JP2006263735A - Reduction-casting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は還元鋳造装置に関し、より詳細には溶湯の熱エネルギーを利用して還元性物質を活性化して鋳造する還元鋳造装置に関する。 The present invention relates to a reduction casting apparatus, and more particularly, to a reduction casting apparatus that activates and casts a reducing substance using thermal energy of a molten metal.
還元鋳造方法は、還元性物質を溶湯に作用させることによって、溶湯の表面に生じる酸化被膜を還元して鋳造する方法であり、たとえば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金のように、溶湯の表面に酸化被膜が形成されやすい金属による鋳造に好適に利用することができる。還元性物質としてマグネシウム窒素化合物(Mg3N2)を用いたアルミニウムの還元鋳造においては、アルミニウムの溶湯の表面に形成される酸化被膜(Al2O3)がマグネシウム窒素化合物によって還元され、溶湯表面が純粋なアルミニウム金属となる。この還元鋳造方法によれば、溶湯の流動性がきわめて高くなり、湯周り性が良好となって、湯じわ等のない高品質の鋳造品を得ることができる。 The reduction casting method is a method of reducing and casting an oxide film formed on the surface of the molten metal by causing a reducing substance to act on the molten metal. For example, an oxide film is formed on the surface of the molten metal like aluminum or an aluminum alloy. It can be suitably used for casting with a metal that is easily formed. In the reduction casting of aluminum using a magnesium nitrogen compound (Mg 3 N 2 ) as a reducing substance, the oxide film (Al 2 O 3 ) formed on the surface of the molten aluminum is reduced by the magnesium nitrogen compound, and the molten metal surface Becomes pure aluminum metal. According to this reduction casting method, the fluidity of the molten metal becomes extremely high, the hot water circulation property becomes good, and a high-quality cast product free from hot water wrinkles or the like can be obtained.
還元鋳造方法においては、溶湯の表面に形成される酸化皮膜を効果的に還元できるようにするため、還元性物質をできるだけ活性化した状態、すなわち溶湯に効果的に還元作用が作用する状態で作用させることが重要である。このため、キャビティにできるだけ近い位置に加熱炉を配置し、加熱炉内で還元性物質を生成してキャビティに導入するといった方法も検討されてきた(特許文献1参照)。
しかしながら、還元性物質を加熱する加熱炉をキャビティに近づけて設置するには装置の構成が複雑になり、成形型と加熱炉とのレイアウトを考慮しなければならないといった問題があり、還元性物質を十分に活性化した状態で溶湯に作用させるには必ずしも容易な方法とはいえないという問題があった。
また、還元鋳造装置ではキャビティに溶湯を供給する供給路にキャリアガスや還元性物質を供給する供給ポートを設け、供給ポートに還元性物質の供給操作を制御するシールプランジャ等の制御機構を設ける場合があるが、還元鋳造装置の場合は、溶湯に還元性物質を作用させて鋳造するため、溶湯の流動性がきわめて良好になり、シールプランジャ等の制御機構のシール部分に溶湯が侵入しやすくなり、制御機構が作動不良になるという問題があった。
However, in order to install a heating furnace for heating the reducing substance close to the cavity, the configuration of the apparatus becomes complicated, and there is a problem that the layout of the mold and the heating furnace must be taken into account. There is a problem that it is not always an easy method to act on the molten metal in a sufficiently activated state.
In addition, in the reduction casting apparatus, a supply port for supplying carrier gas or a reducing substance is provided in a supply path for supplying molten metal to the cavity, and a control mechanism such as a seal plunger for controlling the supply operation of the reducing substance is provided in the supply port. However, in the case of a reduction casting device, casting is performed by applying a reducing substance to the molten metal, so that the fluidity of the molten metal is extremely good, and the molten metal easily enters the seal part of the control mechanism such as the seal plunger. There was a problem that the control mechanism malfunctioned.
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、還元鋳造操作の際に還元性物質等を供給する供給機構に溶湯が侵入して供給機構が動作不良になるといった問題を解消し、より確実に還元鋳造を行うことができる還元鋳造装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve these problems, and solves the problem that the molten metal enters the supply mechanism for supplying a reducing substance or the like during the reduction casting operation and the supply mechanism malfunctions. And it aims at providing the reduction casting apparatus which can perform reduction casting more reliably.
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
すなわち、成形型のキャビティに溶湯を充填する際に溶湯に還元性物質を作用させ、溶湯表面の酸化被膜を還元しつつキャビティに溶湯を充填して鋳造する還元鋳造装置において、前記還元性物質を前記溶湯に作用させる還元性物質の供給機構として、前記還元性物質の供給動作を制御するバルブ機構が設けられ、該バルブ機構が、ロータリーバルブを備えていることを特徴とする。
また、給湯槽から成形型のキャビティに溶湯を充填して鋳造する還元鋳造装置であって、前記給湯槽に、該給湯槽内の溶湯の熱を受けて前記還元性物質あるいは前記還元性物質を生成する金属を加熱する活性化室が設けられ、前記バルブ機構が、前記活性化室と前記キャビティとを連通する流路中に介装されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement.
That is, in a reduction casting apparatus that fills a cavity with a molten metal while casting the molten metal into the cavity of the mold and causes the reducing material to act on the molten metal while reducing the oxide film on the surface of the molten metal, the reducing substance is As a supply mechanism of the reducing substance that acts on the molten metal, a valve mechanism that controls the supply operation of the reducing substance is provided, and the valve mechanism includes a rotary valve.
Also, a reduction casting apparatus for casting by filling a mold cavity with a molten metal from a hot water tank, and receiving the heat of the molten metal in the hot water tank, the reducing substance or the reducing substance is applied to the hot water tank. An activation chamber for heating the metal to be produced is provided, and the valve mechanism is interposed in a flow path that communicates the activation chamber and the cavity.
また、前記バルブ機構が、前記ロータリーバルブと、該ロータリーバルブの外周面に摺接して配置されるシールチップと、前記ロータリーバルブを、前記還元性物質が供給される位置と前記還元性物質の供給が遮断される位置との間で、軸線の回りで回動させる駆動機構とを備えていることを特徴とする。
また、前記シールチップが、該ロータリーバルブの径方向で前記ロータリーバルブの外周面に向けて常時付勢して設けられていることを特徴とする。
また、前記ロータリーバルブが、還元性物質を搬送するキャリアガスあるいは金属ガスと反応して還元性化合物を生成する反応性ガスをバルブ内に流入させることによって生じるスプレーノズル作用により、前記還元性物質あるいは前記金属ガスを移送する流路を備えていることを特徴とする。
The valve mechanism includes the rotary valve, a seal chip disposed in sliding contact with an outer peripheral surface of the rotary valve, the rotary valve, a position where the reducing substance is supplied, and a supply of the reducing substance. And a drive mechanism that rotates around the axis between the position where the valve is cut off.
In addition, the seal tip is provided so as to be constantly urged toward the outer peripheral surface of the rotary valve in the radial direction of the rotary valve.
In addition, the reducing valve or the rotary valve is caused by a spray nozzle action that is caused when a reactive gas that reacts with a carrier gas or a metal gas carrying the reducing substance to generate a reducing compound flows into the valve. A flow path for transferring the metal gas is provided.
本発明に係る還元鋳造装置によれば、溶湯に作用させる還元性物質の供給機構に用いられるバルブ機構にロータリーバルブを用いる構成としたことによって、バルブ機構の溶湯に対するシール性が良好になり、バルブ機構の動作不良を解消して、確実な鋳造操作を行うことが可能になる。 According to the reduction casting apparatus according to the present invention, since the rotary mechanism is used as the valve mechanism used in the supply mechanism of the reducing substance that acts on the molten metal, the sealing performance of the valve mechanism against the molten metal is improved. It is possible to eliminate malfunction of the mechanism and perform a reliable casting operation.
(還元鋳造装置の構成)
以下、本発明に係る還元鋳造装置の好適な実施の形態について、図面とともに詳細に説明する。
図1は本発明に係る還元鋳造装置の一実施形態の全体構成を示す。この還元鋳造装置10はLPD(低圧ダイキャスティング)による鋳造装置として構成されたものである。還元鋳造装置10の鋳造部は、成形型20と成形型20の下方に設置された給湯槽30とからなり、成形型20に設けられたキャビティ20aと給湯槽30とが、給湯槽30に設けられた給湯筒(ストークス)32を介して連通する配置に設けられている。給湯筒32はその上部で成形型20に設けられた押湯部22に連結し、押湯部22はゲート23を介してキャビティ20aに連通する。
(Configuration of reduction casting equipment)
Hereinafter, preferred embodiments of a reduction casting apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the overall configuration of an embodiment of a reduction casting apparatus according to the present invention. This
給湯筒32は底部を給湯槽30の底部側に延出させて設けられ、給湯槽30の上部には給湯筒32と並んで、底部を給湯槽30内に貯溜された溶湯34に常時浸漬するように延出させた活性化室40が配置されている。
本実施形態では、活性化室40と還元性物質の供給部41とを接続し、活性化室40に還元性物質(たとえば、マグネシウム窒素化合物)を供給するように設けている。なお、還元性物質のかわりに還元性物質を生成するための金属(たとえば、マグネシウム金属)の供給部を活性化室40に接続して、活性化室40に還元性物質を生成するための金属を供給するように構成することもできる。
活性化室40の内部には、活性化室40に供給された還元性物質が十分に活性化される前に供給管42から排出されたり、還元性物質を生成するための金属がガス化されずに排出されたりすることを防止するためのバッファ板を設ける。
The hot
In the present embodiment, the
Inside the
活性化室40に収容されている還元性物質はバルブ機構50を介して成形型20のキャビティ20a側に供給される。本実施形態では、ロータリーバルブ51を用いたバルブ機構50が設けられている。
図2にバルブ機構50を拡大して示す。ロータリーバルブ51は円柱状に形成した本体に、外周面の三方で開口する流路51a、51b、51cが設けられたものである。流路51a、51cが径方向に直線的に配置され、流路51bが流路51a、51cを結ぶ流路の中心から直交する向きに設けられている。すなわち、ロータリーバルブ51には、直径方向に貫通する流路と、この流路に直交する半径分の流路が形成されている。
The reducing substance accommodated in the
FIG. 2 shows an enlarged view of the
ロータリーバルブ51の外周には、ロータリーバルブ51を軸線の回りで回動自在に支持する3個のシールチップ52a、52b、52cが配置されている。なお、ロータリーバルブ51を軸線の回りで一方側と他方側に回動する回動機構として、本実施形態では、ロータリーバルブ51の中心軸にレバー58の一端側を固定し、レバー58の他端側にレバー58を中心軸の回りで回動させる電動モータ等の駆動機構59を設けた。
On the outer periphery of the
図3に、ロータリーバルブ51と3個のシールチップ52a、52b、52cの組立斜視図を示す。シールチップ52a、52b、52cの内側面は、側面形状がロータリーバルブ51の外周面と同曲率となる円弧面に形成される。シールチップ52a、52b、52cには、ロータリーバルブ51に設けた流路51a、51b、51cと同時に連通する配置に、各々連通流路53a、53b、53cが設けられている。シールチップ52cに設けられる連通流路53cは成形型20側が徐々に拡径するテーパ孔となっている。シールチップ52cに設けられた連通流路53cは成形型20に設けられた押湯部22に連通する。
FIG. 3 shows an assembled perspective view of the
2つのシールチップ52a、52bは成形型20の側面に固定されたガイド体54によりロータリーバルブ51の径方向に移動可能に支持される。図2に示すように、シールチップ52aは、スプリング55によりロータリーバルブ51に向けて常時付勢されて支持され、シールチップ52bは、スプリング43によりロータリーバルブ51に向けて常時付勢されて支持されている。
The two seal tips 52 a and 52 b are supported by a guide body 54 fixed to the side surface of the
ガイド体54には、配管およびバルブを介して窒素ガスの供給部57に接続する接続管56が支持され、接続管56の端部がシールチップ52aの連通流路53aにエアシールされて摺入される。また、活性化室40に設けられた供給管42は、先端部がシールチップ52bの連通流路53bにエアシールされて摺入されている。
本実施形態では、供給管42および接続管56に外挿するようにスプリング43およびスプリング55を配置しているが、シールチップ52a、52bを付勢する方法は本実施形態の方法に限定されるものではない。
The guide body 54 supports a
In the present embodiment, the spring 43 and the spring 55 are disposed so as to be extrapolated to the supply pipe 42 and the
(還元鋳造方法)
続いて、上述した還元鋳造装置10をアルミニウムの鋳造に使用する方法について説明する。
図1は、給湯槽30に設けられた給湯筒32に成形型20をセットし、キャビティ20aに溶湯34を充填する前の状態を示している。バルブ機構50は、駆動機構59によりロータリーバルブ51が押湯部22と活性化室40との連通をOFFにする状態にセットされている。
この状態で、還元性物質の供給部41から活性化室40にマグネシウム窒素化合物を供給する。給湯槽30にはアルミニウムの給湯炉(不図示)が連通して設けられ、鋳造操作にともない、給湯槽30内における溶湯34の液面が一定の高さとなるように給湯炉から給湯槽30にアルミニウムの溶湯34が補給される。
(Reduction casting method)
Next, a method of using the above-described
FIG. 1 shows a state before the
In this state, a magnesium nitrogen compound is supplied from the reducing substance supply unit 41 to the
給湯槽30内においてアルミニウムの溶湯は740℃程度に加熱されている。したがって、活性化室40に供給された還元性物質であるマグネシウム窒素化合物は溶湯34の熱によって加熱され、活性化された状態になる。
なお、マグネシウム窒素化合物を活性化室40に供給するかわりに、活性化室40にマグネシウム粉末を供給する方法の場合も、マグネシウムの融点は651℃であるから、アルミニウムの溶湯の熱によってマグネシウム金属は容易にガス化される。
In the
In the case of supplying magnesium powder to the
活性化室40にマグネシウム窒素化合物を供給する操作は、鋳造操作の1回ごとに行う操作ではなく、所定量のマグネシウム窒素化合物を活性化室40に供給することで複数回の鋳造操作が可能であるから、所定回数の鋳造操作を行うごとにマグネシウム窒素化合物を供給すればよい。活性化室40にマグネシウム窒素化合物を供給して一定時間経過することにより、マグネシウム窒素化合物は十分に活性化された状態になる。
The operation of supplying the magnesium nitrogen compound to the
給湯筒32に成形型20をセットした後、キャビティ20a内を非酸化性雰囲気とするため、真空ポンプ24を駆動してキャビティ20a内を減圧する。
図4は、キャビティ20a内を減圧した後、バルブ機構50を開いて押湯部22に活性化室40からマグネシウム窒素化合物を導入する状態を示す。駆動機構59によりレバー58を回動して、ロータリーバルブ51の流路51a、51b、51cをシールチップ52a、52b、52cに設けた連通流路53a、53b、53cに一致させる。これによって、バルブ機構50を介して給湯槽30側に配置した活性化室40と成形型20に設けた押湯部22とが連通する。
After setting the
FIG. 4 shows a state in which the inside of the cavity 20 a is depressurized, and then the
バルブ機構50を介して活性化室40と押湯部22とが連通した状態で、窒素ガスの供給部57から接続管56を介してロータリーバルブ51の流路51a内に窒素ガスを送入する。流路51a、51cが直線的に配置され、流路内に活性化室40に連通する流路51bが開口して設けられていることから、流路内を窒素ガスが通流することによって生じるスプレーノズルの作用により活性化室40からマグネシウム窒素化合物が引き出され、窒素ガスとともに押湯部22にマグネシウム窒素化合物が導入される。
この操作では、窒素ガスは還元性物質としてのマグネシウム窒素化合物を移送するキャリアガスとして作用している。キャリアガスとしては窒素ガスにかえて還元性物質の還元作用を損なわないガス、たとえば不活性ガスを使用することができる。
Nitrogen gas is fed into the flow path 51 a of the
In this operation, nitrogen gas acts as a carrier gas for transferring a magnesium nitrogen compound as a reducing substance. As the carrier gas, a gas that does not impair the reducing action of the reducing substance, such as an inert gas, can be used instead of the nitrogen gas.
押湯部22に導入されたマグネシウム窒素化合物の一部は押湯部22から給湯筒32の上部側へ拡散し、また一部は押湯部22から成形型20のキャビティ20aへ拡散する。キャビティ20a、押湯部22および給湯筒32の上部空間内については、あらかじめ減圧されているから、キャビティ20a等へ拡散したマグネシウム窒素化合物がこれらの空間内に残留するエアによって還元作用が減退することがない。
A part of the magnesium nitrogen compound introduced into the feeder 22 diffuses from the feeder 22 to the upper side of the hot
なお、活性化室40にマグネシウム金属(粉末)を供給して還元鋳造する場合は、活性化室40でマグネシウム金属をガス化し、窒素ガスの供給部57からバルブ機構50内へ窒素ガスを流入させ、窒素ガスによって活性化室40から引き出されるマグネシウムガスと反応させてマグネシウム窒素化合物を生成させ、押湯部22側へマグネシウム窒素化合物を送入するようにすればよい。この場合には、バルブ機構50に送入するガスは、金属ガス(この場合はマグネシウムガス)と反応して還元性物質(この場合はマグネシウム窒素化合物)を生成する反応性ガス(この場合は窒素ガス)を使用する必要がある。反応性ガスは金属ガスと反応して還元性物質を生成し、かつ還元性物質を押湯部22へ搬送するキャリアガスとしての作用を兼ね備えることになる。
When magnesium metal (powder) is supplied to the
図5は、キャビティ20a等にマグネシウム窒素化合物を導入した後、バルブ機構50を閉め、給湯槽30からキャビティ20aにアルミニウムの溶湯を充填した状態を示す。 給湯槽30に連通して設けられている加圧ガスの供給部33から配管35を経由して給湯槽30に加圧ガス(窒素ガス等)を送入することにより、給湯槽30内で溶湯34の液面が押し下げられ、給湯筒32から押湯部22に溶湯34が注入され、ゲート23からキャビティ20aに溶湯34が充填される。
FIG. 5 shows a state in which after the magnesium nitrogen compound is introduced into the cavity 20a and the like, the
給湯筒32にマグネシウム窒素化合物が拡散して供給されていることにより、給湯筒32から押湯部22に溶湯34が押し上げられる際にアルミニウムの溶湯34の表面の酸化皮膜が還元されること、押湯部22内においてもマグネシウム窒素化合物によってアルミニウムの溶湯34の表面に形成される酸化皮膜が還元されることによって、アルミニウムの溶湯はきわめて流動しやすい状態となってキャビティ20aに注入される。
Since the magnesium nitrogen compound is diffused and supplied to the hot
また、キャビティ20a内においてもマグネシウム窒素化合物が拡散して存在していることにより、キャビティ20aに溶湯34が充填される際にアルミニウムの溶湯34の表面に生じた酸化皮膜が還元され、キャビティ20a内においてもきわめて湯周り性の良い状態で溶湯34が充填される。キャビティ20a内で溶湯34が凝固した後、型開きして鋳造品を取り出しする。
Further, since the magnesium nitrogen compound is diffused in the cavity 20a, the oxide film formed on the surface of the
本実施形態の鋳造方法によれば、キャビティ20a等における湯周り性が良好となり、溶湯の未充填やボイド等のない、高品質の鋳造品を得ることができる。
とくに、本実施形態では、給湯槽30に配置された活性化室40から直接的に押湯部22にマグネシウム窒素化合物が供給され、マグネシウム窒素化合物の供給流路が短縮されているから、マグネシウム窒素化合物が加熱されて活性化された状態を確実に維持して押湯部22等にマグネシウム窒素化合物を供給することが可能となる。これによって、溶湯34に対してマグネシウム窒素化合物の還元作用を効果的に作用させて還元鋳造することが可能になる。
According to the casting method of the present embodiment, the hot water circulation property in the cavity 20a and the like is improved, and a high-quality cast product free from molten metal filling and voids can be obtained.
In particular, in the present embodiment, the magnesium nitrogen compound is supplied directly from the
また、本実施形態の鋳造方法では、活性化室40から押湯部22側へ還元性化合物を供給するバルブ機構50をロータリーバルブ51を用いて構成したことにより、バルブ機構50における摺動部分のシール性を向上させることができ、バルブ機構50のシール部分に溶湯34が侵入することを防止することができる。ロータリーバルブ51とシールチップ52a、52b、52cの摺接面はともに円弧面に形成され、したがってロータリーバルブ51がどの回動位置にあってもロータリーバルブ51とシールチップ52a、52b、52cとのシール性は確実に保持される。
また、本実施形態においては、シールチップ52a、52bをスプリング55、43の付勢力を利用してロータリーバルブ51に常時押接するようにしているから、ロータリーバルブ51が回動する際のシール作用をさらに確実に保持することができる。
In the casting method of the present embodiment, the
In the present embodiment, the sealing tips 52a and 52b are always pressed against the
還元鋳造方法による場合は、溶湯の流動性がきわめて良好になり、シール部の隙間部分に溶湯が侵入しやすくなるが、本実施形態の鋳造装置のようにロータリーバルブ51を用いたバルブ機構50を使用する方法によれば、溶湯の流動性が向上した場合でも、シール部分に溶湯が侵入することを好適に防止することができ、これによって確実な鋳造操作を行うことが可能となる。
ロータリーバルブ51を用いたバルブ機構は、上述したLPD方式による還元鋳造装置の他に重力鋳造等の還元鋳造装置において、還元性物資をキャビティに供給する際のバルブ機構として同様に利用することが可能である。
In the case of the reduction casting method, the fluidity of the molten metal becomes very good, and the molten metal easily enters the gap portion of the seal portion. However, the
The valve mechanism using the
なお、上記実施形態においては、還元鋳造装置10をアルミニウム鋳造に使用する例について説明したが、本発明に係る還元鋳造装置はアルミニウムあるいはアルミニウム合金の鋳造に限らず、アルミニウム以外の金属による鋳造にも同様に適用することが可能である。
In the above embodiment, an example in which the
10 還元鋳造装置
20 成形型
20a キャビティ
22 押湯部
24 真空ポンプ
30 給湯槽
32 給湯筒
33 加圧ガスの供給部
34 溶湯
40 活性化室
41 還元性物質の供給部
43、55 スプリング
50 バルブ機構
51 ロータリーバルブ
51a、51b、51c 流路
52a、52b、52c シールチップ
53a、53b、53c 連通流路
57 窒素ガスの供給部
58 レバー
59 駆動機構
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記還元性物質を前記溶湯に作用させる還元性物質の供給機構として、前記還元性物質の供給動作を制御するバルブ機構が設けられ、
該バルブ機構が、ロータリーバルブを備えていることを特徴とする還元鋳造装置。 In a reduction casting apparatus that causes a reducing substance to act on the molten metal when filling the mold cavity with the molten metal, and fills the cavity with the molten metal while reducing the oxide film on the surface of the molten metal.
As a reducing substance supply mechanism for causing the reducing substance to act on the molten metal, a valve mechanism for controlling a supply operation of the reducing substance is provided,
The reduction casting apparatus, wherein the valve mechanism includes a rotary valve.
前記給湯槽に、該給湯槽内の溶湯の熱を受けて前記還元性物質あるいは前記還元性物質を生成する金属を加熱する活性化室が設けられ、
前記バルブ機構が、前記活性化室と前記キャビティとを連通する流路中に介装されていることを特徴とする請求項1記載の還元鋳造装置。 A reduction casting apparatus that fills and molds molten metal from a hot water tank into a mold cavity,
The hot water tank is provided with an activation chamber for receiving the heat of the molten metal in the hot water tank and heating the reducing substance or the metal that generates the reducing substance,
The reduction casting apparatus according to claim 1, wherein the valve mechanism is interposed in a flow path that communicates the activation chamber and the cavity.
前記ロータリーバルブと、
該ロータリーバルブの外周面に摺接して配置されるシールチップと、
前記ロータリーバルブを、前記還元性物質が供給される位置と前記還元性物質の供給が遮断される位置との間で、軸線の回りで回動させる駆動機構と
を備えていることを特徴とする請求項1または2記載の還元鋳造装置。 The valve mechanism is
The rotary valve;
A seal tip disposed in sliding contact with the outer peripheral surface of the rotary valve;
The rotary valve is provided with a drive mechanism that rotates around an axis between a position where the reducing substance is supplied and a position where the supply of the reducing substance is blocked. The reduction casting apparatus according to claim 1 or 2.
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