CN1033166A - 移动式多用组合炉 - Google Patents

Abstract

本发明移动式多用组合炉是用“上引连铸法”生 产无氧铜杆新工艺生产线的关键设备，它不仅可以用 来生产无氧铜杆、线、还可以用来生产其他无氧铜管、 型材空心导线及各种异形铜材，移动式多用组合炉具 有三个熔沟，三个工作室、熔化室、静置室、保温室、二 个熔沟安置在熔化室与静置室之间，另一个安置在保 温提升室内，电气控制采用单相电炉三相供电自动平 衡调压器，并配有连续定氧测头、杆温、溶沟，回水温 度检测装置。该设备生产无氧铜产品工艺简单、成品 合格率高、操作方便，节电投资费用低。

Description

本发明移动式多用组合炉用“上引连铸法”生产无氧铜杆新工艺生产线的关键设备。它不仅可以用来生产无氧铜杆、线，还可以用来生产其他无氧铜杆、型材、空心导线及各种异形铜材。

近几年来国内各电线电缆厂、铜材厂相继投产的近30套“上引连铸法”无氧铜生产线。其关键设备熔化炉、保温炉均为单沟式工频感应电炉（包括从国外引进的生产线）电解铜在熔化炉内熔化后，由倾倒装置使其倾斜一定角度让铜液由流嘴通过流槽进入保温炉内。然后在保温炉内进行铜液保温提升上引结晶铸造成无氧铜杆。这种熔化炉、保温炉各自独立的双炉分离制结构，操作工艺复杂，产品质量不稳定，特别是倾倒铜液的过程难以恰当控制。从而导致铜杆经常性的开裂，脆断，出现内部气孔。空穴等疵病。即使采取了密封式流槽的某些改进措施，但总是难以避免该周期性倾倒铜液时所带来的质量影响，因而该种结构的上引连铸工艺生产线使大多数工厂的废品率增高成本剧增。

就从国外引进芬兰奥克托兰公司，上引连铸法全套工艺技术和设备为L820K生产线。年产量20mm无氧铜杆8000吨，L1614K型生产线年产量14.4mm，无氧铜杆12000吨其生产能力均相当可观。然而问题之一是能否有如此量多的原材料电解铜供应。其二是即使能有货源是否及时供应，能否确保不因运输等环节影响而停工待料。其三能否有足够的流动资金，来储备原材料投入周转，就以每月耗量1000吨电解铜考虑，按目前市场浮动铜价约每吨10400元计，则1个月时间内资金占用为1040万元这个等资金非是一般中小型工厂所能承受的;其四是引进的生产线最大的缺点是停工待料时电炉不能停电，必须供电保温，如一旦停电，则必然造成电炉报废，某厂停工待料近六个月仅供电保温耗电功率每天实测约220KW，6个月停产耗电约95万度，电费19万元。

本发明的目的是提供一种具有三个熔沟，三个工作室的移动式多用组合炉，生产无氧铜产品，工艺简单、工艺稳定性好，成品合格率高，操作方便，节电效果显著、投资费用低。

移动式多用组合炉具有三个熔沟、三个工作室。两个熔化室熔沟G₁.G₂安置在熔化室与静置室之间。保温室熔沟G₃安置在保温提升室内，三个熔沟从底部用第一流口和第二流口将熔化室、静置室保温提升室连通。每个熔沟均相当于有芯工频感应电炉变压器1LB 2LB的次级短路线圈。

移动式多用组合炉上部为上炉体内有熔化室、静置室、保温提升室，外部为上炉壳、下炉架，上炉壳与下炉架之间装有炉壳下底板。上炉壳内砌有两层耐火砖，耐火砖之间采用石英砂炉衬保温隔热。外层耐火砖与炉壳之间装有硅酸铝板与石棉板，熔化室与静置室之间采用第一隔墙隔开，下部开有第一流口，静止室与保温提升室之间采用第二隔墙隔开，下部开有铜液第二流口。炉壳上部有上炉壳盖板熔化室，上部有进料盖手柄，进料盖、熔化室炉盖板;静置室上部有静置室中盖板、静置室盖板、静置室结晶器插孔，在铜料时将8头引杆改为2头引杆期间使用，此时停用保温室升，为节电才使用。保温提升室上部有保温提升室盖板，保温室右盖板、保温室左盖板。保温室中盖板组成，保温室盖板上装有8个保温提升室结晶器插孔，用以安装铜液结晶器引杆;连续定氧头插孔，铜液液位跟踪控制用，浮子插孔。熔化室与静置室下部有熔化室熔沟G₁.G₂。中间装有熔化室电炉变压器铁芯，熔化室电炉变压器铁芯外部装有感应器线圈，线圈外装有水套，用以冷却线圈，水套外装有石英砂炉衬。熔化室上部四周砌筑耐火砖两层。层间装填石英砂用以保温和隔热。熔化室、静置室下部的熔沟箱内均用石英砂捣实。其外部用支撑螺栓与下炉架相连，並装有铁芯装卸小车。便于更换，修理感应器线圈水套和拆筑炉时拆卸铁芯，保温提升室下部装有保温室熔沟G₃、保温室铁芯、铁芯上装有保温室线圈。线圈外部装有保温室水套，保温提升室下部装有保温室铁芯装卸小车。便于更换、修理保温室线圈，保温室水套、拆筑炉时装卸保温室铁芯用。组合炉下部装有炉体滚轮底板。底板下部装有组合炉滚托、组合炉滚托按在炉体滚轮导轨上。滚轮可在炉体滚轮导轨上移动，便于组合炉修理。

在保温提升室内安装在结晶器下端。並浸入铜液内的石墨模，以真空负压向上吸引铜液，经结晶冷却成铜铜杆后，通过提升机的提升辊轮、导轮装置。由收线机卷绕装置收卷成圈。

在保温室上部装有连续定氧插孔，内装插有连续定氧测头。通过微机、仪表同时连续数字显示铜液温度和铜液氧活度两组数据。並以大幕显示器实现遥测。便于操作自动窄条打印机将测试结果以温度氧活度数据按时打印记录。

无氧铜杆在上引过程中配备有杆温快速表面温度计，其测量速度为0.5-1秒，测温精度高。

该组合炉配有熔沟起熔测温传感器，该传感器可以在熔沟起熔过程中准确测得固态熔沟的全部温升情况，使调节仪表y₂、y₃自动记录，绘制升温特性曲线。

组合炉配有回水测温箱，可连续遥测流过结晶器。电炉水套、线圈、冷却水的回水温度，并进行数字显示，以利于对产品质量进行工艺控制。

移动式多用组合炉电气控制装置采用单相电炉三相供电自动平衡调压器，配以xW2E-402型中圆图自动温度调节仪表进行PID（比例、积分、微分、微分调节）调节，较之国内外通常采用的插头自耦变压器配电压分接开关的电压调节方式具有供电简单，使用方便，操作自如的优点，尤其是该种特有的零触发式连续无级的调压方式避免了在调压进程中由暂态阶跃电脉冲产生的电磁力冲击对炉衬材料粘合筑实的震散破坏作用，从而提高了炉衬寿命。

移动式组合炉采用单相电炉三相供电自动平衡调压器主要有三台单相变压器，可控硅直流调压器、xW2E-402型中园图自动温度调节仪表组成。主要元件装配在控制柜内组成一体，便于操作使用三台单相变压器组成三倍频变压器1SB（或2SB）每台单相变压器有三个绕组：一个初级绕组，一个次级绕组。一个励磁绕组，三合单相变压器的三个初级绕组连成星形接线后投入A、B、C三相电力网络，三个次级绕组串联接线后成开口三角形引接至电炉变压器1LB、2LB的初级绕组，三个励磁绕组也串接成开口三角形接至可控硅调压器1KTS（或2KTS）输出端子。可控硅直流调压器1KTS（或2KTS）的控制极输出极分别与仪表xWzE-402仪表y₂（或y₃）的PID输出端子“+”、“-”极相连，以及仪表y₂（或y₃）连接。控制上还装有温度显示器由热电偶测得炉内溶液温度经仪表xWzE-402处理后即能显示出来。靠在直流可控调压器。控制屏上还装有电位器旋钮W。当可控直流调压器不与仪表y₂、y₃的PIO输出端子连接时，可调节电位器来进行手动调节输出电压。

移动式多用组合炉是一台具有三个纯铜熔沟、三个工作室（熔化室静置室、保温提升室）的多用组合炉，电解铜在200KW熔化功率下，在熔化室熔化后自然流入静置室，静置后的铜液又自然流入保温功率80KW的保温提升室内，由装有石墨模的结晶器向上负压引出无氧铜产品。该多用组合炉有以下优点：

1、多用组合炉较之芬兰引进设备减小了电炉耗用功率较之现国内多数自制设备提高了熔化速率。利于实现稳产高产，由于增设了静置室，使铜液经过静置稳定过渡后被用于引杆，有利于提高产品质量。这种自动补充铜液的多用组合炉，可使废品率大为降低。

2、多用组合炉结构生产线较之国外引进的生产线，取消了复杂的密封流槽，以及为流槽配套的煤气供应和煤气发生站，取消了倾倒熔化炉铜液的倾炉装置。熔沟起熔专用的予熔坩锅和开工炉设备，使设备大为减化，节省了投资费用。

3、本设备采用了可控硅调压器PID自动温度调节系统，不仅较之国外引进设备中采用的分压开关电压调节形式供电简单，使用方便，操作自如、而且这种连续无级调压的调节方式，避免了在调压过程中由暂态阶跃电脉冲产生的电磁力冲击对炉衬粘合材料的破坏作用提高了炉衬寿命，降低了生产成本。

4、本设备采用了三相供电自动平衡三倍频变压器装置，不仅解决了目前国内、国外采用的单相感应电炉后带来的三相不平衡供电问题。而且对因电力供应紧张而经常停电的东北、华北地区。一般工厂均备有柴油发电机组的装机容量可大为减小，仅需1/3-1/2左右，而且降低投资成本。

5、目前国外引进、国内自制浸涂成形法生产线及上引法连铸生产线均是熔化炉、保温炉各自独立的双炉分离制结构。在电解铜供应不足的情况下，只能停工待料，供电保温，而多用组合炉在电解铜原料供应中断时可停电停炉，原材料到厂可随即起熔开炉引杆，可节约大量电能耗费，使生产成本降低。

6、多用组合炉断沟事故影响小。一般双炉分离制结构的生产线在起熔炉或在正常生产过程中的失误操作时容易发生断沟事故，熔化炉或保温炉由于各自独立一旦出现该类故障，不会导致整个炉体报废需拆炉重筑，不仅费用增高，而且严重影响工厂生产计划的顺利完成移动式多用组合炉具有三个互相连通的纯铜熔沟作炉基，在起熔开炉或生产引杆过程中，如稍有不慎发生熔沟断裂事故。任何一个断沟都可借助其它完好熔沟之铜液流动进行修复，通常只要不是三个断沟事故均是可以及时修复的（此修复已进行过多次，修复效果均很好，而对于同时发生三个断沟的事故，可能性极小，至今还未出现过，较多出现的是一个断沟事故，较易修复。对于目前国内及引进的上引连铸生产线来说则是难以解决的课题。

7、多用组合炉采用了自动连续定氧的最新测试技术。无氧铜中的氧含量必须不大于30PPM，故在氧含量的测定至关重要。通常对铜中氧含量的测定是采用铜化学分析标准方法或库仑定氧法，且只能测定固态铜中氧含量，这些方法和仪器测试周期长，对于正常生产的监测作用不大。难以及时反馈测试信息，采用了铜液自动连续定氧的八十年代最新技术，通过微机仪表以及大屏幕显示器，自动窄条打印机将测试结果以温度、氧活度数字双显示並按时打印记录，为上引连铸法生产线工艺操作提供了可靠的自动测试手段。而该项测试技术无论是芳兰、美国还是多数国内自建上引连铸法生产线均属空白。

8、多用组合炉对产品品种、产量的应变能力强。在电解铜原材料供应不足，上引头数减为1～2头引杆时。可将整个炉体的下部滚轮沿轨道滚移，使结晶器部件由原伸入保温提升室改为伸入静置室内而使保温提升室内的熔沟停用，只开动双熔沟部分的熔化室和静置室以节约电能消耗，降低生产成本。与本设备相匹配的结晶器可按生产需要，开发产品生产无氧铜管、空心导线、型材等品种。

9、设备配备自行设计无氧铜铸杆表面温度计，能快速测量並显示无氧铜杆表面温度，其测量速度较上海自动化仪表三厂定型表面温度计快2秒，测度精度高2℃左右。

10、该设备还配备有自行设计的熔沟起熔测温传感器、该传感器可以在熔沟起熔过程中准确测得固态熔沟全部温升情况，使调节仪表记录绘制升温曲线。

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

图1是移动式多用组合炉主视图。

图2是移动式多用组合炉俯视图。

图3是移动式多用组合炉工艺流程原理图。

图4是移动式多用组合炉电气原理图。

图5是移动式多用组合炉采用单相电炉三相供电自动平衡调压器控制保温室熔沟温度示意图。

图6是移动式多用组合炉采用单相电炉三相供电自动平衡调压器控制熔化室双室熔沟温度示意图。

图中：1、熔化室进料盖手柄，2、熔化室进料盖、3、熔化室炉盖板，4、移动式多用组合炉上炉壳，5、石棉板，6、硅酸铝板7、熔化室内衬耐火砖，8、石英砂，9、熔化室外层耐火砖，10熔化室熔沟G₁、G₂，11、石英砂炉衬，12、水套，13、感应器线圈，14、熔化室熔沟箱，15、下炉架，16、支撑螺栓，17、铁芯装卸小车，18、组合炉滚托，19、保温室铁芯装卸小车，20、保温室熔沟G₃，21、保温室铁芯，22、保温室线圈23、保温室水套，24、炉壳下底板，25、熔化室铁芯，26、第一隔墙，27、第二隔墙，28、石英砂炉衬，29、保温室内衬耐火砖，30、保温室外层耐火砖，31、熔化室，32、静置室，33、保温提升室，34、上炉壳盖板，35、保温室盖板，36、静置室盖板，37、静止室结晶器插孔，38、静置室中盖板，19炉体滚轮导轨，40、炉体滚轮底板，41、浮子插孔，42、连续定氧头插孔，43、保温提升室结晶器插孔，44、保温室右盖板，45、保温室左盖板，46、保温室中盖板，47、石墨铸模，48结晶器，49、铜液第二流口，50、提升滚轮，51、导轮装置，52、收线机卷绕装置，53、连续定氧测头，54、微机铜液定氧仪，55、铜液第一流口，1SB、熔化室、静止室三倍频变压器，2SB、保温室三倍频变压器，1LB、熔化室静止室电炉变压器，2SB、保温室电炉变压器，1KTS、熔化室熔沟可控硅直流调压器。2KST保温室熔沟可控直流调压器。

参照附图，移动式多用组合炉具有三个熔沟即熔化室熔沟G₁、G₂（10），保温室熔沟G₃（20），三个工作室即熔化室（31）静止室（32）、保温提升室（33）。两个熔化室熔沟G₁、G₂（10）安置在熔化室（31）与静止室（32）之间，保温室熔沟G₃（20）安置在保温提升室（33）内，三个熔沟从底部用铜液第一流口（55）和铜液第二流口（49）将熔化室（31）、静止室（32），保温提升室（33）连通，熔化室熔沟G₁、G₂（10相当于熔化室、静止室有芯工频感应电炉变压器1LB次级短路线圈保温室熔沟G₃（20）相当于有芯工频感应电炉变压器2LB次级短路线圈。

移动式多用组合炉上部为上炉体内有熔化室（31）、静止室（32）保温提升室（33）、外部为上炉壳（4）、下炉架（15）、上炉壳与下炉架之间装有炉壳下底板（24）。上炉壳（4）内分别砌有两层耐火砖，熔化室外层耐火砖（9）、熔化室内衬耐火砖（7）与保温室外层耐火砖、保温室内衬耐火砖，两层耐火砖之间分别采用石英砂炉衬（8）、（28），保温隔热，外层耐火砖与上炉壳（4）之间装有耐棉板（5）。与硅酸铝板（6）用保温和与外界隔热。熔化室（31）与静止室（32之间采用第一隔墙（26）隔开，下部开有铜液第一流口，静止室与保温提升室之间采用第二隔墙（27）隔开，下部开有铜液第一流口（49）。炉壳上部装有上炉壳盖板（34）、熔化室（31）上部有熔化室炉盖板（3）、熔化室进料盖（2）、进料盖上装有熔化室进料盖手柄（1），静置室（32）上部有静置室中盖板（38）、静置室盖板（36），盖板上装有静置室结晶器插孔（37）;静置室结晶器插孔在铜料不足时应用将8头引杆改为2头引杆。此时停用保温提升室引杆;保温提升室（3）上部有保温室盖板（35）分别由保温室右盖板（44）、保温室左盖板（45，保温室中盖板（46）组成，保温室盖板（35）上装有8个保温提升室结晶器插孔（43），用于安装铜液结晶器引杆，连续定氧插孔（42），铜液液位跟踪控制用浮子插孔（41）。熔化室与静止室下部有熔化室熔沟G₁、G₂，中间装有熔化室电炉变压器1LB铁芯。熔化室电炉变压器铁芯外部装有感应线圈（13）。线圈外装有水套（12）用以冷却线圈。水套外装有石英砂炉衬，熔化室（31）上部四周筑耐火砖两层。层间装填石英砂用以保温和隔热。熔化室（31）、静止室下部的熔沟箱内均采用石英砂捣实，其外部用支撑螺栓（16）与下炉架（15）相连，下部装有铁芯装卸小车便于更换、修理感应线圈（13）、水套（12）和折筑炉时折卸熔化室铁芯（25）用。保温提升室（33）下部装有保温室熔沟G₃（20）、保温室电炉变压器2LB铁芯（21）、铁芯上装有保温室线圈（22）、线圈外部装有保温室水套（23）、保温提升室下部装有保温室铁芯装卸小车（19），便于更换修理保温室线圈（22），保温室水套（23），拆、筑炉时装卸保温室铁芯（21）。用移动式组合炉下部装有炉体滚轮底板（40）。底板下部装有组合炉滚轮（18）、滚轮安装在炉体滚轮导轨（39）上，组合炉滚轮可在炉体滚轮导轨上移动便于组合炉修理。

在保温提升室内连续定氧插孔（42）内装插有连续定氧测头（553），通过微机铜液定氧（53）同时连续数字显示铜液温度和铜液氧活度两组数据。并以大屏幕显示器。实现遥控便于操作。组合炉配有熔沟起熔测温传感器。该传感器可以在熔沟G₁、G₂、G₃起熔起熔过程中准确测得固态熔沟的全部升温情况，使调节仪表y₁、y₂、y₃自动记录绘制升温特性曲线。组合炉配有的回水测温箱。可连续遥测流过结晶器（48）、熔化室水套（12）、保温室水套（23）、熔化室线圈（13）、保温室线圈（22）。冷却水的回水温度，并进行数字显示，便于控制产品质量。

移动式组合炉采用单相电炉三相供电自动平衡的调压器，主要有三台单相变压器，可控硅直流调压器，ywzE-402型仪表组成三台单相变压器组成三倍频变压器熔化室熔沟可控硅直流调压器1KTS或保温室熔沟可控直流调压器2KTS。或保温室熔沟可控直流调压器2KTS。每台单相变压器有三个绕组;一个初级绕组，一个次级绕组，一个励磁绕组，三台单相变压器的三个初级绕组连成星形接线后投入A、B、C三相电力网络，三个次级绕组串联接线后成开口三角形引接至熔化室、静止室、电炉变压器1LB、保温室电炉变压器2LB的初级三个励磁绕组成串联成开口三角形接至可控硅调压器1KT（或2KTS）输出端子。可控硅直流调压器1KTS（或2KTS的控制极输出极分别与仪表xWzE-402仪表y₂（或y₃）的PID输出端子“+”、“-”极相连，仪表y₂（或y₃）连接。控制屏上还装有温度显示器由热电偶测得炉内溶液温度经仪表xWzE-402处理后即能显示出来。靠在直流可控调压器控制屏上还装有电位器旋钮W，当可控直流调压器不与仪表y₂、y₃的PID输出端子连接时，可调节电位器来进行手动调节输出电压。

移动式多用组合炉为具有三个熔沟和三个工作室的连体炉，三个纯铜熔沟作炉基，其中两个熔沟安置在熔化室（33）与静置室（32）之间一个熔沟安置在保温提升室（31）内，三个熔沟从底部流口将熔化室、静置室、保温提升室连通。每个熔沟均相当于有芯工频感应炉电炉变压器的次级单匝短路线圈，短路电流使  各熔沟升温熔化铜液，即为炉基铜液。原材料电解铜从图1的熔化室（33）加入，熔化后的铜液经底部第一流口（55）流入中间静置室（32），在静置室（32）内铜液静置至符合铸造工艺要求的均匀温度后即稳定地通过底部第二道流口（49）流入保温提升室（31）内，而在该室中安装在结晶器（48）图3，下端部并浸入铜液内的石墨铸模（47）则将铜液以负压吸入。经结晶器（48）的一次二次冷却区铸造结晶后由牵引机的两对提升辊轮（50）向上作间歇运动引出无氧铜产品（故此种新工艺称作上引法）。无氧铜杆在上引过程中配备有杆温快速表面温度计。采用无氧铜铸杆表面温度传感器检测，其测量速度为0.5～1秒，测温精度高。最后通过导轮装置（51）进入收线机卷绕装置（52），成圈后的产成品可用起重设备吊离入库或送下道工序继续加工。

Claims (2)

1、一种有上、下炉架、上炉壳内装熔化室、保温室、熔沟、上部具有进料盖、进料盖手柄、上炉壳与熔化室之间装有隔热保温用的石棉板、硅酸铝板、内外层耐火砖、石英砂、熔化室熔沟箱，熔化室底部装有熔化室铁芯、铁芯外装有感应器线圈，水套、石英砂炉、上部装有结晶器、下端浸入铜液内的石墨模，以真空负压向上吸引铜液经结晶冷却成铜杆通过提升机的提升辊轮、导轮装置，由收线机卷绕装置收卷成圈的移动式多用组合炉，其特征是：具有三个熔沟、三个工作室；两个熔化室、熔沟G₁、G₂安置在熔化室与静置室之间保温室熔沟G₃安置在保温提升室内，三个熔沟从底部用第一流口与第二流口将熔化室、静置室、保温提升室连通，每个熔沟均相当于有芯工频感应电炉变压器ILB、2LB的次级短路线圈；

移动式多用组合炉上部为上炉体内有熔化室、静置室、保温提升室、熔化室与静置室之间采用第一隔墙隔开，下部开有第一流口，静置室与保温提升室之间采用第二隔墙隔开、下部开有铜液第二流口，熔化室上部有熔化室炉盖板，熔化室进料盖、熔化室进料盖手柄、静置室上部有静置室盖板、静置室中盖板、静止室结晶器插孔、保温提升室上部有保温提升室盖板，分别由保温室右盖板、保温室左盖板、保温室中盖板组成，保温室盖板上装有若干个保温提升室结晶器插孔用以安装铜液结晶器引杆，並装有连续定氧头插孔，铜液液位跟踪控制用浮子插孔；熔化室与静止室下部有熔化室熔沟G₁、G₂，中间装有熔化室电炉变压器1LB铁芯，熔化室电炉变压器铁芯外部装有感应线圈、线圈外装有水套，水套外装有石英砂炉，熔化室、静止室下部的熔沟箱内均采用石英砂捣实，其外部用支撑螺栓与下炉架相连，下部装有铁芯装卸小车；保温提升室下部装有保温室熔沟G₃，保温室电炉变压器2LB铁芯，铁芯上装有保温室线圈，线圈外部装有保温室水套、保温提升室下部装有保温室铁芯装卸小车；移动式组合炉下部装有炉体滚轮底板，底板下部装有组合炉滚轮、滚轮安装在炉体滚轮导轨上，组合炉滚轮可在炉体滚轮导轨上移动。

2、根据权利要求1所述的移动式组合炉。其特征是电气控制装置采用单相电炉三相供电自动平衡调压器，主要由三台单相变压器、可控硅直流调压器、中园图自动温度调节仪表组成;三台单相变压器组成三倍频变压器1SB或2SB，每台单相变压器由三个绕组即一个初级绕组、一个次组绕组、一个励磁绕组，三台单相变压器的三个初级绕组连成星形接线笸度階、B、C三相电力网络，三个次级绕组串联接线后成开口三角形引接至电炉变压器1LB、2LB的初级绕组，三个励磁绕组也串接成开口三角形接至可控硅调压器1KTS或2KTS输出端子;可控硅直流高压器1KTS或2KTS的控制极、输出极分别与中园图自动温度调节仪表y₂或y₃的PID输出端子“+”、“-”极相连，以及仪表y₂或y₃连接。

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