DE2707441A1

DE2707441A1 - Fluessigkeitsgekuehlter deckel fuer lichtbogenoefen

Info

Publication number: DE2707441A1
Application number: DE19772707441
Authority: DE
Inventors: Gerhard Fuchs; Rudolf Kasper
Original assignee: Korf Stahl AG
Current assignee: Korf Stahl AG
Priority date: 1977-02-21
Filing date: 1977-02-21
Publication date: 1978-08-31
Also published as: DE2707441B2; US4197422A; MX145062A

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER . HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2 7 O 7 A 4

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radedcesttsee 43 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

Gerhard Fuchs ^77/0101

7601 Willstätt-Legelshurst
und

Korf-Stahl AG
Moltkestraße 15
7570 Baden-Baden

Flüssigkeitsgekühlter Deckel für Lichtbogenöfen

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Deckel für Lichtbogenofen, insbesondere mit drei Elektroden, der betriebsnotwendige Öffnungen und Armaturen enthält und der in dem die Elektroden umfassenden Bereich und/oder in einem Randabschnitt einen Kühlmittel führenden metallischen Kühlkasten bzw. metallische Kühlrohre enthält.

Der Deckel eines Lichtbogenofens, der betriebsnotwendige öffnungen z.B. zur Durchführung der Elektroden, zur Zuführung von Einsatzstoffen und zur Entfernung von Abgasen und Staub enthält, ist bekanntlich extremen thermischen Belastungen ausgesetzt. Um diesen Belastungen standhalten zu können wird der Ofendeckel üblicherweise als Gewölbe aus

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Munchen: Kramer. Dr. ^w°]f ^rA*1Jt^sA "»!^"VfftfV Uutnbadi - Or. Bwgen ■ Zwirner

feuerfesten Steinen gemauert. Zur Aufnahme des Gewblbedruckes wird gwöhnlich ein schmaler Ring aus Stahl vorgesehen. Dieser thermisch im allgemeinen weniger belastete Ring wird häufig mit Wasser gekühlt.

Da gemauerte Deckel wegen des hohen Personal- und Materialaufwandes in der Herstellung sehr teuer sind und jede Reparatur bzw. Neuzustellung einen Stillstand des Lichtbogenofens verursacht, hat man versucht die Haltbarkeit der Zustellung durch geeignete Wahl von Steinen oder Feuerfestmasse und durch eine Kühlung zu erhöhen. So wird beispielweise bei dem durch die Zeitschrift "Neue Hütte", 9. Jahrgang, Heft 2, Seiten 118/119 bekanntgewordenen wassergekühlten Deckel für Lichtbogenofen die übliche Zustellung mit Silikasteinen durch eine wassergekühlte Zustellung aus basischer Stampfmasse ersetzt und hierdurch eine wesentliche Erhöhung der Gewölbehaltbarkeit erzielt. Bei dem durch die GB-PS 898 532 bekanntgewordenen wassergekühlten Deckel für Lichtbogenofen wird anstelle von Steinen eine etwa der Dicke der Steine entsprechende gießbare Feuerfestmasse aus Aluminiumoxid vorgesehen, die von oben durch mit einer Kühlflüssigkeit beaufschlagte Kühlrohre gekühlt wird. Damit bei einem Bruch oder einer Rißbildung innerhalb der Feuerfestmasse keine größeren Stücke in das geschmolzene Metall fallen können, sind die Kühlrohre mit schräg nach unten weisenden teilweise ineinander kämmenden Stiften versehen, durch die abgeplatzte Stücke der Feuerfestmasse festgehalten werden.

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Durch die deutsche Patentanmeldung P 25 46 142.1-24 ist schließlich ein Deckel für Elektroöfen vorgeschlagen worden, der im wesentlichen als Wasserkühl kasten ausgebildet ist und gegendas Ofeninnere zu allenfalls durch eine dünne Schutzschicht aus Feuerfestmasse geschützt ist.

Bei f1Ussigkeitsgekühlten Deckeln, bei denen sich metallische Kühlkasten oder metallische Rohre für die Kühlflüssigkeit über einen größeren Bereich des Deckels erstrecken, entsteht ein neues Problem, nämlich die Gefahr von stromstarken Lichtbogenüberschlägen zwischen Elektroden und Deckel, das bei gemauerten Deckeln oder auch bei Deckeln, die nur stellenweise gekühlt sind, nicht auftritt.

Die unkontrollierbaren Oberschläge können beispielsweise durch die bei den Abrissen des Arbeits-Lichtbogens auftretenden Oberspannungen ausgelöst werden. Sie sind extrem gefährlich, da die mit ihnen verbundenen Potential Verschleppungen eine unmittelbare Lebensgefahr für das Bedienungspersonal darstellen. Mittelbar können die starken Ströme die Armaturen und den Deckel selbst so schwer beschädigen, daß der Ofenbetrieb unmöglich wird. So kann der Kühlmittel umlauf unterbrochen werden, was die baldige Zerstörung des Deckels zur Folge hat. Dringt aufgrund einer solchen Beschädigung gar Kühlmittel in den Ofen ein, dann kann es zu einer Explosion kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem

flüssigkeitsgekühlten Deckel der einleitend genannten Art Lichtbogenüberschläge zwischen den Elektroden und dem Deckel und die hieraus resultierenden gefährlichen Folgen zu verhindern. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens zwei elektrisch gegeneinander isolierte Kühl kästen bzw. Kühl rohrbereiche vorgesehen und diese so angeordnet und ausgebildet sind, daß sämtliche möglichen Fehlerstrompfade wenigstens zwei Isolierstellen enthalten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die Erfindung wird bei einem flüssigkeitsgekühlten Deckel der einleitend genannten Art sichergestellt, daß etwaige Fehlerströme ungefährlich bleiben. Die Probleme, die sich bei der gegenseitigen Isolierung der Kühlkasten bzw. der Hohlkörper ergeben - die Isolation muß in der Lage sein erhebliche mechanische Kräfte bei gleichzeitiger hoher thermischer Belastung zu übertragen, ohne daß die Isolationsfestigkeit verlorengeht - sind bei dem erfindungsgemäßen Deckel dadurch in besonders vorteilhafter Weise gelöst, daß einerseits der Außenrand des inneren Kühlkastens bzw. der Hohlkörper auf den Innenrand der Randzone des Deckels aufgesetzt ist und andererseits die mechanische Verbindung zwischen diesen Teilen über elektrisch isolierte Rohrstücke erfolgt, die zugleich der Zuleitung des Kühlmittels dienen.

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Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand von 4 Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen Lichtbogenofen mit drei Elektroden, wobei der Schnitt der Schnittlinie H-II der Fig. 3 entspricht;

Fig. 2 und 3 den Längsschnitt II-II der Fig. 3 und die

Draufsicht eines erfindungsgemäßen Deckels für einen Lichtbogenofen mit drei Elektroden;

Fig. 4 den Ausschnitt IV der Fig. 2 in vergrößerter Darstellung

Die schematische Schnittansicht nach Fig. 1 dient dazu, bei einem Lichtbogenofen, dessen Deckel im wesentlichen aus einem metallischen Kühlkasten besteht, die grundsätzlich möglichen Fehlerstrompfade aufzuzeigen. In Fig. 1 ist mit das Ofengefäß, mit 2 die Schmelze, mit 3 ein Kühlmittel führender metallischer Kühlkasten, mit 4 und 5 je eine von drei Elektroden und mit 6 und 7 je ein Isolierring aus Feuerfestmasse bezeichnet. Ausgelöst,beispielsweise durch die bei den Abrissen des Arbeitslichtbogens auftretenden Oberspannungen,können sich grundsätzlich zwischen zwei Elektroden, für die stellvertretend in Fig. 1 die beiden Elektroden und 5 stehen, die Fehlerstrompfade 8 und 9 ausbilden. Ein Lichtbogenüberschlag zwischen Elektroden und Deckel führt dann zu einem großen Strom, wenn eine Isolationsstrecke durch einen Defekt elektrisch leitend geworden 1st. Dies kann beispielsweise durch Materialdiffusion im Isolationsmaterial

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oder durch auf den Deckel fallendes Material, wie leitenden Staub, Chargiermaterial etc. geschehen. Bei dem Beispiel nach Fig. 1 ist, wenn man unterstellt, daß die Wand des

Ofengefäßes, sei es durch die Tragkonstruktion oder durch Materialin der Ausmauerung
diffusion/,elektrisch leitend ist im Strompfad 8 nur die durch den Isolierring 6 gebildete Isolierstelle vorhanden und es kommt bei einem Defekt dieses Isolierringes im Falle eines LichtbogenUberschiages zu einem stromstarken Fehlerstrom, der sich Über die Oberfläche des Deckels verbreitet und hier zu gefährlichen Potential verschiebungen führen kann.

Ein Fehlerstrom längs des Pfades 9 tritt bei Defekten im Isolierring 6 und im Isolierring 7 auf.

LichtbogenUberschläge mit ihren gefährlichen Folgen können gema'ß der Erfindung dadurch wirksam verhindert werden, daß der Kühlkasten 3 nach Fig. 1 in mehrere elektrisch gegeneinander isolierte Kühlkästen bzw. Hohlkörper unterteilt wird und diese so angeordnet und ausgebildet werden, daß sämtliche Fehlerstrompfade wenigstens zwei Isolierstellen enthalten. Hierdurch wird sichergestellt, daß bei Beschädigung einer Isolierstelle immer noch eine weitere Isolierstelle zur Verfugung steht, die den Fehlerstrom auf ein zulässiges Maß begrenzt. Eine besonders vorteilhafte Verwirklichung dieses Prinzips ist in den Fig. 2 bis 4 dargestellt.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 im Längsschnitt H-II und in einer Draufsicht dargestellten Deckel sind ein die Elektroden 11,

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12 und 13 umfassender innerer Kühlkasten 14 sowie ein äußerer ringförmiger Kühlkasten 15 im Randabschnitt des Deckels vorgesehen. Der innere Kühlkasten ist gegenüber dem äußeren ringförmigen Kühlkasten elektrisch isoliert. Hierdurch wird in den möglichen Fehlerstrompfad 8 die in Fig. 1 gestrichelt angedeutete Isolierstelle 16 eingefügt. Ferner ist bei dem gewählten Ausführungsbeispiel der innere Kühlkasten 14 in drei sektorförroige elektrisch gegenseitig isolierte Hohlkörper 17, 18 und 19 unterteilt, die jeweils eine Durchtrittsöffnung für die betreffende Elektrode enthalten. Durch diese Unterteilung wird die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Isolierstelle 20 in den möglichen Fehlerstrompfad 9 eingefügt. Die Fugen zwischen dem inneren

Kühlkasten 8 und dem äußeren ringförmigen Kühlkasten 15 sowie

bei diesem Beispiel zwischen den Hohlkörpern des inneren Kühlkastens δ sind/jeweils mit elektrisch isolierender Feuerfestmasse ausgefüttert. In Fig. 3 ist im äußeren ringförmigen Kühlkasten noch eine Öffnung 10 zur Entfernung von Abgasen und Staub und es sind ferner die Versorgungsleitungen für das Zu- und Abführen der Kühlflüssigkeit zu den Hohlkörpern 17 bis 19 dargestellt. So wird beispielsweise dem Hohlkörper 18 das Kühlmittel über eine Leitung 21 zugeführt, gelangt von hier in den Hohlraum 22 am Innenrand des äußeren ringförmigen Kühlkastens 15 (vergl. Fig. 2) tritt an der Stelle 23 aus und wird über die Leitung 24 in den Hohlkörper 18 eingeleitet, in dem es die Elektrode 12 umfließt und über die Leitung 25 den Hohlkörper wieder verläßt. Die Leitung 25 mündet an der Stelle 26 in einen weiteren, dem Hohlraum 22 entsprechenden, aber diesem

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gegenüber abgegrenzten Hohlraum des äußeren ringförmigen Kühlkastens 15 und verläßt schließlich diesen Hohlraum über die Leitung 27. Die Flüssigkeitsversorgung der übrigen Hohlkörper erfolgt in analoger Weise.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist der Außenrand des inneren Kühlkastens 14 bzw. der Hohlkörper 17, 18 und 19 als sich auf den Innenrand des ringförmigen Kühlkastens 15 abstützender Flansch 28, 29 bzw. 30 ausgebildet. Dieser Flansch ist ferner durch elektrisch isolierte Rohrstücke 31, die zugleich der Zuleitung des Kühlmittels dienen, auf dem Innenrand des äußeren ringförmigen Kühlkastens 15 befestigt. Diese Art der Befestigung, die wie aus Fig. 3 ersichtlich, für jeden Hohlkörper an vier Stellen vorgesehen ist und die zur vollständigen Befestigung der Hohlkörper ausreicht, 1st in vergrößertem Maßstab in Fig. 4 ausschnittsweise dargestellt.

Fig. 4 läßt erkennen, daß eine solche zugleich der Zu- bzw. Ableitung des Kühlmittels dienende Befestigungsstelle ein am inneren Rand des ringförmigen Kühlkastens 15 befestigtes Rohrstück 32 enthält, das einen zwischen zwei Isolierringen 33 und 34 eingespannten, nach außen gezogenen Ringflansch 35 aufweist, der von einer an einem oberen Rohrstück 36 angebrachten Manschette 37 übergriffen wird, die ihrerseits einen sich auf einen dritten Isolierring 38 abstützenden, nach innen gezogenen Ringflansch 39 aufweist. Der Ringflansch 39

oder anderweitig befestigt, wird beim Zusammenbau an der Manschette 37 angeschweißt/ nachdem die beiden Rohrstücke 32 und 36 in die dargestellte

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Stellung gebracht worden sind. Auf der Manschette 37 stützt sich der ringförmige Flansch 29 des Hohlkörpers 18 ab und wird durch eine nur in Fig. 2 dargestellte Mutter in seiner Position festgehalten. Auf das obere Rohrstück 36 wird die Leitung für das Kühlmittel aufgeschraubt, das dann über eine öffnung 40 im unteren Rohrstück 32 eine Verbindung zum Hohlraum 22 oder einen diesem Hohlraum entsprechenden Hohlraum in einem anderen Bereich des Innenrandes des äußeren Kühlkastens 15 hat.

Vorzugsweise ist wenigstens ein Teil der Außenfläche der Kühl kästen bzw. der Kühlrohre durch eine thermische Schutzschicht bedeckt. Eine solche Schutzschicht 41 bzw. 42 ist in Fig. 4 an der Unterseite des Hohlkörpers 18 bzw. des Kühlkastens 15 dargestellt. Die Schicht soll fest haftend angebracht sein. Zu diesem Zweck sind an der Unterseite des Hohlkörpers 18 bzw. des Kühlkastens 15 Vorsprünge vorgesehen, die diese thermische Schutzschicht aus Feuerfestmasse festhalten und gleichzeitig kühlen. Durch die thermische und zugleich elektrisch isolierende Schutzschicht wird verhindert, daß die Isolierstellen 16 bzw. 20 durch einen Nebenschluß über hochstehende Metallstücke des Ofeneinsatzes wirkungslos gemacht werden, wenn beispielsweise die Unterseite des Deckels beim Aufsetzen auf einen voll chargierten Ofen mit diesen Metallstücken in Berührung kommt.

Der in den Fig. 2 bis 4 dargestellte erfindungsgemäße Deckel weist eine weitere Besonderheit auf, die im folgenden anhand

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von Fig. 2 näher beschrieben wird.

Der äußere Randbereich 43 des im Randabschnitt des Deckels vorgesehenen äußeren Kühlkastens 15 hat eine größere Höhe als der Übrige Bereich dieses Kühlkastens und ist in radialer Richtung in zwei getrennte Hohlräume 44 und 45 für die Zu- bzw. die Ableitung der Kühlflüssigkeit unterteilt. Diese Hohlräume bilden Ringleitungen für die Kühlflüssigkeit, die der gesamten Kühlmittel Versorgung des Deckels dienen. In diese Ringleitungen bzw. Hohlräume 44 und 45 münden Rohre 46 bzw. öffnungen 47 für die Zufuhr der Kühlflüssigkeit zu den einzelnen Kühlkästen bzw. Hohlkörpern oder unterteilte Abschnitte der Kühlkasten. Die Besonderheit liegt darin,daß die Rohre 46, von denen nur eines stellvertretend für eine Vielzahl von Rohren dargestellt ist, durch die Erhöhung des Randbereiches 43 im Deckel selbst untergebracht und durch eine Abdeckung 48, die in den Fig. 2 und 3 nur im Ausschnitt dargestellt ist, vor einer Verschmutzung und damit vor der Gefahr von elektrischen Nebenschlüssen geschützt werden können. Die Abdeckung 48 liegt außen auf dem Rand 43 auf und innen auf einem ringförmigen Steg 49. Damit wird eine kompakte Form des Deckels ermöglicht, der geschützt vor die Isolation beeinträchtigenden Einflüssen einen wesentlichen Teil seiner Installation im Deckel selbst enthält. Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei dem gewählten Beispiel der äußere Kühlkasten 15, welcher in Fig. 3 in Form eine geschlossenen Ringes dargestellt ist, sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung in einzelne getrennt mit Kühlflüssigkeit versorgte Abschnitte unterteilt und mit

Zwangsführungen für die Kühlflüssigkeit versehen ist, die eine

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optimale Kühlung des Deckels gewährleisten.

Leerseite

Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER PATENTANWÄLTE IN MÖNCHEN UND WIESBADEN Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radedcestraee 43 Telefon (089) 88J60J/883604 Telex 05-212 JU Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Streue 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Gerhard Fuchs Willstätt-Legelshurst und 77/0101 Korf-Stahl AG Moltkestraße 15 Baden-Baden Patentansprüche

1./ Flüssigkeitsgekühlter Deckel für Lichtbogenöfen, insbesondere mit drei Elektroden , der betriebsnotwendige Öffnungen und

Armaturen enthält und der in dem die Elektroden umfassenden

wenigstens
Bereich und/oder in/einem Randabschnitt einen Kühlmittel führenden metallischen Kühlkasten bzw. metallische Kühlrohre enthält, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei elektrisch gegeneinander isolierte Kühlkasten bzw. Kühlrohrbereich» vorgesehen und diese so angeordnet und ausgebildet sind, daß sämtliche möglichen Fehlerstrompfade wenigstens zwei Isolierstellen enthalten.

2. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der die Elektroden umfassende innere Kühlkasten in den einzelnen Elektroden zugeordnete, elektrisch gegenseitig

München Kramer ■ Dr. Weser · Husch — Wiesbaden: Bkimbadi ■ Dr. Bergen · Zwirner

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isolierte Hohlkörper unterteilt ist.

3. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Lichtbogenofen mit drei entsprechend den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordneten Elektroden die Hohlkörper sektorförmig mit jeweils einer Durchtrittsöffnung für die betreffende Elektrode ausgebildet sind.

4. FlUssigkeitsgekühlter Deckel nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ringförmigen Kühlkasten im Randabschnitt des Deckels und einem inneren Kühlkasten im Bereich der Elektroden der Außenrand des inneren Kühlkastens bzw. der Hohlkörper dieses Kühlkastens elektrisch isoliert auf dem Innenrand des ringförmigen Kühlkastens aufliegt.

5. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrand des inneren Kühlkastens bzw. der Hohlkörper dieses Kühlkastens und/oder der Innenrand des ringförmigen Kühlkastens als Flansch ausgebildet ist.

6. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Flansch am Innenrand des ringförmigen Kühlkastens als flüssigkeitsgekühlter Flansch ausgebildet ist.

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7. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung zwischen wenigstens zwei benachbarten Kühlkasten bzw. Hohlkörpern über gegenseitig elektrisch isolierte Rohrstücke erfolgt, die zugleich der Zuleitung des Kühlmittels dienen.

8. FlUssigkeitsgekühiter Deckel nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß das eine Rohrstück an dem einen Kühlkasten bzw. dem einen Hohlkörper befestigt ist und einen zwischen zwei Isolierringen eingespannten nach außen gezogenen Ringflansch aufweist, der von einer am anderen Rohrstück angebrachten Manschette übergriffen wird, die ihrerseits einen sich auf einem dritten Isolierring abstützenden nach innen gezogenen Ringflansch aufweist, und daß sich auf der Manschette der Außenrand bzw. der ringförmige Flansch des anderen Kühlkastens bzw. des anderen Hohlkörpers abstützt.

9. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel einen besonders geringen elektrischen Leitwert aufweist.

10. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Außenfläche der Kühlkasten bzw. der Kühlrohre durch eine thermische Schutzschicht bedeckt 1st.

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11. FiüssigkeitsgekUhlter Deckel nach einem der Ansprüche bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Randbereich des im Randabschnitt des Deckels vorgesehenen äußeren Kühlkastens eine größere Höhe als der übrige Bereich dieses Kühlkastens aufweist und in radialer Richtung in zwei getrennte Hohlräume für die Zu- bzw, die Ableitung der Kühlflüssigkeit unterteilt ist, über die durch Rohre bzw. öffnungen die Versorgung der Kühlkasten bzw. der Hohlkörper mit Flüssigkeit erfolgt und daß die Rohre durch eine auf den äußeren Kühlkasten aufgebrachte Abdeckung vor einer Verschmutzung geschützt sind.

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