JP2006255519A - Medium circulation type crusher - Google Patents
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Description
本発明は、被粉砕物を微細粒子に粉砕するための粉砕装置に関し、特に、中空円筒形のベッセル内に攪拌ピンを有する攪拌部材が回転自在に配置され、ベッセルの内面と攪拌部材との間に形成される粉砕室に粉砕媒体が充填された形式の媒体攪拌型粉砕装置に関する。 The present invention relates to a pulverizing apparatus for pulverizing an object to be pulverized into fine particles, and in particular, a stirring member having a stirring pin is rotatably disposed in a hollow cylindrical vessel, and the space between the inner surface of the vessel and the stirring member. The present invention relates to a medium agitation type pulverization apparatus in which a pulverization medium is filled in a pulverization chamber formed in the above.
媒体攪拌型粉砕装置は、主として湿式装置の形態で、セラミック原料、化成品、顔料、食品、医薬品などの微細粉砕の用途に広く使用されている。例えばインクやペンキなどの顔料の場合、非常に微細な粒径への粉砕が要求され、このような超微細粒径への粉砕を特に分散と呼ぶことがある。本発明では、このような超微細粒径への分散を含む意味で、粉砕という用語を使用する。 The medium stirring type pulverizer is mainly used in the form of a wet apparatus, and is widely used for fine pulverization of ceramic raw materials, chemical products, pigments, foods, pharmaceuticals, and the like. For example, in the case of pigments such as ink and paint, pulverization to a very fine particle size is required, and such pulverization to an ultrafine particle size is sometimes called dispersion. In the present invention, the term pulverization is used in the sense of including such dispersion to an ultrafine particle size.
湿式粉砕装置においては、被粉砕物が液状ビヒクルに懸濁されたスラリーとして装置に供給される。媒体攪拌型粉砕装置は、開発当初はディスクタイプと呼ばれる円板型の攪拌部材を使用するものであった。ディスクタイプの攪拌部材を備える粉砕装置においては、ベッセル内壁には静止ピンは設けられていなかった。使用されるスラリーの粘度は3000cp程度で、主としてペンキ顔料の粉砕に使用された。このディスクタイプの粉砕装置においては、ディスクの外周縁とベッセル内壁面との間に相対的運動が生じ、その結果、周方向の剪断域が形成され、この剪断域が粉砕作用に寄与する。 In the wet pulverization apparatus, a material to be pulverized is supplied to the apparatus as a slurry suspended in a liquid vehicle. The medium agitation type pulverizer initially used a disc type agitation member called a disk type. In a pulverizing apparatus provided with a disk-type stirring member, no stationary pin is provided on the inner wall of the vessel. The slurry used had a viscosity of about 3000 cp and was mainly used for pulverization of paint pigments. In this disk-type pulverizing apparatus, a relative movement occurs between the outer peripheral edge of the disk and the inner wall surface of the vessel, and as a result, a circumferential shear region is formed, and this shear region contributes to the pulverizing action.
媒体攪拌型粉砕装置は、その後用途が着実に広がり、高粘度スラリーの粉砕にも適用されるようになった。しかし、ディスクタイプの攪拌部材を備える粉砕装置を高粘度スラリーに使用すると、スラリーが攪拌部材のディスクに随伴して共回りする現象を生じ、粉砕作用の低下を生じることが分かった。 The medium agitation type pulverizer has been used steadily thereafter, and has been applied to pulverization of high viscosity slurry. However, it has been found that when a pulverizer equipped with a disk-type stirring member is used for a high-viscosity slurry, a phenomenon occurs in which the slurry rotates together with the disk of the stirring member, resulting in a decrease in the pulverizing action.
このような開発の経過を経て、スラリーがディスクと共回りする現象を防止するために、ピンタイプの攪拌部材を備えた粉砕装置が開発された。この形式の装置は、攪拌部材を、円筒面を有するロータと、該ロータの円筒面に半径方向に突出するように軸方向及び周方向の両方に間隔をもって配列された複数の攪拌ピンとを含む構造とし、ベッセルの内面には、複数の静止ピンを、軸方向にみて攪拌部材の攪拌ピンの間の位置に半径方向内方に突出するように、半径方向に間隔をもって配置する。この形式の媒体攪拌型粉砕装置は、例えば特公平2−10699号公報(〔特許文献1〕)に記載されている。このピンタイプの粉砕装置においても、ディスクタイプの粉砕装置におけると同様に、攪拌ピンの先端とベッセルの内壁面との間に周方向剪断域が形成される。さらに、攪拌ピンの周囲では、媒体は攪拌ピンにより周方向に駆動されて高速域を形成し、これとは逆に、静止ピンの周囲では、媒体は該静止ピンによって運動を妨害されるので、運動が低速になり、相対的静止域が形成される。そして、高速域と静止域の間の速度差により、半径方向剪断域が、装置の軸方向にみて攪拌ピンの両側に形成される。したがって、ベッセル内を通過するスラリーは、必ず周方向剪断域又は半径方向剪断域を通過しなければならないので、粉砕効率はディスクタイプに比べて大幅に改善されることになる。 Through the progress of such development, in order to prevent the phenomenon that the slurry co-rotates with the disk, a pulverizing apparatus including a pin-type stirring member has been developed. This type of apparatus includes a stirring member including a rotor having a cylindrical surface and a plurality of stirring pins arranged at intervals in both the axial direction and the circumferential direction so as to protrude radially from the cylindrical surface of the rotor. On the inner surface of the vessel, a plurality of stationary pins are arranged at intervals in the radial direction so as to protrude radially inward at positions between the stirring pins of the stirring member when viewed in the axial direction. This type of medium stirring type pulverizer is described in, for example, Japanese Patent Publication No. 2-10699 ([Patent Document 1]). In this pin type pulverizer, as in the disk type pulverizer, a circumferential shear region is formed between the tip of the stirring pin and the inner wall surface of the vessel. Furthermore, around the agitation pin, the medium is driven in the circumferential direction by the agitation pin to form a high speed region, and on the contrary, around the stationary pin, the medium is disturbed by the stationary pin, Movement is slow and a relative rest area is formed. A radial shear region is formed on both sides of the stirring pin in the axial direction of the apparatus due to the speed difference between the high speed region and the stationary region. Therefore, since the slurry passing through the vessel must pass through the circumferential shear region or the radial shear region, the grinding efficiency is greatly improved as compared with the disk type.
媒体攪拌型粉砕装置においては、ベッセルのスラリー入口から粉砕室内にポンプ圧送されたスラリーは、運動する粉砕媒体相互の接触の過程で媒体から媒体に転写されることによる転写移送と、媒体の間を通過して流れる通過流の形態でスラリー出口に送られる。粉砕に最も効果があるのは、転写移送である。 In the medium agitation type pulverizer, the slurry pumped into the pulverization chamber from the slurry inlet of the vessel is transferred between the medium and the medium in the process of contact between the moving pulverization media, and between the media. It is sent to the slurry outlet in the form of a passing stream that flows through. Transfer transfer is most effective for crushing.
上述の粉砕装置は、スラリー粘度が低い場合には問題はないが、スラリーが高粘度になると問題に遭遇する。すなわち、スラリー粘度が高くなると、それに伴って通過抵抗が大きくなるが、静止域においては媒体の運動速度が低いので、転写移送が少なく、殆どが通過流となるため、高い通過抵抗によって媒体が出口側に押し付けられる傾向を生じる。その結果、ベッセル内の内圧が高くなり、媒体が発熱し、処理量が低下するか、時には処理不能になる。 The above pulverizer is not problematic when the slurry viscosity is low, but encounters problems when the slurry becomes highly viscous. That is, as the slurry viscosity increases, the passage resistance increases accordingly. However, since the moving speed of the medium is low in the stationary region, transfer transfer is small and most of the passage flows, so the medium exits due to the high passage resistance. It tends to be pushed to the side. As a result, the internal pressure in the vessel increases, the medium generates heat, the processing amount decreases, or sometimes the processing becomes impossible.
媒体攪拌型粉砕装置が使用される多くの用途の中で、特定の用途の場合、例えば電子部品用のフェライトや、キャパシタ用チタン酸バリウムの用途のように、粉砕工程に続いて乾燥工程を行う場合には、乾燥工程に備えてできるだけ水分量を少なくするために、非常に高粘度のスラリーが使用される。また、オフセット印刷インクやスクリーン印刷インクなどは、数万cpという高粘度での粉砕が要求される。従来の媒体攪拌型粉砕装置は、このような高粘度のスラリーを取り扱うには問題が多く、そのため、高粘度のスラリーは、生産効率の低いロールミルなどの装置により処理されるのが一般的であった。 Among the many applications in which a medium agitation type pulverizer is used, in the case of a specific application, for example, a drying process is performed following a pulverization process, such as an application of ferrite for electronic parts or barium titanate for capacitors. In some cases, very high viscosity slurries are used to reduce the amount of water as much as possible in preparation for the drying process. Further, offset printing ink, screen printing ink, and the like are required to be pulverized with a high viscosity of tens of thousands of cp. Conventional medium agitation type pulverizers have many problems in handling such high-viscosity slurries, and therefore, high-viscosity slurries are generally processed by an apparatus such as a roll mill with low production efficiency. It was.
従来の媒体攪拌型粉砕装置における上述の問題を念頭に、本発明の課題は、高粘度のスラリーの処理が可能で、媒体が出口側に押し付けられる傾向を抑制でき、ベッセル内圧の上昇や発熱の問題を伴う恐れのない媒体攪拌型粉砕装置を提供することである。 With the above problems in the conventional medium agitation type pulverizer in mind, the problem of the present invention is that it is possible to process a slurry with high viscosity, suppress the tendency of the medium to be pressed to the outlet side, increase the internal pressure of the vessel and generate heat. It is an object of the present invention to provide a medium agitation type pulverizer that does not cause problems.
上記課題を解決するため、本発明による媒体攪拌型粉砕装置は、一端側にスラリー入口を、他端側にスラリー出口を有する中空円筒形のベッセルと、該ベッセルの内部に同軸に回転自在に配置された攪拌部材と、該攪拌部材を回転駆動する駆動手段とを備える。攪拌部材は、円筒面を有するロータと、該ロータの円筒面の半径方向に突出するように軸方向及び周方向の両方に間隔をもって配列された複数の攪拌ピンとを含む。ベッセルの内面には、複数の静止ピンが、軸方向にみて攪拌部材の攪拌ピンの間の位置に半径方向内方に突出するように、半径方向に間隔をもって配置される。ベッセルの内面と攪拌部材のロータの円筒面との間に形成される粉砕室には粉砕媒体が充填され、攪拌軸を回転駆動して粉砕媒体に循環運動を与えながら被粉砕物を含むスラリーを粉砕室に導入することにより、スラリー内の被粉砕物を微細粒子に粉砕するように構成される。 In order to solve the above-mentioned problems, a medium agitation type pulverizer according to the present invention includes a hollow cylindrical vessel having a slurry inlet at one end and a slurry outlet at the other end, and is coaxially and rotatably disposed inside the vessel. And a driving means for rotationally driving the stirring member. The stirring member includes a rotor having a cylindrical surface, and a plurality of stirring pins arranged at intervals in both the axial direction and the circumferential direction so as to protrude in the radial direction of the cylindrical surface of the rotor. On the inner surface of the vessel, a plurality of stationary pins are arranged at intervals in the radial direction so as to protrude radially inward at positions between the stirring pins of the stirring member when viewed in the axial direction. The grinding chamber formed between the inner surface of the vessel and the cylindrical surface of the rotor of the stirring member is filled with a grinding medium, and the slurry containing the material to be ground is provided while rotating the stirring shaft to provide a circulating motion to the grinding medium. By being introduced into the pulverization chamber, the object to be crushed in the slurry is pulverized into fine particles.
本発明の特徴として、攪拌部材のロータには、ベッセルから突出する静止ピンに対向する円筒面に、ロータ軸方向に測定した幅が静止ピンの直径の少なくとも2倍の溝を静止ピンの軸方向列の各々に対向して形成する。この溝を設けることによって、粉砕媒体には、溝の側壁から受ける遠心力により半径方向外向きに移動する運動を生じる。また、半径方向外方位置の静止ピン近傍の領域すなわち静止域においては、半径方向内方に移動する循環運動を生じる。その結果、粉砕媒体は、溝の側壁に沿って半径方向外向きに移動し、静止ピンに沿って半径方向内向きに溝に向かって移動するという循環運動を生じる。したがって、静止ピン近傍の通常は静止域となる領域においても粉砕媒体の運動量が増加し、転写によるスラリー移送量が増大する。さらに、スラリーが通過できる断面積が大きくなるので、スラリーの通過抵抗が低下し、静止ピン近傍における圧力損失が低下する。このことは、粉砕処理量の増加をもたらし、高粘度スラリーの処理を可能にする。 As a feature of the present invention, the rotor of the stirring member has a groove whose width measured in the axial direction of the rotor is at least twice the diameter of the stationary pin on the cylindrical surface facing the stationary pin protruding from the vessel. Formed opposite each of the rows. By providing this groove, the grinding medium is caused to move radially outward due to the centrifugal force received from the side wall of the groove. Further, in a region in the vicinity of the stationary pin at the radially outer position, that is, the stationary region, a circular motion that moves inward in the radial direction is generated. As a result, the grinding media produces a circular motion that moves radially outward along the sidewalls of the groove and moves radially inward along the stationary pin toward the groove. Therefore, the momentum of the grinding medium is increased even in the region that is normally in the vicinity of the stationary pin, and the amount of slurry transferred by transfer increases. Furthermore, since the cross-sectional area through which the slurry can pass increases, the passage resistance of the slurry decreases, and the pressure loss near the stationary pin decreases. This results in increased grinding throughput and allows processing of high viscosity slurries.
以下、本発明の一実施形態を図面について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による媒体循環型粉砕装置を示す縦断面図であり、図2は、そのA−A線に沿って取った横断面図である。この粉砕装置1は、一端が端板3により閉じられ、他端にはスラリー出口孔4aを中央に有する端板4が取り付けられた円筒形のベッセル2を備える。ベッセル2の端板側の端部付近には、スラリー入口5が形成されている。端版4の外側には、スラリー出口室ハウジング6が固定されて、内部にスラリー出口孔4aに通じるスラリー出口室6aが形成される。スラリー出口ハウジング6は、スラリー出口6bを有する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a medium circulation type grinding apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a transverse sectional view taken along the line AA. The pulverizing apparatus 1 includes a
攪拌軸7に取り付けられたロータ8が、ベッセル2の内部に軸方向に同軸に延びるように配置されている。ロータ8は円筒面8aを有し、該円筒面8aには、軸方向に等間隔の位置に、半径方向外向きに延びる攪拌ピン9が植設されている。攪拌ピン9は、該攪拌軸ピン9が取り付けられる軸方向位置において、複数本が周方向に等間隔で配置されている。ロータ8と攪拌ピン9は、攪拌部材を構成する。ロータ8が取り付けられた攪拌軸7は、端板4及び出口ハウジング6を貫通して外方に延び、出口ハウジング6に固定された軸受ハウジング10により回転自在に支持されている。軸受ハウジング10から外方に延びる攪拌軸7の端部には、図示しない駆動装置によりベルトを介して駆動される駆動プーリー11が固定されている。
A
ベッセル2の内部には、該ベッセル2の内壁面とロータ8の円筒面8aとの間に粉砕室12が形成される。ベッセル2の内壁面には、ロータ8上の攪拌ピン9に対して軸方向に互い違いの位置に、複数の静止ピン13が周方向に間隔をもって植設されている。粉砕室12には、多数の粉砕媒体14が充填されている。攪拌軸7には、粉砕室12内で端版4のスラリー出口孔4aに隣接する位置にセパレータ15が取り付けられている。セパレータ15は、端版4との間に粉砕媒体14が通過できない隙間を形成して、出口孔4aを出るスラリーから粉砕媒体14を分離する。粉砕媒体14をスラリーから分離する機構は、このようなスリット方式に限らず、スクリーン等のような、公知の他の手段を採用することもできる。
A
この粉砕装置1においては、被粉砕固形物を含むスラリーをスラリー入口5から粉砕室12内に導入しながら攪拌部材を回転駆動する。粉砕室12内の粉砕媒体14は攪拌ピン9の攪拌作用により運動し、先に述べたようにスラリー内の被粉砕固形物を微細粒子に粉砕し、又は分散させる。しかし、前述のように、この種の粉砕装置においては、高粘度のスラリーの処理に問題を生じる。
In the pulverizing apparatus 1, the stirring member is rotationally driven while introducing the slurry containing the solid material to be pulverized into the pulverizing
この問題に対処するため、本発明の図示実施形態においては、ロータ8の円筒面8aに、静止ピン13に対応する位置、すなわち、静止ピン13の先端に向き合った位置に円筒面の円周方向に、複数の周溝16が形成される。溝16の幅すなわち軸方向の寸法は、静止ピン13の直径の少なくとも2倍である。好ましい実施形態では、溝16の幅は静止ピン13の直径の3±0.5倍である。溝16の深さは、静止ピン13の長さの少なくとも30%である。好ましい実施形態では、溝16の深さは、静止ピン13の長さの30%から60%の範囲、もっと好ましい実施形態では、静止ピン13の長さの45%から55%の範囲である。
In order to deal with this problem, in the illustrated embodiment of the present invention, the
本発明のこの実施形態では、ロータ8の円筒面8aに上述した幅の溝16が形成されているので、粉砕室12内の粉砕媒体14は、図3に示すように、該周溝16の側壁16aの近傍では、該側壁16aから与えられる作用及び攪拌ピン9から与えられる作用により回転運動を生じ、遠心力により半径方向外方に運動する。また、静止ピン13の近傍の静止域では回転運動が抑制されるため、遠心力が弱まり、粉砕媒体14は半径方向内方に運動する。このように、粉砕媒体14には、溝16の内部から側壁16aに沿った半径方向外向きの運動と、静止ピン13の近傍から半径方向内方に向かう運動による循環運動を生じる。その結果、粉砕媒体14における転写による移送量が増大し、かつ、スラリーの通過抵抗が減少するので、総合的に処理量の大幅な増加をもたらすことになる。
In this embodiment of the present invention, the
内径230mm、長さ500mmの円筒形ベッセル内に、外径125mmのロータを配置し、該ロータを攪拌軸により回転自在に支持した構成の粉砕装置を準備した。ロータには、軸方向に60mm間隔で7個所、周方向に等間隔で6箇所に攪拌ピンを配置した。攪拌ピンは、直径10mm、長さ30mmであった。ベッセル内には、ロータ上の各攪拌ピン列と攪拌ピン列との間の中央位置に、それぞれ6本の静止ピンを周方向に等間隔で配置した。静止ピンは、直径10mm、長さ30mmであった。 A pulverizer was prepared in which a rotor having an outer diameter of 125 mm was disposed in a cylindrical vessel having an inner diameter of 230 mm and a length of 500 mm, and the rotor was rotatably supported by a stirring shaft. The rotor was provided with agitation pins at seven locations at 60 mm intervals in the axial direction and at six locations at equal intervals in the circumferential direction. The stirring pin had a diameter of 10 mm and a length of 30 mm. In the vessel, six stationary pins were arranged at equal intervals in the circumferential direction at a central position between each stirring pin row and the stirring pin row on the rotor. The stationary pin had a diameter of 10 mm and a length of 30 mm.
ロータの円筒面に周溝が形成されていない粉砕装置と、異なる大きさの周溝が形成された幾種類かの粉砕装置とを準備した。周溝の大きさは、幅30mmとし、深さを7.5mm、15mm、22.5mmの3種類とした。これらの粉砕装置を使用し、スラリー吐出温度を一定の60℃に維持して、粘度30000CP及び60000CPのスラリーについてスラリーの吐出量を測定した。その結果を図4に示す。図4から分かるように、溝の深さが静止ピンの長さの30%付近で、スラリー吐出量が急激に増加し始め、増加傾向は溝深さが静止ピンの長さの60%あたりまで続く。 There were prepared a crushing device in which a circumferential groove was not formed on the cylindrical surface of the rotor and several types of crushing devices in which circumferential grooves of different sizes were formed. The circumferential groove has a width of 30 mm and a depth of 7.5 mm, 15 mm, and 22.5 mm. Using these pulverizers, the slurry discharge temperature was maintained at a constant 60 ° C., and the slurry discharge amount was measured for slurries having a viscosity of 30000 CP and 60000 CP. The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 4, when the groove depth is around 30% of the length of the stationary pin, the slurry discharge amount starts to increase rapidly, and the increasing tendency is until the groove depth reaches around 60% of the length of the stationary pin. Continue.
図5は、粉砕媒体の増加量に対するスラリー吐出量の変化を示す。この図から分かるように、溝の深さが静止ピンの長さの約50%の場合に、粉砕媒体の単位量あたりのスラリー吐出量が最大になる。好ましい範囲は、静止ピンの長さの30%から60%の範囲、もっと好ましい範囲は、静止ピン13の長さの45%から55%である。
FIG. 5 shows a change in the slurry discharge amount with respect to the increase amount of the grinding medium. As can be seen from this figure, when the groove depth is about 50% of the length of the stationary pin, the slurry discharge amount per unit amount of the grinding medium is maximized. A preferred range is 30% to 60% of the length of the stationary pin, and a more preferred range is 45% to 55% of the length of the
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態の細部に限定されるものではない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated about preferable embodiment, this invention is not limited to the detail of this embodiment.
1・・・粉砕装置
2・・・ベッセル
5・・・スラリー入口
6b・・・スラリー出口
8・・・ロータ
9・・・攪拌ピン
12・・・粉砕室
13・・・静止ピン
14・・・粉砕媒体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
前記ベッセルの内部に同軸に回転自在に配置された攪拌部材と、
前記攪拌部材を回転駆動する駆動手段と、
を備え、
前記攪拌部材は、円筒面を有するロータと、該ロータの前記円筒面に半径方向に突出するように軸方向及び周方向の両方に間隔をもって配列された複数の攪拌ピンとを含み、
前記ベッセルの内面には、複数の静止ピンが、軸方向にみて前記攪拌部材の攪拌ピンの間の位置に半径方向内方に突出するように、半径方向に間隔をもって配置されており、
前記ベッセルの内面と前記攪拌部材のロータの円筒面との間に形成される粉砕室には粉砕媒体が充填され、前記攪拌軸を回転駆動して前記粉砕媒体に循環運動を与えながら被粉砕物を含むスラリーを前記粉砕室に導入することにより、スラリー内の被粉砕物を微細粒子に粉砕するようになった媒体循環型粉砕装置であって、
前記攪拌部材の前記ロータには、前記ベッセルから突出する前記静止ピンに対向する円筒面に、ロータ軸方向に測定した幅が前記静止ピンの直径の少なくとも2倍の溝を前記静止ピンの軸方向列の各々に対向して形成し、これによって、粉砕媒体に、溝の側壁から受ける遠心力により半径方向外向きに移動し、半径方向外方位置の前記静止ピン近傍の領域において半径方向内方に移動する循環運動を生じるようになった、
ことを特徴とする媒体循環型粉砕装置。 A hollow cylindrical vessel having a slurry inlet on one end and a slurry outlet on the other end;
A stirring member disposed coaxially and rotatably within the vessel;
Drive means for rotationally driving the stirring member;
With
The stirring member includes a rotor having a cylindrical surface, and a plurality of stirring pins arranged at intervals in both the axial direction and the circumferential direction so as to protrude radially from the cylindrical surface of the rotor,
On the inner surface of the vessel, a plurality of stationary pins are arranged at intervals in the radial direction so as to protrude radially inward at a position between the stirring pins of the stirring member when viewed in the axial direction.
A grinding chamber formed between the inner surface of the vessel and the cylindrical surface of the rotor of the stirring member is filled with a grinding medium, and the object to be ground is rotated while the stirring shaft is driven to circulate the grinding medium. A medium circulation type pulverizing apparatus adapted to pulverize the object to be crushed into fine particles by introducing the slurry containing
In the rotor of the stirring member, a groove whose width measured in the axial direction of the rotor is at least twice the diameter of the stationary pin is formed in a cylindrical surface facing the stationary pin protruding from the vessel in the axial direction of the stationary pin. Formed opposite each of the rows, whereby the grinding media is moved radially outward by centrifugal force received from the groove sidewalls, and radially inward in a region near the stationary pin at a radially outward position To produce a circular movement to move to,
A medium circulation type pulverizer characterized by the above.
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