CN114797620A - 基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，包括：罐体；预混合处理部分，位于罐体内上方，其包括：盛液箱和回转体，盛液箱底面与回转体上端面之间形成锥形散料腔，锥形散料腔上方均布设出液孔；以及下方的激振循环混合处理部分，其包括：回转壳体、输送管和激振环，回转壳体的外周均布设喷口；输送管上端给回转壳体内送料，下端固接于罐体内底部；激振环上具有集料环槽，下端立设两弹片形成激振腔；喷出的料撞击激振环后落至集料环槽中并流至激振腔。本发明目的旨在先在锥形面结构上分散预混合，后在离心甩出撞击分散和激振除微气泡的循环处理中深度混合包覆，使针状焦的孔隙结构中充分嵌入沥青来提高压实密度。

Description

基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机

技术领域

本发明涉及石墨负极材料生产设备技术领域，特别涉及一种基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机。

背景技术

锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜等组成。相关技术中的锂离子电池负极材料主要是碳材料，主要包括天然石墨、人造石墨等，天然石墨天生具有高容量、高压实的优点，而人造石墨技术通过对原始材料进行表面改性和结构调整，使其部分无序化或者在各类材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，加大锂离子嵌入和脱嵌反应，因此具有高压实、高容量、长寿命等优势，几乎达到天然石墨水平，可作为动力电池的负极材料。

公开号为CN108328613A的发明专利中公开了一种利用针状焦生产石墨负极材料的方法及负极材料，主要包括将针状焦粉碎、球化、筛分、配料、包覆、石墨化、筛分得到产品，其中，在配料步骤中针状焦的粒径范围及重量份数如下：10-15μm为10-15份；15-25μm为50-55份；25-30μm为20-35份，本发明的有益效果为：采用三种不同粒径的针状焦制备碳负极材料，使比表面积较大、锂离子进入颗粒中心的路径短、阻力小的小粒径针状焦与比表面积较小、锂离子进入颗粒中心的路径长、阻力大粒径较大的较大粒径针状焦进行混合，实现优势互补，使包覆后的针状焦整体的振实密度大，比表面积小，更有利于制备性能优良的负极材料。

现有技术中将一定粒径的针状焦粉末与高温沥青在高温加压的条件下搅拌进行包覆，如使用VC混合机进行混合包覆，然而，在实际包覆过程中，存在一些关键性的技术问题，由于这种石墨微粉与高粘沥青的亲合性较差，一方面，在搅拌过程中，一次投入针状焦粉末过多，沥青较长时间内难进入粉末内部就容易产生结块，需要更长的搅拌时间才能混合包覆均匀；另一方面，由于材料颗粒中孔、洞、通道结构的存在，这些孔隙结构中的微气泡不易脱离，导致沥青材料嵌入困难，大多只能包覆于颗粒表面，即便在加压的环境下通常也需要相当长的时间才能勉强嵌入，单靠加压环境下的搅拌也难以达到预期的包覆效果，因此，该问题亟待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，该混合机首先将针状焦粉末与高温沥青在锥形面结构上均布分散预混合，然后将混合料在离心甩出撞击分散和激振除微气泡的循环处理中深度混合包覆，至少在一定程度上使得针状焦材料颗粒中孔、洞、通道结构中更充分的嵌入沥青材料来提高材料压实密度，以及缩短包覆所需的时长。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，包括：

罐体，其上方具有投料口，下方具有排料口；所述罐体内立设有转轴，转轴上端贯穿至罐体上端并与电机输出端传动连接；

预混合处理部分，位于罐体内上方，所述预混合处理部分包括：盛液箱和回转体，所述盛液箱底部具有与转轴同轴设置的上锥形散料面，所述上锥形散料面上均布设有出液孔；所述回转体与转轴同轴固接且回转体上端具有与转轴同轴的下锥形散料面，其中，上锥形散料面与下锥形散料面之间形成锥形散料腔；所述盛液箱与转轴之间还具有连通投料口与锥形散料腔的过料通道；以及

激振循环混合处理部分，位于罐体内的预混合处理部分下方，所述激振循环混合处理部分包括：回转壳体、输送管和激振环，所述回转壳体与转轴同轴固接且回转壳体的外周均布设有喷口；所述输送管与转轴同轴设置且输送管上端与回转壳体转动配合，输送管下端固接于罐体内底部位置，输送管内设有与转轴连接且用以向上送料的第一输送螺旋；所述激振环上端固接于罐体内壁上，激振环下端悬空；所述激振环内壁具有开口朝上的集料环槽，激振环下端还竖直设有第一弹片和第二弹片，其中，第一弹片与第二弹片平行设置且二者是之间形成激振腔，在第一弹片或第二弹片上设置激振机构；所述激振腔的下端开口，激振腔的上端与集料环槽之间具有流道；所述第一弹片和第二弹片成组设置，且绕转轴轴线均布设置若干组；在激振循环混合处理时，喷口处喷出的混合料可倾斜朝下撞击激振环内壁后落至集料环槽中。

在一些实施方式中，所述上锥形散料面上具有均布设置的若干上散料齿，相应地，下锥形散料面上均布设有若干下散料齿，其中，上散料齿与下散料齿呈转动错位设置。

在一些实施方式中，所述上散料齿与下散料齿均为弧形板状结构，当下锥形散料面相对于上锥形散料面转动时，弧形板状结构将料在锥形散料腔中倾斜朝下导送。

在一些实施方式中，所述激振机构包括：支架、挤压块和凸起，所述支架与回转壳体固接，且支架靠近第二弹片处设置所述的挤压块，所述第二弹片靠近转轴的一侧设置所述的凸起，其中，挤压块可与凸起弹性抵接，当挤压块脱离凸起时，第二弹片由于弹性的恢复作用产生振动。

在一些实施方式中，所述支架上还设有用以对罐体内下部分进行搅拌的搅拌叶。

在一些实施方式中，所述回转壳体内与径向呈锐角夹角设有导流片，回转壳体转动时，导流片将料沿径向向外导送，所述导流片绕转轴轴线均布设置若干个，相邻两个导流片之间形成一个导流腔，所述导流腔靠近转轴处与输送管上端相通，导流腔远离转轴处设置所述的喷口。

在一些实施方式中，所述导流腔沿径向向外的截面积呈渐缩状设置。

在一些实施方式中，所述过料通道中设有与转轴同轴固接的第二输送螺旋，当第二输送螺旋随转轴转动时用以将过料通道中的料向下输送。

在一些实施方式中，所述罐体外围还设有加热夹套。

在一些实施方式中，所述罐体上方还贯穿设有气管。

与现有技术相比，根据本发明所提供的基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机的有益效果是：该混合机首先将针状焦粉末与高温沥青在锥形面结构上均布分散预混合，然后将混合料在离心甩出撞击分散和激振除微气泡的循环处理中深度混合包覆，从而使得针状焦孔隙中的微气泡得到有效排出，促使沥青从针状焦颗粒表面向其内部迁移，增强包覆效果，待下一步高温碳化后，针状焦颗粒的内部孔隙也被沥青炭充分填充，进而提高材料的压实密度。

另外，本发明的锥形散料腔中上下均设置散料齿，进而形成梳齿式抓料结构，有效强制性的将经过锥形散料腔中的料抓散、避免结块，在相对于传统的一次性向粉料中拌入沥青而言，就从混合的源头上杜绝了结成大块团状料的问题，大幅缩短沥青包覆所需的时长，为高效生产保质保量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明实施例的主视结构示意图；

图2为本发明图1中的A处局部放大结构示意图；

图3为本发明图2中的B-B剖面结构示意图；

图4为本发明图2中的C-C剖面结构示意图；

图5为本发明图1中的D-D剖面结构示意图；

图6为本发明图5中的E处局部放大结构示意图。

图中：1、罐体；101、投料口；102、排料口；103、加热夹套；104、气管；11、转轴；2、盛液箱；201、过料通道；202、第二输送螺旋；20、出液孔；21、上锥形散料面；22、上散料齿；3、回转体；31、下锥形散料面；32、下散料齿；4、回转壳体；41、喷口；42、导流片；5、输送管；51、第一输送螺旋；6、激振环；60、集料环槽；61、第一弹片；62、第二弹片；63、流道；7、支架；70、搅拌叶；8、挤压块；9、凸起。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做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。

实施例一

请参阅图1-图6，图1为本发明实施例的主视结构示意图；图2为本发明图1中的A处局部放大结构示意图；图3为本发明图2中的B-B剖面结构示意图；图4为本发明图2中的C-C剖面结构示意图；图5为本发明图1中的D-D剖面结构示意图；图6为本发明图5中的E处局部放大结构示意图。

在一个具体的实施例中，本发明实施例提供了一种基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，包括：

罐体1，内部中空，可以为桶状结构，下端为倒锥状，罐体1其上方具有投料口101，投料口101设置盖体，罐体1下方具有排料口102，排料口102处设置阀门；所述罐体1内立设有转轴11，位于罐体1内中部位置，转轴11上端贯穿至罐体1上端并与电机输出端传动连接，且贯穿处设置密封结构，即罐体1上端固定安装于机架上，而且机架上还安装有所述的电机，其中，转轴11上部分贯穿罐体1上端后通过轴承组件转动安装于机架上，轴线竖直，转轴11上端可以通过带传动组件与电机的输出端传动连接，从而电机带动转轴的转动；

预混合处理部分，位于罐体1内上方，所述预混合处理部分包括：盛液箱2和回转体3，盛液箱2为封闭结构，其通过贯穿至罐体1外部的管路与泵连通，以通过泵将加热至软化点（温度为95~105℃）的高温沥青输送至盛液箱2内，所述盛液箱2底部具有与转轴11同轴设置的上锥形散料面21，所述上锥形散料面21上均布设有出液孔20，出液孔20与盛液箱2内部相通；所述回转体3与转轴11同轴固接且回转体3上端具有与转轴11同轴的下锥形散料面31，其中，上锥形散料面21与下锥形散料面31之间形成锥形散料腔，上锥形散料面21、下锥形散料面31的锥面与水平面的夹角约为10°~30°，而且锥形散料腔的高度越薄越好，约为5~15mm；所述盛液箱2与转轴11之间还具有连通投料口101与锥形散料腔的过料通道201，在过料通道201的上方可设置倒锥形的料斗用于接住投料口101投入的针状焦粉末；以及

激振循环混合处理部分，位于罐体1内的预混合处理部分下方，所述激振循环混合处理部分包括：回转壳体4、输送管5和激振环6，所述回转壳体4与转轴11同轴固接且回转壳体4的外周均布设有喷口41，喷口41沿朝下倾斜设置，而且回转壳体4可以与回转体3一体成形；所述输送管5与转轴11同轴设置且输送管5上端与回转壳体4转动配合，而且转动配合处设置密封圏结构，输送管5下端固接于罐体1内底部位置，输送管5内设有与转轴11连接且用以向上送料的第一输送螺旋51；所述激振环6上端固接于罐体1内壁上，激振环6下端悬空；所述激振环6内壁具有开口朝上的集料环槽60，集料环槽60的截面可以呈V形，激振环6下端还竖直设有第一弹片61和第二弹片62，其中，第一弹片61与第二弹片62平行设置且二者是之间形成激振腔，该激振腔为狭长形的流体通过带，流体通过带竖直经过的长度较长，约为10~20cm，而且第一弹片61与第二弹片62之间的距离约为5~15mm，在第一弹片61或第二弹片62上设置激振机构；所述激振腔的下端开口，激振腔的上端与集料环槽60之间具有流道63；所述第一弹片61和第二弹片62成组设置，且绕转轴11轴线均布设置若干组，相邻两组之间具有避免振动干涉的向下开口的槽口，槽口约5mm宽；在激振循环混合处理时，喷口41处喷出的混合料可倾斜朝下撞击激振环6内壁后落至集料环槽60中，即喷口41与集料环槽60之间具有一定的水平距离，当转轴11慢速带动回转壳体4转动时，喷口41处的料由于压力及离心力不够，喷不到集料环槽60中，只有当转轴11高速带动回转壳体4转动时，喷口41处的料由于压力及离心力作用喷向，激振环6内壁后落至集料环槽60中。

本发明针对针状焦与高温沥青的具体包覆过程，包括如下两个部分工作内容：

1）预混合处理部分：将针状焦粉末从投料口101进行上料，粉料经过过料通道201后再到锥形散料腔中，在电机带动回转体3转动作用下，粉料在锥形散料腔中被分散，与些同时，出液孔20与较薄的粉料层进行大面积的预混合，通过增大接触面的方式来强迫沥青与粉料混合，防止结块，预混合后的混合料向下落入罐体1内底部；2）激振混合循环处理部分：混合料又在第一输送螺旋51作用下通过输送管5进入回转壳体4内，回转壳体4内的混合料在压力及离心力的作用下，再从喷口41处喷出倾斜朝下撞击激振环6内壁后落至集料环槽60中，在撞击过程中可以将混合料中的小团块状击散，后，集料环槽60中的混合料经过流道63流经激振腔中，在激振机构作用下，使得流经激振腔中的料反复被激振，从而使得针状焦孔隙中的微气泡得到有效排出，促使沥青从针状焦颗粒表面向其内部迁移，增强包覆效果，待下一步高温碳化后，针状焦颗粒的内部孔隙也被沥青炭充分填充，进而提高材料的压实密度。当然，若在混合过程中，电机慢速转动，而不能使得喷口41处喷出的料达不到撞击力的初速度和喷射力的要求，这时，喷口41处喷出的料就喷不到集料环槽60中，而直接下落至罐体1内底部，也可以避免小团块状料堵住流道63。因此，也可以等预混合处理部分全部加料完成后，再高速进行激振混合循环处理。

可以理解地，该混合机首先将针状焦粉末与高温沥青在锥形面结构上均布分散预混合，然后将混合料在离心甩出撞击分散和激振除微气泡的循环处理中深度混合包覆，使得针状焦材料颗粒中孔、洞、通道结构中更充分的嵌入沥青材料来提高材料压实密度，以及缩短包覆所需的时长。

实施例二

基于实施例一，为了加强预混合处理中将料强制分散的效果，本实施例中，可选地，所述上锥形散料面21上具有均布设置的若干上散料齿22，相应地，下锥形散料面31上均布设有若干下散料齿32，其中，上散料齿22与下散料齿32呈转动错位设置，如图3所示，沿径向由内至外，第一、三圈为绕轴心均布设置于下锥形散料面31上的下散料齿32，第二、四圈为绕轴心均布设置于上锥形散料面21上的上散料齿22，下散料齿32也可以按一、三、五、七……设置更多圈，上散料齿22也可以按二、四、六、八……设置更多圈；工作过程中，下散料齿32随下锥形散料面31转动，进而与若干圈上散料齿22形成梳齿式抓料结构，有效强制性的将经过锥形散料腔中的料抓散、避免结块。

进一步地，所述上散料齿22与下散料齿32均为弧形板状结构，当下锥形散料面31相对于上锥形散料面21转动时，弧形板状结构将料在锥形散料腔中倾斜朝下导送，如此设置相对于沿径向设置的直板而言，料在弧形面的导向作用下利于在锥形散料腔中斜向下移动，不至于积料。

实施例三

基于实施例一或二，为了简化激振机构，稳定实现对弹片的激振敲击，本实施例中，可选地，所述激振机构包括：支架7、挤压块8和凸起9，所述支架7与回转壳体4固接，且支架7靠近第二弹片62处设置所述的挤压块8，而且支架7与挤压块8成组设置，并绕转轴11轴线均布设置若干组，图中就设置了四组，所述第二弹片62靠近转轴11的一侧设置所述的凸起9，其中，挤压块8可与凸起9弹性抵接，当挤压块8脱离凸起9时，第二弹片62由于弹性的恢复作用产生振动；为了避免挤压块8转动时与凸起9卡滞，在挤压块8转动方向的前端至末端设置导向斜面，挤压块8转动时，导向斜面沿径向靠近凸起9直到将其弹性压紧，当导向斜面的末端陡面脱离凸起9时，弹片回弹并产生激振。

进一步地，所述支架7上还设有用以对罐体1内下部分（图1中波浪线以下部分）进行搅拌的搅拌叶70，其中，搅拌叶70可以为倾斜的板状结构，且转动时，倾斜面将液态料向罐体1内的底部推送。

实施例四

基于实施例一或二，为了利于回转壳体4内的料沿径向甩出，本实施例中，可选地，所述回转壳体4内与径向呈锐角夹角设有导流片42，即导流片42与径向线的夹角约为10°~20°，回转壳体4转动时，导流片42将料沿径向向外导送，所述导流片42绕转轴11轴线均布设置若干个，相邻两个导流片42之间形成一个导流腔，所述导流腔靠近转轴11处与输送管5上端相通，导流腔远离转轴11处设置所述的喷口41。

进一步地，所述导流腔沿径向向外的截面积呈渐缩状设置，这样设置的好处是，至少让回转壳体4进料口处的截面积大于出料口处的截面积，利于回转壳体4内的进料通畅。

上述各实施例中，所述过料通道201中设有与转轴11同轴固接的第二输送螺旋202，当第二输送螺旋202随转轴11转动时用以将过料通道201中的料向下输送，如此一来，增强过料通道201中向下挤压送料的能力。

上述各实施例中，所述罐体1外围还设有加热夹套103，加热夹套103一侧底部具有进液口，另一侧上方具有出液口，可以通入导热油等介质，保证罐体1内能维持高温的工作环境，从而保证沥青的良好流动性。

上述各实施例中，所述罐体1上方还贯穿设有气管104，该管104可以通过管路与压力气泵连接，可以用以给罐体1输入惰性压力气体，以在加压条件下利于沥青渗进针状焦颗粒内部的孔隙中。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，其特征在于，包括：

罐体（1），其上方具有投料口（101），下方具有排料口（102）；所述罐体（1）内立设有转轴（11），转轴（11）上端贯穿至罐体（1）上端并与电机输出端传动连接；

预混合处理部分，位于罐体（1）内上方，所述预混合处理部分包括：盛液箱（2）和回转体（3），所述盛液箱（2）底部具有与转轴（11）同轴设置的上锥形散料面（21），所述上锥形散料面（21）上均布设有出液孔（20）；所述回转体（3）与转轴（11）同轴固接且回转体（3）上端具有与转轴（11）同轴的下锥形散料面（31），其中，上锥形散料面（21）与下锥形散料面（31）之间形成锥形散料腔；所述盛液箱（2）与转轴（11）之间还具有连通投料口（101）与锥形散料腔的过料通道（201）；以及

激振循环混合处理部分，位于罐体（1）内的预混合处理部分下方，所述激振循环混合处理部分包括：回转壳体（4）、输送管（5）和激振环（6），所述回转壳体（4）与转轴（11）同轴固接且回转壳体（4）的外周均布设有喷口（41）；所述输送管（5）与转轴（11）同轴设置且输送管（5）上端与回转壳体（4）转动配合，输送管（5）下端固接于罐体（1）内底部位置，输送管（5）内设有与转轴（11）连接且用以向上送料的第一输送螺旋（51）；所述激振环（6）上端固接于罐体（1）内壁上，激振环（6）下端悬空；所述激振环（6）内壁具有开口朝上的集料环槽（60），激振环（6）下端还竖直设有第一弹片（61）和第二弹片（62），其中，第一弹片（61）与第二弹片（62）平行设置且二者是之间形成激振腔，在第一弹片（61）或第二弹片（62）上设置激振机构；所述激振腔的下端开口，激振腔的上端与集料环槽（60）之间具有流道（63）；所述第一弹片（61）和第二弹片（62）成组设置，且绕转轴（11）轴线均布设置若干组；在激振循环混合处理时，喷口（41）处喷出的混合料可倾斜朝下撞击激振环（6）内壁后落至集料环槽（60）中。

2.根据权利要求1所述的基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，其特征在于，所述上锥形散料面（21）上具有均布设置的若干上散料齿（22），相应地，下锥形散料面（31）上均布设有若干下散料齿（32），其中，上散料齿（22）与下散料齿（32）呈转动错位设置。

3.根据权利要求2所述的基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，其特征在于，所述上散料齿（22）与下散料齿（32）均为弧形板状结构，当下锥形散料面（31）相对于上锥形散料面（21）转动时，弧形板状结构将料在锥形散料腔中倾斜朝下导送。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，其特征在于，所述激振机构包括：支架（7）、挤压块（8）和凸起（9），所述支架（7）与回转壳体（4）固接，且支架（7）靠近第二弹片（62）处设置所述的挤压块（8），所述第二弹片（62）靠近转轴（11）的一侧设置所述的凸起（9），其中，挤压块（8）可与凸起（9）弹性抵接，当挤压块（8）脱离凸起（9）时，第二弹片（62）由于弹性的恢复作用产生振动。

5.根据权利要求4所述的基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，其特征在于，所述支架（7）上还设有用以对罐体（1）内下部分进行搅拌的搅拌叶（70）。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，其特征在于，所述回转壳体（4）内与径向呈锐角夹角设有导流片（42），回转壳体（4）转动时，导流片（42）将料沿径向向外导送，所述导流片（42）绕转轴（11）轴线均布设置若干个，相邻两个导流片（42）之间形成一个导流腔，所述导流腔靠近转轴（11）处与输送管（5）上端相通，导流腔远离转轴（11）处设置所述的喷口（41）。

7.根据权利要求6所述的基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，其特征在于，所述导流腔沿径向向外的截面积呈渐缩状设置。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，其特征在于，所述过料通道（201）中设有与转轴（11）同轴固接的第二输送螺旋（202），当第二输送螺旋（202）随转轴（11）转动时用以将过料通道（201）中的料向下输送。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，其特征在于，所述罐体（1）外围还设有加热夹套（103）。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的基于针状焦制备石墨负极材料在包覆过程中的混合机，其特征在于，所述罐体（1）上方还贯穿设有气管（104）。

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