EP2956250B1 - Kühlstrecke mit power cooling und laminarkühlung - Google Patents

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EP2956250B1
EP2956250B1 EP14705081.9A EP14705081A EP2956250B1 EP 2956250 B1 EP2956250 B1 EP 2956250B1 EP 14705081 A EP14705081 A EP 14705081A EP 2956250 B1 EP2956250 B1 EP 2956250B1
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cooling
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rolling stock
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Reinhard Karl
Erich Opitz
Florian Pöschl
Alois Seilinger
Thomas Trickl
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Primetals Technologies Austria GmbH
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    • B21B45/0215—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
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    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
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    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B21B37/76—Cooling control on the run-out table

Definitions

  • the cooling line has several Spray bars, which are supplied with liquid coolant from a reservoir via a pump and a supply system.
  • the pump works in Power Cooling mode. In laminar cooling mode, the coolant flow is guided around the pump.
  • the cooling section has a number of spray bars, by means of which the liquid coolant is applied to the flat rolling stock either only from above or both from above and below.
  • the object of the present invention is to create options for supplying the spray bars with the liquid coolant via a single supply line system and still being able to implement both power cooling and laminar cooling.
  • an operating method of the type mentioned at the outset is further developed in that the control device knows a total flow to be applied in its entirety to the flat rolling stock by means of the spray bars or the total flow is automatically determined by the control device on the basis of the partial flows and that a delivery capacity of the pump and/or or a line pressure generated by the pump in the supply line system is adjusted by the control device according to the total flow. Due to the corresponding activation of the pump by the control device, the line pressure is set between a minimum value and a maximum value. Furthermore, the opening positions of the valves can be adjusted continuously or in several stages between a respective fully closed position and a respective fully open position.
  • a cooling section for a flat rolling stock 1 has an effective area 2 through which the flat rolling stock 1 is guided.
  • a liquid coolant 4 can be applied to the effective area 2 by means of the spray bar 3i.
  • the liquid coolant 4 is supplied to the spray boom 3i via a pump 5 and a supply line system 6 from a reservoir 7 for the liquid coolant 4 .
  • the spray bars 3i are arranged both above and below a pass line 8, so that the liquid coolant 4 is applied to the flat rolling stock 1 both from above and from below by means of the spray bars 3i. In some cases, however, it can be sufficient if the spray bars 3i are arranged exclusively above the pass line 8.
  • valves 9i are preceded by valves 9i.
  • the valves 9i - more precisely: their opening positions si - can be adjusted by a control device 10 .
  • the valves 9i are controlled by the control device 10 in such a way that the opening positions si of the valves 9i are set according to a respective partial flow fi which is to be applied to the flat rolling stock 1 by means of the respective spray bar 3i.
  • a delivery rate M of the pump 5 is set by the control device in accordance with a total flow F that is to be applied in its entirety to the flat rolling stock 1 by means of the spray bars 3i.
  • a line pressure p can be set by activating the pump 5 corresponding to the total flow F, which line pressure p is generated by the pump 5 in the supply line system 6 .
  • the total flow F can be determined automatically and directly by the control device 10 by adding up the partial flows fi.
  • the control device 10 is generally designed as a software-programmable control device. This is in FIG 1 indicated by the fact that the control device 10 contains the abbreviation “uP” for microprocessor.
  • the Control device 10 programmed with a computer program 11.
  • the computer program 11 includes machine code 12 which can be executed directly by the control device 10 .
  • the execution of the machine code 12 by the control device 10 results in the corresponding design and operation of the control device 10.
  • the line pressure p in the supply line system 6 can be set between a minimum value pmin and a maximum value pmax by appropriate activation of the pump 5 by the control device 10 . Furthermore, by appropriate activation of the valves 9i by the control device 10, their open positions si can be set between a respective fully closed position si0 and a respective fully open position si1.
  • the setting of the opening positions si is according to FIG 2 continuously possible. Alternatively, a setting could be realized in several stages.
  • a respective partial flow fi corresponds to each open position si of the valves 9i. The partial flow fi is according to FIG 2 also dependent on the line pressure p.
  • the line pressure p has the maximum value pmax
  • the coolant 4 flowing through the respective valve 9i has a respective maximum flow fi1 in the respective fully open position si1.
  • the liquid coolant has a lower partial flow fiK, referred to below as the cavitation flow fiK.
  • the ratio of the respective maximum flow fi1 to the respective cavitation flow fiK is usually a maximum of 5:1. It can also be a smaller value, for example 3:1 or 2:1.
  • valves 9i are designed as throttle valves.
  • the present invention has many advantages.
  • cavitation can be avoided in a simple manner when operated as a laminar cooling system.
  • existing power cooling systems can easily be retrofitted. Only the control device 10 has to be exchanged or reprogrammed and the pump 5 has to be upgraded accordingly.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Kühlstrecke für ein flaches Walzgut,
    • wobei das flache Walzgut durch einen Wirkbereich einer Anzahl von Spritzbalken geführt wird,
    • wobei den Spritzbalken über eine Pumpe und ein Zuleitungssystem aus einem Reservoir ein flüssiges Kühlmittel zugeführt wird,
    • wobei Öffnungsstellungen von den Spritzbalken innerhalb des Zuleitungssystems vorgeordneten Ventilen von einer Steuereinrichtung entsprechend eines mittels des jeweiligen Spritzbalkens auf das flache Walzgut aufzubringenden jeweiligen Teilflusses eingestellt werden.
  • Die oben genannten Gegenstände sind allgemein bekannt.
  • Aus der DE 198 54 675 A1 ist ein Betriebsverfahren für eine Kühlstrecke für ein flaches Walzgut bekannt, wobei das flache Walzgut durch einen Wirkbereich einer Anzahl von Spritzbalken geführt wird. Den Spritzbalken wird über eine Pumpe und ein Zuleitungssystem aus einem Reservoir ein flüssiges Kühlmittel zugeführt. Die DE 198 54 675 A1 zeigt die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1.
  • Aus der US 3 423 254 A ist ein Betriebsverfahren für eine Kühlstrecke für ein flaches Walzgut bekannt, wobei das flache Walzgut durch einen Wirkbereich einer Anzahl von Spritzbalken geführt wird. Den Spritzbalken wird über eine Pumpe und ein Zuleitungssystem aus einem Reservoir ein flüssiges Kühlmittel zugeführt.
  • Aus der US 4 720 310 A ist ein Betriebsverfahren für eine Kühlstrecke für ein flaches Walzgut bekannt, wobei das flache Walzgut durch einen Wirkbereich einer Anzahl von Spritzbalken geführt wird. Oberen und unteren Rollen wird über eine jeweilige Pumpe und ein Zuleitungssystem aus einem Reservoir ein flüssiges Kühlmittel zugeführt. Ventile sind im Zuleitungssystem nicht vorhanden. Eine jeweilige Förderleistung der jeweiligen Pumpe wird eingestellt.
  • In der WO 2014/032 838 A1 ist eine Kühlstrecke zum Kühlen von Metallband beschrieben. Die Kühlstrecke weist mehrere Spritzbalken auf, die über eine Pumpe und ein Zuleitungssystem aus einem Reservoir mit flüssigem Kühlmittel versorgt werden. In der Betriebsart Power Cooling arbeitet die Pumpe. In der Betriebsart Laminarkühlung wird der Kühlmittelstrom um die Pumpe herum geführt.
  • Im Stand der Technik erfolgt oftmals eine so genannte Laminarkühlung. Bei einer Laminarkühlung weist die Kühlstrecke eine Anzahl von Spritzbalken auf, mittels derer das flüssige Kühlmittel entweder nur von oben oder sowohl von oben als auch von unten auf das flache Walzgut aufgebracht wird.
  • Neuerdings ist auch ein so genanntes Power Cooling bekannt. Power Cooling - das heißt das intensive Kühlen von warmem Walzgut - ist eine neuartige Kühlungsmethode zum Kühlen eines Walzguts beim Warmwalzen oder unmittelbar danach. Sie dient dazu, die Mikrostruktur und damit die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts gezielt einzustellen. Insbesondere sogenannte AHSS (= advanced high strength steels) erfordern immer mehr Kühlungsintensität und Kühlungsflexibilität. Diese Anforderungen werden durch Power Cooling erfüllt. Beim Power Cooling werden mittels der Spritzbalken deutlich größere Volumenströme an flüssigem Kühlmittel auf das flache Walzgut aufgebracht als bei einer Laminarkühlung.
  • Wenn mittels einer Kühlstrecke, die für ein Power Cooling ausgelegt ist, eine Laminarkühlung bewirkt werden soll, dürfen nicht einfach die den Spritzbalken vorgeordneten Ventile vollständig geöffnet und geschlossen werden. Denn dies hätte zur Folge, dass die große Menge an flüssigem Kühlmittel, die für ein Power Cooling benötigt wird, auf das flache Walzgut aufgebracht wird. Es ist also erforderlich, mittels des jeweiligen Spritzbalkens eine deutlich geringere Menge an flüssigem Kühlmittel auf das flache Walzgut aufzubringen.
  • Im Stand der Technik ist bekannt, zwei getrennte Zuleitungssysteme vorzusehen, denen jeweils eine eigene Pumpe zugeordnet ist. Soll ein Power Cooling realisiert werden, erfolgt die Zuführung an flüssigem Kühlmittel zu den Spritzbalken über das eine Zuleitungssystem, soll eine Laminarkühlung realisiert werden, erfolgt die Zuführung an flüssigem Kühlmittel zu den Spritzbalken über das andere Zuleitungssystem. Hierbei ist es alternativ möglich, dass in den Zuleitungssystemen für den jeweiligen Spritzbalken jeweils ein eigenes Ventil angeordnet ist und die Vereinigung der Zuleitungssysteme erst nach den jeweiligen Ventilen erfolgt. Alternativ kann die Vereinigung der Zuleitungssysteme vor dem jeweiligen Ventil erfolgen. In diesem Fall sind die Zuleitungssysteme - beispielsweise mittels Absperrventilen - gegeneinander verriegelt.
  • Es wäre wünschenswert, die Spritzbalken über ein einziges Zuleitungssystem mit dem flüssigen Kühlmittel versorgen zu können. Dies scheitert in der Praxis jedoch daran, dass für die Realisierung des Power Cooling ein relativ hoher Leitungsdruck erforderlich ist und das das jeweilige Ventil durchströmende flüssige Kühlmittel kavitiert, wenn der das jeweilige Ventil durchströmende Teilfluss an flüssigem Kühlmittel auf einen so niedrigen Wert eingestellt wird, wie er für eine Laminarkühlung erforderlich ist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, die Spritzbalken über ein einziges Zuleitungssystem mit dem flüssigen Kühlmittel zu versorgen und dennoch sowohl ein Power Cooling als auch eine Laminarkühlung realisieren zu können.
  • Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch weiter ausgebildet, dass der Steuereinrichtung ein mittels der Spritzbalken in ihrer Gesamtheit auf das flache Walzgut aufzubringender Gesamtfluss bekannt ist oder der Gesamtfluss von der Steuereinrichtung anhand der Teilflüsse selbsttätig ermittelt wird und dass eine Förderleistung der Pumpe und/oder ein mittels der Pumpe im Zuleitungssystem generierter Leitungsdruck von der Steuereinrichtung entsprechend des Gesamtflusses eingestellt wird. Aufgrund der entsprechenden Ansteuerung der Pumpe durch die Steuereinrichtung wird der Leitungsdruck zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert eingestellt. Weiterhin sind die Öffnungsstellungen der Ventile zwischen einer jeweiligen vollständig geschlossenen Stellung und einer jeweiligen vollständig geöffneten Stellung stufenlos oder in mehreren Stufen einstellbar. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es problemlos hinnehmbar, dass in dem Fall, dass der Leitungsdruck den Maximalwert aufweist, mindestens eine jeweilige Öffnungsstellung der Ventile existiert, bei welcher das das jeweilige Ventil durchströmende flüssige Kühlmittel kavitiert. Denn aufgrund der entsprechenden Ansteuerung der Pumpe herrscht in dem Fall, dass eine Laminarkühlung realisiert werden soll, im Zuleitungssystem ein Leitungsdruck, der deutlich niedriger als der Maximalwert ist. Das entsprechende Ventil kann daher wegen des relativ niedrigen Leitungsdruckes relativ weit geöffnet werden, so dass kein Kavitieren mehr zu befürchten ist.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
    • FIG 1
    eine Kühlstrecke von der Seite,
    FIG 2
    Kennlinien und
    FIG 3
    ein Ventil im Schnitt.
  • Gemäß FIG 1 weist eine Kühlstrecke für ein flaches Walzgut 1 einen Wirkbereich 2 auf, durch den das flache Walzgut 1 geführt wird. Im Wirkbereich 2 ist eine Anzahl von Spritzbalken 3i (i = 1, 2, 3,...) angeordnet. Mittels der Spritzbalken 3i ist der Wirkbereich 2 mit einem flüssigen Kühlmittel 4 beaufschlagbar. Das flüssige Kühlmittel 4 wird den Spritzbalken 3i über eine Pumpe 5 und ein Zuleitungssystem 6 aus einem Reservoir 7 für das flüssige Kühlmittel 4 zugeführt. Meist sind entsprechend der Darstellung in FIG 1 die Spritzbalken 3i sowohl oberhalb als auch unterhalb einer Passline 8 angeordnet, so dass das flüssige Kühlmittel 4 mittels der Spritzbalken 3i sowohl von oben als auch von unten auf das flache Walzgut 1 aufgebracht wird. In manchen Fällen kann es jedoch ausreichen, wenn die Spritzbalken 3i ausschließlich oberhalb der Passline 8 angeordnet sind.
  • Innerhalb des Zuleitungssystems 6 sind den Spritzbalken 3i Ventile 9i vorgeordnet. Die Ventile 9i - genauer: deren Öffnungsstellungen si - sind von einer Steuereinrichtung 10 einstellbar. Die Ventile 9i werden von der Steuereinrichtung 10 derart angesteuert, dass die Öffnungsstellungen si der Ventile 9i entsprechend eines jeweiligen Teilflusses fi eingestellt werden, der mittels des jeweiligen Spritzbalkens 3i auf das flache Walzgut 1 aufgebracht werden soll. Weiterhin wird von der Steuereinrichtung eine Förderleistung M der Pumpe 5 entsprechend eines Gesamtflusses F eingestellt, der mittels der Spritzbalken 3i in ihrer Gesamtheit auf das flache Walzgut 1 aufgebracht werden soll. Alternativ zur Förderleistung M kann durch eine dem Gesamtfluss F entsprechende Ansteuerung der Pumpe 5 ein Leitungsdruck p eingestellt werden, der mittels der Pumpe 5 im Zuleitungssystem 6 generiert wird. Der Gesamtfluss F kann von der Steuereinrichtung 10 selbsttätig direkt durch Aufsummieren der Teilflüsse fi ermittelt werden.
  • Die Steuereinrichtung 10 ist in der Regel als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung ausgebildet. Dies ist in FIG 1 dadurch angedeutet, dass in der Steuereinrichtung 10 das Kürzel "µP" für Mikroprozessor angegeben ist. In diesem Fall ist die Steuereinrichtung 10 mit einem Computerprogramm 11 programmiert. Das Computerprogramm 11 umfasst Maschinencode 12, der von der Steuereinrichtung 10 unmittelbar ausführbar ist. Die Ausführung des Maschinencodes 12 durch die Steuereinrichtung 10 bewirkt in diesem Fall die entsprechende Ausbildung und Betriebsweise der Steuereinrichtung 10.
  • Durch entsprechende Ansteuerung der Pumpe 5 von Seiten der Steuereinrichtung 10 kann der Leitungsdruck p im Zuleitungssystem 6 zwischen einem Minimalwert pmin und einem Maximalwert pmax eingestellt werden. Weiterhin können durch entsprechende Ansteuerung der Ventile 9i von Seiten der Steuereinrichtung 10 deren Öffnungsstellungen si zwischen einer jeweiligen vollständig geschlossenen Stellung si0 und einer jeweiligen vollständig geöffneten Stellung si1 eingestellt werden. Die Einstellung der Öffnungsstellungen si ist gemäß FIG 2 stufenlos möglich. Alternativ könnte eine Einstellung in mehreren Stufen realisiert sein. Mit jeder Öffnungsstellung si der Ventile 9i korrespondiert ein jeweiliger Teilfluss fi. Der Teilfluss fi ist gemäß FIG 2 zusätzlich auch vom Leitungsdruck p abhängig.
  • In dem Fall, dass der Leitungsdruck p den Maximalwert pmax aufweist, existiert gemäß FIG 2 mindestens eine jeweilige Öffnungsstellung si der Ventile 9i, bei welcher das das jeweilige Ventil 9i durchströmende flüssige Kühlmittel 4 kavitiert, d.h. es bilden sich in dem das jeweilige Ventil 9i durchströmenden flüssigen Kühlmittel 4 in Strömungsrichtung gesehen hinter dem jeweiligen Ventil 9i Bläschen.
  • Dieser - als solcher nachteilige und unerwünschte - Effekt kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne weiteres hingenommen werden, weil im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Erzielung eines bestimmten Teilflusses fi nicht nur die Öffnungsstellung si des entsprechenden Ventils 9i variiert werden kann, sondern auch die Fördermenge M der Pumpe 5 und/
    oder der Leitungsdruck, den die Pumpe 5 im Zuleitungssystem 6 generiert, variiert werden kann.
  • Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf den Fall, dass der Leitungsdruck p den Maximalwert pmax aufweist. Gemäß FIG 2 weist das das jeweilige Ventil 9i durchströmende Kühlmittel 4 bei der jeweiligen vollständig geöffneten Stellung si1 einen jeweiligen Maximalfluss fi1 auf. Bei derjenigen jeweiligen Öffnungsstellung si, bei welcher das das jeweilige Ventil 9i durchströmende flüssige Kühlmittel 4 kavitiert, weist das flüssige Kühlmittel einen niedrigeren Teilfluss fiK auf, nachfolgend als Kavitierfluss fiK bezeichnet. Das Verhältnis des jeweiligen Maximalflusses fi1 zum jeweiligen Kavitierfluss fiK liegt in der Regel maximal bei 5:1 liegt. Es kann auch bei einem kleineren Wert liegen, beispielsweise bei 3:1 oder 2:1.
  • Aufgrund des Umstands, dass durch eine entsprechende Verringerung der Förderleistung M und/oder eine entsprechende Verringerung des Leitungsdruckes p das Kavitieren vermieden werden kann, ist es gemäß FIG 3 ohne weiteres möglich, dass die Ventile 9i als Drosselklappen ausgebildet sind.
  • Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere kann auf einfache Weise im Betrieb als Laminarkühlung ein Kavitieren vermieden werden. Weiterhin ist ohne Weiteres ein Nachrüsten bestehender Power Cooling-Anlagen möglich. Es müssen lediglich die Steuereinrichtung 10 ausgetauscht oder umprogrammiert werden und die Pumpe 5 entsprechend ertüchtigt werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    flaches Walzgut
    2
    Wirkbereich
    3i
    Spritzbalken
    4
    Kühlmittel
    5
    Pumpe
    6
    Zuleitungssystem
    7
    Reservoir
    8
    Passline
    9i
    Ventile
    10
    Steuereinrichtung
    11
    Computerprogramm
    12
    Maschinencode
    F
    Gesamtfluss
    fi
    Teilflüsse
    fiK
    Kavitierfluss
    fi1
    Maximalfluss
    M
    Förderleistung
    p
    Leitungsdruck
    pmin
    Minimalwert
    pmax
    Maximalwert
    si
    Öffnungsstellungen
    si0
    vollständig geschlossene Stellungen
    si1
    vollständig geöffnete Stellungen

Claims (1)

  1. Betriebsverfahren für eine Kühlstrecke für ein flaches Walzgut (1),
    - wobei das flache Walzgut (1) durch einen Wirkbereich (2) einer Anzahl von Spritzbalken (3i) geführt wird,
    - wobei den Spritzbalken (3i) über eine Pumpe (5) und ein Zuleitungssystem (6) aus einem Reservoir (7) ein flüssiges Kühlmittel (4) zugeführt wird,
    - wobei Öffnungsstellungen (si) von den Spritzbalken (3i) innerhalb des Zuleitungssystems (6) vorgeordneten Ventilen (9i) von einer Steuereinrichtung (10) entsprechend eines mittels des jeweiligen Spritzbalkens (3i) auf das flache Walzgut (1) aufzubringenden jeweiligen Teilflusses (fi) eingestellt werden,
    - wobei der Steuereinrichtung (10) ein mittels der Spritzbalken (3i) in ihrer Gesamtheit auf das flache Walzgut (1) aufzubringender Gesamtfluss (F) bekannt ist oder der Gesamtfluss (F) von der Steuereinrichtung (10) anhand der Teilflüsse (fi) selbsttätig ermittelt wird,
    - wobei eine Förderleistung (M) der Pumpe (5) und ein mittels der Pumpe (5) im Zuleitungssystem (6) generierter Leitungsdruck (p) von der Steuereinrichtung (10) entsprechend des Gesamtflusses (F) eingestellt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Leitungsdruck (p) zwischen einem Minimalwert (pmin) und einem Maximalwert (pmax) eingestellt wird,
    - dass die Öffnungsstellungen (si) der Ventile (9i) zwischen einer jeweiligen vollständig geschlossenen Stellung (si0) und einer jeweiligen vollständig geöffneten Stellung (si1) stufenlos oder in mehreren Stufen eingestellt werden,
    - dass in dem Fall, dass der Leitungsdruck (p) den Maximalwert (pmax) aufweist, mindestens eine jeweilige Öffnungsstellung (si) der Ventile (9i) existiert, bei welcher das das jeweilige Ventil (9i) durchströmende flüssige Kühlmittel (4) kavitiert, und
    - dass in dem Fall, dass eine Laminarkühlung realisiert wird, im Zuleitungssystem (6) ein Leitungsdruck (p) eingestellt wird, der deutlich niedriger als der Maximalwert (pmax) ist und die Öffnungsstellungen (si) der Ventile (9i) so eingestellt werden, dass kein Kavitieren auftritt.
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