CN87104655A - 制造浮法玻璃的方法和设备 - Google Patents

Abstract

通过线性感应电机的作用，在熔池上游的第一 熔融金属浴表面和下游的第二熔融金属浴表面之间 产生一个高度差。在玻璃带从第一金属浴表面移动 到第二金属浴表面期间，使投放到第一金属浴表面的 玻璃带然后具有预定的厚度。

Description

本发明涉及制造浮法玻璃的方法和设备。

人们已经掌握用浮法工艺来生产比平衡厚度薄的玻璃板的制造方法。即，把熔融玻璃投放到熔融的金属浴上以形成玻璃带，并且玻璃带在熔融金属浴上面经受一个拉力使其被拉伸。由于玻璃带在拉伸过程中在它的宽度方向倾向于收缩，故安装一对上轧辊使玻璃带的两边与上轧辊接触以防止玻璃带收缩。玻璃带的拉伸由于利用了上轧辊的、作用可在比较低的温度下进行，例如：在800℃-950℃范围。然而，低的温度会增加玻璃的粘度（在用于建筑物的窗户玻璃Na₂O-CaO-SiO₂系统里其log η大约为4.8-6.5（η为玻璃的粘度，以泊为单位））。因此，还存在着一些问题：即，使具有平衡厚度的浮法玻璃达到目标厚度需要很长一段距离（例如：当目标厚度为1mm时，其距离约为20m）。结果，装熔融玻璃体的熔池的尺寸变大了，浪费了大量的能量。另外，由于玻璃带的两边非常厚，就使玻璃产品的生产效率降低了。

日本已审查的专利公告6844/1975号已经公开了一种生产薄的玻璃带的方法。该方法是在熔融金属浴上形成一种驻波，玻璃带移动出由驻波形成的投影范围。然而，驻波的细微变化会大大地影响玻璃带的厚度。因此，控制玻璃带的厚度是有困难的。另外，由于驻波是通过升起部分熔融金属表面而形成的，所以使驻波具有一个稳定的形状是有困难的。因此，容易造成玻璃带的变形，靠此种方法无法获得均匀厚度的玻璃带。由于玻璃带的厚度比目标厚度薄，当玻璃带的运动超出驻波所能及的范围时，仍使用驻波这个工艺方法，则玻璃带容易断裂。作为生产比平衡厚度厚的浮法玻璃一种方法是在熔池的两侧安装玻璃带宽度控制装置，例如：碳保护板或上轧辊，以便使在熔池的前缘与玻璃带宽度控制装置之间的玻璃带形状能被检测出来，并且能调整从熔池前缘挂下来的玻璃。但也存在着工作效率低的问题。

本发明的一个目的是提供一种制造浮法玻璃的方法和设备。使浮法玻璃的厚度比平衡厚度薄，玻璃不会发生变形，并使用一个小的熔融的金属浴以利节能和提高工作效率。

本发明的另一个目的是提供一种制造浮法玻璃的方法和设备。这种工艺方法和设备是容易操作的，以能生产比平衡厚度厚的玻璃板。

本发明的又一个目的是提供使用上述的方法生产出的浮法玻璃。

通过提供一种制造具有预定厚度的浮法玻璃的方法和通过向熔融的金属浴表面连续不断地提供熔融玻璃及不断地推进玻璃带来生产出玻璃带，可达到上面所述的和其它一些属本发明的目的，其特征是在熔池的上游和下游各自形成一个第一水平熔融金属浴表面和一个第二水平熔融金属浴表面，以便在第一和第二金属浴表面之间通过一个线性感应电机的作用产生一个高度差，使玻璃带从第一个金属浴表面运动到第二个金属浴表面，从而形成具有预定厚度的玻璃带。

本发明还进一步提供了一套制造浮法玻璃的设备。通过向熔池里的金属浴表面连续不断地添加熔融玻璃和连续不断地使玻璃带向前运动来生产出玻璃带，使其具有一个预定的厚度，其特征是在熔池的底部或在熔融金属浴的上部放置一台线性感应电机（linear    inductionmotor），以便在熔池上游的熔融金属浴的第一水平表面和熔池下游的熔融金属浴的第二水平表面之间产生一个高度差。

根据本发明，在熔池上游的熔融金属浴的第一水平表面和其下游的熔融金属浴第二水平表面之间要形成一个高度差。当在熔融金属浴上形成的玻璃带其厚度比熔融玻璃的平衡厚度薄的时候，说明了第一金属浴表面的水平低于第二金属浴表面的水平。当玻璃带的厚度比平衡厚度厚的时候，说明了第一金属浴表面比第二金属浴表面来得高。第一和第二金属浴表面之间的合乎要求的高度差被认为是在0.5mm-6mm范围内，而这时候玻璃带的厚度比所产生出来的平衡厚度薄。确定高度差取决于所要制造的玻璃的厚度。

通过向熔融金属体施加一个电磁力就可在第一和第二金属浴表面之间形成一个高度差，并通过改变电磁力能很容易地改变这个高度差。作为赋予电磁力的方法，英国专利1107099号已经公开了：把线性感应电机中一个三相交流电压加到一个梳齿形的初级铁芯上去，这个铁芯上绕有线圈，并且这些线圈连续地被激励形成一个在预定方向上运动的磁场，通过磁场的运动在熔融金属浴内部感应出一个电流。通过磁场的运动和电流的作用产生一个洛仑兹力。因此，在熔融金属浴内部与运动磁场同方向处就产生了一体积力，这样在第一和第二金属浴表面之间就形成了一个高度差。即：把一个大约为50高斯（线性感应电机的长度大约为一米）的运动磁场加到熔融金属浴上时，在熔融金浴内部大约形成2.8mm的高度差。当要求高度差大约为16mm时，就必需把大约120高斯的运动磁场加到熔融金属浴上去。在第一和第二金属浴表面的边界部位，形成一个倾斜的表面区域。当玻璃带经过斜面时，最好测定出玻璃的粘度是在log    η为3.1至4.8范围内。当log    η大于4.8时，玻璃易产生变形，而当log    η小于3.1时，说明金属浴的温度已经极其高了，会造成能量的大量浪费和熔池的损坏。最好当玻璃带到达第二金属浴表面时，通过冷却玻璃带使玻璃的粘度达到log    η＝6.5，以致不会造成玻璃带宽度的收缩。

使用本发明的工艺方法，玻璃带的厚度在第一和第二金属浴表面的边界地区接近目标厚度，并且玻璃带在第二金属浴表面的上游部位正确地达到目标厚度。由于拉伸玻璃带的速度提高了，确定了目标厚度的位置移到上游部位。通常，这个位置被确定在离第一和第二金属浴表面边界区域3米之内。

如图所示：

图1是一个本发明制造浮法玻璃的设备的一个实施例的纵向剖面图;

图2是图1所示的设备的一个局部平面剖视图;

图3是本发明制造浮法玻璃的设备的另一个实施例的局部平面剖视图;

图4是图3沿A-A线处的剖视图;

图5是本发明制造浮法玻璃的设备的又一个实施例的局部平面剖视图;

图6是图5沿A-A线处的剖视图;

图7是本发明制造浮法玻璃的设备的再一个实施例的局部平面剖视图;

图8是图7沿A-A线处的剖视图;

下面参照视图来描述本发明一些优选的实施例。

见图1和图2，熔融玻璃10在玻璃熔炉里被推进，其推进的流速通过一个由耐火材料砌的炉门来调节，这个炉门位于通往玻璃熔炉的通道的前沿。然后受到流速调节的熔融玻璃从喷口12的一端流到熔融金属浴的第一个水平表面13。刚流下来的熔融玻璃的温度大约为1100℃且粘度极小，制造普通窗户玻璃的组分粘度的普通对数值为3.65（log    η＝3.65）。熔融玻璃在第一个金属浴表面沿着限流瓦15扩散开来成为有一定平衡厚度的玻璃带16，然后覆盖第一个熔融金属浴，这时玻璃带两侧与内含金属熔体的熔池17的侧壁保持浸润接触。

在熔池17的底部下面放置着一台线性感应电机19，此电机的宽度与熔池17的宽度实质上相同以能在熔池的下游产生一个运动磁场（在图1和图2的右方）。磁场产生一个力使得熔池里的金属熔体向下游运动，靠此方法在熔池下游形成了第二水平金属浴表面20高于第一金属浴表面，并在第一和第二金属浴表面的边界区域形成了一个斜的金属浴表面22。由于靠线性感应电机的作用把一很均匀的力从其底部加到金属熔体表面，实质上金属熔体并不流动。确定第一和第二熔体表面之间的高度差取决于要制造的玻璃板的厚度。例如：当需要制造3mm厚的玻璃板，其高度差最好是2mm。如玻璃板的厚度为0.5mm，则高度差的范围最好为3～4mm。改变线性感应电机的功率就能改变其高度差。线性感应电机也可放置在熔融金属浴上方的空间部位23处。

内有金属熔体的熔池的侧壁18最好用导电率比金属熔体大的材料所砌成。最好使用这样一些材料如钨、钨合金或二硼化锆，以便靠线性感应电机作用使玻璃带向前运动的力实质上不受到减弱。在第一金属浴表面形成了平衡厚度的玻璃带向前运动到斜的金属浴表面22，在这里玻璃带的厚度由于第一和第二金属浴表面之间的高度差施加的压力作用下迅速变薄了，并且当玻璃带到达第二金属浴表面20时其厚度变得接近目标厚度。当玻璃带到达第二金属浴表面的上游时，就获得了精确的目标厚度。玻璃带在这时的粘度最好在3.1～4.4范围内。对于制造普通的窗户玻璃要求达到该粘度的相应温度大约为1000℃～1200℃。

当玻璃带被推进到第二金属浴表面20时，最好迅速冷却玻璃带，以便提高玻璃带的粘度，以致不再增加玻璃带的厚度。这时玻璃带的log    η大约6.5。在玻璃带的log    η达到4.0～4.8之前，最好玻璃带对熔池侧壁有可浸润性，据认为这时玻璃带的表面张力作用丧失了，实质上也消除了增加玻璃带厚度的力。最好玻璃带冷却后其log    η值在4.0～4.8范围内，使玻璃带的二边与熔池的侧壁分开。这是因为一股大的压力作用在具有上述粘度的玻璃带的二边并产生了大的形变。

当玻璃带被冷却其log    η从4.0-4.8变化到6.5，玻璃带厚度增加的可能性存在时，就可在熔池二边使用上轧辊。在这种情况下，效率的降低是极小的，因为玻璃带要接近其目标厚度了。另外，上轧辊筒的数量可以少点。然后玻璃带被进一步冷却并把它从熔池处运送到退火窑（视图省略）。

如图3和图4所示的设备，在熔池31下面安放着一台线性感应电机32，电机的宽度比玻璃带33的宽度稍微大一点。在熔池31二侧，玻璃带33二边的下部，浸没在熔融金属浴36中，各自放置一个由导电材料，如：钨，二硼化锆等组成的导电器。在每一个导电器34上面，安放了一个玻璃带宽度维持器35。维持器35也是被浸在熔融金属浴36中。由于表面张力和牵引力的作用，维持器35可以防止比平衡厚度薄的玻璃带的宽度变形。维持器35的上表面各自朝熔池中心倾斜，而上表面的顶部与熔融金属浴36的表面实际上是齐平的。维持器是由石墨、氮化硼（BN）、氮化铝（AlN）等其中一种材料所组成，而这些材料对熔融玻璃和熔融金属浴都是非浸润性的。因此金属浴表面呈现一种两边缘部位剧烈下降的形状，并逐渐与维持器的上表面相接触（见图4）。用来制造维持器的材料中，石墨是最受欢迎的材料，因为它具有对熔融金属浴非浸润性的性质。靠线性感应电机32作用对熔池的上游到下游的熔融金属浴施加一体积力，以致在熔池的下游形成的第二金属浴表面比在电机上游的第一金属浴表面高。

维持器35的上表面是向熔池中心倾斜，因此，即使第二金属浴表面比第一金属浴表面高，金属熔体也不会溢出维持器。要求每个维持器上表面的倾斜角相对于水平面为5°～60°这个范围内。如倾斜角比上述的值小，则会增加玻璃的厚度，降低了玻璃产品的生产效率。另一方面，当倾斜角比上述的值大时，玻璃带的宽度易倾向于收缩。

维持器35最好从线性感应电机的上游起沿着玻璃带的前进方向延伸到达某一个位置，在那里玻璃带的粘度log    η约为6.5。在线性感应电机的上游熔池内装有导电器34可以获得满意的结果。

如图3和图4中所示的设备，流到第一金属浴表面的熔融玻璃会变成有平衡厚度的玻璃带。当玻璃带从第一金属浴表面移动到第二金属浴表面时，玻璃带就具有了目标厚度。这时，根据第二金属浴表面的形状（如图4所示），玻璃带的边缘部位37呈现向下稍有弯曲。通过其具有的表面张力和牵引力的作用，玻璃带的弯曲边缘部位37能防止玻璃带宽度的收缩。于是，把具有目标厚度的玻璃带进行冷却使其粘度达到6.5，以便使玻璃带在其宽度方向不发生收缩。在这种情况下，由于玻璃带与维持器不发生浸润接触，即使玻璃带被冷却到上述的粘度，也不会产生出压力来阻止玻璃带的向前移动。因此不存在玻璃带变形的危险。

然而，玻璃带在冷却期间在第二金属浴表面没有维持器的情况下继续向前运动，并最后从熔池中被推出来。由于导电器34安装在维持器35下面，故线性感应电机提供的一体积力在维持器邻近范围内没有降低。因此，第一和第二金属浴表面之间的高度差在接近维持器35的部位不会变小。

图5图6展示了一个制造浮法玻璃的设备的另一个实施例。

如图6所示，每个玻璃带宽度维持器45都是由一个内壁46，一个底面和一个外侧壁所组成，使其在剖视图中呈现∪的形状。维持器45被放置在熔池内部两侧的导电器44上面。内侧壁46的上端部作为每个维持器45的一个结构元素要与线性感应电机下游的第二金属浴表面48同样高度或者稍微低一点。由于维持器是由对金属熔体和熔融玻璃有非浸润性材料所组成的，故不存在金属熔体从内侧壁46的顶部溢出来流到凹槽49中去的危险。

线性感应电机的上游的内侧壁顶部被定为与第一金属浴表面具有同样高度或稍微低一点。凹槽49的宽度是窄的，因此线性感应电机实际上不能把一体积力加到凹槽中的金属熔体上去。结果，凹槽里的金属浴表面要比内壁46的顶部低。

在图5和图6中展示的实施例的功能本质上是与图3和图4展示的实施例的功能相同的。即：在线性感应电机的作用下，在熔池中位于线性感应电机的下游形成了一个有较高水平面的第二金属浴表面，而在其上游形成了一个较低水平面的第一金属浴表面。

熔融玻璃被投放到第一金属浴表面后就形成了具有平衡厚度的玻璃带。在玻璃带从第一金属浴表面运动到第二金属浴表面期间，玻璃带便具有了目标厚度。这时，玻璃带二边由于延伸超出了内壁46的顶部成为自由端故稍微有点向下弯曲，并在凹槽49内的金属浴表面保持着。玻璃带的自由端可以阻止因表面张力和牵引力的作用缩减玻璃带的宽度。在金属浴表面向前运动的玻璃带保持着上述的状态并被冷却直到log    η变成大约为6.5。

图7和图8展示了本发明制造浮法玻璃的设备的再一个具体实施例。

玻璃带宽度维持器61由能对玻璃带产生可浸润性特性的材料所组成。用硅线石（silimanite）系列的耐火材料来制造维持器是能满足要求的。在熔池中放置的每一个维持器61与玻璃带的前进方向倾斜成一个θ角度，以便在线性感应电机位置的下游能减小玻璃带的宽度，通过这个方法，所生产的玻璃带在二侧局部区域的厚度是小的。倾斜角的范围最好是在5°～30°。当θ倾斜角小于上述的范围，则防止玻璃带边缘部位形成局部过薄的作用小了。反之，当θ倾斜角大于上述的范围，则玻璃带二边的厚度会变得很厚，造成玻璃带的宽度缩小。

导电器63是沿着熔池的内壁安装，并浸没在熔融金属浴64中。导电器安装在线性感应电机62的上方。

如图7、图8所示的设备，第一金属浴表面的具有平衡厚度的玻璃带移动到第二金属浴表面，由于线性感应电机的作用使第二金属浴表面比第一金属浴表面高，使玻璃带具有了目标厚度。因为玻璃带的二边与维持器61保持浸润接触，故不存在由于表面张力和牵引力的作用而缩小玻璃带的宽度。玻璃带沿着倾斜放置的维持器保持其宽度。当玻璃带被冷却到预定的粘度（log    η大约为4.0～4.8）后就与维持器分开了，然后迅速冷却到粘度log    η大约为6.5。当冷却速度为2℃/秒或更高一点时，玻璃带能很好地维持其宽度。

当log    η为4.8或更低一点时，即使玻璃带的边缘部位与维持器保持浸润接触，实际上也不会向朝着前进方向的玻璃带边缘部位施加压力。因此，玻璃带不会发生变形。

前面所作的描述是为了制造其厚度比平衡厚度薄的玻璃带。然而，制造比平衡厚度厚的玻璃带可按如下所述进行：

参阅图1，通过改变施加于线性感应电机19上的电力的相位来产生一个运动磁场（在熔池的上游运动）。然后与图1所示的情况相反，在熔池上游的第一金属浴表面变得比其下游的第二金属浴表面高。在第一金属浴表面上的具有平衡厚度的玻璃带被推入第二金属浴表面，在这个期间玻璃带的厚度变厚了，然后玻璃带在第二金属浴表面迅速冷却。第一和第二金属浴表面之间的高度差最好在0.5mm～15mm范围内，当然也可根据所制造的玻璃带的厚度来调节。例如，当需要制造厚度为8mm玻璃带时，要求高度差为1mm。当需要制造18mm厚度的玻璃带时，要求高度差为13mm。在第一和第二金属浴表面边界区域，玻璃带的粘度log    η最好在3.1～4.4范围内。更可取的是log    η在3.1-4.0范围内。

在这种情况下，玻璃带最好在被冷却到log    η为4.4之前对熔池的侧壁是可浸润的。也最好使玻璃带迅速冷却到log    η为6.5，以便不会减薄玻璃带的厚度。在这种情况下，玻璃带的二边不应与熔池侧壁保持接触。由于未达到冷却的效果，当玻璃带厚度有减薄的趋势时，在第二金属浴表面区域可以安装上轧辊或碳保护板。

根据本发明工艺方法，由于具有平衡厚度的玻璃带是在第一金属浴表面形成，故投放到熔池中去的熔融玻璃量可以精确地被调节。

例子;

使用图3和图4所示的设备。启动线性感应电机。然后，在金属锡浴的表面内感应出了大约50高斯的运动磁场（线性感应电机的长度大约为1米），靠此方法，使下游的第二金属浴表面比上游的第一金属浴表面高2.8mm。加热到大约为1100℃的熔融玻璃（用来制造窗户玻璃的碳酸钠-氧化钙-二氧化硅玻璃）被连续地投放到第一金属浴表面以形成具有平衡厚度的玻璃带。玻璃带如箭头所示从第一金属浴表面运动到第二金属浴表面，通过延伸而具有1.1mm的厚度。玻璃带在运动过程中，玻璃带二边在维持器37上表面呈现稍微有点向下弯曲的形状，当玻璃带在第二金属浴表面向内弯曲时，会被凹槽里金属锡浴托住。玻璃带在向前运动期间，被冷却到800℃。然后，玻璃带进一步向前推进，在没有安装维持器的金属浴表面继续冷却，最后从熔池里被推出来。玻璃带从熔池里推出来时其温度大约为600℃。玻璃带的宽度为4米，其推进速度为每小时80米。

用平面测量仪（由东京Koon    Denpa    Kabushiki    Kaisha制造）可以测量玻璃带的表面不平度。其表面所产生的不平度为0.05um/2mm或更低。在所得的玻璃带中，发现具有均匀厚度的表面区域扩大到接近其边缘部位，故玻璃带的成品率达到约95%（重量百分比）。

对比例：

用图3和图4所示的设备，但撤去线性感应电机和维持器。按照传统的方法生产玻璃带（厚度为1.1mm）。在玻璃带二边缘部位使用上轧辊来防止玻璃带宽度的减小。用上述例子中的方法来测量所得的玻璃带的表面不平度。结果其表面不平度值为0.2-0.5um/2mm。

玻璃带的边缘部位非常厚，故其成品率大约只有50%（重量百分比）。

如上所述，根据本发明，当需要生产比平衡厚度薄的玻璃带时，在熔融金属浴表面提供一个高度差，就可以生产出具有预定厚度的玻璃带。因此，玻璃带产生的变形是极小的，并且对生产完整的玻璃产品所需要的工艺长度缩短了。结果，缩小了装有金属熔体的熔池的尺寸，减少了能耗。把粘度在log    η＝3.1～4.4范围内的玻璃带从第一金属浴表面运动到第二金属浴表面可以进一步改进上述的作用。

根据本发明，没有必要为了防止玻璃带宽度的缩小在玻璃带边缘部位按传统方法安装一些上轧辊，或只要求安装少量的轧辊，因此提高了工作效率。即使使用了上轧辊，其工作效率可以大幅度提高，因为玻璃带边缘部位的厚度是薄的。

另一方面，当需要按照本发明方法生产厚度比平衡厚度的玻璃板时，在第一金属浴表面形成的具有平衡厚度的玻璃带和投放到第一金属浴表面的熔融玻璃量能够精确地加以控制。因此，便能够生产出厚度变化很小的玻璃带。

Claims (13)

1、通过连续向熔池中的熔融金属浴表面投放熔融玻璃来生产玻璃带和推进上述的玻璃带使其具有预定的厚度的一种制造浮法玻璃的方法，其特征是在上述的熔池的上游和下游通过线性感应电机的作用各自形成第一水平熔融金属浴表面和第二水平熔融金属浴表面，以便在上述的第一和第二金属浴表面之间产生一个高度差，在那里通过把玻璃带从上述的第一金属浴表面运动到上述的第二金属浴表面来形成有预定厚度的玻璃带。

2、如权利要求1所述的一种制造浮法玻璃的方法，其进一步特征是上述的具有平衡厚度的玻璃带是在上述的第一金属浴表面形成的。

3、如权利要求1所述的一种制造浮法玻璃的方法，其进一步特征是上述的玻璃带从上述的第一金属浴表面运动到上述的第二金属浴表面，在这期间玻璃带与上述的熔池侧壁保持浸润接触。

4、如权利要求1所述的一种制造浮法玻璃的方法，其进一步特征是上述的玻璃带从上述的第一金属浴表面运动到上述的第二金属浴表面，在这期间其粘度，以泊为单位的普通对数值来表示在3.1～4.4范围内。

5、如权利要求1所述的一种制造浮法玻璃的方法，其进一步特征是所述的第二金属浴表面比所述的第一金属浴表面高0.5mm～6mm，以便形成比上述平衡厚度薄的玻璃带。

6、如权利要求3所述的一种制造浮法玻璃的方法，其进一步特征是上述的玻璃带与其保持浸润接触的熔池的侧壁是由钨、以钨为主要成分的合金或二硼化锆所构成。

7、如权利要求1所述的一种制造浮法玻璃的方法，其进一步特征是所述的第一金属浴表面比第二金属浴表面高0.5mm～15mm，以便形成比平衡厚度厚的玻璃板。

8、通过连续向置于熔池中的熔融金属浴表面投放熔融玻璃来形成玻璃带和通过向前推动所述的玻璃带使其具有预定的厚度的一种制造浮法玻璃的设备，其特征是：

在所述熔池的下面或所述熔融金属浴的上方安装一台线性感应电机，以便在所述熔池的上游的第一水平熔融金属浴表面和下游的第二水平熔融金属浴表面之间产生一个高度差;

一对玻璃带宽度维持器被相应地安装在所述的玻璃带的二边，以防止玻璃带在其宽度方向收缩。

9、如权利要求8所述的一种设备，其进一步特征是所述的维持器是由对熔融金属浴具有非浸润性的材料所制成，每一个维持器的上表面基本上是与上述的第二金属浴表面有同样高度并且是向内倾斜的。

10、如权利要求8所述的一种设备，其进一步特征是所述的维持器是由对熔融金属浴具有非浸润性的材料所制成，在剖视图中呈现一个由内壁、底面和外壁所组成的U形结构，其中内壁的上表面是与第二金属浴表面具有同样高度。

11、如权利要求9所述的一种设备，其进一步特征是所述的维持器是由石墨制成的。

12、如权利要求8所述的一种设备，其进一步特征是所述的维持器是由对玻璃具有浸润性的材料制成，并且是这样安排的，使得当玻璃带向熔池下游运动时，其宽度减小。

13、用权利要求1所述的方法生产出来的浮法玻璃。

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