EP1412306B1 - Keramischer formkörper - Google Patents
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- B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
- B22D41/50—Pouring-nozzles
Definitions
- the invention relates to a ceramic molded body, in particular a shaped body made of a refractory ceramic material. Because of their refractory properties, ceramic moldings of a refractory ceramic material can be used for applications where they are exposed to high temperatures, for example above 500 ° C and also far above.
- ceramic moldings are used in metal casting, such as a spout in Schieberverschlußsystemen, for example, the metal casting.
- the invention is not limited to the use of ceramic moldings as a spout in slide closure systems, it will be described below by way of example with reference to such an application.
- spouts in slide gate systems serve to introduce melt, for example molten steel, from the ladle into the intermediate container (tundish) or from the tundish into the mold.
- melt for example molten steel
- the spouts in the form of tophats (plate with integrated spout) or be assembled as a change spout When changing spout the spout is removable as a separate part of the slide closure system and thus interchangeable.
- Ceramic moldings in the form of spouts are usually surrounded on their outer peripheral surface with a steel sheet jacket. Through this, the mechanical properties and the chemical resistance of the spout can be improved.
- the high temperatures associated with the casting process lead to the formation of oxides (scale) on the surface of the sheet-metal jacket in the oxidizing air atmosphere. This so-called scaling is based on the reaction of the metal sheet metal jacket with the oxygen in the air. For ferrous materials, the oxidation starts above about 400 ° C and it becomes particularly strong at temperatures above about 600 ° C.
- the thickness of the scale layer increases with time and temperature. If the scale layer flakes off, is removed by mechanical attack or, as is usually the case with thermal cycling, cracked, the scaling of the sheet metal jacket increases significantly. Finally, the metal jacket can scale up so much that it can no longer perform its task of improving the mechanical and chemical properties of the spout.
- the argon fumigation can not always prevent the scaling of the metal jacket completely.
- US-A-4,323,529 discloses a process for producing a refractory molded article.
- a metal foil is integrated into the basic ceramic material of the shaped body. It should be noted that the film can oxidize. The observed chemical interaction with the ceramic material, which gives the film is called beneficial.
- the molded body also has an outer steel shell. Against the outer steel shell are in the production of the molding fasteners, which are removed after the production of the molding again.
- US-A-4,182,466 also discloses a refractory ceramic molded body having a metallic sheath. Other parts are not provided. The shaped body is later assembled in a receiving device on the outer jacket of a metallurgical melting vessel.
- a ceramic molding specifically: a dip tube, with an outer steel cladding is also known from WO 89/02800.
- the invention has for its object to provide a ceramic molded body, the surface of which is at least partially covered by a steel panel, available, which can be used economically and in which the steel cladding is subject to reduced scaling even at high temperatures.
- the invention solves the problem by a ceramic molded body, the surface of which is at least partially covered by a steel cladding, wherein the steel cladding is at least partially covered on its the non-obscuring the molding surface with a scale-inhibiting substance.
- scale-inhibiting substances are understood to mean substances which, by virtue of their composition, have an increased resistance to scaling compared with the steel cladding.
- scale-inhibiting substances for example, metallic aluminum, chromium or silicon or its oxides (Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , SiO 2 ) or other alloys or compounds thereof, can be used individually or in combination.
- the steel cladding can also be covered with a scale-inhibiting substance by first applying metallic chromium or aluminum to the steel cladding, and then allowing it to passivate.
- the scale-inhibiting substance can be applied, for example, in solid form and in the case of a metallic material, for example as a sheet or plate on the steel cladding.
- a metallic material for example as a sheet or plate on the steel cladding.
- these and the steel panel can be welded or glued together for their connection, for example.
- It may also be provided to shrink the sheet of an anti-scaling material on the steel paneling.
- it may be provided to prove the steel cladding with the scale-inhibiting substance in such a way that the steel cladding can not come into contact with the surrounding gas atmosphere at its sections occupied by the scale-inhibiting substance.
- the coating / coating should therefore be gas-tight.
- the mutually facing surfaces of scale-inhibiting metal sheet and steel panel can correspond to each other in register, so that the scale-inhibiting metal sheet covers the entire surface of the steel paneling. It may also be sufficient that the tinder-retardant metal sheet alone connected to the edge of the gas-tight with the steel panel, is welded about.
- the scale-inhibiting substance is first applied in liquid form to the steel cladding, for example brushed or sprayed (eg by flame spraying or plasma spraying) or the steel cladding is soaked with the liquid, and then the liquid on the steel cladding is converted into a solid form, which firmly adheres to the steel cladding.
- the scale-inhibiting substance is first applied in powder form to the steel cladding and is then adhesively bonded to the steel cladding there.
- the scale-inhibiting substance it is usually sufficient to apply the scale-inhibiting substance to the steel cladding in a thickness of up to 1 mm, for example in a thickness between 0.1 and 0.7 mm or 0.2 and 0.5 mm.
- the ceramic molded body may be, in particular, a ceramic spout for metal casting, such as an exchangeable spout, and will be described below by way of example with reference to such a spout.
- the ceramic spout facing surface of the steel cladding can rest directly on the surface of the ceramic spout and the steel cladding can be applied, for example, by shrinking a previously heated sheet.
- the steel casing surrounds the spout on its outer circumferential surface.
- the steel cladding may be placed in this case in the form of a sleeve around the spout.
- the mutually facing surfaces of steel cladding and ceramic spout may be formed corresponding to each other in such a way that they come to rest over the entire surface.
- the portions of the surface of the spout concealed by the steel cladding are directly occupied by the surface of the steel cladding facing the spout.
- the mechanical strength of the ceramic spout can be increased by the fact that the steel lining rests under pretension on the spout, for example shrunk.
- the steel cladding is in contact only at its edge with the ceramic spout. In this case, the contact area between the steel panel and ceramic spout may be gas-tight.
- the spout 1 consists of a ceramic molded body 3, which is partially covered by a steel panel 5.
- the steel panel 5 is partially covered with a scale-inhibiting substance 7.
- the ceramic molded body 3 is rotationally symmetrical about its longitudinal axis L. Also rotationally symmetric about its longitudinal axis L, it has in its interior an inner channel 2 for the passage of molten metal.
- An upper, cylindrical section A of the ceramic molded body 3 is followed by a conically tapering section B, followed by a further, cylindrical section C and finally a conically tapering section D.
- the ceramic molded body 3 consists of a conventional refractory ceramic material.
- An upper end face 9 of the ceramic molded body 3 has a recess 11.
- the sleeve-shaped steel panel 5 which consists of a steel sheet.
- the steel cladding 5 lies over the entire surface on the outer circumferential surface 13. It begins at the upper edge 130 of the outer peripheral surface 13 and ends at a distance to the lower edge 13u of the outer peripheral surface 13 in the region of the section D.
- the region of the peripheral surface 13 which extends in the region of the section D from the lower end of the steel cover 5 to the lower edge 13u is marked with the reference numeral 13f; it is the only portion of the outer peripheral surface 13 which is not covered by the steel cover 5.
- the section of the steel cladding 5, which conceals the section D of the ceramic molding, is covered with a scale-inhibiting aluminum layer 7.
- This aluminum layer 7 is placed in the form of a sleeve on the steel panel 5 (shrunk) and firmly connected to this. This area is the contact surface to a shadow tube or immersion spout and is exposed to the strongest oxidation. Accordingly, in the exemplary embodiment explained above, only this section of the steel cladding 5 is covered with a scale-inhibiting substance.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen keramischen Formkörper, insbesondere einen Formkörper aus einem feuerfesten keramischen Material. Aufgrund ihrer feuerfesten Eigenschaften können keramische Formkörper aus einem feuerfesten keramischen Material für Einsatzzwecke verwendet werden, bei denen sie hohen Temperaturen, beispielsweise über 500° C und auch weit darüber ausgesetzt sind.
- Beispielsweise werden keramische Formkörper im Metallguß eingesetzt, etwa als Ausguß in Schieberverschlußsystemen, zum Beispiel beim Metallstrangguß. Wenngleich die Erfindung nicht auf eine Verwendung von keramischen Formkörpern als Ausguß in Schieberverschlußsystemen beschränkt ist, wird sie nachfolgend anhand eines solchen Einsatzzweckes beispielhaft beschrieben.
- Beim Metallgießen dienen Ausgüsse in Schieberverschlußsystemen zum Einleiten von Schmelze, beispielsweise Stahlschmelze, aus der Gießpfanne in den Zwischenbehälter (tundish) oder aus dem tundish in die Kokille. Zum Führen (Einschnüren) des Metallstrahls in diesen Schieberverschlußsystemen können dabei die Ausgüsse in Form von tophats (Platte mit integriertem Ausguß) oder als Wechselausguß konfektioniert sein. Beim Wechselausguß ist der Ausguß als separates Teil vom Schieberverschlußsystem abnehmbar und somit auswechselbar.
- Keramische Formkörper in Form von Ausgüssen werden an ihrer äußeren Umfangsfläche üblicherweise mit einem Blechmantel aus Stahl umgeben. Durch diesen können die mechanischen Eigenschaften sowie die chemische Widerstandsfähigkeit des Ausgusses verbessert werden. Bei den mit dem Gießvorgang einhergehenden hohen Temperaturen kommt es in der oxidierenden Luftatmosphäre zur Bildung von Oxiden (Zunder) auf der Oberfläche des Blechmantels. Diese sogenannte Verzunderung beruht auf der Reaktion des metallischen Blechmantels mit dem Sauerstoff der Luft. Bei Eisenwerkstoffen beginnt die Oxidation oberhalb etwa 400° C und sie wird besonders stark bei Temperaturen über etwa 600° C. Die Dicke der Zunderschicht nimmt mit Zeit und Temperatur zu. Falls die Zunderschicht abplatzt, durch mechanischen Angriff entfernt wird oder, wie es bei den Temperaturwechselbeanspruchungen gewöhnlich der Fall ist, rissig wird, nimmt die Verzunderung des Blechmantels erheblich zu. Schließlich kann der Blechmantel so weit verzundern, dass er seine Aufgabe zur Verbesserung der mechanischen und chemischen Eigenschaften des Ausgusses nicht mehr wahrnehmen kann.
- Durch die Zugabe spezieller Legierungselemente im StahlBlechmantel, die zur Bildung fest haftender, dichter Zunderschichten führen, ließe sich die Geschwindigkeit der Verzunderung zwar herabsetzen. Jedoch weisen solche Zunderschichten nur eine geringe mechanische Festigkeit auf, sie lassen sich leicht vom Blechmantel entfernen, wodurch die darunterliegenden Schichten des Blechmantels nunmehr ungeschützt einer Verzunderung ausgesetzt sind.
- In der Praxis wurde der Verzunderung daher bisher meist durch die Verwendung von Schutzgasen, insbesondere Argon, bei hohen Temperaturen begegnet. Eine solche Argon-Begasung des Blechmantels ist jedoch aufwendig, teuer und damit äußerst unwirtschaftlich.
- Auch kann die Argon-Begasung die Verzunderung des Blechmantels nicht immer gänzlich verhindern.
- Folge ist, dass auch bei Argon-Begasung eine Verzunderung des Blechmantels vonstatten geht.
- Ist die Verzunderung des Blechmantels zu weit fortgeschritten, und kann er den darunterliegenden, keramischen Formkörper damit nicht mehr wirksam schützen, mußte der Ausguß samt Blechmantel ausgetauscht werden, obgleich das keramische Formteil längere Standzeiten erlauben würde.
- In der US-A-4 323 529 wird ein Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten Formkörpers beschrieben. Bei der Herstellung wird in das keramische Grundmaterial des Formkörpers eine Metallfolie integriert. Es wird darauf hingewiesen, dass die Folie oxidieren kann. Die dabei beobachtete chemische Wechselwirkung mit dem keramischen Material, welches die Folie uingibt, wird als vorteilhaft bezeichnet. Der Formkörper besitzt ferner eine äußere Stahlhülle. Gegen die äußere Stahlhülle liegen bei der Herstellung des Formkörpers Befestigungsmittel an, die nach der Herstellung des Formkörpers wieder entfernt werden.
- Die US-A-4 182 466 offenbart ebenfalls einen feuerfesten keramischen Formkörper mit einer metallischen Umhüllung. Weitere Teile sind nicht vorgesehen. Der Formkörper wird später in eine Aufnahmeeinrichtung am Außenmantel eines metallurgischen Schmelzgefäßes konfektioniert.
- Ein keramisches Formteil, konkret: ein Tauchrohr, mit einer äußeren Stahlverkleidung ist auch aus der WO 89/02800 bekannt.
- In allen Fällen kann es bei der Anwendung der bekannten Formkörper zu einer Verzunderung im Bereich der äußeren Stahlverkleidung kommen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen keramischen Formkörper, dessen Oberfläche zumindest abschnittsweise von einer Stahlverkleidung verdeckt ist, zur Verfügung zu stellen, der wirtschaftlich eingesetzt werden kann und bei dem die Stahlverkleidung auch bei hohen Temperaturen einer verminderten Verzunderung unterliegt.
- Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen keramischen Formkörper, dessen Oberfläche zumindest abschnittsweise von einer Stahlverkleidung verdeckt ist, wobei die Stahlverkleidung auf ihrer den Formkörper nicht verdeckenden Fläche zumindest abschnittsweise mit einem zunderhemmenden Stoff belegt ist.
- Die Verringerung oder Vermeidung der Verzunderung führt dazu, dass die mechanische Funktion der Metallabdeckung länger erhalten bleibt. Damit ergeben sich auch längere Standzeiten/Haltbarkeiten für die keramischen Formkörper.
- Es hat sich herausgestellt, dass die Oxidation (Verzunderung) der Stahlverkleidung eines keramischen Formkörpers an den Stellen, an denen sie hohen Temperaturen in einer oxidierenden Atmosphäre (beispielsweise Luft) ausgesetzt ist, wirksam gehemmt werden kann, wenn die Stahlverkleidung an diesen Stellen mit einem zunderhemmenden Stoff belegt wird. Unter "zunderhemmenden" Stoffen werden in diesem Zusammenhang Stoffe verstanden, die aufgrund ihrer Zusammensetzung eine gegenüber der Stahlverkleidung erhöhte Beständigkeit gegen Verzunderung aufweisen.
- Als zunderhemmende Stoffe können beispielsweise metallisches Aluminium, Chrom oder Silicium oder dessen Oxide (Al2O3, Cr2O3, SiO2) oder sonstige Legierungen oder Verbindungen daraus, einzeln oder in Kombination verwendet werden.
- Die Stahlverkleidung kann beispielsweise auch in der Art mit einem zunderhemmenden Stoff belegt werden, indem zunächst metallisches Chrom oder Aluminium auf die Stahlverkleidung aufgebracht werden, und man sie anschließend passivieren läßt.
- Der zunderhemmende Stoff kann beispielsweise in fester Form und im Falle eines metallischen Stoffes beispielsweise als Blech oder Platte auf die Stahlverkleidung aufgelegt werden. Bei Verwendung von Blechen können diese und die Stahlverkleidung zu ihrer Verbindung beispielsweise miteinander verschweißt oder verklebt werden. Es kann auch vorgesehen sein, das Blech aus einem zunderhemmenden Stoff auf die Stahlverkleidung aufzuschrumpfen. Insbesondere kann vorgesehen sein, die Stahlverkleidung derart mit dem zunderhemmenden Stoff zu belegen, dass die Stahlverkleidung an ihren von dem zunderhemmenden Stoff belegten Abschnitten nicht in Kontakt mit der umgebenden Gasatmosphäre treten kann. Der Überzug/die Beschichtung soll also gasdicht sein.
- Bei Verwendung eines zunderhemmenden Stoffes in Form eines Bleches können die einander zugewandten Flächen von zunderhemmendem Blech und Stahlverkleidung dazu paßgenau miteinander korrespondieren, so dass das zunderhemmende Blech die Stahlverkleidung vollflächig belegt. Es kann auch ausreichend sein, dass das zunderhemmende Blech allein randseitig gasdicht mit der Stahlverkleidung verbunden, etwa verschweißt wird.
- Nach einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der zunderhemmende Stoff zunächst in flüssiger Form auf die Stahlverkleidung aufgetragen wird, beispielsweise aufgestrichen oder aufgespritzt (z.B. durch Flammspritzen oder Plasmaspritzen) wird oder die Stahlverkleidung mit der Flüssigkeit getränkt wird, und die Flüssigkeit auf der Stahlverkleidung anschließend in eine feste Form übergeführt wird, die die Stahlverkleidung festhaftend belegt.
- Es kann auch vorgesehen sein, dass der zunderhemmende Stoff zunächst pulverförmig auf die Stahlverkleidung aufgebracht wird und dort anschließend festhaftend mit der Stahlverkleidung verbunden wird.
- Es genügt meist, den zunderhemmenden Stoff auf die Stahlverkleidung in einer Dicke von bis zu 1 mm aufzubringen, beispielsweise in einer Dicke zwischen 0,1 und 0,7 mm oder 0,2 und 0,5 mm.
- Wie eingangs bereits ausgeführt, kann der keramische Formkörper insbesondere ein keramischer Ausguß für den Metallstrangguß, etwa ein Wechselausguß, sein und soll anhand eines solchen Ausgusses nachfolgend beispielhaft beschrieben werden.
- Die dem keramischen Ausguß zugewandte Fläche der Stahlverkleidung kann unmittelbar auf der Oberfläche des keramischen Ausgusses aufliegen und die Stahlverkleidung kann zum Beispiel durch Aufschrumpfen eines zuvor erwärmten Blechs aufgebracht werden.
- Nach einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Stahlverkleidung den Ausguß an seiner äußeren Umfangsfläche umfängt. Eine solche Ausführungsform ist aus dem Stand der Technik bekannt. Da die äußere Umfangsfläche (Oberfläche) des Ausgusses üblicherweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist, kann die Stahlverkleidung in diesem Fall in Form einer Hülse um den Ausguß gelegt sein.
- Die einander zugewandten Flächen von Stahlverkleidung und keramischem Ausguß können derart miteinander korrespondierend ausgebildet sein, dass sie vollflächig aufeinander zu liegen kommen. In diesem Fall werden die von der Stahlverkleidung verdeckten Abschnitte der Oberfläche des Ausgusses unmittelbar von der dem Ausguß zugewandten Fläche der Stahlverkleidung belegt. Die mechanische Festigkeit des keramischen Ausgusses kann dadurch erhöht werden, dass die Stahlverkleidung unter Vorspannung auf dem Ausguß aufliegt, zum Beispiel aufgeschrumpft ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Stahlverkleidung nur an deren Rand mit dem keramischen Ausguß in Kontakt steht. Dabei kann der Kontaktbereich zwischen Stahlverkleidung und keramischem Ausguß gasdicht ausgebildet sein.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
- Ein Ausführungsbeispiel eines anmeldungsgemäßen keramischen Formkörpers soll anhand der nachfolgenden, stark schematisierten Figur näher erläutert werden.
- Dabei zeigt
- Figur 1
- einen keramischen Formkörper in Form eines Ausgusses für den Metallstrangguß in seitlicher Schnittansicht.
- Der Ausguß 1 besteht aus einem keramischen Formkörper 3, der abschnittsweise von einer Stahlverkleidung 5 verdeckt ist. Die Stahlverkleidung 5 ist abschnittsweise mit einem zunderhemmenden Stoff 7 belegt.
- Der keramische Formkörper 3 verläuft rotationssymmetrisch um seine Längsachse L. Ebenfalls rotationssymmetrisch um seine Längsachse L weist er in seinem Inneren einen inneren Kanal 2 zum Durchfluß von Metallschmelze auf. An einen oberen, zylindrischen Abschnitt A des keramischen Formkörpers 3 schließen sich nach unten zunächst ein sich konisch verjüngender Abschnitt B, daran ein weiterer, zylindrischer Abschnitt C und schließlich ein sich konisch verjüngender Abschnitt D an. Der keramische Formkörper 3 besteht aus einem üblichen, feuerfesten keramischen Material. Eine obere Stirnfläche 9 des keramischen Formkörpers 3 weist eine Ausnehmung 11 auf.
- An seiner äußeren Umfangsfläche 13 ist der keramische Formkörper 3 abschnittsweise von der hülsenförmigen Stahlverkleidung 5, die aus einem Stahlblech besteht, verdeckt. Die Stahlverkleidung 5 liegt vollflächig auf der äußeren Umfangsfläche 13 auf. Sie beginnt am oberen Rand 130 der äußeren Umfangsfläche 13 und endet beabstandet zum unteren Rand 13u der äußeren Umfangsfläche 13 im Bereich des Abschnitts D. Der Bereich der Umfangsfläche 13, der sich im Bereich des Abschnitts D vom unteren Ende der Stahlverkleidung 5 bis zum unteren Rand 13u erstreckt, ist mit dem Bezugszeichen 13f gekennzeichnet; er ist der einzige Abschnitt der äußeren Umfangsfläche 13, der nicht von der Stahlverkleidung 5 verdeckt ist.
- Auch die obere Stirnfläche 9 und eine untere Stirnfläche 15 des keramischen Formkörpers 3 sind nicht von der Stahlverkleidung 5 verdeckt:
- Der Abschnitt der Stahlverkleidung 5, die dem Abschnitt D des keramischen Formkörpers verdeckt, ist mit einer zunderhemmenden Aluminium-Schicht 7 belegt. Diese Aluminiumschicht 7. ist in Form einer Hülse auf die Stahlverkleidung 5 aufgesetzt (aufgeschrumpft) und fest mit dieser verbunden. Dieser Bereich stellt die Kontaktfläche zu einem Schattenrohr oder Eintauchausguß dar und ist der stärksten Oxidation ausgesetzt. Entsprechend ist bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel allein dieser Abschnitt der Stahlverkleidung 5 mit einem zunderhemmenden Stoff belegt.
Claims (13)
- Keramischer Formkörper (1), dessen Oberfläche (9, 13, 15) zumindest abschnittsweise von einer Stahlverkleidung (5) verdeckt ist, wobei die Stahlverkleidung (5) auf ihrer den Formkörper (1) nicht verdeckenden Fläche zumindest abschnittsweise mit einem zunderhemmenden Stoff (7) belegt ist.
- Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1 als Ausguß für den Metallguß.
- Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 2 als Wechselausguß.
- Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1 für ein Schieberverschlußsystem.
- Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1, bei dem die Stahlverkleidung (5) unmittelbar auf der Oberfläche (13) des keramischen Formkörpers (1) aufliegt.
- Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1, bei dem die Stahlverkleidung (5) ein Stahlblech ist.
- Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1, bei dem die Stahlverkleidung (5) den keramischen Formkörper (1) an seiner äußeren Umfangsfläche (13) umfängt.
- Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 6, bei dem die Stahlverkleidung (5) den keramischen Formkörper (1) unter Vorspannung umfängt.
- Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1, bei dem der zunderhemmende Stoff ein Metall oder eine Metallverbindung ist.
- Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1 mit einem zunderhemmenden Stoff in Form eines Blechs (7) oder einer auf die Stahlverkleidung (5) aufgetragenen Schicht.
- Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1, bei dem der zunderhemmende Stoff aus Aluminium oder einer Aluminiumverbindung besteht.
- Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1, bei dem der zunderhemmende Stoff (7) auf die Stahlverkleidung (5) aufgespritzt ist.
- Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1, bei dem der zunderhemmende Stoff (7) einen gasdichten Abschluss gegenüber den verdeckten Flächen der Stahlverkleidung (5) bildet.
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