阻滞角度是增大的。另外，入口处的齿排可以具有供料角度，并且齿的角度在径向向外的齿排处转变为阻滞角度。在另一个实施例中，入口处的齿排可以具有大的供料角度，并且在朝着径向向外的齿排方向上，齿的角度转变为微小的供料角度或中性角度。

在精磨机板上，齿排和齿排之间的供料角度可以不同，角度的差值是板上的齿排的累积差值。对于板上的所有齿排来说，相邻齿排之间的供料角度的差值可以在3度到5度之间变化。

可选择地，第一组齿排具有与第一齿排相同的角度，第二组齿排具有与第二齿排相同的供料角度，第三组齿排具有第三供料角度，其中第二供料角度的大小处于第一齿排的第一供料角度和第三齿排的第三供料角度之间。第一组齿排可以在径向上比第三组齿排靠内，第三组齿排可以在径向上比第二组齿排靠内。

一种精磨机，包括：一包括转子板的转子盘和一包括定子板的定子盘，其中定子板与旋转的转子板相对面对着；转子板包括同心的齿排，转子板的第一齿排的供料角度与第二齿排的供料角度不同，其中所述第一齿排和第二齿排的供料角度之间的差值范围为15到90度，定子板包括同心的齿排，定子板的第一齿排的供料角度与第二齿排的供料角度不同，其中所述第一齿排和第二齿排供料角度之间的差值范围为15到90度。

已经开发出一种对精磨机中相对的盘之间的材料进行精磨的方法，该方法包括：将材料输进所述盘的其中至少一个盘的入口；相对于另一盘旋转其中一个盘，同时材料在所述盘之间径向向外移动，使所述材料承受由于旋转盘上的齿排与另一盘上的齿排啮合而产生的冲撞，其中，在至少一个所述盘上的第一齿排的供料角度与所述至少一个所述盘上的第二齿排的第二供料角度不同，两者供料角度的差值范围为15度到90度。

附图说明

图1a和1b分别为用于盘式分散机的齿形板的正视图和侧视图。

图1c是其间具有间隙的盘以及定子和转子分散机板的局部侧剖视图。

图2a和2b分别是现有分散过程中使用的标准齿形几何构造的俯视图和侧立体图，其中齿形几何构造包括一具有朝着齿顶部呈锥形的直侧壁的锥形设计。

图3a和3b分别是有倾角的齿的俯视图和侧立体图，其中齿的侧壁相对于盘的径向线成一角度。

图4a和4b分别是采用成角度齿的几何构造的分散用转子板的正视图和侧剖视图。

图5a和5b分别是与图4a和4b中转子板一起使用的分散用定子板的正视图和侧剖视图。

图6a和6b分别是分散用板的另一实施例的正视图和侧剖视图。

图7a和7b分别是分散用板的又一个实施例的正视图和侧剖视图。

具体实施方式

本申请所披露的新型精磨机板适用于任何类型的分散机和锥体或齿形的精磨机板。所述板的特点在于位于转子板和定子板上的齿排的新型几何构造。所述新型的齿形几何构造涉及对齿的侧壁的定向，使得齿的侧壁相对于板或者盘的径向线形成一角度。所述板包括一新型的转子板结构（应用到旋转盘上）和一新型的定子板结构（应用到固定的、非旋转的盘上）。这些新型的板结构涉及齿排的模式，其中每一排齿中各个齿的侧壁与径向线之间都具有大体上相同的角度，而各个齿排之间侧壁的角度是不同的。

图3a和3b所示分别为成角度齿40的顶视图和侧视立体图，其中齿的侧壁相对于盘中心的径向线32成一角度。具体地说，齿40的一个或两个侧壁42相对于盘的径向线32成一角度44。另外，侧壁42可以朝着齿的顶部46形成或不形成锥体。齿的根部48从板的较低表面开始延伸。齿的前壁50径向面朝内，齿的后壁52则径向面朝外。前壁和后壁可以各自大体上平行于板的切线。前壁和后壁可以朝着齿的顶部倾斜。

在一个优选实施例中，转子和定子板节段都具有新型的成角度齿的结构，并且它们一起被使用。另一方面，转子和定子设计都提供了它们各自的改进，并可以与其他类型的定子和转子板节段一起使用。

分散机板的齿的几何构造包括齿侧壁的成角度设计，从而有利于控制供料和保存浆体。侧壁角度是指齿的侧壁和板/盘的径向线之间的角度。对于一个环形齿排上的所有齿来说，它们的侧壁角度可以是相同的。板的各个齿排的侧壁角度可以不同。例如，第一组齿排（在板的入口处，或板的内径处）的齿的侧壁角度与最后一组齿排（在板的外周处）的齿的侧壁角度之差可以至少是20度到90度。侧壁角度的变化可以发生在两个相邻的或非相邻的齿排之间，可以在以三个或更多齿排为一系列的系列之间（齿排的数量可以相同也可以不同），可以是板的全部齿排中从一个齿排到另一个齿排的角度逐渐变化。优选地，从第一组齿排到最后一组齿排的侧壁角度的变化至少是15度，并且不超过90度，最优选的情况在20度和90度之间。

齿排之间的侧壁角度的变化要达到以下一个或多个目标。这些目标都是为了获得纤维穿过盘式精磨机尤其是盘式分散机时更一致的供料效果，其中所述精磨机具有齿形板：

目标1.当分散机中的流量非常高时，材料的供给将变得困难，尤其是在分散机板的入口，该入口处的供料离心力较小（这是由于较小的半径位置），并且浆体流动的开口面积也更受限制（这是由于在较小的半径位置处圆周的截面积较小）。在这种情况下，本申请中板的入口处或朝着板的入口处的有效供料角度将允许供给更大量的纤维，而不需要移除相当数量的齿，不然这些相当数量的齿会降低分散效率，上述有效供料角度例如是30度或更大。当浆体向外移动时，离心力和开口区域结合向着一个方向移动，从而帮助供料，供料角度被逐渐减小，例如减小到30度到5度的范围或更小，以在齿之间的界面上保持足够多的浆体积蓄，从而获得好的分散效率。

目标2.当分散机中的流量非常低时，齿之间的界面上可能没有足够多的浆体积蓄，因此无法获得好的分散效率。当浆体到达靠外的齿排时，由于出现了齿的阻滞角度的增大，因此给浆体提供了足够的停留时间，从而导致纤维的大量积蓄，进而提供了好的分散效率。所述阻滞角度可以在5度到20度之间，靠外的齿排的倾斜方向与靠内的齿排的倾斜方向相反。齿的倾斜角度是侧壁相对于盘的径向线的角度。由于阻滞角度会造成对分散机单元的盘之间通道的供料情况变差，因此阻滞角度一般不出现在靠内的齿排（入口附近）上。一个或多个径向外部齿排的齿具有阻滞角度。如果多个齿排，例如两个到四个，具有阻滞角度，角度的斜率会从一个靠外的齿排到下一个更靠外的齿排逐渐增大。

目标3.当纤维的供给流量处于正常范围内时，齿的设计可以通过倾斜的侧壁角度再次起到作用，这是通过如下方式达到的，在入口处采用微小的供料角度，从一个齿排到下一个更靠外的齿排逐渐减小斜率，直到最靠外的齿排（齿排组）具有微小的阻滞角度。所述微小的供料角度可以在45度到20度的范围内，并被应用在第一、第二和/或第三个最靠内的齿排上。微小的入口供料角度和从齿排到齿排之间侧壁角度的逐渐变化有如下优点，使穿过做为分散区域的通道的浆体速度更加恒定，因此在各个齿的界面之间能获得更为一致的分散效率。

图4a和4b所示分别是一个示例性的转子分散机板54的正视平面图和侧剖视图，所述转子分散机板采用双角度几何构造的齿，这些齿与图5a和5b中所示的转子板相配合。转子板的旋转方向为逆时针方向，如箭头55所示。

转子分散机板节段54包括的齿排中每一个都具有成角度的侧壁齿的几何构造。所述侧壁角度从一个齿排到下一个更靠外的齿排逐渐减小，直到具有阻滞角度的最靠外齿排56为止。

靠内齿排的齿58的侧壁角度在各齿排之间可以不同（参见图4a和4b中的齿排58，60，62，64，66和68）。侧壁角度的变化可以是从齿排到齿排的增加，可以是相邻齿排之间具有大的角度变化和齿排之间没有角度变化相交替，或者在入口齿排（如齿排64，66和68）和靠外的齿排（如齿排60和62）处集中。相邻齿排之间侧壁角度的变化可以相对较小，例如在2度到15度之间，尤其是在所有齿排上都有侧壁角度增大的变化时。所有齿排的侧壁角度的总体变化优选为至少20度到不超过90度。从靠内的齿排68到最靠外的齿排56的角度变化更优选为20度到90度的窄范围。

例如，最靠内的齿排68、66和64的侧壁角度可以在10度到15度之间，中部的齿排62、60可以具有0度到5度的相同侧壁角度，靠外的齿排56可以具有5°到20°的相反（阻滞）角度。可选择地，从入口处齿排（68，66，和/或64）的微小供料角度15度到齿排60或其附近的零侧壁角度，侧壁角度的增量可以在3度到8度范围内逐渐减小，阻滞齿排56的齿可以相当急剧地变化为小于20度的反向角度。

图5a和5b所示是一个示例性的定子分散机板节段70，所述定子分散机板节段采用被布置在齿排74、76、78、80、82和84中的角度几何构造齿形72。定子分散机板节段（当布置在板上时）与转子板54相对，这样转子板和定子板的各个齿排能互相啮合。所述阻滞角度（与靠内的齿排侧壁角度相反）可以至少与转子齿排56的阻滞角度一样大。

图6a和6b所示是一个示例性的定子板节段90，所述定子板节段具有齿排。对于一个靠内的齿排92来说，齿相对于板的径向线形成的角度在10度到20度的范围内。所述靠内的齿排可以是最靠内的齿排，或者是第一组两个或三个靠内的齿排中的一个。靠外的齿排94的阻滞角度可以是负10度到负60度。所述靠外的齿排可以是最靠外的齿排，或者是两个或三个最靠外的齿排中的一个。可选择地，靠内的齿排92相对于板的径向线形成的角度在25度到35度的范围内，靠外的齿排94形成的阻滞角度在5度到负5度的范围内。

图7a和7b分别是分散用板100的又一个实施例的正视图和侧剖视图。靠内的齿排（组）102相对于板的径向线形成的角度在10度到20度的范围内，靠外的齿排（组）104形成的阻滞角度在负10度到负20度的范围内。可选择地，靠内的齿排（组）102相对于板的径向线形成的角度在5度到负5度的范围内，靠外的齿排（组）104形成的阻滞角度在负25度到负35度的范围内（注意，术语“阻滞”角度是指齿的向后（负角度）倾斜）。

成角度的分散机齿以及分散机板上齿的排列模式可以以各种方式配置。例如，板的模式可以包括直的（0°）入口齿，这些齿之间间隔较大，包括供料齿，所述供料齿逐渐转为阻滞式的。图7a和7b中的第一齿排可以具有直的入口齿，第二齿排（是靠内的齿排）的供料角度可以是10度到20度，或者5度到负5度。另外，相邻齿排之间分散机齿的角度可以轻微的增大或减小，同时对于所有齿排来说齿的角度逐渐变化。

尽管已经针对目前看来最为实用和最为优选的实施方式对发明进行了描述，但是应当理解的是，本发明并不限于所披露的实施方式，相反，本发明旨在涵盖包括在权利要求的精神和范围之内的各种改进以及等同的实施方式。

Claims (11)

1.一种精磨机板，包括：

同心的齿排，其中，每一齿排的齿为位于板上的锥形突起，所述齿包含倾斜的前壁和后壁以形成一齿顶部，所述齿顶部具有一宽度，该齿顶部沿与贯穿齿的所述板的径向线大体垂直的方向延伸；

在多个齿排的齿上形成的供料角度，其中所述供料角度通过齿的前导边缘形成；

第一齿排的供料角度与第二齿排的供料角度不同，其中，所述第二齿排为板上靠外四排齿排中之一，并且第一齿排的供料角度和第二齿排的供料角度的差值至少为20度到不超过90度。

2.根据权利要求1所述的精磨机板，其中至少三个齿排中的每个齿排具有唯一的供料角度，每个齿排的齿的供料角度都不同于其他齿排的齿的供料角度。

3.根据权利要求1所述的精磨机板，其中所述差值的范围为30度到90度。

4.根据权利要求1所述的精磨机板，其中所述第一齿排是径向上最靠内的齿排，所述第二齿排是径向上最靠外的齿排。

5.根据权利要求4所述的精磨机板，其中所述第一齿排相对于板的径向线形成的角度范围为5度到负5度。

6.根据权利要求4所述的精磨机板，其中所述第一齿排相对于板的径向线形成的角度范围为10度到20度，靠外的齿排具有的阻滞角度范围为负10度到负60度，位于第一齿排和靠外的齿排之间的中部齿排形成的供料角度范围为负5度到正5度，其中第一齿排、中部齿排和靠外的齿排中的每一个齿排都具有不同的供料角度。

7.根据权利要求4所述的精磨机板，其中所述第一齿排相对于板的径向线形成的角度范围为25度到35度，靠外的齿排具有的阻滞角度范围为5度到负5度，位于第一齿排和靠外的齿排之间的中部齿排形成的供料角度范围为10度到20度，其中第一齿排、中部齿排和靠外的齿排中的每一个都具有不同的供料角度。

8.根据权利要求4所述的精磨机板，其中所述第一齿排相对于板的径向线形成的角度范围为10度到20度，靠外的齿排具有的阻滞角度范围为负10度到负20度，位于第一齿排和靠外的齿排之间的中部齿排形成的供料角度范围为负5度到正5度，其中第一齿排、中部齿排和靠外的齿排中的每一个齿排都具有不同的供料角度。

9.根据权利要求5所述的精磨机板，其中靠外的齿排具有的阻滞角度范围为负25度到负35度。

10.根据权利要求1所述的精磨机板，其中齿排与齿排之间的供料角度是变化的。

11.根据权利要求1所述的精磨机板，其中板包括板节段的环形排列。

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