DE2802274B2 - Wannenofen zum Aufbringen von metallischen Überzügen im Heißverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wannenofen zum Aufbringen von metallischen Überzügen im Heißverfahren, der einen im Inneren eines feststehenden Gestells angebrachten, zum Füllen mit geschmolzenem Flußmittel dienenden und Elektroden besitzenden ersten Behälter, einen zum Füllen mit Metall des Überzuges dienenden und so angeordneten zweiten Behälter, daß während des Aufbringens des Überzuges auf das Erzeugnis er sich im Inneren des ersten Behälters befindet, eine Einrichtung zur Vertikalverstellung eines der erwähnten Behälter bezüglich des anderen, eine höher als der zweite Behälter angeordnete Einrichtung für die Zuführung der Erzeugnisse in die Zons des Aufbringens des Überzuges und eine Einrichtung zur Regelung der Tauchtiefe der Hrzeugnisse umfaßt.

Bei öfen dieser Art, wie sie aus der US-PS 2751311 bekannt sind, wird zur Kompensation der Änderung der Tauchtiefe der Erzeugnisse entsprechend dem Verbrauch an Metall für den Überzug ein Nocken der Verstellvorrichtung mit Hilfe des Schraubentriebs der Einrichtung zur Regelung der Tauchtiefe der Erzeugnisse verschoben.

Dabei hebt sich der zweite Behälter bezüglich des Erzeugnisses um die erforderliche Größe. Diese Wannenofen besitzen eine hohe Durchgangsleistung, gewährleisten aber nicht in allen Fällen eine konstante chemische Zusammensetzung. Das wird durch die Verminderung der Höhe der Säule des flüssigen Flußmittels über dem Spiegel des geschmolzenen Metalls während seines Aufbringens auf das Erzeugnis verursacht, was dadurch bedingt ist, daß der Verbrauch an Rußmittel den Venbrauch an flüssigem Metall überschreitet. Untersuchungen haben gezeigt, daß die chemische Zusammensetzung von aus Legierungen einiger Metalle bestehenden überzügen von dieser Größe abhängig ist. Beirr« Aufbringen von Messing auf einen Stahlrohling im Heißverfahren hängen die Verluste an Zink im Überzug im Vergleich zum Ausgangsmetall von der Höhe der Säule des flüssigen Flußmittels über dem Spiegel des geschmolzenen Messings ab.

Das Konstanthalten dieser Größe im Wannenofen ist durch Verschiebung des zweiten Behälters bezüglich des ersten mit Hilfe der Vertikalverstelleinrichtung möglich. Dabei wird aber die Tauchtiefe der Erzeugnisse geändert. Die Einstellung der vorgegebenen Tauchtiefe mittels einer entsprechenden Einrichtung ändert wiederum die Höhe der Säule des flüssigen Flußmittels über dem Spiegel des Metalls des Überzuges, da diese Einrichtung über die Vertikalverstelleinrichtung mit demselben zweiten Behälter verbunden ist.

Beim Aufbringen von Messing auf biegsame Erzeugnisse mit großer Länge wie Draht bzw. Band, die kontinuierlich vorgischobcn werden, führt eine Änderung der Höhe der Säule des Flußmittels im Bearbeitungsprozeß zur chemischen Inhomogenität des Überzuges, die sich auf seine Eigenschaften nachteilig auswirkt, während aus der Änderung der Tauchtiefe des Erzeugnisses eine Änderung der Zeit dtr Berührung des Erzeugnisses und des geschmolzenen Metalls des Überzuges resultiert, was letzten Endes auch eine Änderung von dessen Stärke und eine Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wannenofen zum Aufbringen eines metallischen Überzuges im Heißverfahren anzugeben, der cnc getrennte Regelung der Höhe der Säule des flüssigen Flußmittels über dem Spiegel des geschmolzenen Metalls des Überzuges und eier Tauchtiefe der Erzeugnisse im geschmolzenen Metall des Überzuges gewährleistet.

Dies wird bei einem Wannenofen der eingangs erwähnten Art crfindimgsgemäß dadurch erreicht, daß

die Vertikaleinstelleinrichtung mit dem ersten Behälter mechanisch verbunden ist, wobei der zweite Behälter mit dem feststehenden Gestell starr verbunden ist und die Einrichtung zur Regelung der Tauchtiefe der Erzeugnisse an diesen Erzeugnissen angreift.

Diese konstruktive Ausführung des Wannenofens gestattet es, zwei Parameter des technologischen Prozesses unabhängig zu regeln, die die Qualität des Überzuges beeinflussen, der aufgebracht wird: die Höhe der Säule des geschmolzenen Flußmittels über dem Spiegel des flüssigen Metalls des Überzuges und die Tauchtiefe der Erzeugnisse, die in den Fällen, wenn das Erzeugnis als Draht bzw. Band ausgebildet ist, die mit einer bestimmten Geschwindigkeit vorgeschoben werden, die Zeit der Berührung des Erzeugnisses und des geschmolzenen Metalls des Überzuges bestimmt Diese Vorteile ermöglichen die Benutzung des Wannenofens zur Aufbringung insbesondere von Überzügen aus Messing, die zum Vermeiden von Zinkverlusten ein Einhalten einer vorgegebenen Höhe der Säule des Rußmittels in einem begrenzten Bereich erfordern.

Die einen Bestandteil des Wannenofens bildende Vertikalverstelleinrichtung kann mit dem ersten Behälter mittels eines vertikal beweglichen Wagens verbunden sein, der mit einem am feststehenden Gestell befestigten Antrieb verbunden ist.

Für eine genaue Regelung der Höhe der Säule des geschmolzenen Flußmittels über dem Spiegel des Metalls des Überzuges ist es zweckmäßig, wenn der vertikal bewegliche Wagen der Vertikalverstelleinrichtung mit seinem Antrieb über einen Schraubentrieb verbunden ist.

Urn hohe Genauigkeit der Regelung der Höhe der Säule des Rußmittels sicherzustellen, ist es weiter zweckmäßig, wenn der vertikal bewegliche Wagen mit der Mutter des Schraubentriebes verbunden und mit Rollen versehen ist, die mit den vertikalen Führungen des feststehenden Gestells Kontakt haben.

Bei der Bearbeitung von biegsamen Erzeugnissen mit großer Länge wie Draht bzw. Band kann die Zuführungseinrichtung Führungsrollen besitzen, die beiderseits des zweiten Behälters angeordnet sind, wobei die Einrichtung zur Regelung der Tauchtiefe der Erzeugnisse als eine zwischen den Führungsrollen fliegend gelagerte, mit einer Möglichkeit des Regeins der Kraglänge angeordnete und ein Endteil besitzende Stange ausgeführt ist, die mit dem Erzeugnis einen solchen Kontakt hat, daß dabei eine Möglichkeit der relativen Verschiebung rtes letzteren gewährleistet ist.

Ausführungsbeispiel der Erfindung

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielcn mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. I schematisch einen Schnitt durch einen erfindiingsgemäßen Wannenofen zum Aufbringen eines metallischen Überzuges im Heißverfahren,

Fig. 2 denselben Ofen in Seitenansicht mit teilweisem Schnitt,

Fig. .1 einen Schnitt nach der Linie UbUl der I-ig. 2.

Nachstehend folgt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung für Erzeugnisse wie Draht und für einen Messingüberzug.

Der Wannenofen zum Aufbringen eines metallischen Überzuges im Meßverfahren besitzt ein feststehendes Gestell 1 (Fig. 1), das aus einer Grundplatte 2 und einem Deckel 3, die durch Schrauben 4 verbunden sind, besteht. Die Grundplatte 2 hat eine rechtekkige Form und enthält einen unteren Rahmen 5, einen oberen Rahmen 6 und vier diese verbindende verti-

ϊ kale Ständer 7. An einer der Seiten der Grundplatte 2 sind zwei vertikale Führungen 8 mit einem oberen und einem unteren horizontalen Anschlußstück 9 und 10 vorhanden, deren Bestimmung aus dem Folgenden ersichtlich wird. Die vertikalen Führungen 8 haben

in die Form von U-Stählen. Der Deckel 3 des feststehenden Gestells 1, der wassergekühlt ausgeführt ist und einen U-förmigen Schnitt aufweist, enthält ein horizontales Flachelement 11 (Fig. 1 und 2) und ein vertikales Flachelement 12. Der Deckel wird durch

ι > Schrauben 4 am oberen Rahmen 7 der Grundplatte 2 befestigt.

Im Inneren des feststehenden Gestells 1 ist der erste Behälter 13, der mit geschmolzenem Flußmittel gefüllt wird, beweglich angeordnet.

j» Der ersie Behälter 13 besteht aus einem äußeren Tiegel 14 (Fig. 1) und einem innc^n Tiegel IS, der im äußeren auf Füßen 16 angebracht ist. Zwischen den entsprechenden Wänden und den Böden der Tiegel verbleibt ein Zwischenraum 17, der mit festem

j·. Flußmittel ausgefüllt wild. Die Wände des äußeren Tiegek: 14 sind wassergekühlt ausgeführt (in der Zeichnung nicht gezeigt). Die obere Kante des inneren Tiegels 15 liegt unter der oberen Kante des äußeren Tiegels 14, und den Raum zwischen den Kanten

ίο nimmt ein wassergekühlter Gurt 18 ein, der am äußeren Tiegel 14 mit Hilfe eines Flansches 19 so befestigt ist, daß zwischen diesem Gurt und der oberen Kante des inneren Tiegels 15 ein kleiner Spalt 20 verbleibt. Der wassergekühlte Gurt 18 dient zum Schutz der

Γ· oberen Kante des inneren Tiegels 15 gegen Abschmelzen. Im unteren Teil des Innenraums des inneren Tiegels 15 sind drei Elektroden 21 angebracht, die durch Löcher in den Böden beider Tiegel nach außen herausgeführt sind.

»ι Am horizontalen Flachelement 11 des Deckels 3 ist von seiner unteren Seite mittels Ständer 22 der zweite Behälter 23 befestigt, dessen Abmessungen bedeutend geringer als die des ersten Behälters 13 sind, während die Anordnung bei Draufsicht so ge-

i, wählt ist, daß beim Zusammenbringen heider Behälter in der Höhe zwischen den Wänden des zweiten Behälters 23 und den Wänden des inneren Tiegels 15 des ersten Behälters 13 ein freier Raum verbleibt. Der zweite Behälter 23 dient zum Füllen mit geschmolze-

.Ii nem Metall des Überzuges.

Der Wannenofen besitzt eine mit dem ersten Behälter 13 (Fig. 1, 2) über einen vertikal beweglichen Wagen 25 verbundene Vertikalverstelleinrichtung 24. Der .ertikal bewegliche Wagen 25 besteht aus einer

,, Tragwand 26, an dessen oberer Bühne der erste Behälter 13 befestigt ist, und einer Führungswand 27 (Fig. 2), die mit der Tragwand 26 einen rechten Winkel bildet und aufwärts gerichtet ist. An den Achsen 28 (Fig. 2, 3) der Führungswand 27 des vertikal be-

Mi weglichen Wagens 25 sind vier Paare von Rollen 29 drehbar angeordnet, die eine Berührung mit der inneren und äußeren Fläche der U-Siahle haben, welche als vertikale Führungen 8 des feststehenden Gestell dienen.

Die Vertikalvers'elleinrichtiing 24 (Fig. 1) hat einen Antrieb 30, der einen Elektromotor 31 und ein mit diesem durch eine Kupplung 32 verbundenes Untersetzungsgetriebe 33 besitzt. Der Elektromotor 31

und das Untersetzungsgetriebe 33 sind am oberen Rahmen 6 der Grundplatte 2 befestigt.

Der vertikal bewegliche Wagen 25 ist mit dem Untersetzungsgetriebe 33 des Antriebes 30 durch einen Schraubentrieb 34 (F^:ig. 2) verbunden, der aus einer Spindel 35, die in Lagern 36 angeordnet ist, die in den Bohrungen der Anschlußstücke 9 und 10 der Grundplatte 2 montiert sind, und mit der Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes 33 durch eine Kupplung 37 verbunden ist, und einer Mutter 38, die mit dem vertikal beweglichen Wagen 25 (Fig. 2. 3) starr verbunden ist, besteht.

Die beschriebene Ausführung der Vertikalverstellvorrichtung 24 ist nicht die einzig mögliche, obwohl sie dank der einfachen konstruktiven Gestaltung und der hohen Betriebssicherheit bevorzugt wird. Als solche Einrichtung kann eine beliebige andere bekannte Einrichtung mit demselben Bestimmungszweck mit regelbarem Hub, beispielsweise ein druckluftbetätigtes Hubwerk benutzt werden.

Der Wannenofen besitzt eine Einrichtung 39 zur Zuführung von Erzeugnissen in die Zone des Aufbringens des Überzuges. In der Zeichnung ist ein Teil dieser Einrichtung dargestellt, der sich unmittelbar im Wannenofen befindet. Für biegsame Erzeugnisse mit großer Länge sind dies Führungsrollen 40, die beiderseits des zweiten Behälters 23 angebracht und in (in der Zeichnung nicht gezeigten) Lagern der vertikalen Flachelemente 12 des Deckels 3 angeordnet sind. Die Fühningsrollen 40 haben Rillen 41 entsprechend der Anzahl der Drähte, die in die Zone des Aufbringens des Überzuges gleichzeitig eingegeben werden.

Die Einrichtung 42 (Fig. 1) zur Regelung der Tauchtiefe jedes Drahtes ist als eine Stange 43 mit einem Endteil 44 ausgebildet. Zum Aufstellen der Stangen 43, deren Anzahl der Zahl der Drähte entspricht, die gleichzeitig bearbeitet werden, hat der Deckel 3 ein Auge 45 mit geneigten Bohrungen 46 und Fixierschrauben 47, die zu den Achsen der geneigten Bohrungen 46 senkrecht angeordnet sind. Die Stangen 43 sind in den Bohrungen des Auges fliegend gelagert und axial verschiebbar und fixierbar angeordnet, so daß eine Regelung ihrer Kraglänge gewährleistet wird.

Bei der Vorbereitung des Wannenofens zum Betrieb wird der erste Behälter 13 (Fig. 1, 2) mit Hilfe des Schraubentriebs 34 (Fig. 2) und des vertikal beweglichen Wagens 25 in die untere Endstellung gebracht.

Der Zwischenraum 17 zwischen dem äußeren Tiegel 14 und dem inneren Tiegel 15 wird mit fein zerkleinertem festem Flußmittel 48 ausgefüllt. Zum Überziehen von Stahldraht mit Messing wurde insbesondere ein Flußmittel der folgenden Zusammensetzung benutzt: 69 Gew.-% Borsäureanhydrid, 22 Gew.-% Natriumoxid und 9 Gew.-% Kaliumfluorzirkonat. Flußmittel der gleichen Zusammensetzung wird nachher im Innenraum des inneren Tiegels 15 erschmolzen, der als Arbeitsraum des Wannenofens dient. Zum Erschmelzen von Flußmittel, das sich anfänglich im festen Zustand befindet, werden in der Anfangsstufe Erhitzer eines beliebigen bekannten Typs, die im Tiegelbodenteil angebracht sind, und nach dem Erschmelzen der unteren Flußmittelschichten Elektroden 21 benutzt. Die Flußmittelschmelze wird bis auf einen Pegel gebracht, der über der unteren Kante des wassergekühlten Gürtels 18 liegen soll. Ein Teil des flüssigen Flußmittels gelangt über den Spalt 20 in den Zwischenraum 17 zwischen den Wänden der Tiegel. Die Wände des inneren Tiegels 15 sind also vollkommen in Flußmittelschmelze getaucht, wodurch sie gegen Oxidation geschützt werden. Die fe-■ sten Rußmittelteilchen im Zwischenraum 17 erfüllen andererseits die Aufgabe der Wärmeisolation.

Mit der Vertikalverstelleinrichtung 24 wird der erste Behälter 13 in die obere Stellung so gebracht, daß der zweite Behälter 23 mit Metall des Überzuges in

i" die Flußmittelschmelze getaucht ist. Das Metall des Überzuges wird erschmolzen und auf die Temperatur des geschmolzenen Flußmittels erhitzt, nachher wird der erste Behälter 13 durch den Schraubentrieb 34 bezüglich des zweiten Behälters 23 so eingestellt, daß ~< die Höhe »α« der Säule der Flußmittelschmelze über dem Spiegel der Schmelze des Metalls des Überzuges eine Größe darstellt, die für Erzeugnisse vorgegebenen Typs und für den Überzug mit vorgegebener chemischer Zusammensetzung optimal ist. Für einen

·'" Stahldraht mit 0_;8 mn? Durchmesser und einen Überzug aus Messing L62 mit einem Zinkgehalt in der Schmelze von ca. 35 Gew.-% wird der »a«-Wert im Bereich von 80 bis 86 mm gewählt, bei dem die Zinkverluste im Prozeß der Aufbringung des Überzuges

.'"> bei einer Temperatur von 1000° C eine Größe von 0,5 Gew.-% nicht überschreitet. Die Auswahl höherer *a«-Werte ist mit der Gefahr verbunden, daß im Draht allzu große Spannungen entstehen, die zu seinem Pnich führen können. Die Auswahl geringerer

in »fl«-Werte führt zur Vergrößerung der Zinkverluste. Bei »a«-Werten im Bereich von 45 bis 50 mm betragen die Zinkverluste beispielsweise 1,9 bis 2,2 Gew.-% während bei Verminderung der Höhe na* bis auf 20 mm sie bis auf 3 Gew.-% ansteigen.

r. Im Abwickelwerk der Zuführungseinrichtung der Erzeugnisse, (das in der Zeichnung nicht gezeigt ist) werden Spulen mit aufgewickeltem Draht angebracht. Jeder Draht 51 wird über die Rillen 41 der Führungsrollen 40 geführt, nachdem die Stangen 43 in die obere

m Stellung vorbereitend weggeführt sind. Sodann wird durch das Senken der Stangen 43 jeder Draht 51 in die Flußmittelschmelze bis auf die Berechnungstiefe getaucht, die von der Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes und der vorgegebenen Zeit des Haltens des

ι. Erzeugnisses in der Schmelze des Metalls des Überzuges abhängig ist. Nach dem Fixieren der Stellung der Stangen 43 durch die Fixierschrauben 47 wird der Antrieb der Zuführungseinrichtung 39 (in der Zeichnung nicht gezeigt) eingeschaltet.

-.Ii Der Draht Sl gelangt von der in Richtung der Bewegung ersten Führungsrolle 40 zunächst in die Flußmittelschmelze, wo von seiner Oberfläche Ve~anreinigungen und Oxidhaut entfernt und wo er erhitzt wird. Wenn der Draht 51 dann in die Schmelze des

.-, Metalls des Überzuges taucht, wird er auf die Metalltemperatur (die der Flußmitteltemperatur gleich ist) erhitzt und mit einer Haut aus Metall überzogen, worauf er wieder in die Flußmittelschmelze kommt, wo er mit einer weiteren Haut fiberzogen wird, die das

w) Metall des Überzuges gegen Oxydation bei der darauffolgenden Kühlung schätzt.

Nach dem Abkühlen des Drahtes 51 fällt die Flußmittelhaut beim Durchgang über Biegungsrollen (in der Zeichnung nicht dargestellt) ab, die außerhalb des

b5 Wannenofens angebracht sind.

Im Prozeß des Aufbringens des Überzuges sinken die Stände der Schmelzen von Flußmittel und Überzugsmetall mit verschiedener Geschwindigkeit; dabei

erfolgt die Senkung des Standes des Flußmittels schneller, da es von dem Draht als Haut mitgenommen wird, deren Stärke um einige Male größer ist als die Stärke des metallischen Überzuges auf dem Draht infolge der verschiedenen Viskosität der Schmelzen. Dadurch erfolgt im Prozeß des Aufbringens des Überzuges eine Verringerung der Höhe der Säule des geschmolzenen Flußmittels über dem Spiegel des flüssigen Metalls des Überzuges, was wie bereits erwähnt, die Homogenität der chemischen Zusammensetzung des Überzuges bccintra'ciitigt. Was Stahldraht anbelangt, der mit Messing überzogen z.ur Herstellung von Metallkord für Kraftwagenreifen benutzt wird, führt schon eine geringe Verminderung des Zinkgehaltes im Messingüberzug zur Verschlechterung der Adhäsionseigenschaften am Gummi. Daher wird die Höhe »<i« der Säule des geschmolzenen Flußmittels über

'.lern Spiegel des flüssigen Metalls im Prozeß des Aufbringens des Überzuges geregelt, indem man den ersten behälter 13 mit Hilfe des Schraubentriebs 34 der Vcrtikalverstcllcinrichtiing 24 aufwärts bewegt. Auf die Tauchtiefe des Drahtes 51 in die Schmelze des Metalls wirkt sich diese Verschiebung nicht aus. Der Metallverbrauch im zweiten Behälter 23 wird durch Senkung der Stangen 43 der Einrichtung 42 zur Regelung der Tauchtiefe der Erzeugnisse kompensiert.

Ein solcher Wannenofen ermöglicht somit die Herstellung eines Überzuges mit stabilen vorher vorgegebenen Eigenschaften, was es ermöglicht, diesen insbesondere zum Heißaufbringen von Überzügen auf Kupferbasis zu benutzen, gegenüber dem bisher zu diesem Zweck verwendeten galvanischen Verfahren zum Aufbringen von Überzügen unvergleichbar wirtschaftlicher ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wrninenofen zum Aufbringen von metallischen Überzügen im Heißverfahren, der einen im Inneren eines feststehenden Gestelles angebrachten, zum Füllen mit geschmolzenem Flußmittel dienenden und Elektroden besitzenden ersten Behälter, einen zum Füllen mit Metall des Überzuges dienenden und so angeordneten zweiten Behälter, daß während des Aufbringens des Überzuges auf das Erzeugnis er sich im Inneren des ersten Behälters befindet, eine Einrichtung zur Vertikalverstellung eines der erwähnten Behälter bezüglich des anderen, eine höher als der zweite Behälter angeordnete Einrichtung zur Zuführung der Erzeugnisse in die Zone des Aufbringens des Überzuges und eine Einrichtung zur Regelung der Tauchtiefe der Erzeugnisse umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalverstelleinrichtung (24) srit dem ersten Behälter mechanisch verbunden ist, wobei der zweite Behälter (23) mit dem feststehenden Gestell (1) starr verbunden ist und die Einrichtung (42) zur Regelung der Tauchtiefe der Erzeugnisse (Sl) auf diese drückt.

2. Wannenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalverstelleinrichtung

(24) mit dem ersten Behälter (13) über einen vertikal beweglichen Wagen (25) verbunden ist, der mit einem am feststehenden Gestell (1) befestigten Antrieb ^30) verbunden ist.

3. Wannenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikal bewegliche Wagen

(25) der Vertikal verstel'.einrichtung (24) mit dem Antrieb (30) über einen Schrav antrieb (34) verbunden ist.

4. Wannenofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikal bewegliche Wagen (25) mit der Mutter (38) des Schraubentriebes (34) starr verbunden und mit Rollen (29) versehen ist, die einen Kontakt mit den vertikalen Führungen (8) des feststehenden Gestells (1) aufweisen.

5. Wannenofen nach einem der vorhergehen* den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bearbeitung von biegsamen Erzeugnissen mit großer Länge wie Draht bzw. Band die Zuführungseinrichtung (39) Führungsrolle!! (40) besitzt, die beiderseits des zweiten Behälters (23) angeordnet sind, wobei die Einrichtung (42) zur Regelung der Tauchtiefe der Erzeugnisse als eine zwischen den Führungsrollen (40) fliegend gelagerte mit einer Möglichkeit des Regeins der Kraglänge angeordnete und ein Endteil (44) besitzende Stange ausgeführt ist, die mit dem Erzeugnis einen solchen Kontakt hat, daß dabei eine Möglichkeit der relativen Verschiebung des letzteren gewährleistet ist.

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