ES2225221T3 - Procedimiento de fabricacion de bandas de acero al carbono, especialmente de acero pra envases. - Google Patents

Procedimiento de fabricacion de bandas de acero al carbono, especialmente de acero pra envases.

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ES2225221T3 ES00964323T ES00964323T ES2225221T3 ES 2225221 T3 ES2225221 T3 ES 2225221T3 ES 00964323 T ES00964323 T ES 00964323T ES 00964323 T ES00964323 T ES 00964323T ES 2225221 T3 ES2225221 T3 ES 2225221T3
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Abstract

Procedimiento de fabricación de bandas de acero al carbono, especialmente de acero para envases, según el cual: - se cuela en forma de una banda delgada de 0, 7 a 10 mm de espesor, directamente a partir de metal líquido, un acero que tiene una composición adaptada a una utilización como acero para envasado; - se efectúa una operación de laminación en caliente en línea de dicha banda, terminándose en la zona austenítica de dicho acero para obtener una banda de espesor inferior a 3 mm; - se efectúa un enfriamiento forzado de dicha banda a una velocidad de 80 a 400ºC/s, terminándose en la zona ferrítica de dicho acero; - se efectúa un laminación en frío de dicha banda a una tasa de reducción de 85%, al menos en una sola etapa; - y se efectúa un recocido de dicha banda.

Description

Procedimiento de fabricación de bandas de acero al carbono, especialmente de acero para envases.
El invento se refiere a la siderurgia. Más precisamente, se refiere a la fabricación de bandas de acero destinadas a ser transformadas en envases de poco espesor, tales como latas o botes para bebidas y alimentos en conserva.
El procedimiento clásico de fabricación de bandas de acero destinadas a ser transformadas a continuación en envases de poco espesor, especialmente para bebidas y productos alimentarios, comporta las etapas siguientes:
- colada continua de llantones de acero al carbono;
- laminación en caliente de estos llantones en un tren de bandas con una temperatura de fin de laminación superior a la temperatura Ar_{3} de la clase considerada;
- laminación en frío de la banda en caliente así obtenida, pudiendo esta laminación en frío efectuarse en una única etapa, o en dos etapas que pueden estar separadas por un tratamiento térmico, según el espesor final deseado para la banda;
- recocido de la banda en frío así obtenida, por recocido base o recocido continuo.
En la práctica, los espesores de las bandas finales después de laminación en frío y recocido son del orden de 0,09 a 0,40 mm. Estas bandas son a continuación cortadas en hojas y/o en piezas en bruto que son embutidas para formar los envases deseados.
Este tipo de fabricación es largo y costoso en energía, debido a que necesita la utilización de instalaciones separadas. En particular, la laminación de los llantones en el tren de bandas es oneroso, especialmente porque estos llantones deben ser previamente recalentados a alta temperatura. Por otra parte, el tren de bandas es un útil que requiere una inversión elevada.
Este inconveniente puede ser evitado sustituyendo el conjunto colada continua - horno de recalentamiento - tren de bandas por una instalación de colada directa de bandas delgadas de espesor inferior a 10 mm. Esta solución ha sido propuesta en el documento JP 09-001.207, que enseña a colar directamente a partir de metal líquido, en una instalación de colada entre dos cilindros contrarrotatorios refrigerados interiormente, bandas cuya composición corresponde a una clase de aceros clásica para envases (C% \leq 0,15; Mn% \leq 0,6; P% \leq 0,025; S% \leq 0,025; Al% \leq 0,12; N% \leq 0,01; O_{total}% \leq 0,007, estando todos estos contenidos expresados en porcentajes ponderados). La banda así colada sufre a continuación un decapado, una primera laminación en frío, un recocido de recristalización y una segunda laminación en frío. La tasa de reducción total sufrida por la banda durante las laminaciones en frío está comprendida entre 85 y 95% si se quieren obtener resultados satisfactorios en la tasa de los cuernos de embutido, el coeficiente de anisotropía r y la anisotropía plana \Deltar. La colada entre cilindros puede ser seguida de una ligera laminación en caliente con una tasa de reducción de 20 a 50%, incluso más. La fabricación de la banda en caliente que debe a continuación sufrir la laminación en frío y los tratamientos asociados es así más rápida y más económica. Sin embargo, la necesidad de proceder a continuación a una laminación en frío en dos etapas separadas por un recocido, reduce estas ventajas.
El documento JP 07.118.735 divulga la obtención de una banda de acero por colada de una banda delgada de al máximo 10 mm de espesor seguida de una laminación en caliente en la zona austenítica y de un enfriamiento forzado. La banda se mantiene a continuación a una temperatura entre Ar_{1} y 600ºC durante al menos 10 s y después es bobinada.
El objeto del invento es proponer un procedimiento más económico que los procedimientos conocidos para la obtención de bandas de acero laminadas en frío utilizables para la fabricación de envases, especialmente para envases alimentarios tales como botes de bebidas.
A este efecto, el invento tiene por objeto un procedimiento de fabricación de bandas de acero al carbono, especialmente de acero para envases, según el cual:
- se cuela en forma de una banda delgada de 0,7 a 10 mm de espesor, directamente a partir de metal líquido, un acero que tiene una composición adaptada a una utilización como acero para envase;
- se efectúa una operación de laminación en caliente en línea de dicha banda, terminando en la zona austenítica de dicho acero para obtener una banda de espesor inferior a 3 mm;
- se efectúa un enfriamiento forzado de dicha banda a una velocidad de 80 a 400ºC/s, terminando en la zona ferrítica de dicho acero;
- se efectúa una laminación en frío de dicha banda con una tasa de reducción de 85%, al menos en una sola etapa;
- y se efectúa un recocido de dicha banda.
El invento tiene igualmente como objeto la utilización de una banda de acero obtenida según este procedimiento para la fabricación de envases.
Como se habrá comprendido, el invento se basa en la utilización de un procedimiento de colada entre cilindros seguido de al menos una etapa de laminación en caliente en línea y de un enfriamiento particular de la banda. Así se obtiene una banda en caliente que tolera no sufrir a continuación más que una sola etapa de laminación en frío (excepto el clásico paso final al skin-pass) para conferirle las propiedades que la convierten en adaptada para la fabricación de aceros para envases.
El invento se comprenderá mejor por la lectura de la descripción que sigue.
El procedimiento según el invento comienza por la colada en forma de bandas delgadas de 0,7 a 10 mm de espesor (preferiblemente de 1 a 4 mm) de un producto semiterminado con contenido bajo o ultrabajo de carbono de un acero que puede ser utilizado para el envasado de composición clásica. Esta composición, en cuanto a los principales elementos presentes, responde a los criterios principales (los porcentajes están expresados en porcentajes ponderados): 0% \leq C \leq 0,15%; 0% \leq Mn \leq 0,6%; 0% \leq P \leq 0,025; 0% \leq S \leq 0,05; 0% \leq Al \leq 0,12; 0% \leq N \leq 0,04. Este acero contiene además impurezas habituales que resultan de la elaboración, y eventualmente elementos de aleación en pequeña cantidad, que no afectarán desfavorablemente a las propiedades de los productos durante su puesta en forma o de su utilización como aceros para envases (así se conoce, en ciertos aceros para envasado, introducir algunas milésimas de % de boro), siendo de hierro el resto. Los elementos de aleación, en general ausentes, pueden, eventualmente, estar presentes en contenidos que pueden llegar hasta 1%. Estos elementos son especialmente Si, Cr, Ni, Mo, Cu. Por razones reglamentarias, ciertos elementos de aleaciones deben ser excluidos cuando el acero está destinado al envasado; estos elementos son el plomo, el cadmio, y el arsenio.
La colada continua de bandas delgadas directamente a partir de metal líquido es una técnica que está experimentada después de varios años para la colada de aceros al carbono, de aceros inoxidables y de otras aleaciones ferrosas. La técnica más corrientemente utilizada en colada de bandas delgadas de aleaciones ferrosas, y que está llegando al estado industrial, es la técnica denominada de "colada entre cilindros", según la cual se introduce metal líquido entre dos cilindros próximos de ejes horizontales, puestos en rotación en sentidos inversos y refrigerados interiormente. El espacio de colada está obturado lateralmente por placas de refractario aplicadas contra las caras laterales planas de los cilindros. En cada uno de los cilindros se forman "pieles" de metal solidificado, y se reúnen al nivel del cuello (la zona en la que la separación entre las superficies laterales cilíndricas de los cilindros es menor y corresponde sensiblemente al espesor deseado para la banda) para formar una banda solidificada. Esta técnica está particularmente recomendada para el invento porque da acceso a los espesores de banda de algunos mm, y a ella se hará referencia a lo largo de la descripción. Pero se pueden utilizar otros procedimientos de colada directa de bandas delgadas, tales como la colada entre dos bandas en deslizamiento, que permite colar los productos un poco más gruesos que la colada entre cilindros. Sin embargo, una de las ventajas de la colada entre cilindros es la posibilidad de obtener, si es necesario, perfiles del espesor de la banda en sentido transversal extremadamente planos, gracias a la excelente dominio del abombado de los cilindros que permiten los modos más evolucionados de puesta en práctica de este procedimiento (véase, por ejemplo, el documento EP 0.736.350).
A su salida de los cilindros, la banda atraviesa, preferiblemente, una zona tal como un recinto convertido en inerte por una insuflación de gas, donde está sometida a un ambiente no oxidante (una atmósfera neutra de nitrógeno o de argón, incluso una atmósfera que tenga una cierta proporción de hidrógeno para hacerla reductora), con el fin de evitar o de limitar la formación de calamina en su superficie. En la salida de esta zona de conversión en inerte se puede igualmente colocar un dispositivo de descalaminado de la banda por proyección de granalla o de CO_{2} sólido en su superficie o por cepillado, con el fin de eliminar la calamina que se hubiera podido formar a pesar de las precauciones tomadas. Se puede igualmente elegir dejar formarse la calamina de forma natural sin tener que hacer inerte la atmósfera que rodea la banda, después de eliminar esta calamina mediante un dispositivo tal como el que se acaba de describir. La presencia de calamina en la banda no es, en general, deseada, debido a riesgos de incrustación de esta calamina en la superficie de la banda durante laminaciones ulteriores. Tales incrustaciones conducen a un estado mediocre de la superficie de los productos. Además, la calamina aumenta los esfuerzos de laminación que hay que aplicar, y degrada el estado de la superficie de los cilindros del laminador.
En lo posible, inmediatamente después de la salida de la banda de la instalación de conversión en inerte o de descalaminado, si es que la hay, tiene lugar una operación de laminación en caliente de la banda, seguida por un enfriamiento fuerte. El objeto de este tratamiento es obtener una banda que tiene:
- un espesor inferior a 3 mm (típicamente 0,9 mm) que, en relación con las tasas de reducción que se practicarán durante la laminación en frío que seguirá, permitirá obtener bandas finales con el espesor deseado;
- una estructura metalúrgica que, siempre en relación con los tratamientos ulteriormente sufridos por la banda, permite obtener en la banda las propiedades mecánicas requeridas para la utilización futura del metal, por ejemplo como acero para envases;
- un perfil transversal más plano que los obtenidos con los procedimientos convencionales.
Para llegar a este resultado, se han propuesto dos variantes de los esquemas de fabricación.
Según la primera variante, se efectúa una única etapa de laminación en caliente de la banda, terminándose a una temperatura superior a la temperatura Ar_{3} del acero colado, es decir en la zona austenítica. Esta laminación en caliente se efectúa con una tasa de reducción mínima de 20%, y preferiblemente esta tasa es superior a 50%. Esta laminación en caliente tiene como funciones:
- cerrar las porosidades que pueden estar presentes en el núcleo de la banda después de su colada;
- "romper" la microestructura de solidificación;
- y mejorar el estado de la superficie de la banda aplastando los relieves que puedan estar presentes en la superficie de la banda, especialmente cuando se han utilizado durante la colada cilindros que presentan una relativamente fuerte rugosidad que puede ser ventajosa para la optimización de las transferencias térmicas entre los cilindros y las pieles solidificadas.
Esta única etapa de laminación en caliente puede efectuarse por medio del paso de la banda por un solo bastidor del laminador. También puede efectuarse de forma más progresiva haciendo pasar la banda por dos bastidores del laminador o más. El primer bastidor puede, por ejemplo, aplicar a la banda una tasa de reducción solamente suficiente para cerrar las porosidades, y el segundo bastidor asegura entonces la mayor parte de la reducción de espesor que permite cumplir las otras dos funciones de la laminación en caliente. Lo esencial es que la tasa de reducción global provocada por este o estos pasos en el o los bastidores sucesivos y la temperatura de la banda después de su paso por el último bastidor se sitúan en las gamas de valores prescritas.
Según la segunda de estas variantes, la laminación se efectúa en dos etapas, separadas por un recalentamiento, y eventualmente por un descalaminado. La primera de estas etapas se efectúa ya sea en la zona austenítica, ya sea en la zona ferrítica de la banda colada, con una tasa de reducción del 20 al 70%. Tiene funciones idénticas a las de la etapa única de laminación en caliente de la primera variante, y también puede ser efectuada por el paso de la banda por uno o varios bastidores de laminador sucesivos. Preferiblemente, esta primera etapa de laminación tiene lugar en la zona ferrítica cuando se quiere obtener un espesor final de la banda pequeño, pues son necesarios menores esfuerzos para deformar la banda de manera regular en toda su anchura que cuando la banda está en la zona austenítica. Cuando se realiza esta primera etapa de laminación en caliente repartiéndola en varios bastidores, es sin embargo previsible comenzar esta primera etapa en la zona austenítica, por ejemplo por una laminación relativamente ligera que tendería principalmente a cerrar la porosidades, y terminarla en la zona ferrítica donde se realizaría el resto de la reducción de espesor. Después de esta primera etapa de laminación en caliente, se deja enfriar la banda hasta la zona ferrítica si no se encuentra ahí ya (si es necesario con la ayuda de un ligero enfriamiento forzado), después se le aplica un tratamiento térmico de recalentamiento que la vuelve a llevar a la zona austenítica, por tanto por debajo de la temperatura Ar_{3}. Se provoca así un cambio de fase suplementario en la banda, lo que tiene como consecuencia un afinamiento todavía más intenso de los granos de la estructura metalúrgica. Después se realiza la segunda etapa de laminación en caliente, en la zona austenítica, con una tasa de reducción de 10 a 30%. Esta segunda laminación en caliente tiene como función esencial corregir los defectos geométricos (mala planeidad, resaltos...) que la primera laminación en caliente haya podido provocar. El calentamiento intermedio puede ser realizado por medio de un inductor que atraviese la banda. Para una banda de espesor 0,75 mm y una anchura de 850 mm pasando a una velocidad de 200 m/mm, es necesaria una potencia de 1,04 MW si se quiere una elevación de temperatura de 100ºC. En consecuencia, si se utiliza un inductor de solenoide en flujo longitudinal que funciona a 500 kHz, cuyo rendimiento es habitualmente del orden del 45%, una longitud de inductor de 2 m aproximadamente (cuya zona útil es 1,5 m) está adecuada a este uso. Si la banda tiene un espesor menor, se puede utilizar la tecnología de calentamiento por inducción en flujo transversal, descrita especialmente en el documento "High flux induction for the fast heating of steel semi-product in line with rolling" (Proceedings of the XIII International Congress on Electricity Applications, Birmingham, June 1996). Pero de forma general, para asegurar este recalentamiento se pueden utilizar otras tecnologías más convencionales, tales como un horno de cámara horizontal en atmósfera controlada, o tubos radiantes.
Las dos variantes que acaban de describirse tienen pues como punto común terminar en una laminación efectuada en la banda en fase austenítica, que se termina por encima de la temperatura Ar_{3}. En los dos casos, el procedimiento según el invento, se continúa con un enfriamiento de la banda que comprende una etapa de enfriamiento forzado a una velocidad de 80 a 400ºC/s, preferiblemente de 100 a 300ºC/s. Este enfriamiento se termina en la zona ferrítica del acero colado, y en general lleva la banda a una temperatura próxima a su temperatura de bobinado. Tiene como objeto evitar un crecimiento demasiado importante del tamaño de los granos antes del bobinado y durante la estancia de la banda en forma de bobina. Esta temperatura de bobinado es típicamente inferior a 750ºC. Para las clases calmadas con aluminio, la temperatura de bobinado puede escogerse en las proximidades de 550ºC o 600ºC o 700ºC con el fin de favorecer más o menos la precipitación de nitruros de aluminio.
Es importante para la fiabilidad de la obtención de las propiedades buscadas para la banda que este enfriamiento forzado se efectúe de forma homogénea en toda la anchura de la banda. Se puede cifrar en 10ºC la amplitud máxima deseable de las diferencias de temperatura de un punto a otro de la anchura de la banda en un instante dado. Esta homogeneidad es más difícil de garantizar si la velocidad de enfriamiento es elevada, lo que motiva la recomendación de una velocidad máxima de 400ºC/s. Inversamente, una velocidad mínima de 80ºC/s asegura que el enfriamiento tendrá la eficacia metalúrgica deseada. Tales velocidades de enfriamiento pueden obtenerse, especialmente, por proyección de agua por medio de pulverizadores a alta presión, o por proyección de una mezcla agua-aire o similar (atomización). Este enfriamiento forzado puede comenzar justo después de la laminación austenítica de la banda, pero se aconseja no comenzarlo más que después de haber dejado la banda enfriarse a baja velocidad (aproximadamente 10ºC/s, lo que es accesible por una simple exposición al aire libre) y pasar a la zona ferrítica, por tanto por debajo de Ar_{3}. De esta forma se aprovecha completamente el afinamiento del grano ligado al cambio de fase austenita-ferrita, mientras que un enfriamiento rápido, que comenzaría en la zona austenítica, perjudicaría sensiblemente a la homogeneidad de la microestructura. Sin embargo, se debe observar que el enfriamiento acelerado no debe comenzar, preferiblemente, a una temperatura inferior a Ar_{3}-10ºC.
De forma general, la utilización de un enfriamiento rápido antes del bobinado permite evitar la presencia de granos gruesos en piel de la banda, que son particularmente indeseables en los aceros para envases. En efecto, éstos deben tener, después de laminación en frío, una muy grande homogeneidad de sus características finales.
La banda bobinada después desbobinada sufre a continuación una laminación en frío con una tasa de reducción de al menos el 85%, preferiblemente más del 90%. Esta laminación en frío puede perfectamente ser realizada por simple reducción, es decir en una sola etapa, y no obligatoriamente en dos etapas con recocido intermedio como sucedía en el caso del documento JP 09-001.207 ya citado (laminación en frío con doble reducción). Se obtienen aptitudes para el embutido comparables a las obtenidas por los procedimientos conocidos, y se tiene acceso a espesores de banda menores que los 0,09 mm de los procedimientos conocidos sin, por tanto, tener que recurrir a una laminación en frío de doble reducción. Si no se desea obtener bandas más finas que lo habitual, se pueden obtener espesores clásicos con menores tasas de reducción durante la laminación en frío, lo que es más económico. Por supuesto, es posible realizar una laminación en frío de la banda en doble reducción si se desea obtener un espesor todavía menor o características mecánicas más elevadas.
A título indicativo, se puede presentar el cuadro 1 que da ejemplos de espesores finales de la banda en función de su espesor inicial después de colada y de las tasas de laminación aplicadas durante las etapas de laminación en caliente (en una o dos etapas, según la variante escogida) y de laminación en frío.
TABLA 1 Espesor de las bandas obtenidas en función de los diversos parámetros de colada y de laminación
Espesor de la Tasa de Espesor de la Tasa de Espesor final de
banda colada laminación en banda en laminación en la banda (mm)
(mm) caliente (%) caliente (mm) frío (%)
3 65 1,05 85 a 92 0,158 a 0,084
3 70 0,9 85 a 92 0,135 a 0,072
2 60 0,8 85 a 92 0,12 a 0,064
1,5 50 0,75 85 a 92 0,113 a 0,060
Después de la laminación en frío, la banda sufre el recocido (base o continuo) habitual destinado a conferirle sus propiedades mecánicas. Este recocido puede ser seguido, como habitualmente, por un decapado, un revestimiento y/o un paso en el skin-pass.
Las velocidades de salida de la banda del laminador en caliente, que son del orden de 250 m/mn o menores, son compatibles con una puesta en una línea única de este laminador (por tanto de la línea de colada en su conjunto) y de una o varias de las operaciones de laminación en frío, de recocido y de tratamiento en frío de los aceros para envasado, cuyo flujo de metal es compatible con el del laminador en caliente. Se pueden citar como ejemplos de tales operaciones, además del decapado y el skin-pass que pueden seguir al recocido, un lacado, un barnizado, un depósito de polímero, por ejemplo por coextrusión, un depósito en vacío por plasma o bombardeo electrónico, un revestimiento metálico por electrodeposición. Si la operación de laminación en frío tiene lugar en línea con la operación de colada y de laminación en caliente, esto implica la supresión de la etapa de bobinado de la banda.
Si el invento encuentra un campo de aplicación privilegiado en la fabricación de bandas de acero destinadas a ser embutidas para formar envases para bebidas o alimentos en conserva, naturalmente que puede aplicarse a la fabricación de bandas de acero destinadas a otros usos para los que se exigirían calidades similares para las bandas producidas.

Claims (14)

1. Procedimiento de fabricación de bandas de acero al carbono, especialmente de acero para envases, según el cual:
- se cuela en forma de una banda delgada de 0,7 a 10 mm de espesor, directamente a partir de metal líquido, un acero que tiene una composición adaptada a una utilización como acero para envasado;
- se efectúa una operación de laminación en caliente en línea de dicha banda, terminándose en la zona austenítica de dicho acero para obtener una banda de espesor inferior a 3 mm;
- se efectúa un enfriamiento forzado de dicha banda a una velocidad de 80 a 400ºC/s, terminándose en la zona ferrítica de dicho acero;
- se efectúa un laminación en frío de dicha banda a una tasa de reducción de 85%, al menos en una sola etapa;
- y se efectúa un recocido de dicha banda.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha banda es colada entre dos cilindros horizontales puestos en rotación en sentidos inversos, enfriados interiormente.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicha operación de laminación en caliente se efectúa en una única etapa con una tasa de reducción de al menos 20%.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque dicha operación de laminación en caliente se realiza en una única etapa con una tasa de reducción de al menos 50%.
5. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicha operación de laminación en caliente se efectúa en dos etapas, porque la primera de estas etapas se efectúa con una tasa de reducción de 20 a 70%, porque después de esta primera etapa se recalienta la banda de forma que se hace pasar de la zona ferrítica a la zona austenítica de dicho acero, y porque se efectúa a continuación la segunda etapa de laminación con una tasa de reducción de 10 a 30%, terminando ésta en la zona austenítica de dicho acero.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha primera etapa se efectúa enteramente en la zona ferrítica de dicho acero.
7. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha primera etapa se efectúa en parte en la zona austenítica y en parte en la zona ferrítica de dicho acero.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque después de su colada, se hace atravesar a la banda una zona en la que es sometida a una atmósfera no oxidante.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque antes y/o durante la laminación en caliente se somete a la banda a una operación de descalaminado.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dicho enfriamiento forzado se efectúa a una velocidad de 100 a 300ºC/s.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque dicho enfriamiento forzado comienza cuando la banda se encuentra en la zona ferrítica de dicho acero.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la banda se bobina a una temperatura inferior a 750ºC entre el enfriamiento forzado y la laminación en frío.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la tasa de reducción de la laminación en frío es de al menos 85%.
14. Utilización de una banda de acero que puede ser obtenida por el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, para la fabricación de envases.
ES00964323T 1999-09-24 2000-09-20 Procedimiento de fabricacion de bandas de acero al carbono, especialmente de acero pra envases. Expired - Lifetime ES2225221T3 (es)

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