FR2721844A1 - Procede et dispositif de coulee continue de produits metalliques minces entre cylinders - Google Patents
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Abstract
Le dispositif comporte deux cylindres (1, 1') entraînés en rotation, deux parois d'obturation (3) disposées contre les extrémités frontales (11) des cylindres et des moyens de poussée (6) des parois 3 contre les cylindres. Il comporte également des moyens (14, 14', 14") de mesure de l'effort de poussée et des moyens (9, 9') de mesure de l'effort de frottement exercé sur les parois (3) par les cylindres lors de leur rotation.De la mesure simultanée de ces efforts, on déduit un coefficient de frottement représentatif des conditions de frottement au niveau de chacune des surfaces de contact paroi d'obturation - cylindre, et donc de l'état de ce contact et on peut ainsi régler les paramètres de coulée en fonction de cet état de contact.Application à la coulée continue entre cylindres de bandes minces en acier.
Description
Procédé et dispositif de coulée continue de produits
métalliques minces entre cylindres.
La présente invention concerne la coulée continue de produits métalliques minces, notamment de bandes minces en acier, selon la technique de coulée continue entre deux cylindres contra- rotatifs, et plus particulièrement la gestion du contact et de la lubrification entre les extrémités frontales de tels cylindres et les parois d'obturation latérale, appliquées contre ces extrémités frontales, pour délimiter l'espace
de coulée défini entre les cylindres.
Des installations connues de coulée continue entre cylindres comportent deux cylindres d'axes horizontaux et parallèles, refroidis intérieurement, entraînés en rotation de sens inverse, et espacés l'un de l'autre d'une distance correspondant à l'épaisseur souhaitée du
produit coulé.
Lors de la coulée, le métal en fusion est déversé dans l'espace de coulée, défini entre les cylindres, se solidifie au contact de ceux-ci, et est extrait vers le
bas, lors de leur rotation, sous forme d'une bande mince.
Pour contenir le métal en fusion, les parois d'obturation latérale sont plaquées contre les extrémités frontales des cylindres. De telles parois d'obturation latérale sont couramment réalisées en matériau réfractaire, au moins dans leur partie amenée à être en contact avec le
métal en fusion.
Il est donc nécessaire d'assurer l'étanchéité entre les cylindres et les parois d'obturation latérales. Pour cela, ces parois d'obturation sont pressées contre les extrémités des cylindres et, pour réduire le frottement induit lors de la rotation des cylindres, une lubrification de l'interface cylindre - paroi d'obturation est habituellement prévue, par apport d'un lubrifiant consommable ou par utilisation, au niveau de
cet interface, d'un matériau autolubrifiant.
Cependant, la réalisation effective de cette étanchéité et sa conservation tout au long de la coulée présente de nombreuses difficultés, dues notamment: - aux déformations géométriques des cylindres et des parois d'obturation, en particulier en début de coulée, provoquées par les dilatations des divers éléments de l'installation, - aux efforts exercés sur ces éléments, notamment les efforts exercés sur les parois d'obturation, dans la direction des axes des cylindres, par le métal coulé, et qui tendent à écarter les dites parois d'obturation des cylindres, - à l'usure des parois d'obturation, ou des chants des parois refroidis des cylindres, qui n'est pas toujours régulière sur toute la surface des zones en contact, - aux éventuelles amorces d'infiltration de métal coulé entre paroi d'obturation et cylindre, qui tendent à
les écarter l'une de l'autre.
Pour tenter d'assurer au mieux cette étanchéité, et éviter des infiltrations de métal coulé entre les cylindres et les parois d'obturation, on connaît déjà plusieurs méthodes consistant respectivement à: - réguler l'effort de pression des parois d'obturation contre le chant des cylindres pour le maintenir dans une fourchette de valeur donnée, réguler la position des parois d'obturation pour assurer un jeu minimal entre ces parois et les cylindres, - mesurer ce jeu et réguler en conséquence l'effort
de pression.
Aucune de ces méthodes ne s'est révélé satisfaisante, ou au moins suffisante, pour assurer l'étanchéité tout au long de la coulée, du fait qu'il n'est possible de mesurer que des efforts résultants s'exerçant sur la paroi d'obturation, ou une position générale de cette paroi, sans pouvoir tenir compte des efforts ou jeux ponctuels localisés sur des petites zones
des interfaces.
Il a aussi été proposé de résoudre ce problème en provoquant une usure contrôlée de la paroi d'obturation, par frottement des cylindres contre celle-ci, et ceci tout au long de la coulée. Ainsi, on vise à régénérer en permanence l'interface paroi d'obturation - cylindre, de manière à uniformiser au mieux les conditions de contact sur toute la surface de cette interface. Ainsi, le document EP-A-546 206 décrit une méthode selon laquelle, avant le début de la coulée, on presse fortement les parois d'obturation contre les cylindres, pour effectuer en quelque sorte un rodage de celle-ci par abrasion par les chants des cylindres, puis on réduit cette pression et, en cours de coulée, on continue à déplacer les parois d'obturation vers les cylindres à une vitesse prédéterminée pour assurer continuellement la poursuite de l'usure volontaire et tenter ainsi de conserver un
contact régulier sur toute la surface des interfaces.
Mais cette méthode ne permet pas de prendre en compte des variations aléatoires des conditions du contact pouvant survenir en cours de coulée, et conduit à une usure importante des parois d'obturation, même lorsque les conditions de contact sont satisfaisantes et
ne nécessiteraient pas de provoquer une telle usure.
La présente invention vise donc à résoudre les problèmes évoqués cidessus et à améliorer la gestion du contact entre les parois d'obturation et les cylindres, tout en évitant une usure importante des dites parois d'obturation. Plus particulièrement, l'invention vise à améliorer la connaissance de l'état réel du contact entre les parois d'obturation et les cylindres, en permanence pendant la coulée, pour pouvoir agir en conséquence sur les moyens d'application de la pression et de positionnement des parois d'obturation contre les cylindres. Avec ces objectifs en vue, l'invention a notamment pour objet un procédé de coulée continue de produits métalliques minces entre deux cylindres contrarotatifs, selon lequel on coule du métal en fusion dans un espace de coulée défini par les parois cylindriques des dits cylindres et deux parois d'obturations latérales et on extrait le produit mince solidifié selon une direction d'extraction, on exerce sur les dites parois d'obturation un effort de poussée selon une direction parallèle aux axes des cylindres, pour les appliquer contre les extrémités frontales des parois cylindriques, et on mesure le dit effort, caractérisé en ce que pour évaluer l'état du contact parois d'obturation - parois cylindriques en permanence au cours de la coulée, on mesure les efforts d'entraînement exercés sur chaque paroi d'obturation selon la direction d'extraction, cette mesure étant effectuée pour chaque paroi d'obturation au niveau de chaque cylindre, et on déduit des valeurs mesurées des efforts de pression et des efforts d'entraînement, une grandeur représentative des conditions de frottement au niveau de chacune des surfaces de contact parois d'obturation - parois cylindriques, on compare la valeur de la dite grandeur à une valeur de consigne prédéterminée, et on règle au moins un paramètre de coulée en fonction du résultat de cette comparaison pour ramener cette grandeur à la valeur
de consigne.
Le procédé selon l'invention permet donc de beaucoup mieux connaître l'état réel du contact parois d'obturation - cylindres, puisqu'il ajoute aux mesures, déjà connues, de l'effort de poussée exercé sur la dite paroi, et de sa position, une mesure d'une grandeur représentative des conditions de frottement, par exemple un coefficient de frottement. Ceci permet d'apprécier les variations du frottement des surfaces en contact par rapport à une référence, par exemple à l'état avant l'introduction du métal coulé dans l'espace de coulée. La connaissance du frottement, en combinaison avec celle de la position de la paroi d'obturation et de l'effort de poussée exercé sur celle-ci, permet par exemple d'apprécier une variation de la surface de contact effective, qui peut être due à une usure irrégulière du réfractaire, à une infiltration de métal coulé entre cylindre et paroi d'obturation, ou encore à un positionnement de cette dernière non parallèle à la surface frontale d'un cylindre. On peut aussi apprécier une éventuelle insuffisance de lubrification. Il devient en conséquence possible de réagir, manuellement ou automatiquement, pour corriger ces défauts, en tenant compte de leurs causes, en agissant sur certains paramètres de coulée, tels que l'effort de poussée sur la paroi d'obturation, la position de celle-ci, ou encore l'effort de serrage des cylindres, leur vitesse, etc. L'invention a aussi pour objet un dispositif de coulée continue entre cylindres de produits métalliques minces, comportant: - deux cylindres ayant des axes de rotation parallèles et des parois cylindriques refroidies, disposés symétriquement par rapport à un plan médian d'extraction, et entraînés en rotation de sens contraire, - deux parois d'obturation latérales disposées contre les extrémités frontales des dites parois cylindriques, - des moyens de poussée pour appliquer les dites parois d'obturation contre les parois cylindriques avec un effort de poussée, et - des moyens de mesure de l'effort de poussée, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure de l'effort de frottement exercé sur les dites parois d'obturation par les cylindres lors de leur rotation. Préférentiellement, les moyens de mesure de l'effort de frottement comportent, pour chaque paroi d'obturation, deux capteurs d'efforts pour mesurer les efforts de frottement exercés sur la dite paroi d'obturation par chacun des cylindres. Ainsi, on peut encore améliorer la connaissance de l'état du contact paroi d'obturation cylindre, en appréciant séparément
cet état au niveau de chaque cylindre.
Selon une disposition particulière, les capteurs d'efforts sont situés respectivement de part et d'autre du dit plan médian et la paroi d'obturation est supportée, dans la direction d'extraction, uniquement par deux moyens de supports placés respectivement vers les extrémités latérales de la dite paroi, et les dits capteurs d'efforts sont situés dans les dits moyens de support. Cette disposition permet une réalisation simple du dispositif, les dits moyens de support pouvant par exemple être des axes dynamométriques fixés horizontalement sur la structure de maintien et de réglage en position de la paroi d'obturation, et sur
lesquels la dite paroi est simplement accrochée.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront
dans la description qui va être faite à titre d'exemple
d'un dispositif conforme à l'invention, de coulée continue entre cylindres de bandes minces en acier, et de
sa mise en oeuvre.
On se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'un dispositif de coulée, - la figure 2 est une vue frontale de la paroi
d'obturation et de son support.
Sur le dessin de la figure 1, on voit l'extrémité d'un des cylindres 1, 1', de l'installation et un ensemble 2 d'application d'une paroi d'obturation 3
contre le chant 11 des cylindres. Cet ensemble 2 est lui-
même supporté, de manière connue en soi, sur un bâti 4 de
l'installation de coulée.
L'ensemble 2 comporte un chariot principal 5, guidé en translation selon la direction des axes des cylindres, sur le bâti 4. Le déplacement du chariot principal est commandé par un vérin 6 qui permet de régler la position de l'ensemble 2, et donc de la paroi d'obturation 3, par rapport aux cylindres 1, ainsi que d'appliquer la paroi 3
contre le chant des cylindres avec un effort réglable.
Le chariot principal 5 porte un chariot secondaire 7 guidé horizontalement sur le dit chariot principal 5, et donc déplaçable transversalement à la direction des axes des cylindres, par un vérin représenté schématiquement en 8, pour régler la position transversale de la paroi d'obturation 3 par rapport aux cylindres. Le chariot secondaire comporte à sa partie supérieure deux pions 9, 9' qui s'étendent horizontalement, dans la direction des axes des cylindres, et sont disposés symétriquement par rapport au
plan médian longitudinal P de l'installation.
La paroi d'obturation 3, en matériau réfractaire est maintenue sur une plaque de support 10 comportant
deux oreilles 12 à sa partie supérieure.
Chacune des oreilles comporte un alésage 13, 13',
qui s'engage sur un pion 9, 9'.
L'un des pion 9 est engagé pratiquement sans jeu dans l'alésage correspondant 13, tandis que l'autre alésage 13' est réalisé sous forme d'un trou oblong horizontal, de manière à permettre une dilatation différentielle entre la plaque de support 10 et le chariot secondaire 7 sans brider les pions 9, 9' Ainsi, la paroi d'obturation 3 et son support 10 sont simplement suspendus sur les pions 9, 9', lesquels comportent des moyens de mesure des efforts s'exerçant sur ceux-ci, transversalement à leurs axes. Pratiquement, les pions 9, 9' constituent des axes dynamométriques, permettant de mesurer les efforts exercés sur ceux-ci par le support 10, ces efforts résultant du poids de l'ensemble support 10 et paroi d'obturation, de l'effet d'entraînement vers le bas de la paroi 3 par le métal coulé, et surtout du frottement de cette paroi contre les
chants des cylindres, lors de leur rotation.
Par ailleurs, le support 10 est en butée par sa face arrière, dans la direction des axes des cylindres, contre d'autres axes dynamométriques 14, 14', 14" fixés sur le chariot secondaire 7, et qui constituent des moyens de mesure de l'effort horizontal d'application de la paroi 3 contre les cylindres. Deux de ces axes dynamométriques 14, 14' sont disposés dans la partie supérieure de l'ensemble 2, de part et d'autre du plan P. et le troisième axe dynamométrique 14" est situé vers
l'extrémité inférieure de cet ensemble.
Le support 10 a donc trois zones d'appui, disposées en triangle, et les différents axes dynamométriques précités permettent ainsi d'évaluer la répartition des efforts de poussée de la paroi 3 contre les cylindres, autant dans la direction verticale (axes 9, 9'), que dans la direction horizontale (axes 14, 14', 14"). On peut donc ainsi mesurer la valeur de la composante de cet effort de poussée relative à chaque cylindre séparément, et en la combinant avec la valeur de l'effort mesuré par l'axe dynamométrique 9, 9' situé du côté correspondant, évaluer un coefficient de frottement spécifique à chacune
des interfaces paroi d'obturation - cylindres.
Ainsi, si on appelle FV1 la force verticale mesurée par l'axe dynamométrique 9, FV2 la force verticale mesurée par l'axe dynamométrique 9', FH1 la force horizontale mesurée par l'axe dynamométrique 14, FH2 la force horizontale mesurée par l'axe dynamométrique 14', FH3 la force horizontale mesurée par l'axe dynamométrique 14", FV la force verticale de friction exercée sur la paroi d'obturation et FH la force d'application globale de la paroi contre les cylindres, on a FV = FV1 + FV2
FH = FH1 + FH2 + FH3.
Comme FH3 est la force d'application de la paroi d'obturation, dans la partie inférieure de la paroi, elle peut se décomposer en une force kFH3 d'application sur le cylindre 1 et une force (1 - k)FH3 d'application sur l'autre cylindre 1', k variant de O à 1 selon que le bas de la paroi d'obturation s'appuie uniquement sur un cylindre, uniquement sur l'autre, ou sur les deux à la fois, k représentant la répartition de FH3 entre les deux cylindres. La comparaison de FH1 et kFH3 à FH2 et (1 - K)FH3 donne une image des états d'application de la paroi d'obturation contre chacun des cylindres. Les ordres de grandeur des coefficients de frottement de la paroi d'obturation contre chacun des cylindres s'exprimant FV1 par pour le cylindre 1 FH1 + kFH3 FV2 et pour le cylindre 1' FH2 + (1-k)FH3 Les axes dynamométriques 9, 9', 14, 14', 14" sont reliés à des moyens 15 de calcul et de régulation, qui peuvent soit afficher des données représentatives de ces coefficients de frottement, pour indiquer d'éventuelles anomalies à l'opérateur et lui permettre d'y remédier en agissant sur divers paramètres de la coulée, soit agir directement sur ces paramètres, par exemple sur l'effort d'application de la paroi 3 contre les cylindres en agissant sur la pression d'alimentation du vérin 6 ou sur la position de la paroi par rapport au chant des cylindres, en commandant un déplacement adéquat du dit vérin. Le dispositif comporte également des capteurs de position 16, schématiquement représentés figure 2, par exemple placés au niveau du support 10, et préférentiellement disposés en triangle, comme les axes dynamométriques 14, 14', 14". Ces capteurs permettent de détecter des déplacements du support 10 de la paroi 3, soit par rapport à une référence fixe, soit par rapport aux chants des cylindres, ou les deux, et ceci de manière indépendante pour les différentes zones de la paroi d'obturation. Ces capteurs permettent ainsi de détecter et d'évaluer soit un déplacement global du support dans la direction des axes, soit une inclinaison de la paroi par rapport au plan de référence normal, perpendiculaire aux axes des cylindres. Ces déplacements peuvent être dans le sens d'un éloignement des cylindres, ce qui se produit par exemple si du métal coulé s'infiltre entre la paroi 3 et le chant d'un cylindre, et tend à les écarter. Ces déplacements peuvent aussi être dans le sens d'un rapprochement vers les cylindres, par exemple suite à une usure du matériau réfractaire de la paroi 3, conduisant à une diminution momentanée de l'effort d'appui de cette paroi sur le cylindre situé du côté o s'est produite l'usure et à une réaction en réponse du vérin 6 qui déplace l'ensemble 2 jusqu'à ce que le dit effort d'appui
revienne à un niveau suffisant.
Au vu de l'exemple ci-dessus, on aura déjà compris tout l'intérêt de pouvoir mesurer simultanément la position du support de la paroi 3 par rapport à un repère fixe, ou directement la position de cette paroi par rapport aux cylindres, et l'effort correspondant à la pression exercée par la paroi 3 sur l'un ou 'autre des cylindres. En y ajoutant une mesure des efforts verticaux s'exerçant en cours de coulée sur la dite paroi 3, on améliore encore la connaissance que l'on peut avoir de l'état du contact entre paroi et cylindre, et ceci
également pour chaque cylindre.
Par exemple, à effort d'appui constant de la paroi sur le chant d'un cylindre, mesuré par un des axes dynamométriques 14, 14', 14", une augmentation de l'effort vertical mesuré par un axe dynamométrique 9, 9',
pourra être révélatrice d'un défaut de lubrification.
En mesurant les efforts verticaux et l'effort d'appui de la paroi 3, on peut en déduire un coefficient de frottement à l'interface entre la paroi et un des cylindres, et donc la composante horizontale de l'effort de frottement qui s'ajoute à la force d'écartement des cylindres générée par le métal coulé, et en mesurant la force totale de serrage des cylindres, c'est-à-dire la force exercée pour maintenir ceux-ci à la bonne distance l'un de l'autre, on peut en déduire par différence la part de cette force correspondant précisément à la force générée par le métal coulé, ce qui est un indicateur de
l'état de solidification du produit coulé.
La combinaison de ces différentes mesures permet donc d'obtenir de nombreux renseignement supplémentaires sur l'état du contact paroi cylindres et de corriger les paramètres de la coulée en conséquence pour maintenir l'installation de coulée dans un état optimal, en permettant que des débuts de dégradation constatés soient rapidement corrigés et avant que ces dégradations ne deviennent irrémédiables et provoquent l'arrêt de la coulée. En particulier, on pourra, soit manuellement soit automatiquement, régler l'effort de pression de la paroi d'obturation sur les cylindres, ou la position de cette paroi, en fonction des variations de coefficients de
frottements détectées.
Pour améliorer encore la connaissance de l'état du contact paroi cylindre, on pourra encore placer sur la paroi d'obturation, ou son support, un capteur de vibrations, un accroissement des vibrations détectées étant également révélateur d'une dégradation de l'état de
ce contact.
Il est aussi à noter que, même si la paroi d'obturation et son support se sont pas articulés par rapport au chariot intermédiaire ou à l'ensemble 2, les jeux fonctionnels inévitables dans cet ensemble conduisent à ce que la dite paroi et son support puissent subir des rotations limitées de leur plan général qui est
théoriquement perpendiculaire aux axes des cylindres.
Ceci permet d'ailleurs d'éviter qu'un jeu important ne se crée par exemple entre la paroi et l'un des cylindres, suite à une usure plus prononcée du côté de ce cylindre que de l'autre. Pour un tel cas, sous l'effort de la poussée exercée par le vérin 6, la paroi 3 sera appliquée contre les cylindres en étant légèrement oblique. Un effort de poussée accru conduira alors à un accroissement du frottement préférentiellement du côté o l'usure était moindre, et à une usure prépondérante de ce côté, tendant à ramener la paroi dans une orientation normale de son plan général, précisément perpendiculaire aux axes des cylindres. Le même effet pourrait se produire dans le cas o l'usure serait plus prononcée vers le bas que vers le
haut de la paroi d'obturation.
L'invention n'est pas limitée aux dispositions particulière du dispositifs, ni aux modes de mise en
oeuvre décrits précédemment à titre d'exemple.
En particulier, le nombre et la disposition des différents capteurs d'effort et/ou déplacement, pourront
être modifiées sans sortir du champ de l'invention.
Claims (11)
1. Procédé de coulée continue de produits métalliques minces entre deux cylindres contrarotatifs, selon lequel on coule du métal en fusion dans un espace de coulée défini par les parois cylindriques des dits cylindres (1, 1') et deux parois d'obturations latérales (3) et on extrait le produit mince solidifié selon une direction d'extraction, on exerce sur les dites parois d'obturation un effort de poussée selon une direction parallèle aux axes des cylindres, pour les appliquer contre les extrémités frontales (11) des parois cylindriques, et on mesure le dit effort, caractérisé en ce que pour évaluer l'état du contact parois d'obturation - parois cylindriques en permanence au cours de la coulée, on mesure les efforts d'entraînement exercés sur chaque paroi d'obturation selon la direction d'extraction, cette mesure étant effectuée pour chaque paroi d'obturation au niveau de chaque cylindre, et on déduit des valeurs mesurées des efforts de pression et des efforts d'entraînement, une grandeur représentative des conditions de frottement au niveau de chacune des surfaces de contact parois d'obturation - parois cylindriques, on compare la valeur de la dite grandeur à une valeur de consigne prédéterminée, et on règle au moins un paramètre de coulée en fonction du résultat de cette comparaison pour ramener cette grandeur à la valeur
de consigne.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle le dit effort de pression en fonction des valeurs de la grandeur mesurée représentative des
conditions de frottement.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle la position de la paroi d'obturation en fonction des valeurs de la grandeur mesurée,
représentative des conditions de frottement.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dite grandeur représentative des conditions de frottement est le coefficient de frottement.
5. Dispositif de coulée continue entre cylindres de produits métalliques minces, comportant: - deux cylindres (1,1) ayant des axes de rotation parallèles et des parois cylindriques refroidies, disposés symétriquement par rapport à un plan médian (P) d'extraction, et entraînés en rotation de sens contraire, - deux parois (3) d'obturation latérales disposées contre les extrémités frontales (11) des dites parois cylindriques, - des moyens de poussée (6) pour appliquer les dites parois d'obturation contre les parois cylindriques avec un effort de poussée, et - des moyens (14, 14', 14") de mesure de l'effort de poussée, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (9, 9') de mesure de l'effort de frottement exercé sur les dites parois d'obturation par les cylindres lors de
leur rotation.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de mesure de l'effort de frottement comportent, pour chaque paroi d'obturation, deux capteurs d'efforts (9, 9') pour mesurer les efforts de frottement exercés sur la dite paroi d'obturation par chacun des cylindres.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les capteurs d'efforts (9, 9') sont situés
respectivement de part et d'autre du dit plan médian (P).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la paroi d'obturation (3) est supportée, dans la direction d'extraction, uniquement par deux moyens de supports (9, 9') placés respectivement vers les extrémités latérales de la dite paroi, et les dits capteurs d'efforts sont situés dans les dits moyens de support.
9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8,
caractérisé en ce qu'il comporte en outre, des capteurs de position (16) pour mesurer la position des parois d'obturation (3) par rapport aux extrémités frontales
(11) des parois cylindriques.
10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à
9, caractérisé en ce que chaque paroi d'obturation
comporte un capteur de vibrations.
11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à
, caractérisé en ce que les moyens de mesure de l'effort de poussée comportent, pour chaque paroi d'obturation, des capteurs d'efforts (14, 14') disposés de part et d'autre du plan médian (P) pour mesurer
l'effort de poussée au droit de chaque cylindre.
Priority Applications (23)
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