DE2206081C3 - Verfahren zum Frischen von Hämatitroheisen - Google Patents

Verfahren zum Frischen von Hämatitroheisen

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Description

/>>130-150 V+ 10/
wobei Pin % des Gesamtgewichts des eingesetzten Kalks und V in mVt erhaltenen Stahls ausgedrückt v> sind und / den Siliziumgehalt des eingesetzten Roheisens in % darstellt.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß außer Kalk noch Stoffe, wie Verflüssigungsmittel (Flußspat, Tonerde) und Kühlmittel (Erz, Soda, Zunder), gegebenenfalls mit dem Kalk vermischt, in den Konverter eingesetzt werden, wobei diese Stoffe vorzugsweise die gleiche Korngröße wie der Kalk selbst aufweisen.
10. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 9, ιτ> dadurch gekennzeichnet, daß auch stärker schmelzbare Verbindungen als Kalk, insbesondere Kalkferrite, als vollständiger oder teilweiser Kalkersatz in den Konverter eingegeben werden, deren Korngröße der für den Kalk geforderten Korngröße entsprechen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Frischen von Hämatitroheisen in einem Sauerstoff-Mantelgas-Durchblaskonverter.
Hinsichtlich des Frischens hämatitischen Roheisens mittels eines oxydierenden Gases ist es bekannt, daß das Problem der Steuerung des richtigen Ablaufs des gesamten Frischungsvorgangs umso schwieriger gelöst werden kann, je höher der Sauerstoffgehalt des oxydierenden Gases ist. Einer der Gründe hierfür, der an sich auf der Hand liegt, ist darin zu suchen, daß die örtliche Geschwindigkeit bestimmter Reaktionen und die an bestimmten Badsteilen anstehenden Temperaturen in einem direkten Verhältnis zu diesem Sauerstoffgehalt stehen.
Darüberhinaus weiß man, daß der ordnungsgemäße Ablauf eines Frischvorganges bei hämatitischem Roheisen, besonders wenn es sich um einen Frischprozeß mit Einsatz reinen Sauerstoffs handelt, verknüpft ist mit einer zeitlich wohl vorbestimmten Entwicklung der Schlackenzusammensetzung. So ist die Zusammensetzung der Schlacke beispielsweise von großem Einfluß auf die Beteiligung der Schlacke an der Entkohlungsreaktion und dementsprechend auf den Ablauf dieser Reaktion.
Weiter ist bekannt, daß Funkenauswurf und Überschäumen der Schlacke allein schon aus Gründen der Sicherheit für das Bedienungspersonal sowie im Hinblick auf das Eisenausbringen aus dem Frischungs-Vorgang gebremst und reduziert werden können durch eine entsprechende Entwicklung der Schlackenzusammensetzung während dieses Vorgangs; außerdem beeinflußt die Zähigkeit der Schlacken deren Schäumungs- und Überlaufeigenschaften. Man weiß also ohne weiteres, in welch großym Maße eine wirksame Führung und Steuerung dieser Entwicklung für den Frischungsvorgang von Bedeutung ist.
Will man einen Vorgang zum Frischen von hämatitischem Roheisen durch Einblasen vom Boden oder von der Seitenwandung des Konverters aus in klassischer Manier durchführen, so vergegenwärtige man sich, daß man kaum Gebrauch von mehr als einer einzigen Einflußvariablen machen kann. Der Grund hierfür ir.t einfach: der unter der Oberfläche des zu frischenden Metallbades eingeblasene Sauerstoff dringt direkt in das Bad ein, ohne zum Teil in die Schlacke einzugehen. Man hat also keine Möglichkeit, nach Wunsch einen Teil des eingeblasenen Sauerstoffs auf die Schlacke zu leiten und auf deren Bildung Einfluß zu nehmen. Der einzige Einflußparameter, der zur Verfügung steht, ist die Sauerstoff-Einblasmenge, die jedoch eine nur sehr begrenzte Auswirkung auf die Sauerstoffverteilung zwischen Bad und Schlacke haben kann. Die natürliche Folge dieser Sachlage ist, daß man die Entwicklung der Schlackenzusammensetzung umso mehr sich selbst überlassen muß als steuern zu können, was einen großen Nachteil darstellt. Das Fehlen von Eisen in der Schlacke ist vor allem auf Schwierigkeiten bei der Lösung von Kalk in dieser Schlacke zurückzuführen.
Es wurden bereits die verschiedensten Anstrengungen unternommen, um diesen Nachteil nuszuschalten, und zwar indem man versuchte, eine wcilere Einflußvariable zur Geltung zu bringen: besonders wurde bereits
vorgeschlagen, den Kalk in dem vom Konverterboden aus in das Metallbad eingeblasenen Frischungsgas feinverteilt in der Schwebe zu halten: es wurden daraufhin Spuren großen Verschleißes an den Düsen festgestellt, außerdem waren der Transport des Pulvers und die Verteilung desselben zwischen bzw. auf die verschiedenen Düsen mit großen Schwierigkeiten verbunden.
Die Zugabe pulverförmigen Kalks von oben in einen Konverter wänrend des Einblasens ist stets für unwirksam erachtet worden, weil das Kalkpulver von den aus dem Konverter entweichenden Gasen fortgerissen wird, bevor es das Bad erreichen kann. Diese Verfahrenweise konnte lediglich dazu führen, daß die Kalkteilchen in starke Bewegung versetzt wurden, was bei der Einblasung von oben, beispielsweise beim LDAC-Verfahren, der Fall ist.
Auch wurde in der Vergangenheit bereits vorgeschlagen, den Kalk über den Konverterhut in Stücken dem Metallbad zuzugeben (d. h. in Stücken von so ausreichender Größe, daß das Bad sicher erreicht wird und die Kalkpartikel vom Konvertergas nicht weggerissen werden); es wurde hierbei festgestellt, daß beim Blasen große Schlacken- und Metallauswürfe verursacht wurden, welche die Wirtschaftlichkeit des Prozesses beeinträchtigen und die Frischzeit in einem unannehmbaren Maße verlängern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zum Frischen von Hämatitroheisen in einem Sauerstoff-Mantelgas-Durchblaskonverter derart weiterzuentwickeln, daß durch eine entsprechende Wahl der Kalkaufgabe Schlacken- und Metallauswürfe weitgehend vermieden werden, ohne daß es zu dem durch das Einblasen mit dem Frischungsgas bedingten Verschleiß an den Düsen kommt. Dabei soll die entstehende Schlacke gut flüssig und leaktionsfähig sein.
Diese Aufgabenstellung wird dadurch gelöst, daß bei zu Beginn des Frischvorganges eine Kalkmenge von weniger als 12 kg pro kg anfänglich im Hämatitroheisen enthaltenen Siliziums Ober den Hut in den Konverter gegeben wird, wobei die Korngröße dieses Kalks derart gewählt ist, daß die Summe der äußeren Oberflächen aller Kalkstücke mehr als 45 m2 pro t Roheisen ausmacht, wobei 0,5 bis 5 kg des je kg anfänglichen Roheisen enthaltenen Siliziums zugegebenen Kalks eine Oberfläche von mehr als 2,5 m2/kg Kalk aufweist.
Man erreicht auf diese Weise in bemerkenswert kurzer Zeit bereits eine sehr gut flüssige und reaktionsfähige Schlacke, die weder zu Auswürfen noch zum Überlaufen neigt Zugleich sind damit die beim Einbringen von puiverförmigem Kalk durch die Düsen bedingten Verschleißerscheinungen vermieden. Dank der erheblich besser beherrschbaren Betriebsführung läßt sich über die Menge des je Charge im Konverter hergestellten Stahls auch nachprüfen, ob die spezifischen Voraussetzungen des Kalksatzes zutreffend gewählt wurden; entsprechende Stoffbilanzen sind dem Fachmann geläufig.
Die vorgeschlagene Betriebsweise führt insgesamt zu den im Sinne der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung besten Betriebser^ebnissen. Falls es betriebliche Gegebenheiten erforderlich machen sollten, die Kalkzugabe unter Verzicht auf diese erfindungsgemäß möglichen Bestwerte zu verzögern, so ist es empfehlenswert, zur Sicherstellung noch befriedigender Ergebnisse mit dem Zusatz zu beginnen, bevor die Entkohlungsgeschwindigkeit 1A ihres maximalen Wertes erreicht hat.
Der vorgeschlagenen Maßgabe bezüglich der Summe der äußeren Oberflächen aller Kalkstücke liegt die theoretische Annahme zugrunde, daß alle Stücke vom kugeliger Beschaffenheit sind. In der Praxis werden die verwendeten Kalke als aus Kügelchen gebildet angenommen, deren Durchmesser weitgehendst ihrer mittleren Dicke entspricht, wobei der Abrieb unberücksichtigt bleibt.
Für einen Kalk gegebener mittlerer Körnung läßt sich diese Oberflächenkennzahl beispielsweise mittels einer Kurve (siehe Figur) bestimmen, deren Ordinate die Oberflächenkennzahl (m-/kg) und deren Abszisse die mittlere Körnung des zugesetzten Kalks (in mm) bezeichnen. Die aufgetragene Kurve ist eine Hyperbel, deren Gleichung etwa auf XY= 6 lautet.
Die Summe der äußeren Oberflächen pro Tonne Roheisen ist gleich der Summe der Oberflächenkennzahlen einer jeden verwendeten Kalksorte multipliziert mit dem entsprechenden Kalkgewicht je Tonne Roheisen. Vergleichsweise läßt sich sagen, daß beim LD-Verfahren für gewöhnlich Kalk .<n Dickenbereich von 20—40 mm zugesetzt wird, dem eine Oberfiächenkennzahl von ca. 0,2 m2/kg entspricht; werden 60 kg Kalk je Tonne Roheisen eingesetzt, so ist die Summe der äußeren Oberflächen gleich 0,2 χ 60 = 12 m-/t Roheisen Beim Thomas-Verfahren liegt der üblicherweise verwendete Kalk im Bereich von 10 — 60 mm mit einer entsprechenden Oberflächenkennzahl von O,17m2/kg.
Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise läßt sich beobachten, daß im Gegensatz zu dem, was bisher immer angenommen wurde, Kalk mit einer hohen Oberflächenkennzahl (über 2,5 m2/kg) durch die Konvertergase nicht aus dem Konverter herausgetragen wird. Ganz im Gegenteil ist unter den soeben geschilderten Bedingungen festzustellen, daß eine Assimilierung des sehr feinen Kalks stattfindet, bevor dieser von den Rauchgasen aus dem Konverter herausgetragen werden konnte.
In einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung hat der Kalk, der den Feinanteil darstellt, eine mittlere Körnung von nicht mehr als 1 mm, während der Rest aus Stücken mit einer Dicke, die über der Dicke des am Anfang zugegebenen Kalks liegt and vorzugsweise mindestens 15 mm beträgt, gebildet wird. Diese Abwandlung bietet den Vorteil, daß sich ein wesentlicher Kalkanteil in einer weniger teuren Form verwenden läßt.
Nach einer weiteren, noch vorteilhafteren Ausführungsform wird »fetter Kalk«, d. h. Kalk mit einer Kornverteilung, deren Hauptkomponente nicht über 0,02 mm liegt, verwendet. Diese Abwandlung ermöglicht den Einsatz einer Mindestmenge von Kalk mit hohe:· Oberflächenkennzahl.
In den Fällen, da besonders feiner Kalk vor dem Blasbeginn zugesetzt wird, läßt sich diese Beschickung besonders vorteilhaft unter Verwendung von Sackkalk bewerkstelligen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht das Aufbringen von Kalkpulver auf das Roheisen auf pneumatischem Wege vor. Diese Variante eignet sich ebenfalls sehr gut für den Zusatz von Kalk mit einer Korngröße von beispielsweise weniger als I mm bei Blasbeginn.
Erfindungsgemäß wird außerdem die Menge des Kalks »mit hoher Oberflächenkennzahl«, d. h. mit einer Oberflächenkennzahl von über 2,5 m-Vkg — wobei diese Menge vorzugsweise zwischen 0,5· und 5 kg je
Kilogramm anfänglich im Roheisen enthaltenen Siliziums liegt — vorzugsweise auf das spezifische Volumen des Konverters Kausgerichtct.
Unter »spez. Volumen V« sei verstanden das Verhältnis zwischen dem Fassungsvermögen eines neu zugestellten Konverters und dem mittleren Gewicht des pro Schmelze in die Pfanne vergossenen Stahls.
Genauer gesagt soll bei einem gegebenen Siliziumgehalt des Roheisens die Mindestmenge an Kalk mit hoher Oberflächenkennzahl. Q„„„, umso höher sein, je geringer in das spezifische Volumen ist.
Diese Mindestmenge von Kalk mit hoher Oberflächenkennzahl läßt sich also bestimmen durch eine Relation der ArI wie
Qm1n= f(i. V)
wobei /den anfänglichen Sili/.iumgchiilt des Roheisens und V das spezifische Volumen bezeichnen. Die eingesetzte Fcinkalkmengc (J kann über (J.... liegen. ;n wenngleich diese Verfahrensweise im Hinblick ,nif die Kosten der Produkte weniger wirtschaftlich sein sollte.
Das Verhältnis P der Kalkmenge (J mit hoher Oberflac^enkennzahl /ur gesamten eingesetzten Kalk
menge ist nunmehr eine Funktion der l'Ick:icn Faktoren .· > /und V. so daß man in einem besonderen Fall schreiben konnte:
1 30 - 150
10 /.
in dieser Gleichung lsi /'in "'n und I in m> ι Stahl :·· ausgedrückt und stellt / den Sili/inmgehalt des Roheisens in % dar.
F.inc besonders interessante Ausführungslorm des crfindungsgemäßeii Verfahrens isl besonders dadurch gekennzeichnet, daß: :,
a) das Frischen erfolgt unter Verwendung eines in der Hauptsache aus technisch reinem Sauerstoff bestehenden Gases, das in das Innere des Konverters unter die Badoberfläche, beispielsweise :■ durch die Wandungen oder durch den Hoden. eingeblasen wird durch mindestens ew-e Düse mit
Einblasung des I nsehgases und das -XuHenrohr /um Einblasen eines gasförmigen oder flüssigen : Schutzmediums, beispielsweise eines endotlurmisch dissoziierenden Mediums w :e Kohlenw .isse· stoff, dienen:
b) unmittelbar bei. ,edoch vorzugsweise vor Beginn des Frischungsvorgangs über den Knnverterhut -. eine Kalkmenge ·. o~ weniger als T2 kü pro Kilogram,γΊ anfänglich, im Roheisen enthaltenen Siliziums in den Konverter gegebe:* wird: die Korngröße dieses Kalks ist so /j wählen, daß die Summe der äußeren Oberflächen aller Teilchen oder Stücke (von angenommen kugeliger Form) größer ist als 45 m- je Tonne Roheisen, und ein Teii dieses Kalks im Bereich zwischen 0.5 und 5 kti pro Kilogramm anfänglich ;m Roheisen enthaltenen Siliziums eine Oberflächenkennzahl
von 2.ί ni-
KaIk aufweist:
c) die Gesamtmenge an Roheisen. Schrott und gegebenenfalls Erz. die zu Beginn bzw. während des Fnschens in den Konverter eingesetzt wurde, so groß ist. daß das spezifische Volumen bei neu zugestelltem Konverter fur den jeweiligen Frischungsvorgang zwischen 0.40 und 0.90 m'Tonne erzeugten Stahls liest:
el) das Verhältnis /'zwischen der Kalkmcngc mit einer Oberflächenkennzahl von über 2,5 m2/kg Kalk und der gesamten Kalkmenge bei einem gegebenen Siliziumgehalt des Roheisens größer wird, wenn das spezifische Volumen des Konverter« abnimmt.
Beispielsweise wurde festgestellt, daß sich die Bedingung d) durch die folgende Gleichung ausdrucken läßt:
P>I3O-I5O V+10/
wobei V in mVt erhaltenen Stahls zu verstehen ist und / den Siliziunigehalt des Roheisens darstellt.
F.s sei an dieser Stelle daran erinnert, daß keine der Au;führungsformen der vorliegenden Erfindung ein Einblasen von Kalk in oder auf das Metallbad vorsieht.
Wie an anderer Stelle bereits erwähnt, konnte die Feststellung gemacht werden, daß sich auf völlig unerwartete und unvorhersehbare Art und Weise bei Durchführung eines Vorgangs zum Frischen hämatiti sehen Roheisens entsprechend den vorstehenden Ausführungen schnell eine flüssige und reaktionsfähige Schlacke, die weder zu Auswürfen führt noch zum Überlaufen neigt, und dementsprechend unter zeitlich und wirtschaftlich günstigen Voraussetzungen ein Qualitätsstahl herstellen läßt.
Der Einsatz von stückigem Kalk in den Konverter kann auf herkömmliche Art und Weise erfolgen, beispielsweise mittels eines entsprechenden Trichters, wahrend Kalk mit einer Dicke von 2 mm vorzugsweise in Säcken eingegeben wird, beispielsweise mittels einer pneumatischen Vorrichtung, jedoch unter völligem Ausschluß einer Einblasung von Kalk auf oder in das Metall.
Der Rahmen der Erfindung wird nicht verlassen dadurch, daß dem einzusetzenden Kalk vor dem Frischblasen bzw. zu Beginn des Blasvorgangs verschiedene Bestandteile wie z.B. Verflüssigungsmittel (Fluß spat. Tonerde). Kühlmittel (Frz, Soda. Zunder) ct. c /umischt. wobei diese Stoffe jedoch möglichst die gleiche Korngröße wie der Kalk selbst aufweisen sollen.
Auch besteht die Möglichkeit der Zugabe von stärker
SLMIMci/tidl CIl V Cl Ul I IUUIIgCI I ÖI3 rvairv. .ipC/iCii »wm
Kalkferriten. die den Kalk ganz oder teilweise ersetzen. Die Korngröße dieser Verbindungen soll den vorstehend gegebenen Kriterien entsprechen.
Beispiel A
In einen Konverter von 113mJ Nutzinhalt werden 14.0 t hämautischen Roheisens mit 0.55% Si. 3.2 ι Schrott und 800 kg Kalk nach der folgenden Aufschlüsselung eingesetzt:
_ 63% = 504 kg Kalk in Pulverform mit einer mittleren Körnung von 1 mm(Oberflächenkennzahl = 6 m-Vkg
Kalk)
_ 37% = 2% kg Kalk in Stücken mit einer Körnung von 20 —40 mm (Oberflächenkennzahl = ca.
0.2 m:/kg Kalk).
Dieser Einsatz erbrachte 16,4 t Stahl guter Qualität ohne Verluste oder Auswürfe.
Erfindungsgemäß stellt die vor oder unmittelbar zu Besinn des Blasens eingesetzte Kalkmenge
je Kilogramm anfänglich im Roheisen enthaltenen Siliziums dar: die erste Bedingung ist bestätigt (< 12 kg).
Die Summe der äußeren Oberflächen iiller Kalkteilchen oder stücke beträgt
0,2 m2 χ 296 + 6 m2 χ 504
14,6
oder 21 1 m2/l Roheisen
womit sich die zweite Bedingung bestätigt (--45 m-').
Die Fcinkalkmcnge (mittlere Körnung 1 mm) pro m Kilogrnmm anfänglich im Roheisen enthaltenen SiImums beträgt 6,28 kg, wobei dieser Kalk eine Oberfliichcnkcnn/ühl von 6 m2/kg Kalk aufweist, so daß sich die dritte Bedingung gleichfalls bestätigt (b>2.5m-7kg Kalk). ι ,
Auch bestätigt sich die Gleichung
P-130- 150 V+ 10/
11,3
H e i s ρ i e I B
In den gleichen Konverter wurden 18.) t hämatitischen Roheisens mit 0.80% Sili/ium sowie 4.9 t Schrott und 1400 kg Kalk, davon 700 kg Stückkalk (20-40 mm) und 700 kg Pulverkalk mit einer mittleren Körnung von 2 mm (Oberflächenkennzahl 3 m'/kg Kalk) eingesetzt. Das Stahlausbringen betrug 21.5 t. doch waren große Auswürfe zu verzeichnen.
Die Berechnung der verschiedenen Bedingungen ergibt die folgenden Krgebnisse:
·') hui =*i.5 kg Kalk pro Kilogramm anfänglich
63 > I 30 - I 50 χ (10x0 55 = 32
16.4
wie auch die Relation 0,40 < V< 0,90 m'/t erzeugten Stahls somit:
V= 0,69.
Der für ein Blasen ohne Auswürfe einzusetzende Mindestanteil an Feinkalk hätte 32% gleich
*" =256 kg bzw. 3.2 kg je Kilo anfänglich im 100 in
Roheisen enthaltenen Siliziums betragen; diese Mindestmenge liegt innerhalb des bevorzugten Bereichs von 0.5 bis 5 kg pro Kilo Silizium wie vorerwähnt.
1 8.5 ' S
im Roheisen enthaltenen Siliziums= < 12
0.2 m2 χ 700 f 3 m2 χ 700
18.5
= 121 m2 gleich · 4S
c) Die Oberflächenkennzahl des Feinkalks beträgt 3 m-Vkg gleich > 2.5. wobei die Menge dieses Kalks 4,7 kg/kg Si (damit innerhalb der als bevorzugt angegebenen Grenzen) ausmacht.
d) Das Verhältnis />( = 50)> 130-150 V+ 10 /ha' sich nicht bestätigt.denn:
50 ist nicht gleich
> I 30 - I 50 χ '' "^ + 10 χ 0,8 = 59.
Somit erhellt sich die Bedeutung des Prozentanteils an pulverförmiger.i Kalk bezüglich des spezifischen Volumens des Konverters.
Hierzu I BIaIt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Frischen von Hämatitroheisen
in einem Sauerstoff-Mantelgas-Durchblaskonverter, -i dadurch gekennzeichnet, daß bis zu Beginn des Frischvorganges eine Kalkmenge von weniger als 12 kg pro kg anfänglich im Hämatitroheisen enthaltenen Siliziums über den Hut in den Konverter gegeben wird, wobei die Korngröße in dieses Kalks derart gewählt ist, daß die Summe der äußeren Oberflächen aller Kalkstücke mehr als 45 m2 pro t Roheisen ausmacht, wobei 0,5 bis 5 kg des je kg anfänglichen Roheisen enthaltenen Siliziums zugegebenen Kalks eine Oberfläche von ;·-. mehr als 2,5 mVkg Kalk aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinkalkanteil eine mittlere Körnung von nicht mehr als 1 mm hat und daß der Rest aus Stücken mit einer über der Körnung des 2» Feinkalks liegenden Größe mit einer Dicke von mindestens 15 mm gebildet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kalk mit einer Kornverteilung, deren Hauptkomponente nicht über 2"> 0,02 mm liegt, verwendet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kalk in Säcken in den Konverter eingesetzt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch so gekennzeichnet, daß Kalk auf pneumatischem Wege auf das Bau aufgebracht wird.
6. Verfahren nach den An: ;/riichen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge Kalks mit einer Oberflächenkennzahl von mehr als 2,5 m2/kg Kalk r> ergänzend in Abhängigkeit vom Verhältnis des Verfassungsvermögens des neu zugestellten Konverters zum mittleren Gewicht des in die Pfanne vergossenen Stahls festgelegt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die je Kilogramm anfänglich im Roheisen enthaltenen Siliziums in den Konverter eingesetzte Menge Kalks mit einer Oberfläche nkennzahl von über 2,5 m2/kg Kalk umso größer ist, je kleiner das spezifische Volumen des Konverters. 4-,
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis P für den Kalk mit hoher Oberflächenkennzahl auf das spezifische Volumen Vdes Konverters ausgerichtet ist entsprechend der Gleichung: il)
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