CN114108341B - 一种塔式起重机用高性能钢丝绳及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种塔式起重机用高性能钢丝绳及其制备方法，属于钢丝绳技术领域，其中塔式起重机用高性能钢丝绳包括中心股、内层股、外层股、加强钢丝、塑料层以及防护层，股的数量增多，提高了钢丝绳的整体柔韧性以及抗疲劳性能，另外钢丝绳填充密度大，金属面积增大，破断拉力也相应提高，因此相同直径、相同公称抗拉强度条件钢丝绳综合性能更优良。同时塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法，通过该方法使得钢丝绳阻旋转强度高，相应的抗拉强度高，保证了钢丝绳拥有良好的力学性能，破断拉力也相应的得到了提高，同时充分保证钢丝绳各股变形的均匀性，提高钢丝绳的不松散性能。因而提高了钢丝绳的使用寿命，钢丝绳在使用过程中体现出优良的性能。
Description
技术领域
本发明涉及钢丝绳相关技术领域，尤其涉及一种塔式起重机用高性能钢丝绳及其制备方法。
背景技术
钢丝绳是将力学性能和几何尺寸符合要求的钢丝按照一定的规则捻制在一起的螺旋状钢丝束，其由钢丝、绳芯及润滑脂组成。由于其强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断，工作可靠，使得其在物料搬运机械中，供提升、牵引、拉紧和承载之用。钢丝绳是塔式起重机的易损件，是塔式起重机安全的重要部分。现有的塔式起重机钢丝绳多为传统的六股结构钢丝绳及多层股结构钢丝绳，其结构稳定性、耐磨、破断拉力强度等性能不足，因而自身使用寿命低，使用时很难得到保障。
发明内容
鉴于上述情况，本发明目的在于提供一种塔式起重机用高性能钢丝绳及其制备方法。
一种塔式起重机用高性能钢丝绳，其包括一股中心股、6股内层股、12股外层股、12根加强钢丝、一塑料层以及一防护层，6股所述内层股均匀地包捻在所述中心股的外侧，12股所述外层股均匀的包捻在所述内层股的外侧，12根所述加强钢丝均匀的设置于两所述外层股远离所述内层股一侧之间的间隙处，所述塑料层填充于所述内层股与所述外层股之间的间隙，所述防护层包含一柔性层以及一耐磨层，所述柔性层以及所述耐磨层由内至外依次的包覆于所述外层股的外侧。
优选的，所述中心股包括1根第一中心钢丝、6根内层粗钢丝以及6根外层粗钢丝，6根所述内层粗钢丝对称地包捻所述第一中心钢丝，6根所述外层粗钢丝对称地包捻在所述内层粗钢丝外侧，且任意相邻2根所述外层粗钢丝之间包含一凹槽。
进一步的，所述内层股的一部分填充设置于所述凹槽。具体而言，凹槽的设置使得中心股与内层股的接触面积变大，进而提高了钢丝绳的阻旋转性能，减少了钢丝绳的接触应力。
优选的，所述内层股与所述外层股均包括1根中心钢丝、10根细钢丝、5根中细钢丝和10根粗钢丝；5根所述细钢丝包捻所述中心钢丝，其外层交错包捻设有5根中细钢丝和5根细钢丝，10根所述粗钢丝对称地包捻在最外侧。所述内层股与所述外层股的股内钢丝数量多，提高了钢丝绳的整体柔韧性，同时也提升了钢丝绳的拉力性能。
优选的，所述中心股与所述外层股左捻，所述内层股右捻。使得减少股之间的接触应力，同时具备较优异的阻旋转性能，减少钢丝绳出现松散的情况。
一种塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法，其用于制备所述的塔式起重机用高性能钢丝绳，该塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法包括：步骤一：选材：选取线材，选用碳素钢；步骤二：酸洗：将选取的碳素钢分别进行酸洗，酸洗后烘干；步骤三:初步拉丝：酸洗后的碳素钢经过拉丝机，拉成不同直径的钢丝，且拉丝时将钢丝表面的温度严格控制在150℃～180℃，拉拔速度控制为4～5m/s；步骤四：热处理：将上述初次拉拔的钢丝线材经过加热、淬火处理后，再表面处理，得到索氏体化的淬火钢丝，淬火温度控制为530～560℃；步骤五：磷化处理：对热处理后的钢丝进行磷化处理，在钢丝表面形成磷化膜，并将表面磷化膜的膜重控制在20～30g/m 2之间，磷化后对钢丝进行除氢钝化处理，防止氢脆现象的发生；步骤六：清洗：将磷化处理后的钢丝依次进行碱洗、水洗、酸洗、水洗，接着进行烘干；步骤七：镀锌处理：清洗后的钢丝通过助镀槽进行助镀，然后对钢丝进行烘干操作，烘干完成后钢丝进入纯锌锅内镀锌，锌液温度450～460℃，控制镀锌走线速度为25～30m/分钟；步骤八：二次拉丝：镀锌处理后的钢丝经过拉丝机进行再次拉拔，压缩率选择80～90％，拉拔道次选用10～15道，拉成所需要的不同直径的钢丝，且拉丝时将钢丝表面的温度严格控制在150℃～160℃，拉拔速度控制为4～5m/s；步骤九：浸液干燥：将二次拉丝的钢丝浸入水性环氧树脂乳液中，然后在60～65℃下干燥2～5h，得到钢丝产品；步骤十：中心股、内层股以及外层股捻股：在捻股机上通过分线盘按相应结构排列好浸液干燥处理过的钢丝，淋油后经过合拢口用压线钢模压紧，然后收在工字轮上，制得所需的中心股、内层股以及外层股，同时在通过变形器有效的消除股的应力；在捻股过程中，压缩率控制为8～10％，捻距倍数控制为9，涂油方式为股淋油的方式；步骤十一：合绳：将捻股好的一股中心股、6股内层股用分线器排好，将内层股对应中心股上的凹槽放置，经过预变形器变形，接着采用辊式压实机将内层股压实在中心股外侧，再将塑料层施加到内层股外侧，接着对包覆好塑料层的钢丝绳半成品进行预压，使得塑料层软化，随后采用压线模将12股外层股绞合到所述内层股外侧，使得外层股压入到软化塑料层中，结合紧密；再将12根所述加强钢丝均匀的设置于两所述外层股之间的间隙处，最后用压线模压紧钢丝绳并经过变形器消除应力，同时控制压实率为6％，钢丝绳的捻距倍数为6.2倍～6.8倍；步骤十二：防护层制备：在合绳好的钢丝绳外包裹柔性层，包裹柔性层前，将钢丝绳预先进行热处理，然后在柔性层外包覆耐磨层，在设置耐磨层前对钢丝绳进行预热，耐磨层涂覆完成即制成所述塔式起重机用高性能钢丝绳。
优选的，步骤三与步骤八中的拉丝机采用LZ12/560拉丝机。
优选的，步骤六中碱洗采用60～80℃的氢氧化钠溶液，浓度为200～220g/L，酸洗采用常温盐酸，盐酸浓度为180～200g/L，含铁量≤120g/L。
优选的，步骤十一合绳将各股的变形率控制在70％～80％，变形率偏差小于10％。
优选的，步骤七中助镀采用60～80℃的氯化铵溶液，浓度为50g/L，含铁量≤80g/L，烘干温度180～200℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供的塔式起重机用高性能钢丝绳及其制备方法，其中塔式起重机用高性能钢丝绳包括一股中心股、6股内层股、12股外层股、12根加强钢丝、一塑料层以及一防护层，股的数量增多，提高了钢丝绳的整体柔韧性以及抗疲劳性能，另外钢丝绳填充密度大，金属面积增大，破断拉力也相应提高，因此相同直径、相同公称抗拉强度条件钢丝绳综合性能更优良；塑料层的设置可以起到缓解内层股和外层股之间的相互磨擦，减小股之间的接触应力，这有利于提高钢丝绳的疲劳寿命；加强钢丝的设置起到了一定的限位作用，防止外层股之间发生偏转，进而增强了外层股之间的耐摩擦性能，同时也相应提高了钢丝绳的抗拉强度；防护层的设置能够有效的减缓钢丝绳收到的压力，同时也对钢丝绳包含的各根股起到了保护作用；当然，中心股的结构使得钢丝绳的阻旋转性能得到了很大的提升。因此，该塔式起重机用高性能钢丝绳具有优良的使用性能。本发明还提供了塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法，钢丝的处理相应提高了钢丝的强度、韧性，减少了钢丝拉拔时的残余拉拔应力，也降低了材料自身的弹性伸长，进而提高了钢丝绳的使用寿命；中心股、内层股以及外层股的结构设置保证各层股均匀紧密地包捻，消除了捻股时的股的捻制应力，防止产生内、外层分离，阻旋转强度高，相应的抗拉强度高，保证了钢丝绳拥有良好的力学性能，破断拉力也相应的得到了提高，同时充分保证钢丝绳各股变形的均匀性，提高钢丝绳的不松散性能。因而提高了钢丝绳的使用寿命，钢丝绳在使用过程中体现出优良的性能。
附图说明
图1为本发明所述的塔式起重机用高性能钢丝绳结构示意图；
图2为本发明所述的中心股结构示意图；
图3为本发明所述的塔式起重机用高性能钢丝绳制备方法的结构流程图。
其中：
1-中心股，2-内层股，3-外层股，4-加强钢丝，5-塑料层，6-凹槽，7-防护层，71-柔性层，72-耐磨层。
具体实施方式
下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，本实施例提供一种塔式起重机用高性能钢丝绳，其包括一股中心股1、6股内层股2、12股外层股3、12根加强钢丝4、一塑料层5以及一防护层7，6股所述内层股2均匀地包捻在所述中心股1的外侧，12股所述外层股3均匀的包捻在所述内层股2的外侧，12根所述加强钢丝4均匀的设置于两所述外层股3远离所述内层股2一侧之间的间隙处，所述塑料层5填充于所述内层股2与所述外层股3之间的间隙，所述防护层7包含一柔性层71以及一耐磨层72，所述柔性层71以及所述耐磨层72由内至外依次的包覆于所述外层股3的外侧。
优选的，所述中心股1包括1根第一中心钢丝、6根内层粗钢丝以及6根外层粗钢丝，6根所述内层粗钢丝对称地包捻所述第一中心钢丝，6根所述外层粗钢丝对称地包捻在所述内层粗钢丝外侧，且任意相邻2根所述外层粗钢丝之间包含一凹槽6。进一步的，所述内层股2的一部分填充设置于所述凹槽6。具体而言，凹槽6的设置使得中心股1与内层股2的接触面积变大，进而提高了钢丝绳的阻旋转性能，减少了钢丝绳的接触应力。
优选的，所述内层股2与所述外层股3均包括1根中心钢丝、10根细钢丝、5根中细钢丝和10根粗钢丝；5根所述细钢丝包捻所述中心钢丝，其外层交错包捻设有5根中细钢丝和5根细钢丝，10根所述粗钢丝对称地包捻在最外侧。所述内层股2与所述外层股3的股内钢丝数量多，提高了钢丝绳的整体柔韧性，同时也提升了钢丝绳的拉力性能。
优选的，所述中心股1与所述外层股3左捻，所述内层股2右捻。使得减少股之间的接触应力，同时具备较优异的阻旋转性能，减少钢丝绳出现松散的情况。
优选的，所述柔性层71以及所述耐磨层72的厚度均可选为0.5～3mm。耐磨层72可选为三氧化二铝耐磨层72；柔性层71可选为海绵柔性层71。
本发明提供的塔式起重机用高性能钢丝绳，其股的数量增多，提高了钢丝绳的整体柔韧性以及抗疲劳性能，另外钢丝绳填充密度大，金属面积增大，破断拉力也相应提高，因此相同直径、相同公称抗拉强度条件钢丝绳综合性能更优良；塑料层5的设置可以起到缓解内层股2和外层股3之间的相互磨擦，减小股之间的接触应力，这有利于提高钢丝绳的疲劳寿命；加强钢丝4的设置起到了一定的限位作用，防止外层股3之间发生偏转，进而增强了外层股3之间的耐摩擦性能，同时也相应提高了钢丝绳的抗拉强度；防护层7的设置能够有效的减缓钢丝绳收到的压力，同时也对钢丝绳包含的各根股起到了保护作用；当然，中心股1的结构使得钢丝绳的阻旋转性能得到了很大的提升。因此，该塔式起重机用高性能钢丝绳具有优良的使用性能。
参阅图2，本实施例还提供一种塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法，其用于制备上述的塔式起重机用高性能钢丝绳，该塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法包括：
步骤一：选材：选取线材，选用碳素钢，优选为70号优质碳素钢丝；
步骤二：酸洗：将选取得碳素钢分别进行酸洗，酸洗后烘干；
步骤三:初步拉丝：酸洗后的碳素钢经过拉丝机，拉成不同直径的钢丝，且拉丝时将钢丝表面的温度严格控制在150℃～180℃，拉拔速度控制为4～5m/s；优选的，拉丝机采用LZ12/560拉丝机；
步骤四：热处理：将上述初次拉拔的线材经过加热、淬火处理后，再表面处理，得到索氏体化的淬火钢丝，淬火温度控制为530～560℃，增强了钢丝的强度和韧性；
步骤五：磷化处理：对热处理后的钢丝进行磷化处理，在钢丝表面形成磷化膜，并将表面磷化膜的膜重控制在20～30g/m 2之间，磷化后对钢丝进行除氢钝化处理，防止氢脆现象的发生；磷化效果好，使得钢丝表面更加耐磨并提高其防腐蚀能力，同时根据钢丝的直径决定钢丝绳的表面磷化膜的膜重，直径越小，表面磷化膜的膜重越轻；
步骤六：清洗：将磷化处理后的钢丝依次进行碱洗、水洗、酸洗、水洗，接着进行烘干；优选的，碱洗采用60～80℃的氢氧化钠溶液，浓度为200～220g/L，酸洗采用常温盐酸，盐酸浓度为180～200g/L，含铁量≤120g/L；
步骤七：镀锌处理：清洗后的钢丝通过助镀槽进行助镀，然后对钢丝进行烘干操作，烘干完成后钢丝进入纯锌锅内镀锌，锌液温度450～460℃，控制镀锌走线速度为25～30m/分钟；经过上述处理，使得钢丝表面很好的覆盖了一层镀锌层，需要说明的是，当2≤d<3mm，镀锌层重量为240g/m2；3≤d<4，镀锌层重量为360g/m2；4≤d<5，镀锌层重量为300g/m2；5≤d≤6，镀锌层重量为350g/m2；6≤d<7，镀锌层重量为400g/m2；7≤d<8，镀锌层重量为500g/m2，8≤d<10，镀锌层重量为700g/m2；镀锌层的重量随着钢丝的直径增加，使得表面镀锌层完善，效果更好；其中d为钢丝直径。钢丝表面镀锌使得钢丝表面形成完善的镀锌层，起到保护钢铁基质的效果，且能有效防止腐蚀，防腐性能良好；
步骤八：二次拉丝：镀锌处理后的钢丝经过拉丝机进行再次拉拔，压缩率选择80～90％，拉拔道次选用10～15道，拉成所需要的不同直径的钢丝，且拉丝时将钢丝表面的温度严格控制在150℃～160℃，拉拔速度控制为4～5m/s，优选的拉丝机采用LZ12/560拉丝机；虽然镀层会变薄，但是进一步提高了钢丝的韧性及尺寸精度，进而提高了钢丝绳的强度等级；
步骤九：浸液干燥：将二次拉丝的钢丝浸入水性环氧树脂乳液中，然后在60～65℃下干燥2～5h，得到钢丝产品；
步骤十：中心股1、内层股2以及外层股3捻股：在捻股机上通过分线盘排列好浸液干燥处理过的钢丝，淋油后经过合拢口用压线钢模压紧，然后收在工字轮上，制得所需的中心股1、内层股2以及外层股3，同时在通过变形器有效的消除股的应力；在捻股过程中，压缩率控制为8～10％，捻距倍数控制为9，涂油方式为股淋油的方式；
步骤十一：合绳：将捻股好的一股中心股1、6股内层股2用分线器排好，将内层股2对应中心股1上的凹槽6放置，经过预变形器变形，接着采用辊式压实机将内层股2压实在中心股1外侧，再将塑料层5施加到内层股2外侧，接着对包覆好塑料层5的钢丝绳半成品进行预压，使得塑料层5软化，随后采用压线模将12股外层股3绞合到所述内层股2外侧，使得外层股3压入到软化塑料层5中，结合紧密；再将12根所述加强钢丝4均匀的设置于两所述外层股3之间的间隙处，最后用压线模压紧钢丝绳并经过变形器消除应力，同时控制压实率为6％，钢丝绳的捻距倍数为6.2倍～6.8倍，同时将各股的变形率控制在70％～80％，变形率偏差小于10％；
步骤十二：防护层7制备：在合绳好的钢丝绳外包裹柔性层71，包裹柔性层71前，将钢丝绳预先进行热处理，然后在柔性层71外包覆耐磨层72，在设置耐磨层72前对钢丝绳进行预热，耐磨层72涂覆完成即制成所述塔式起重机用高性能钢丝绳。制成后钢丝绳浸入钢丝绳液态专用脂，液态专用脂油温控制在200～220℃之间，浸油时间为0.5～0.7min，增强了钢丝绳的耐腐蚀强度。
优选的，步骤七中助镀采用60～80℃的氯化铵溶液，浓度为50g/L，含铁量≤80g/L，烘干温度180～200℃。
还需要说明的是，加强钢丝4同样经过步骤1～步骤10得处理。
本实施例提供的塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法，钢丝的处理使得相应提高了钢丝的强度、韧性，减少了钢丝拉拔时的残余拉拔应力，也降低了材料自身的弹性伸长，进而提高了钢丝绳的使用寿命；中心股1、内层股2以及外层股3的结构设置保证各层股均匀紧密地包捻，消除了捻股时的股的捻制应力，防止产生内、外层分离，阻旋转强度高，相应的抗拉强度高，保证了钢丝绳拥有良好的力学性能，破断拉力也相应的得到了提高，同时充分保证钢丝绳各股变形的均匀性，提高钢丝绳的不松散性能，同时具有较好的耐腐蚀以及耐磨性能。因而提高了钢丝绳的使用寿命，钢丝绳在使用过程中体现出优良的性能。
以上所揭露的仅为本发明几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种塔式起重机用高性能钢丝绳，其特征在于：其包括一股中心股、6股内层股、12股外层股、12根加强钢丝、一塑料层以及一防护层，6股所述内层股均匀地包捻在所述中心股的外侧，12股所述外层股均匀的包捻在所述内层股的外侧，12根所述加强钢丝均匀的设置于两所述外层股远离所述内层股一侧之间的间隙处，所述塑料层填充于所述内层股与所述外层股之间的间隙，所述防护层包含一柔性层以及一耐磨层，所述柔性层以及所述耐磨层由内至外依次的包覆于所述外层股的外侧，其中，所述中心股包括1根第一中心钢丝、6根内层粗钢丝以及6根外层粗钢丝，6根所述内层粗钢丝对称地包捻所述第一中心钢丝，6根所述外层粗钢丝对称地包捻在所述内层粗钢丝外侧，且任意相邻2根所述外层粗钢丝之间包含一凹槽，所述内层股的一部分填充设置于所述凹槽。
2.如权利要求1所述的塔式起重机用高性能钢丝绳，其特征在于，所述内层股与所述外层股均包括1根中心钢丝、10根细钢丝、5根中细钢丝和10根粗钢丝；5根所述细钢丝包捻所述中心钢丝，其外层交错包捻设有5根中细钢丝和5根细钢丝，10根所述粗钢丝对称地包捻在最外侧。
3.如权利要求1所述的塔式起重机用高性能钢丝绳，其特征在于，所述中心股与所述外层股左捻，所述内层股右捻。
4.一种塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法，其用于制备如权利要求1所述的塔式起重机用高性能钢丝绳，其特征在于，所述塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法包括：
步骤一：选材：选取线材，选用碳素钢；
步骤二：酸洗：将选取的碳素钢分别进行酸洗，酸洗后烘干；
步骤三:初步拉丝：酸洗后的碳素钢经过拉丝机，拉成不同直径的钢丝，且拉丝时将钢丝表面的温度严格控制在150℃～180℃，拉拔速度控制为4～5m/s；
步骤四：热处理：将上述初步拉丝的钢丝线材经过加热、淬火处理后，再表面处理，得到索氏体化的淬火钢丝，淬火温度控制为530～560℃；
步骤五：磷化处理：对热处理后的钢丝进行磷化处理，在钢丝表面形成磷化膜，并将表面磷化膜的膜重控制在20～30g/m 2之间，磷化后对钢丝进行除氢钝化处理，防止氢脆现象的发生；
步骤六：清洗：将磷化处理后的钢丝依次进行碱洗、水洗、酸洗、水洗，接着进行烘干；
步骤七：镀锌处理：清洗后的钢丝通过助镀槽进行助镀，然后对钢丝进行烘干操作，烘干完成后钢丝进入纯锌锅内镀锌，锌液温度450～460℃，控制镀锌走线速度为25～30m/分钟；
步骤八：二次拉丝：镀锌处理后的钢丝经过拉丝机进行再次拉拔，压缩率选择80～90％，拉拔道次选用10～15道，拉成所需要的不同直径的钢丝，且拉丝时将钢丝表面的温度严格控制在150℃～160℃，拉拔速度控制为4～5m/s；
步骤九：浸液干燥：将二次拉丝的钢丝浸入水性环氧树脂乳液中，然后在60～65℃下干燥2～5h，得到钢丝产品；
步骤十：中心股、内层股以及外层股捻股：在捻股机上通过分线盘按相应结构排列好浸液干燥处理过的钢丝，淋油后经过合拢口用压线钢模压紧，然后收在工字轮上，制得所需的中心股、内层股以及外层股，同时在通过变形器有效的消除股的应力；在捻股过程中，压缩率控制为8～10％，捻距倍数控制为9，涂油方式为股淋油的方式；
步骤十一：合绳：将捻股好的一股中心股、6股内层股用分线器排好，将内层股对应中心股上的凹槽放置，经过预变形器变形，接着采用辊式压实机将内层股压实在中心股外侧，再将塑料层施加到内层股外侧，接着对包覆好塑料层的钢丝绳半成品进行预压，使得塑料层软化，随后采用压线模将12股外层股绞合到所述内层股外侧，使得外层股压入到软化塑料层中，结合紧密；再将12根所述加强钢丝均匀的设置于两所述外层股之间的间隙处，最后用压线模压紧钢丝绳并经过变形器消除应力，同时控制压实率为6％，钢丝绳的捻距倍数为6.2倍～6.8倍；
步骤十二：防护层制备：在合绳好的钢丝绳外包裹柔性层，包裹柔性层前，将钢丝绳预先进行热处理，然后在柔性层外包覆耐磨层，在设置耐磨层前对钢丝绳进行预热，耐磨层涂覆完成即制成所述塔式起重机用高性能钢丝绳。
5.如权利要求4所述的塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法，其特征在于：步骤三与步骤八中的拉丝机采用LZ12/560拉丝机。
6.如权利要求5所述的塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法，其特征在于：步骤六中碱洗采用60～80℃的氢氧化钠溶液，浓度为200～220g/L，酸洗采用常温盐酸，盐酸浓度为180～200g/L，含铁量≤120g/L。
7.如权利要求5所述的塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法，其特征在于：步骤十一合绳将各股的变形率控制在70％～80％，变形率偏差小于10％。
8.如权利要求5所述的塔式起重机用高性能钢丝绳的制备方法，其特征在于：步骤七中助镀采用60～80℃的氯化铵溶液，浓度为50g/L，含铁量≤80g/L，烘干温度180～200℃。
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