CN107008912A - 一种用于熔炼炉的气体净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于熔炼炉的气体净化系统，熔炼炉具有熔炼室，熔炼室具有进气口和排气口，气体净化系统包括：热交换装置，热交换装置内限定出第一通道和第二通道，第一通道具有第一端口和第二端口，第二通道具有第三端口和第四端口，第一端口适于连通排气口，第三端口适于连通进气口；过滤装置，过滤装置包括第一过滤端口和第二过滤端口，第一过滤端口与第二端口相连，第二过滤端口与第四端口相连。以及驱动装置，第二过滤端口和第四端口之间设有用于驱动气体由第二过滤端口朝向第四端口流动的驱动装置。该系统可以有效净化惰性气体，提高了惰性气体的利用率，节约生产成本，产品的品质高，可见度提高，同时避免金属蒸汽对生产设备的影响。
Description
技术领域
本发明涉及真空气雾化制粉设备领域，尤其涉及一种用于熔炼炉的气体净化系统。
背景技术
真空气雾化生产金属或合金粉末工艺是利用高压惰性气体(氩气或氮气)作为雾化介质，通过特定喷嘴用亚音速或超音速的气体射流，将熔融的金属或合金液流粉碎形成金属或合金粉末的过程，所得粉末形状为球形，粉末表面的氧化程度也比水雾化的低。
目前，在熔炼过程中，部分金属具有高挥发性，当金属液的温度高于其熔点，这些金属就会大量挥发，变成金属蒸汽；金属蒸汽不仅会对熔炼室中测量温度产生干扰，使温度示数不准确；而且影响熔炼室内的可见光，进而造成生产事故和人员伤亡；同时金属蒸汽遇到温度较低的设备内壁时会迅速凝结，在设备上镀上一层金属，在下一炉生产时，通过抽真空产生的气流进入罗茨泵、滑阀泵，会严重影响其工作效率，甚至导致泵体电机烧坏。对挥发金属的熔炼方法多采用开放式熔炼，即熔炼炉与空气直接接触，对于控制金属氧增量的方法，一般采用金属液表面滴液氩的方法(在熔化的金属液表面以一定的频率滴入液氩，液氩接触的到金属液表面后瞬间汽化，在金属液表面形成局部的氩气保护氛围)。但这种方法无法准确控制金属液的氧含量，尤其是在倾炉、浇筑的过程中，没有惰性气体保护氛围，会使金属液的氧含量大幅上涨，极大的影响产品品质。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于熔炼炉的气体净化系统，该系统可以有效净化惰性气体，提高了惰性气体的利用率，节约生产成本，产品的品质高，而且使熔炼室内的测温更加准确，可见度提高，大大降低事故的发生频率，同时避免金属蒸汽对生产设备的影响。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于熔炼炉的气体净化系统，所述熔炼炉具有熔炼室，所述熔炼室具有进气口和排气口，所述气体净化系统包括：热交换装置，所述热交换装置内限定出第一通道和第二通道，所述第一通道具有第一端口和第二端口，所述第二通道具有第三端口和第四端口，所述第一端口适于连通所述排气口，所述第三端口适于连通所述进气口；过滤装置，所述过滤装置包括第一过滤端口和第二过滤端口，所述第一过滤端口与所述第二端口相连，所述第二过滤端口与所述第四端口相连；以及驱动装置，所述第二过滤端口和所述第四端口之间设有用于驱动气体由所述第二过滤端口朝向所述第四端口流动的驱动装置。
在该技术方案中，具体地，熔炼室处于高温工作状态时，在熔炼室内部形成带有金属蒸汽和金属烟雾的高温气体，由于高温的作用，使得高温气体悬浮在熔炼室的上端，在驱动装置的作用下，高温气体由熔炼室的排气口进入该气体净化装置，高温气体流向热交换装置的第一通道，由第一通道的第一端口流向第二端口，在此过程中，高温气体的热量不断挥发到热交换装置内，金属蒸汽液化，这样可以避免由于过高温度对过滤装置的损坏，经过降温的气体流至过滤装置的第一过滤端口处，经过过滤装置的过滤将气体中的金属颗粒过滤掉，由第二过滤端口处流出，净化后的气体经过驱动装置流向热交换装置的第二通道，由第二通道的第四端口流向第三端口，在此过程中，净化后的气体在热交换装置内吸收由高温气体挥发出来的热量，气体温度升高，这样可以避免净化后的气体与熔炼室内温差较大，而在熔炼室内产生对流，由第三端口流向熔炼室的进气口，最终再次进入熔炼室内；该系统可以保证熔炼室在工作中具有持续纯净的惰性气体环境。该系统可以有效净化惰性气体，提高了惰性气体的利用率，节约生产成本，产品的品质高，而且使熔炼室内的测温更加准确，可见度提高，大大降低事故的发生频率，同时避免金属蒸汽对生产设备的影响。
另外，根据本发明的一种用于熔炼炉的气体净化系统，还可以具有如下技术特征：
进一步地，所述第一通道和所述第二通道均蜿蜒延伸。
进一步地，还包括补气装置和排气装置，所述补气装置和排气装置内部均限定出气体容纳腔，所述补气装置设有补气接口，所述排气装置设有排气接口，所述第二过滤端口与所述第四端口之间设有流道，所述流道具有第一连接端口和第二连接端口，所述第二过滤端口分别与所述第一连接端口和所述排气接口可连通或断开，所述第四端口分别与所述第二连接端口和所述补气接口可连通或断开，所述第一连接端口和所述第二连接口之间的流道可连通或断开。
进一步地，所述第二过滤端口和所述排气接口之间设有第一通断阀，所述补气接口和所述第四端口之间设有第二通断阀。
进一步地，所述流道上设有第三通断阀。
进一步地，还包括检测装置，所述检测装置包括第一检测装置和第二检测装置，所述第一检测装置位于所述第二端口与所述第一过滤端口之间，所述第二检测装置位于所述第四端口与所述第二连接端口之间。
进一步地，还包括第一导气件，所述第一导气件内限定出第一导流通道，所述第一导流通道的横截面积由上至下逐渐增大，所述第一导流通道的下端通过所述排气口伸入所述熔炼室内且位于邻近所述熔炼室顶壁的位置，所述第一导流通道的上端与所述第一端口导通。
进一步地，还包括第二导气件，所述第二导气件内限定出第二导流通道，所述第二导流通道的横截面积由下至上逐渐增大，所述第二导流通道的上端通过所述进气口伸入所述熔炼室内且位于邻近所述熔炼室底壁的位置，所述第二导流通道的下端与所述第三端口导通。
附图说明
图1为一种用于熔炼炉的气体净化系统示意图；
附图标记：
第一导气件1；
热交换装置2；第一通道21；第一端口211；第二端口212；第二通道22；第三端口221；第四端口222；
检测装置3；第一检测装置31；第二检测装置32；
过滤装置4；第一过滤端口41；第二过滤端口42；
驱动装置5；
第一通断阀6；
第二通断阀7；
第三通断阀8；
第二导气件9；
补气装置10；补气接口101；
流道11；第一连接端口111；第二连接端口112；
排气装置12；排气接口121。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，根据本发明的一种用于熔炼炉的气体净化系统，熔炼炉具有熔炼室，熔炼室具有进气口和排气口，气体净化系统包括：热交换装置2、过滤装置4和驱动装置5。
热交换装置2，热交换装置2具有第一通道21和第二通道22，第一通道21具有第一端口211和第二端口212，第二通道22具有第三端口221和第四端口222；也就是说，第一端口211和第二端口212之间依靠第一通道21相互导通，第三端口221和第四端口222之间通过第二通道22相互导通，第一端口211适于连通熔炼室的排气口，第三端口221适于连通熔炼室的进气口，也就是说，熔炼室内部带有金属蒸汽和金属烟雾的高温惰性气体由排气口流出，由热交换装置2的第一端口211处流入第一通道21内，流入第一通道21内的高温气体将热量散发到热交换装置2内，金属蒸汽液化，这样可以对由熔炼室内部流出的气体起到降温处理的作用，避免过高的温度对其它设备造成损坏；同时由熔炼室外部流向熔炼室内部的气体由第四端口222流入热交换装置2的第二通道22内，再由第二通道22的第三端口221处流入熔炼室内，由外部流入热交换装置2内的气体可以吸收由第一通道21内高温气体所散发出来的热量，从而起到对外部流入熔炼室内的气体进行加热处理的作用，这样可以避免冷气进入熔炼室产生对流。值得说明的是，由熔炼室排气口流入热交换装置2第一通道21内高温气体和由熔炼室外部流入第二通道22内的低于熔炼室内部温度的气体之间相互转化热量，即第一通道内的高温气体既实现了自身的散热降温也实现了对第二通道内气体的加热；第二通道内的气体既实现了自身吸收热量加热目的也实现了对第一通道内气体的降温。
过滤装置4，过滤装置4包括第一过滤端口41和第二过滤端口42，第一过滤端口41与第二端口212相连，第二过滤端口42与第四端口222相连接；也就是说，经过热交换装置2的带有金属颗粒的高温气体降温后由第二端口212流出，由过滤装置4的第一过滤端口41流向第二过滤端口42，经过过滤装置4可以将惰性气体中的金属颗粒过滤掉，净化后的气体由第二过滤口流向热交换装置2的第四端口222处，从而气体由第二通道22经熔炼室的进气口再次进入熔炼室，过滤装置4有效地净化熔炼室内的惰性气体。
驱动装置5，第二过滤端口42和第四端口222之间设有驱动气体由第二过滤端口42朝向第四端口222流动的驱动装置5。具体地，驱动装置5可以为该净化系统提供源源不断地动力以使气体由熔炼室的排气口进入该系统，由进气口进入熔炼室，该驱动装置5对气体的流量进行控制，使其具有稳定的气体循环速率，为系统提供稳定的气体驱动动力。
具体地，熔炼室处于高温工作状态时，在熔炼室内部形成带有金属蒸汽和金属烟雾的高温气体，由于温度较高，使得高温气体悬浮在熔炼室的上端，在驱动装置5的作用下，高温气体由熔炼室的排气口进入该气体净化装置，高温气体流向热交换装置2的第一通道21，由第一通道21的第一端口211流向第二端口212，在此过程中，高温气体的热量不断挥发到热交换装置2内，这样可以避免由于过高温度对过滤装置4的损坏，经过降温的气体流至过滤装置4的第一过滤端口41处，经过过滤装置4的过滤将惰性气体中的金属颗粒过滤掉，由第二过滤端口42处流出，净化后的气体经过驱动装置5流向热交换装置2的第二通道22，由第二通道22的第四端口222流向第三端口221，在此过程中，净化后的气体在热交换装置2内吸收由第一通道21中高温气体挥发出来的热量，气体温度升高，这样可以避免净化后的气体与熔炼室内温差较大，而在熔炼室内产生对流；气体由第三端口221流向熔炼室的进气口，再次进入熔炼室内，然后进行下一次的循环。该系统可以保证熔炼室在工作中具有持续纯净的惰性气体环境，且整个工作过程为气体由熔炼室中排出，再次进入熔炼室的内循环净化。该系统可以有效净化惰性气体，提高了惰性气体的利用率，节约生产成本，产品的品质高，而且使熔炼室内的测温更加准确，可见度提高，大大降低事故的发生频率，同时避免金属蒸汽对生产设备的影响。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，第一通道21和第二通道22均蜿蜒延伸，换句话说，第一通道21与第二通道22呈现波浪形状，由熔炼室的排气口流向热交换装置2的高温气体在蜿蜒的第一通道21内流通时可以有效地降低气体的流通速度，进而增加散热时间和散热面积，同时由过滤装置4流向进气口的净化气体，在第二通道22内流通时可以有效地降低气体的流通速度，增加吸收热量的时间和吸热的面积。将第一通道21和第二通道22蜿蜒设置可以降低气体的流通速度，增加换热时间和换热面积。
在本发明的一个实施例中，还包括补气装置10和排气装置12，补气装置10和排气装置12内部均限定出气体容纳腔，补气装置10设有补气接口101，排气装置12设有排气接口121；也就是说，补气装置10和排气装置12为两个独立的气体容纳腔，补气装置10设有补气接口101，补气装置10中具有纯净的惰性气体，可以为了给该系统补充气体，排气装置12设有排气接口121，是为了容纳系统内的受污染的惰性气体；第二过滤端口42与第四端口222之间设有流道11，流道11具有第一连接端口111和第二连接端口112，第二过滤端口42分别与第一连接端口111和排气接口121可连通或断开，第四端口222分别与第二连接端口112和补气接口101可连通或断开；具体来说，当系统处于内循环净化时，第二过滤端口42分别与第一连接端口111和排气接口121断开，第四端口222分别与第二连接端口112和补气接口101断开，第一连接端口111和第二连接口112之间的流道11连通；当驱动装置5发生故障时，系统无法完成内循环，系统启用外循环净化，第二过滤端口42分别与第一连接端口111和排气接口121连通，第四端口222分别与第二连接端口112和补气接口101连通，第一连接端口111和第二连接口112之间的流道11断开。值得说明的是，补气装置10具有将惰性气体输入该系统的动力装置，排气装置12具有将气体由该系统抽入其腔室内的动力装置，以满足系统在外循环状态下，气体的持续循环。
具体地，当系统处于外循环净化时，第二过滤端口42分别与第一连接端口111和排气接口121连通，第四端口222分别与第二连接端口112和补气接口101连通，第一连接端口111和第二连接口112之间的流道11断开；具有金属蒸汽和金属烟雾的高温气体由熔炼室的排气口进入该气体净化装置，高温气体流向热交换装置2的第一通道21，由第一通道21的第一端口211流向第二端口212，在此过程中，高温气体的热量不断挥发到热交换装置2内，金属蒸汽液化，这样可以避免由于过高温度对过滤装置4的损坏，经过降温的气体流至过滤装置4的第一过滤端口41处，经过过滤装置4的过滤将惰性气体中的金属颗粒过滤掉，由第二过滤端口42处流出，流向第一连接口111处，经排气接口121进入排气装置12内，同时，惰性气体由补气装置10的补气接口101进入系统，气流经第四端口222进入第二通道22，由第三端口221处流出，在此过程中，由第一通道21所散发出的热量对该气体加热；气体由进气口9进入熔炼室，然后熔炼室工作环境使气体中具有金属蒸汽和金属烟雾，气体再次进入排气口，将被污染的气体输送至排气装置12内。整个过程为单循环，气体由补气装置10中流出，经熔炼室污染后变成含有金属烟雾和金属蒸汽的气体，最终排入排气装置12内。值得说明的是，系统外循环为该装置的应急循环，当驱动装置5发生故障时，内循环系统无法工作时，才启用外循环。
优选地，第二过滤端口42和排气接口121之间设有第一通断阀6，补气接口101和第四端口222之间设有第二通断阀7。具体地，当系统处于内循环净化时，第一通断阀6和第二通断阀7关闭；当系统处于外循环净化时，第一通断阀6和第二通断阀7打开。值得说明的是，第一通断阀6和第二通断阀7可以为电动阀或电磁阀。
在本发明的一个实施例中，流道11上设有第三通断阀8。具体地，当系统处于内循环净化时，第一通断阀6和第二通断阀7关闭，第三通断阀8打开，在驱动装置5的作用下，具有金属蒸汽和金属烟雾的高温气体由熔炼室的排气口进入该气体净化装置，高温气体流向热交换装置2的第一通道21，由第一通道21的第一端口211流向第二端口212，在此过程中，高温气体的热量不断挥发到热交换装置2内，这样可以避免由于过高温度对过滤装置4的损坏，经过降温的气体流到过滤装置4的第一过滤端口41处，经过过滤装置4的过滤将气体中的金属颗粒过滤掉，由第二过滤端口42处流出，净化后的气体经过驱动装置5流向热交换装置2的第二通道22，由第二通道22的第四端口222流向第三端口221，在此过程中，净化后的气体在热交换装置2内吸收由高温气体挥发出来的热量，气体温度升高，这样可以避免净化后的气体与熔炼室内温差较大，而在熔炼室内产生对流，由第三端口221流向熔炼室的进气口，最终再次进入熔炼室内；当驱动装置5发生故障时，系统无法完成内循环，系统启用外循环净化，此时第一通断阀6和第二通断阀7打开，第三通断阀8关闭，具有金属蒸汽和金属烟雾的高温惰性气体由熔炼室的排气口进入该气体净化装置，高温气体流向热交换装置2的第一通道21，由第一通道21的第一端口211流向第二端口212，在此过程中，高温气体的热量不断挥发到热交换装置2内，金属蒸汽液化，经过降温的气体流至过滤装置4的第一过滤端口41处，经过过滤装置4的过滤将气体中的金属颗粒过滤掉，由第二过滤端口42处流出，流经驱动装置5，流向第一连接口111处，经排气接口121进入排气装置12内，同时，惰性气体在其动力装置的作用下由补气装置10的补气接口101进入系统，气流经第四端口222进入第二通道22，由第三端口221处流出，在此过程中，由第一通道21所散发出的热量对该气体加热；气体由进气口9进入熔炼室，然后熔炼室工作对气体造成污染后，气体再次进入排气口，将废气输送至排气装置12内。整个过程为单循环，气体由补气装置10中流出，经熔炼室气体被污染后，最终排入排气装置12内。值得说明的是，第三通断阀8可以为电动阀或电磁阀。
进一步地，还包括检测装置3，检测装置3包括第一检测装置31和第二检测装置32，第一检测装置31位于第二端口212与第一过滤端口41之间，第二检测装置32位于第四端口222与第二连接端口112之间；具体地，第一检测装置31用于检测第二端口212处气体压力、温度和流速；第二检测装置32用于检测第四端口222处气体压力、温度和流速。当第二端口212和第四端口222处的压力值大于预定压力值时，检测装置3会将设在其上的安全阀打开，通过安全阀的到泄压作用使系统内的压力达到稳定。当第二端口212和第四端口222处的温度大于预定温度值时，检测装置3会控制与其相连的报警器发出报警。
在本发明的一个具体的实施例中，还包括第一导气件1，第一导气件1内限定出第一导流通道，第一导流通道的横截面积由上至下逐渐增大，第一导流通道的下端通过排气口伸入熔炼室内且位于邻近熔炼室顶壁的位置，第一导流通道的上端与第一端口211导通，这样可以增大进气面积，提高净化系统的工作效率。
在本发明的一个具体的实施例中，第二导气件9内限定出第二导流通道，第二导流通道的横截面积由下至上逐渐增大，第二导流通道的上端通过进气口伸入熔炼室内且位于邻近熔炼室底壁的位置，第二导流通道的下端与第三端口221导通，这样可以增大排气面积，使排气更加的均匀。
优选地，第一导气件1与第二导气件9的材质为陶瓷，具体地，第一导气件1的主要作用是将带有金属蒸汽和金属烟雾的高温气体引入该系统，第二导气件9是将净化过的气体充气输入熔炼设备内部，由于第一导气件1和第二导气件9距离熔炼线圈和金属液较近，需要承受较大的热辐射，而陶瓷具有耐高温的特性，使第一导气件1和第二导气件9即使在高温环境下，仍能够有效地工作。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“上端”、“下”、“下端”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所示的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或者两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征与第二特征直接接触，或者第一和第二特征通过中间媒介间接接触。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者一体成型；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或者示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或者示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或者示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种用于熔炼炉的气体净化系统，所述熔炼炉具有熔炼室，所述熔炼室具有进气口和排气口，其特征在于，所述气体净化系统包括：
热交换装置(2)，所述热交换装置(2)内限定出第一通道(21)和第二通道(22)，所述第一通道(21)具有第一端口(211)和第二端口(212)，所述第二通道(22)具有第三端口(221)和第四端口(222)，所述第一端口(211)适于连通所述排气口，所述第三端口(221)适于连通所述进气口；
过滤装置(4)，所述过滤装置(4)包括第一过滤端口(41)和第二过滤端口(42)，所述第一过滤端口(41)与所述第二端口(212)相连，所述第二过滤端口(42)与所述第四端口(222)相连；以及
驱动装置(5)，所述第二过滤端口(42)和所述第四端口(222)之间设有用于驱动气体由所述第二过滤端口(42)朝向所述第四端口(222)流动的驱动装置(5)。
2.根据权利要求1所述的用于熔炼炉的气体净化系统，其特征在于，所述第一通道(21)和所述第二通道(22)均蜿蜒延伸。
3.根据权利要求1所述的用于熔炼炉的气体净化系统，其特征在于，还包括补气装置(10)和排气装置(12)，所述补气装置(10)和排气装置(12)内部均限定出气体容纳腔，所述补气装置(10)设有补气接口(101)，所述排气装置(12)设有排气接口(121)，所述第二过滤端口(42)与所述第四端口(222)之间设有流道(11)，所述流道(11)具有第一连接端口(111)和第二连接端口(112)，所述第二过滤端口(42)分别与所述第一连接端口(111)和所述排气接口(121)可连通或断开，所述第四端口(222)分别与所述第二连接端口(112)和所述补气接口(101)可连通或断开，所述第一连接端口(111)和所述第二连接口(112)之间的流道(11)可连通或断开。
4.根据权利要求3所述的用于熔炼炉的气体净化系统，其特征在于，所述第二过滤端口(42)和所述排气接口(121)之间设有第一通断阀(6)，所述补气接口(101)和所述第四端口(222)之间设有第二通断阀(7)。
5.根据权利要求3所述的用于熔炼炉的气体净化系统，其特征在于，所述流道(11)上设有第三通断阀(8)。
6.根据权利要求3所述的用于熔炼炉的气体净化系统，其特征在于，还包括检测装置(3)，所述检测装置(3)包括第一检测装置(31)和第二检测装置(32)，所述第一检测装置(31)位于所述第二端口(212)与所述第一过滤端口(41)之间，所述第二检测装置(32)位于所述第四端口(222)与所述第二连接端口(112)之间。
7.根据权利要求1所述的用于熔炼炉的气体净化系统，其特征在于，还包括第一导气件(1)，所述第一导气件(1)内限定出第一导流通道，所述第一导流通道的横截面积由上至下逐渐增大，所述第一导流通道的下端通过所述排气口伸入所述熔炼室内且位于邻近所述熔炼室顶壁的位置，所述第一导流通道的上端与所述第一端口(211)导通。
8.根据权利要求1所述的用于熔炼炉的气体净化系统，其特征在于，还包括第二导气件(9)，所述第二导气件(9)内限定出第二导流通道，所述第二导流通道的横截面积由下至上逐渐增大，所述第二导流通道的上端通过所述进气口伸入所述熔炼室内且位于邻近所述熔炼室底壁的位置，所述第二导流通道的下端与所述第三端口(221)导通。
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