DE2419373C3 - Method of casting strands - Google Patents
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- DE2419373C3 DE2419373C3 DE19742419373 DE2419373A DE2419373C3 DE 2419373 C3 DE2419373 C3 DE 2419373C3 DE 19742419373 DE19742419373 DE 19742419373 DE 2419373 A DE2419373 A DE 2419373A DE 2419373 C3 DE2419373 C3 DE 2419373C3
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gießen von Strängen aus einer Schmelze aus Metall, einer Metallegierung oder einer solchen anorganischen Verbindung, deren Eigenschaften im Schmelzenzustand denen einer Metallschmelze ähnlich sind, bei dem eine r>o schmale Umfangsfläche einer rotierenden Scheibe in die Schmelze eintaucht und bei dem Schmelze an der Umfangsfläche verfestigt wird.The invention relates to a method for casting strands from a melt of metal, a metal alloy or such an inorganic compound, its properties in the molten state are similar to those of a molten metal, in which a r> o narrow peripheral surface of a rotating disk into the The melt is immersed and solidified in the melt on the circumferential surface.
Es ist bereits bekannt, Fäden oder Drähte direkt aus der Schmelze herzustellen. Bei den meisten bekannten "> Verfahren wird hierbei eine formende Mündungsöfftuing verwendet, um die Maßt· des Fadcnmulerials zu kontrollieren; vergleiche US-PS 28 25 108, gemäß der die Schmelze (ein Metall) in Fadenform gebracht wird, indem sie durch eine Düse gezwungen wird, um einen frei stehenden Strom geschmolzenen Materials zu bilden, der sich auf einem wärmeableitenden rotierenden Bauteil in Fadenform verfestigt. Verfahren dieser Art haben den Nachteil, daß die Ablaufkontrolle des Fadens oder des Drahtes von dem Bauteil relativ schwierig ist und daß es überhaupt nicht einfach ist, eine Schmelze durch kleine Mündungsöffnungen zu bringen. Die Mündungsöffnungen müssen aus außergewöhnlichem Material hergestellt sein, wenn die Schmelze einen relativ hohen Schmelzpunkt hat, und sie haben die Tendenz, entweder zu erodieren oder zu verstopfen.It is already known to produce threads or wires directly from the melt. In most known "> method is used here a forming Mündungsöfftuing to control the presumes · the Fadcnmulerials; see US-PS 28 25 108 according to which the melt is brought (a metal) in the thread form by forced through a nozzle is used to form a free-standing stream of molten material which solidifies in filamentary form on a heat-dissipating rotating component is to bring a melt through small orifices. The orifices must be made of exceptional material if the melt has a relatively high melting point and they have a tendency to either erode or plug.
Eine erfolgreiche Lösung des Problems der Mündungsöffnungen ist in DT-OS 22 25 684 beschrieben, wonach eine wärmeableitende Scheibe den fadenförmigen Strang bildet, indem Schmelze am Außenrand der Scheibe verfestigt wird, während diese in Berührung mit einer Schmelze rotiert. Dieses Verfahren ist jedoch auf die Verwendung einer in einem offenen, wannenartigen Schmelzenbehälter befindlichen Schmelze beschränkt. Dabei ist es notwendig, erhebliche Mengen des Metalls zu schmelzen und flüssig zu halten, wozu ein vergleichsweise hoher Energieaufwand erforderlich ist. Nachteilig ist auch noch die Wechselwirkung der Schmelze mit der Atmosphäre. Wenn die Schmelze nicht von der Atmosphäre isoliert wird, ist es schwierig, eine konstante chemische Zusammensetzung in der Schmelze aufrecht zu erhalten, da im Badspiegel der Schmelze Oxydation auftreten kann oder flüchtige Schmelzenbestandteile aus der Schmelze entweichen.A successful solution to the problem of the mouth openings is described in DT-OS 22 25 684, after which a heat-dissipating disc forms the thread-like strand by adding melt on the outer edge of the Disc is solidified while it rotates in contact with a melt. However, this procedure is on the use of a melt located in an open, trough-like melt container is restricted. It is necessary to melt significant amounts of the metal and keep it liquid, including a comparatively high expenditure of energy is required. Another disadvantage is the interaction of the Melt with the atmosphere. If the melt is not isolated from the atmosphere, it is difficult to to maintain a constant chemical composition in the melt, since in the bath level the Melt oxidation can occur or volatile melt components escape from the melt.
Die gleichen Überlegungen gelten hinsichtlich des Gegenstandes der US-PS 35 22 836. Auch dort wird eine vergleichsweise große Schmelzenmenge unter hohem Energieaufwand flüssig gehalten, und die Schmelze wird durch eine vergleichsweise enge Mündungsöffnung hindurchgepreßt.The same considerations apply with regard to the subject matter of US-PS 35 22 836. There is also one A comparatively large amount of melt is kept liquid with a high expenditure of energy, and the melt is pressed through a comparatively narrow mouth opening.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem Stränge unter relativ geringem Energieaufwand sowie unter Vermeidung von Düsen oder Mündungsöffnungen hergestellt werden können.The object of the invention is to create a method of the type mentioned at the outset, with the strands with relatively little expenditure of energy and avoiding nozzles or orifices can be produced.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Ende eines Stabes aufgeschmolzen wird und einen Tropfen bildet, durch den die Kante der Umfangsfläche geführt wird.This object is achieved according to the invention in that the end of a rod is melted and forms a drop through which the edge of the peripheral surface is passed.
Die Erfindung verringert sowohl das Problem der Oxydation als auch das der Verflüchtigung der Schmelzenbestandteile, da jeweils nur eine kleine Menge an Schmelze der Atmosphäre ausgesetzt wird. Da sich die Schmelze außerdem an einer genau definierten Stelle befindet, kann sie relativ leicht örtlich durch Inertgas geschützt werden.The invention reduces both the problem of oxidation and volatilization of the Melt constituents, as only a small amount of melt is exposed to the atmosphere at a time. Since the melt is also located at a precisely defined point, it can be localized relatively easily be protected by inert gas.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Ort der Strangbildung relativ zum Umfang der rotierenden Scheibe veränderlich ist, womit Strangbahnen erzwungen werden können, die nicht erzielbar sind, wenn die Lage der Scheibe relativ zur Stelle der Fadenbildung durch die Verwendung eines offenen Schmelzenbehälters bestimmt ist. Mit der Erfindung werden schließlich fadenförmige Stränge ohne die Verwendung einer formenden Mündungsöffnung hergestellt, wodurch die mit den Mündungen verbundenen Schwierigkeiten behoben sind.Another advantage of the invention is that the The location of the strand formation is variable relative to the circumference of the rotating disk, so that strand tracks can be enforced, which cannot be achieved if the position of the disc is relative to the location of the Thread formation is determined by the use of an open melt container. With the invention finally, thread-like strands are produced without the use of a shaping mouth opening, thereby eliminating the difficulties associated with the mouths.
Die Erfindung ist besonders nützlich bei der Bildung von fadenförmigen Strängen aus Werkstoffen, die mechanisch schwer zu formen sind, insbesondere mit hohem Schmelzpunkt, wobei auch Fäden in Größen bisThe invention is particularly useful in education of thread-like strands made of materials that are difficult to shape mechanically, especially with high melting point, with threads in sizes up to
. unterzu 15 Mikron effektivem Durchmesser hergeteilt werden. Da die Erfindung also fadenförmige Stränge liefert, die bisher nur durch teure und. be divided into 15 microns effective diameter. Since the invention so provides thread-like strands, which so far only by expensive and
hwierige mechanische Bildung erhältlich waren, wird Her mögliche Anwendungsbereich von faserverstärkten Materialien stark erweitert.Difficult mechanical formation was obtained, her possible field of application of fiber-reinforced Materials greatly expanded.
Überraschend bei der Erfindung ist die Tatsache, daß der Rand der rotierenden Scheibe, der eine beti ächtlicl,e Geschwindigkeit aufweist, eine kleine, nicht begrenzte Menge Schmelze berühren und daraus einen erstarrenden Strang ziehen kann, ohne die Stabilität des Schmelztropfens wesentlich zu stören. ■Surprisingly, in the invention the fact that the edge of the rotating disc having a beti ächtli c l, e speed can touch a small, not limited amount of melt and draw a solidifying strand, without the stability of the melting drop is substantially disturbing . ■
Die Erfindung wi\d im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele sowie der schematischen Zeichnungnäher erläutert. Es zeigt:The invention is described in more detail below with the aid of several exemplary embodiments and the schematic drawing explained. It shows:
pig. 1 eine Seitenansicht einer rotierenden wärmeleitenden Scheibe, die aus einem an einem Stab hängenden Tropfen einen Faden formt;pig. 1 is a side view of a rotating thermally conductive Disc that forms a thread from a drop hanging from a stick;
Fig.2 enlsprichl Fig. 1 nach Drehung um 90°,Fig. 2 and Fig. 1 after rotation by 90 °,
wodurch die Form der Schmelze im Verhältnis zur 20 umgeben, wird die Verwendung vieler Metalle un
Scheibe sichtbar wird; ' -— ™ d.,u.„„„ ,i_ cr;^,,,,., ,t„r, h ,l.mthus making the shape of the melt relative to the 20 surrounding, the use of many metals becomes un
Disc becomes visible; '-— ™ d., U. """, I_ cr; ^ ,,,,.,, T" r, h, lm
Fig.3 ist ein vergrößerter Querschnitt des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1 und 2, der die Schmelze und die Form des Außenrandes des rotierenden wärmeableitenden Bauteils zeigt;Fig. 3 is an enlarged cross section of the embodiment according to FIG. 1 and 2, showing the melt and the shape of the outer edge of the rotating heat dissipating Component shows;
pig.4 ist eine Seitenansicht einer rotierenden Scheibe, mit der abgelängte Fadenstücke erzeugt werden.pig.4 is a side view of a rotating disk used to produce cut pieces of thread will.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist in mit einer Länge im Bereich von 0,45 bis 61 cm, und einem effektiven Durchmesser im Bereich zwischen 0,025 und 0,25 mm wurden am wirksamsten hergestellt, wenn die linearen Umfangsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 1,5 bis 18 m/sec lagen.A first embodiment of the invention is in with a length in the range of 0.45 to 61 cm, and an effective diameter in the range between 0.025 and 0.25 mm were most effectively produced, when the linear peripheral speeds were in the order of 1.5 to 18 m / sec.
Die Schmelze muß gewisse Eigenschaften aufweisen, um zusammen mit der wärmeableitenden Scheibe zur Bildung eines Stranges verwendbar zu sein. In einem Temperaturbereich innerhalb 25 % seines Gleichge-The melt must have certain properties in order to work together with the heat-dissipating disk Forming a strand to be usable. In a temperature range within 25% of its equivalence
m wichtsschmelzpunktes in 0K sollte die Schmelze folgende Eigenschaften aufweisen:With a weight melting point of 0 K, the melt should have the following properties:
Eine Oberflächenspannung im Bereich von 10 bis 2500 dyn/cm, eine Viskosität im Bereich von 10rJ bis 1 Poise und einen einigermaßen ausgeprägten Schmeizpunkt (also eine unstetige Temperatur/Viskositätskurve). A surface tension in the range from 10 to 2500 dyn / cm, a viscosity in the range from 10 rJ to 1 poise and a somewhat pronounced melting point (i.e. a discontinuous temperature / viscosity curve).
Da die Schmelze nur in geringem Ausmaße der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt ist und es sehr einfach ist, den hängenden TropSen mh Schutzgas zu Since the melt is only exposed to a small extent to the surrounding atmosphere and it is very easy to apply protective gas to the hanging drops
Legierungen im Rahmen der Erfindung durch deren Oxydationseigenschaften nicht beschränkt. Werkstoffe, die ohne vollständigen Oxydationsschutz behandelt werden können, sind unter anderem Eisen, Aluminium.Alloys within the scope of the invention are not restricted by their oxidation properties. Materials, that can be treated without complete protection against oxidation include iron and aluminum.
Kupfer, Nickel, Zinn und Zink. Wo es notwendig ist. den Prozeß vollständig von der umgebenden Atmosphäre abzuschließen, kann die gesamte Einrichtung innerhalb eines gasdichten, abgeschlossenen Schutzraumes ungeordnet werden. Metalle, die unter OxydationsschutzCopper, nickel, tin and zinc. Where it is necessary. the Completely complete the process from the surrounding atmosphere, the entire facility can be inside a gas-tight, closed shelter can be disordered. Metals that are protected against oxidation
Fig. 1 bis 3 dagestellt. Hierbei weist eine rotierende 30 behandelt werden können, sind unter anderemFig. 1 to 3 shown. Here, a rotating 30 can be treated, among other things
wärmeableitende Scheibe 30 einen entlang ihres T:-- Ki:-U T . '/:-i...„ n.,..^^-;.,,,, ,,η,ι m^iheat dissipating disk 30 one along its T: - Ki: - UT . '/: - i ... "n., .. ^^ -;. ,,,, ,, η, ι m ^ i
Umfangs verlaufenden Vorsprung 31 mit einem V-förmigen Rand 32 auf. Die Scheibe 30 rotiert in einer Richtung, die durch den Pfeil in F i g. 1 angegeben ist, wobei sie einen geschmolzenen Teil eines Stabes 20 berührt. Der Bereich 51 des Stabes 20 wird durch Einrichtungen zur lokalen Erwärmung an der Stelle 50 geschmolzen. Der sich bildende Schmelzentropfen hängt an dem Stab 20 und steht in Kontakt mit dem sich bewegenden Rand 32. Überraschenderweise ist die Oberflächenspannung der Schmelze im Bereich 51 hinreichend groß, um die Stabilität des Schmelzentropfens aufrechtzuerhalten, selbst wenn der Rand 32 eindringt und innerhalb des flüssigen Bereiches 51 eine Seherströmung erzeugt. Wenn der umlaufende Rand 32 ^ durch den hängenden Tropfen 51 läuft, so verfestigt sich auf dem Rand 32 eine Menge 10' der Schmelze. Die weitere Drehung der Scheibe 30 zieht diese verfestigte fadenförmige Menge 10' aus dem hängenden Tropfen 51. Zunächst klebt die Menge 10' noch am Rand 32, doch löst sie sich schließlich spontan an der Stelle 12 von diesem Rand und wird ein fadenartiger Strang 10, der entnommen werden kannCircumferentially extending projection 31 having a V-r fö-shaped edge 32. The disk 30 rotates in a direction indicated by the arrow in FIG. 1, contacting a molten portion of a rod 20. The region 51 of the rod 20 is melted at the point 50 by means for local heating. The melt droplet that forms hangs on the rod 20 and is in contact with the moving edge 32. Surprisingly, the surface tension of the melt in the area 51 is high enough to maintain the stability of the melt droplet, even if the edge 32 penetrates and within the liquid area 51 creates a stream of seers. When the circumferential edge 32 ^ runs through the hanging drop 51, an amount 10 'of the melt solidifies on the edge 32. The further rotation of the disk 30 pulls this solidified thread-like quantity 10 'out of the hanging drop 51. Initially, the quantity 10' still sticks to the edge 32, but finally it detaches spontaneously at the point 12 from this edge and becomes a thread-like strand 10, which can be taken
Chrom,Chrome,
Titan, Niob, Tantal, Zirkon, Magnesium undTitanium, niobium, tantalum, zircon, magnesium and
Als Heizquelle kann beispielsweise für viele Materialien eine Sauerstoff-Acetylenflamme verwendet wer den. Bei einer acetylenreichen Flamme hat das den Vorteil, daß für den hängenden Tropfen eine Atmosphäre entsteht, welche die Oxydation der Schmelze reduziert. Andere Heizeinrichtungen sind z. B. Widerstandsheizung, Induktionsheizung und Elektronen Strahlheizung.For example, an oxygen-acetylene flame can be used as the heat source for many materials the. With an acetylene-rich flame this has the advantage that there is an atmosphere for the hanging drop which reduces the oxidation of the melt. Other heating devices are e.g. B. resistance heating, Induction heating and electron beam heating.
Bei den gezeigten zwei Ausführungsbeispielen weist der Querschnitt des äußeren Randes der Scheibe V-Form auf, so daß die Fläche des AulJenrandcs, die mit dem hängenden Tropfen in Berührung steht, beschränkt ist. Diese Fläche kann auch beschränkt werden, indem ein Rand mit kreisförmigem Querschnitt verwendet wird, sofern der Radius dieses Querschnittes weniger als 1,3 cm beträgt. Um einen in den Abmessungen möglichst gleichbleibenden Strang zu erzeugen, soll der hängende Tropfen während des Verfahrens möglichst ungeändert bleiben. Die Stabilität des hängenden Tropfens beruht darauf, daß der Rand der rotierenden Scheibe, die durch den Tropfen hindurchgeht, im Vergleich zur Breite des Tropfens extrem schmal ist Dadurch bleibt die Strömung der Oberfläche tiesIn the two exemplary embodiments shown, the cross section has the outer edge of the disk V-shape, so that the area of the outer edge that is in contact with the hanging drop is limited is. This area can also be limited by using an edge with a circular cross-section if the radius of this cross-section is less than 1.3 cm. To one in the dimensions To create a strand that is as constant as possible, the hanging drop should as possible during the process remain unchanged. The stability of the hanging drop is based on the fact that the edge of the rotating Disc that passes through the drop is extremely narrow compared to the width of the drop Thereby the flow of the surface remains deep
F i g. 4 zeigt eine rotierende, wärmesbleitende Scheibe 30, die mit halbkreisförmigen Einkerbungen 33 ss Tropfens, welche aufgrund der Oberflächenspannung entlang ihres Randes 32 versehen ist. Die Einkerbungen - — . . ..i-..L ....F i g. 4 shows a rotating, heat-conducting disk 30 which is provided with semicircular notches 33 ss droplets, which is provided along its edge 32 due to the surface tension. The notches - -. . ..i- .. L ....
33 am Rand 32 zerteilen den Faden 10 in Einzelstücke 11, deren Länge dem Abstand zwischen den Einkerbungen entspricht. Die Form der Einkerbungen ist nicht kritisch, und eine halbkreisförmige Einkerbung, deren Tiefe die Dicke des zu erzeugenden Fadens übersteigt, erzeugt Fäden kontrollierter Länge.33 at the edge 32 divide the thread 10 into individual pieces 11, the length of which corresponds to the distance between the notches is equivalent to. The shape of the notches is not critical, and a semicircular notch, their Depth exceeding the thickness of the thread to be produced creates threads of controlled length.
Es ist weiter überraschend, daß auch der Durchgang eines Randes 32, der mit Einkerbungen versehen ist, für die Stabilität der Tropfenform verantwortlich ist. möglichst gering.It is also surprising that the passage of an edge 32, which is provided with notches, is responsible for the stability of the drop shape. as low as possible.
Die im Bereich ihres Umfangs im Querschnitt V-förmige Scheibe stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Bei einer solchen Ausführungsform liegt der Krümmungsradius an der Spitze des V im Bereich von 0,0012 bis 0.25 cm. Eine solche Scheibe erzeugt Fäden gleichbleibender Abmesmit einem Querschnitt von weniger alsThe disk, which is V-shaped in cross section in the area of its circumference, represents a preferred embodiment of the invention. In such an embodiment, the radius of curvature is on the Tip of the V in the range of 0.0012 to 0.25 cm. Such a disc produces threads of constant dimensions a cross section of less than
sungensings
durch einen nicht begrenzten Tropfen 51 aus geschmol- ds 0,018 cm2.by an unlimited drop 51 of melted 0.018 cm 2 .
zenetn Material die Stabilität des Tropfens nicht Der Durchmesser und der Werkstoff der rotierendenzenetn material the stability of the drop not The diameter and material of the rotating
wesentlich stört. Der Rand 32 dringt dabei in der Regel Scheibe ist für die Erfindung nicht kritisch. Fur d'u· wenieer als 0.25 mm in den Tropfen ein. Fadenstücke Scheibe wird ein Durchmesser im Bereich von J.~> bissignificantly disturbs. The edge 32 usually penetrates the disc is not critical to the invention. For you· less than 0.25 mm into the drop. Pieces of thread disc will have a diameter in the range of J. ~> until
75 cm bevorzugt. Der Scheibenwerkstoff muß die Wärme aus der Schmelze so ableiten, daß diese sich in Form eines Stranges entlang des Umfanges verfestigt. Ihr Werkstoff sollte entweder eine hohe Wärmekapazität oder eine gute Wärmeleitfähigkeit haben, oder er muß von innen her gekühlt werden. Die Erfindung ist mit wärmeableitenden Scheiben durchgeführt worden, die aus Kupfer, Aluminium, Nickel, Molybdän und Eisen bestanden. Auch nichtmetallische Scheiben, z. B. aus Graphit, können verwendet werden. Die Scheibe kann auch aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt sein, um die Eigenschaften eines jeden im Sinne einer Optimierung zu kombinieren.75 cm preferred. The disc material must dissipate the heat from the melt so that it is in Solidified shape of a strand along the circumference. Your material should either have a high heat capacity or have good thermal conductivity, or it must be cooled from the inside. The invention is Has been done with heat dissipating discs made from copper, aluminum, nickel, molybdenum and iron passed. Even non-metallic disks, e.g. B. graphite can be used. The disc can also be composed of different materials to the properties of each in terms of a Combine optimization.
Die Erzeugung kurzer Fäden ist grundsätzlich dadurch möglich, daß die rotierende Scheibe gemäß F i g. 1 bis 3 diskontinuierlich mit dem Tropfen 51 in Berührung gebracht wird. Ein praktisches Ausführungsbeispiel ist in der F i g. 4 gezeigt, wo die Scheibe 30 mil Einkerbungen 33 im Bereich ihres Randes versehen ist wodurch es zu der angestrebten Unterbrechung des Kontaktes von Scheibe zu Tropfen und mithin zurThe production of short threads is basically possible in that the rotating disk according to F i g. 1 to 3 is brought into contact with the drop 51 discontinuously. A practical embodiment is shown in FIG. 4 where the disk is 30 mil Notches 33 is provided in the region of its edge, which leads to the desired interruption of the Contact from disk to drop and therefore to
s Bildung kurzer Fadenstücke kommt. Vorzugsweise ist der Stab 20 mit einer Zuführung derart versehen, daO der Tropfen 51 in einem Bereich der oberen 180° der Scheibe 30 mit dieser kontaktiert wird. s formation of short pieces of thread occurs. The rod 20 is preferably provided with a feed such that the drop 51 comes into contact with the disk 30 in a region of the upper 180 °.
Bei der Verarbeitung von Werkstoffen insbesondere hohen Schmelzpunktes und/oder hoher Oxydationsfreudigkeit können die Scheibe 30 und der aufzuschmel zende Stab 20 in einer Vakuumkammer angeordnet werden.When processing materials, in particular with a high melting point and / or a high tendency to oxidize, the disk 30 and the disk can be melted zende rod 20 are placed in a vacuum chamber.
Neben den bereits beschriebenen Strängen au:In addition to the strands already described:
, j Metallen und Legierungen können gemäß der Erfindung auch anorganische Verbindungen, z. B. AI2O3, zu Fäder umgeformt werden., j Metals and alloys can according to the invention also inorganic compounds, e.g. B. AI2O3, to Fäder be reshaped.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (10)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US353692A US3896203A (en) | 1973-04-23 | 1973-04-23 | Centrifugal method of forming filaments from an unconfined source of molten material |
US35369273 | 1973-04-23 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2419373A1 DE2419373A1 (en) | 1974-11-21 |
DE2419373B2 DE2419373B2 (en) | 1977-05-18 |
DE2419373C3 true DE2419373C3 (en) | 1977-12-29 |
Family
ID=
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