CN109266847B - 低温固结冶金球团的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金渣资源综合利用领域,具体涉及一种低温固结冶金球团的制备方法。针对现有采用渣钢渣铁粉体制作球团时生球成型性差、烧结强度低,易粉化等问题,本发明提供了一种低温固结冶金球团的制备方法,包括以下步骤:a、将钒钛磁铁矿精矿、渣钢渣铁、复合粘结剂按质量比为28~65:34~68:2~4称取,加入水,混匀后,进行压球,得到生球;b、将步骤a所得的生球干燥至水分≤1%,得到干球;c、将干球进行预热,烧结,得到成品球团。本发明制备方法操作简单,制备的球团产品强度高,成品球团MFe为55~58%,抗压强度2600~3100N/个,转鼓指数:90.0~93.5%,生产成本低。本发明为渣钢渣铁粉体综合利用提供一种新的方法,具有明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于冶金渣资源综合利用领域,具体涉及一种低温固结冶金球团的制备方法。
背景技术
冶金渣是钢铁冶炼过程中不可避免的副产物,渣钢渣铁是指钢铁冶炼出渣过程中包裹的钢铁物料,在熔融冶金渣打水冷却后,采用“破碎+球磨+磁选”方法所选出的金属铁在MFe50~60%、粒度为0~3mm的含铁物料。含铁物料选出后,尾渣(含金属铁小于2%)一般用作建筑材料。渣钢渣铁中的金属铁粒度细小、渣铁包裹,难以分离,目前主要用作电炉冶炼原料或用作制备金属铁粉的原料。其中电炉冶炼方法可以大规模处理渣钢渣铁,成本低,但渣钢渣铁原料入炉可能会出现堵炉、粉料下降不畅等恶化炉况的问题,影响冶炼安全和效率。渣钢渣铁通过深度球磨制作铁粉,存在杂质含量高、工艺流程长、产生新三废等问题。因此,开发渣钢渣铁制备冶金球团技术,对将渣钢渣铁用作冶金炉料,实现高效、经济、规模化的应用具有现实意义。
申请号为201711164539.0的专利提供了一种自熔性钒钛球团的制备方法,该方法主要是以高钛的钒钛磁铁精矿、熔剂和/或钙基膨润土为原料,生产出一种自熔性钒钛球团,其特点是在球团中配入少量活性灰或者石灰石为熔剂,利用高温烧结过程中熔剂熔化形成液相进而降低球团烧结温度。烧结温度在1150~1200℃,保温时间30~60min。该方法由于烧结温度较高,保温时间长,能源消耗大;同时,球团粘结力和球团成品率较低,不适合工业化应用。
申请号为201410712266.9的专利提供了一种球团粘结剂及其生产的球团,粘结剂成分wt%为:氯化镁,膨润土。球团成分为:粘结剂6%~15%,含铁废料85%~94%;含铁废料是指转炉尘泥、瓦斯灰、铁皮。
专利201711164539.0采用钒钛磁铁精矿粉制备的球团,其主要成分为Fe3O4,具有原料粒度细,表面光滑的特点,球团成型性能较好。而渣钢渣铁中主要为金属铁粉,表面及加热过程中物理化学特性不同于铁精矿粉,其具有粒度大、表面粗糙多孔的特点,采用常规球团粘结剂难以制备高性能球团。因此,上述专利中的方法不能给渣钢渣铁制备球团带来技术启示。现有技术中还未见有采用渣钢渣铁粉料制备冶金球团的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题为:现有采用渣钢渣铁粉体制作球团时生球成型性差、烧结强度低,易粉化等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为:提供一种低温固结冶金球团的制备方法。该方法包括以下步骤:
a、将钒钛磁铁矿精矿、渣钢渣铁、复合粘结剂按质量比为28~65:34~68:2~4称取,加入水,混匀后,进行压球,得到生球;
b、将步骤a所得的生球干燥至水分≤1%,得到干球;
c、将干球进行预热,烧结,得到成品球团。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,步骤a所述的钒钛磁铁矿精矿组成为:按重量百分比计,TFe 55~57%,SiO2 3~3.5%,FeO 25~30%,TiO22.7~10.9%,V2O50.3~0.6%,余量为不可避免杂质。
进一步的,所述的钒钛磁铁矿精矿粒度为≤0.074mm。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,步骤a所述渣钢渣铁为MFe含量50~60%的含铁物料。进一步的,所述的渣钢渣铁粒度为0~3.0mm,其中≤1.0mm的占60%以上。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,步骤a所述复合粘结剂的组成包括:按重量百分比计,45~60wt%钠基膨润土、2.0~6.5wt%轻烧白云石、30~50wt%固体硅酸钠、0.5~1.5wt%羧甲基纤维素、1.5~3.0wt%聚乙烯醇,0.8~1.0wt%的改性剂。
进一步的,所述的轻烧白云石的组成包括:按重量百分比计,CaO50~56.6wt%、MgO41~43.4wt%。
进一步的,所述的聚乙烯醇为白色粉末状固体,分子量为130000~150000,玻化温度70~80℃。
进一步的,所述改性剂为高锰酸钾、重铬酸钾、萤石或氟硅酸钠中的至少一种。
优选的,所述的改性剂组成为:按重量份数计,0~50份高锰酸钾、0~50份重铬酸钾、80~100份萤石和30~50份氟硅酸钠。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,步骤a所述加入水的量为:加入后混合物料含水量为6.0~7.5wt%。
其中,步骤a所述的生球抗压强度480~740N/个,0.5米下落次数为3次以上;抗爆裂温度550~600℃。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,步骤b所述干燥温度为180~270℃,保温时间10~20min。
其中,步骤b干燥后的球团的抗压强度为900~1200N/个。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,步骤c所述的预热温度为600~900℃,保温时间为10~20min。所述预热后的球团抗压强度为1000~1450N/个。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,步骤c所述烧结温度1000~1100℃,保温时间10~20min。
其中,步骤c得到的成品球团MFe为55~58%,抗压强度2600~3100N/个,转鼓指数:90.0~93.5%。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供了一种采用渣钢渣铁制备低温固结冶金球团的方法,通过将渣钢渣铁与钒钛磁铁矿精矿配合,可以调整铁品位和混合料的粒度组成,以保证产品球团MFe品位,同时提高生球强度和球团成球性能;并且采用本发明特定的复合粘结剂,可以降低球团烧结温度50~100℃,提高球团在各阶段的抗压强度,减少球团加热粉化现象,从而进一步提高球团生产效率,降低生产成本。本发明制备方法操作简单,制备的球团产品强度高,成品球团MFe为55~58%,抗压强度2600~3100N/个,转鼓指数:90.0~93.5%,生产成本与普通球团相当,可以直接入炉冶炼,使用方便。本发明为渣钢渣铁粉体综合利用提供一种新的方法,具有较大的经济意义。
具体实施方式
本发明提供了一种低温固结冶金球团的制备方法,包括以下步骤:
a、将钒钛磁铁矿精矿、渣钢渣铁、复合粘结剂按质量比为28~65:34~68:2~4称取,加入水,混匀后,进行压球,得到生球;
b、将步骤a所得的生球干燥至水分≤1%,得到干球;
c、将干球进行预热,烧结,得到成品球团。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,步骤a所述的钒钛磁铁矿精矿组成为:按重量百分比计,TFe 55~57%,SiO2 3~3.5%,FeO 25~30%,TiO22.7~10.9%,V2O50.3~0.6%,余量为不可避免杂质。
进一步的,为了更好的制备成球团,所述的钒钛磁铁矿精矿粒度为≤0.074mm。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,步骤a所述渣钢渣铁为MFe含量50~60%的含铁物料。进一步的,所述的渣钢渣铁粒度为0~3.0mm,其中≥0.5mm的占60%以上。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,步骤a所述复合粘结剂的组成包括:按重量百分比计,45~60wt%钠基膨润土、2.0~6.5wt%轻烧白云石、30~50wt%固体硅酸钠、0.5~1.5wt%羧甲基纤维素、1.5~3.0wt%聚乙烯醇,0.8~1.0wt%的改性剂。
目前,行业内普通冶金球团一般采用细度在-0.074mm以下的原料制备,采用膨润土作为粘结剂,粘结剂加入量在2~4%左右。铁精矿球团混合料粒径范围为0~0.074mm且颗粒表面光滑,采用膨润土做粘结剂具有湿容量大、包裹能力强,粘结性能好的特点,可以紧密粘附在铁精矿粉体表面,因此球团成形性能好,表面光滑,已经在生产中广泛应用。
但现有方法制备的球团存在中温抗压强度低,在烧结过程中容易粉化,造成回转窑结圈,恶化烧结性能的问题,原因是在500~700℃中温加热阶段,膨润土粘结力下降而Fe2O3微晶连接作用尚未形成。而采用渣钢渣铁用作球团原料时,颗粒料粒度范围在0~3.0mm,且颗粒料表面多孔且粗糙,粘结剂不易在粗颗粒界面形成紧密堆积,容易遗留孔洞,导致球团孔隙率增大,成球性能差,生球下落强度、抗压强度甚至不能满足生球在运输过程中的碰撞和下落冲击。
本发明特别采用“无机+有机”复合粘结的方式解决传统球团粘结剂存在的中温强度差、粗颗粒球团原料导致的生球抗压强度低的问题。以膨润土的基础原料,加入PVA和硅酸钠提高粘结力和烘干强度;加入湿容量大的羧甲基纤维素,改善颗粒表面的亲水性和造球效果;加入轻烧白云石,与渣钢渣铁中所含的冶金渣反应,形成低熔点液相,降低烧结温度,提高球团产品强度。改性剂中的高锰酸钾和重铬酸钾增强PVA和羧甲基纤维素的粘结力,氟硅酸钠增强混合料的凝固和硬化速度,萤石降低膨润土液相烧结温度。
本发明经过大量的筛选试验,最终发现当“复合粘结剂的组成为:按重量百分比计,45~60wt%钠基膨润土、2.0~6.5wt%轻烧白云石、30~50wt%固体硅酸钠、0.5~1.5wt%羧甲基纤维素、1.5~3.0wt%聚乙烯醇,0.8~1.0wt%的改性剂”时,粘结效果最好,最终使得球团强度更高,性能更好。
进一步的,所述的轻烧白云石的组成包括:按重量百分比计,CaO50~56.6wt%、MgO41~43.4wt%。
进一步的,所述的聚乙烯醇为白色粉末状固体,分子量为130000~150000,玻化温度70~80℃。
进一步的,上述低温固结冶金球团的制备方法中,所述改性剂为高锰酸钾、萤石、重铬酸钾或氟硅酸钠中的至少一种。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,为了更好的压球,步骤a所述加入水的量为:球团混合物料含水量为6.0~7.5wt%。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,为了提高球团的强度,步骤b所述干燥温度为180~270℃,保温时间10~20min。采用上述干燥条件干燥后,球团的抗压强度为900~1200N/个。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,步骤c所述的预热温度为600~900℃,保温时间为10~20min。球团抗压强度为1000~1450N/个。
其中,上述低温固结冶金球团的制备方法中,为了进一步提高球团的强度,步骤c所述烧结温度1000~1100℃,保温时间10~20min。采用上述烧结条件烧结后,成品球团MFe为55~58%,抗压强度2600~3100N/个,转鼓指数:90.0~93.5%。
本发明在渣钢渣铁中配入一定比例的钒钛磁铁矿精矿制备球团,钒钛磁铁矿精矿一方面起调节铁品位的作用;另一方面,用于增加球团混合物料中的细粉含量,调节物料颗粒级配,提高成球性能。此外,本发明还添加了特别的复合粘结剂,该粘结剂可以提高混合料的塑性,粘结剂对颗粒料的包裹和粘结力,提高生球强度,满足对压球机到干燥窑之间皮带运输的强度要求;提高烘干强度以满足球团运输、自动化配料对强度的要求,以及在预热和烧结过程中维持球团不粉化破裂。
本发明的低温固结冶金球团具体的制备步骤如下:
(1)制备复合粘结剂
取45~60wt%钠基膨润土、2.0~6.5wt%轻烧白云石、30~50wt%固体硅酸钠、0.5~1.5wt%羧甲基纤维素、1.5~3.0wt%聚乙烯醇,0.8~1.0wt%的改性剂。改性剂组成为:0~0.05wt%高锰酸钾、0~0.05wt%重铬酸钾、0.8~1.0wt%萤石或0.3~0.5%氟硅酸钠中的至少一种。
将上述除聚乙烯醇以外的各种粉料按照一定比例称量后,放入高速混料机中混合,混匀后包装密封备用。聚乙烯醇称量后单独包装备用。
(2)制备冶金球团
将渣钢渣铁、铁精矿、复合粘结剂按照配比称量,除聚乙烯醇外的原料放入润磨机中初步混合;另用容器将聚乙烯醇加入适量室温水中,慢慢搅拌,加热,待水温升至70~80℃,聚乙烯醇完全熔化时,将水溶液分次倒入润磨机中碾磨0.5~1.0小时左右,并将剩余水全部倒入,待物料完全混匀后,出料。控制物料水分6.5~7.0wt%之间。
将所得生球团经皮带机运送至干燥窑中干燥,控制温度在180~270℃,保温时间10~20min,球团水分1%以下,制得烘干球。烘干球抗压强度为900~1200N/个。
将烘干球运输送至回转窑中预热、烧结,控制预热温度为600~900℃,保温时间为10~20min;球团抗压强度为1000~1450N/个。
球团经预热后进入烧结区,控制烧结温度在1000~1100℃,保温时间10~20min。所得球团MFe为55~58%,抗压强度2600~3100N/个,转鼓指数:90.0~93.5%。
本发明提供了一种低温固结冶金球团的制备方法,以渣钢渣铁粉料为主要原料,加入适量铁精矿粉,与复合粘结剂和水在润磨机中混合,碾磨;得到的混合料经压球、干燥和预热、烧结,制备冶金球团。本发明制备得到的球团MFe品位50~58%,抗压强度大于2600N/个,一方面解决了目前尚难利用的渣钢渣铁粉体的大量利用问题,扩大了冶金球团原料的来源,有利于提高冶金渣资源综合利用效益;另一方面冶金球团中低温强度提高,烧结温度降低,在避免了球团烧结过程中粉化现象同时降低球团生产成本。本发明为冶金固体废弃物资源综合利用提供一种新途径,具有较为显著的社会和经济效益。
本发明冶金球团的干燥-预热-烧结这一过程中可采用电炉、链箆机-回转窑,也可采用竖炉等设备,实施例中采用的是链篦机-回转窑,但具体热工制度随设备不同可以进行合理调整。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明,但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1用本发明方法制备低温固结钒钛球团
包括以下步骤:
(1)将复合粘结剂按照60wt%钠基膨润土、6.5wt%轻烧白云石、30wt%固体硅酸钠粉、0.5wt%羧甲基纤维素、2.0wt%聚乙烯醇,改性剂1.0wt%比例进行称量。改性剂包括:10重量份的高锰酸钾、90重量份的萤石。按比例称量后,放入高速混料机中进行混料,当物料均匀后,出料,用包装机密封包装,备用。称量好的聚乙烯醇(简称PVA)分开放置备用。
(2)将称量好的PVA放入适量室温水中,缓慢搅拌,加热至80℃左右,待PVA完全熔化。备用。
(3)将渣钢渣铁、钒钛精矿和粘结剂按质量比为65:31:4称量,放入润磨机中,预混10min,然后分两次加入PVA水溶液,碾磨1小时后,将剩余水全部倒入润磨机,碾磨1小时,得到混合料。混合料水分控制在6.1wt%。
(5)将上述生球放入干燥窑中干燥,控制温度在270℃,保温时间10min,控制球团水分0.5%以下,制得干球。干球抗压强度910N/个。
(6)将干球放入回转窑中预热-烧结-冷却,预热带温度控制在600℃,保温15min;烧结带温度控制在1000℃,保温20min,然后进入冷却带,冷却到200℃以下得到球团产品。球团抗压强度为3100N/个,转鼓指数为93.5%。
实施例2用本发明方法制备低温固结钒钛球团
包括以下步骤:
(1)将复合粘结剂按照45wt%钠基膨润土、2.0wt%轻烧白云石、50wt%固体硅酸钠粉、0.7wt%羧甲基纤维素、1.5wt%聚乙烯醇(简称PVA),改性剂0.8wt%比例进行称量。其中,改性剂包括:8重量份的高锰酸钾、25重量份的氟硅酸钠,67重量份的萤石。按比例称量后,放入高速混料机中进行混料,当物料均匀后,出料,用包装机密封包装,备用。称量好的聚乙烯醇(简称PVA)分开放置备用。
(2)将称量好的PVA放入适量室温水中,缓慢搅拌,加热至80℃左右,待PVA完全熔化。备用。
(3)将渣钢渣铁、钒钛精矿和复合粘结剂按质量比为34:65:3进行称量,放入润磨机中进行碾磨预混10min,分两次加入PVA水溶液,继续碾磨1小时后,将剩余水全部倒入润磨机,再继续碾磨1小时,得到混合料。混合料水分控制在7.2wt%。
(5)将上述生球放入干燥窑中干燥,控制温度在250℃,保温时间15min,控制球团水分0.5%以下,制得干球。干球抗压强度1230N/个。
(6)将干球放入回转窑中预热-烧结-冷却,预热带温度控制在800℃,保温10min;烧结带温度控制在1100℃,保温20min,然后进入冷却带,冷却到200℃以下得到球团产品。球团抗压强度为2900N/个,转鼓指数为91.5%。
实施例3用本发明方法制备低温固结钒钛球团
包括以下步骤:
(1)将复合粘结剂按照52.5wt%钠基膨润土、4.5wt%轻烧白云石、38wt%固体硅酸钠粉、1.5wt%羧甲基纤维素、3.0wt%聚乙烯醇(简称PVA),改性剂0.5wt%比例进行称量。其中,改性剂包括:12重量份的重铬酸钾、15重量份的氟硅酸钠,73重量份的萤石。按比例称量后,放入高速混料机中进行混料,当物料均匀后,出料,用包装机密封包装,备用。称量好的聚乙烯醇(简称PVA)分开放置备用。
(2)将称量好的PVA放入适量室温水中,缓慢搅拌,加热至80℃左右,待PVA完全熔化。备用。
(3)将渣钢铁、钒钛精矿和粘结剂按质量比为53:45:2进行称量,放入润磨机中进行预混10min,分两次加入PVA水溶液,碾磨1小时后,将剩余水全部倒入润磨机,再继续碾磨1小时,得到混合料。混合料水分控制在6.5wt%。
(5)将上述生球放入干燥窑中干燥,控制温度在200℃,保温时间15min,控制球团水分0.5%以下,制得干球。干球抗压强度1530N/个。
(6)将干球放入回转窑中预热-烧结-冷却。预热带温度控制在900℃,保温10min;烧结带温度控制在1050℃,保温20min,然后进入冷却带,冷却到200℃以下得到球团产品。球团抗压强度为2665N/个,转鼓指数为90.2%。
对比例4不采用本发明方法制备低温固结钒钛球团
包括以下步骤:
(1)将复合粘结剂按照52.5wt%钠基膨润土、4.5wt%轻烧白云石、38wt%固体硅酸钠粉、1.5wt%羧甲基纤维素、3.0wt%聚乙烯醇(简称PVA),改性剂0.5wt%比例进行称量。其中,改性剂包括:12重量份的重铬酸钾、15重量份的氟硅酸钠,73重量份的萤石。按比例称量后,放入高速混料机中进行混料,当物料均匀后,出料,用包装机密封包装,备用。称量好的聚乙烯醇(简称PVA)分开放置备用。
(2)将称量好的PVA放入适量室温水中,缓慢搅拌,加热至80℃左右,待PVA完全熔化。备用。
(3)将渣钢铁、钒钛精矿和粘结剂按质量比为80:19:1进行称量,放入润磨机中进行预混10min,分两次加入PVA水溶液,碾磨1小时后,将剩余水全部倒入润磨机,再继续碾磨1小时,得到混合料。混合料水分控制在7.2wt%。
(5)将上述生球放入干燥窑中干燥,控制温度在200℃,保温时间30min,控制球团水分0.5%以下,制得干球。干球抗压强度530N/个。
(6)将干球放入回转窑中预热-烧结-冷却。预热带温度控制在900℃,保温10min;烧结带温度控制在1150℃,保温20min,然后进入冷却带,冷却到200℃以下得到球团产品。球团抗压强度为1365N/个,转鼓指数为75.2%。
对比例5不采用本发明方法制备低温固结钒钛球团
包括以下步骤:
(1)将渣钢铁、钒钛精矿和膨润土按质量比为51:45:4进行称量后,放入润磨机中,加水碾磨2小时,得到混合料。混合料水分控制在7.5wt%。
(3)将上述生球放入干燥窑中干燥,控制温度在200℃,保温时间15min,控制球团水分0.5%以下,制得干球。干球抗压强度430N/个。
(4)将干球放入回转窑中预热-烧结-冷却。预热带温度控制在900℃,保温10min;烧结带温度控制在1200℃,保温20min;然后进入冷却带,冷却到100℃以下得到球团产品。球团抗压强度为1665N/个,转鼓指数为83.2%。
由实施例和对比例结果可知,采用本发明的渣钢渣铁为原料,配加一定重量份的钒钛精矿,再采用专门的复合粘结剂,共同作用下,能够制备得到强度高,成品球团MFe为55~58%,抗压强度2600~3100N/个,转鼓指数:90.0~93.5%,烧结温度低的球团,提高了球团的强度和转鼓指数,具有明显的经济效益。
Claims (7)
1.低温固结冶金球团的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、将钒钛磁铁矿精矿、渣钢渣铁、复合粘结剂按质量比为28~65:34~68:2~4称取,加入水,混匀后,进行压球,得到生球;所述复合粘结剂的组成包括:按重量百分比计,45~60wt%钠基膨润土、2.0~6.5wt%轻烧白云石、30~50wt%固体硅酸钠、0.5~1.5wt%羧甲基纤维素、1.5~3.0wt%聚乙烯醇,0.8~1.0wt%的改性剂;改性剂组成为:按重量份数计,0~50份高锰酸钾、0~50份重铬酸钾、80~100份萤石和30~50份氟硅酸钠;所述渣钢渣铁为MFe含量50~60%的含铁物料,粒度为0~3.0mm,其中≤1.0mm的占60%以上;
b、将步骤a所得的生球干燥至水分≤1%,得到干球;
c、将干球进行预热,烧结,得到成品球团。
2.根据权利要求1所述的低温固结冶金球团的制备方法,其特征在于:步骤a所述的钒钛磁铁矿精矿组成为:按重量百分比计,TFe 55~57%,SiO2 3~3.5%,FeO 25~30%,TiO22.7~10.9%,V2O5 0.3~0.6%,余量为不可避免杂质。
3.根据权利要求1所述的低温固结冶金球团的制备方法,其特征在于,满足下述至少一项:
所述的轻烧白云石的组成包括:按重量百分比计,CaO50~56.6wt%、MgO 41~43.4wt%;
所述的聚乙烯醇为白色粉末状固体,分子量为130000~150000,玻化温度70~80℃。
4.根据权利要求1所述的低温固结冶金球团的制备方法,其特征在于:步骤a所述加入水的量为:加入后混合物料含水量为6.0~7.5wt%。
5.根据权利要求1所述的低温固结冶金球团的制备方法,其特征在于:步骤b所述干燥温度为180~270℃,保温时间10~20min。
6.根据权利要求1所述的低温固结冶金球团的制备方法,其特征在于:步骤c所述的预热温度为600~900℃,保温时间为10~20min。
7.根据权利要求1所述的低温固结冶金球团的制备方法,其特征在于:步骤c所述烧结温度1000~1100℃,保温时间10~20min。
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