JP2007100163A - 連続焼鈍炉における板温制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ストリップ蛇行の発生を抑制して歩留を向上させることができるようにする。
【解決手段】過時効帯における将来の板厚及び板幅情報を用いて、板接触部及び板非接触部のロール温度、ストリップ温度、炉内雰囲気温度を予測して計算する予測計算手段と、前記予測計算手段の計算結果に基づいて前記ロールの板接触部及び板非接触部、ストリップ及び炉内雰囲気を加熱装置により加熱する加熱制御手段とを設け、過時効帯における将来の温度推移を予測して、ロール幅方向温度差について評価し、定常・非定常に関係なくロール幅方向温度差が生じないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は連続焼鈍炉における板温制御方法及び装置に関し、特に、ストリップ蛇行を防止するために用いて好適な技術に関する。

鋼帯（以下、ストリップとする）を連続的に熱処理する、いわゆる連続焼鈍炉においては、長大なストリップを安定して通板する必要がある。前記ストリップが蛇行する原因の一つとして、ロール幅方向温度差が大きいことがある。

そこで、前記ロール幅方向温度差を小さくするために、例えば、特許文献１に記載の「連続焼鈍炉におけるハースロールのクラウン制御方法」においては、板厚、板幅条件から中央板温が所定値になるように前半炉温を設定し、出側目標板温となるように後半炉温を設定するようにしている。

特開平１０−７２６２５号公報

前記特許文献１に記載の制御方法の場合には、（イ）目標板温変化などの非定常状態に対して対応ができない。また、（ロ）中央板温所定値にするように制御するだけで、ロール幅方向の温度差については評価されていないためにストリップ蛇行が発生してしまう問題点があった。

前述のような原因によってストリップ蛇行が発生すると、ストリップのエッジ部が損傷したり、或いはストリップが破断したりする恐れがあった。そこで、ストリップ蛇行が発生すると通板速度を遅くして蛇行を抑える等の対策を行なうことが求められるために、操業効率が低下してしまう問題点があった。

本発明は前述の問題点にかんがみ、ロール幅方向温度差を小さくすることによりストリップ蛇行の発生を抑制して歩留を向上させることができるようにすることを第１の目的としている。
また、鋼種、サイズ、目標温度等の通板条件変更に迅速に対応できるようにすることを第２の目的とする。

本発明の連続焼鈍炉における板温制御装置は、連続焼鈍炉の過時効帯における板温制御装置であって、前記過時効帯における将来の板厚及び板幅情報を用いて、ロールの板接触部及び板非接触部のロール温度、ストリップ温度、炉内雰囲気温度を予測して計算する予測計算手段と、前記予測計算手段の計算結果に基づいて前記ロールの板接触部及び板非接触部、ストリップ、並びに炉内雰囲気を加熱装置により加熱する加熱制御手段とを有することを特徴とする。

本発明の連続焼鈍炉における板温制御方法は、連続焼鈍炉の過時効帯における板温制御方法であって、前記過時効帯における将来の板厚及び板幅情報を用いて、ロールの板接触部及び板非接触部のロール温度、ストリップ温度、並びに炉内雰囲気温度を予測して計算する予測計算工程と、前記予測計算工程の計算結果に基づいて前記ロールの板接触部及び板非接触部、ストリップ及び炉内雰囲気を加熱装置により加熱する加熱制御工程とを有することを特徴とする。

本発明のコンピュータプログラムは、連続焼鈍炉の過時効帯における板温制御方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、前記過時効帯における将来の板厚及び板幅情報を用いて、ロールの板接触部及び板非接触部のロール温度、ストリップ温度、炉内雰囲気温度を予測して計算する予測計算工程と、前記予測計算工程の計算結果に基づいて前記ロールの板接触部及び板非接触部、ストリップ及び炉内雰囲気を加熱装置により加熱する加熱制御工程とをコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明の記録媒体は、前記に記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とする。

本発明によれば、過時効帯における将来の板厚及び板幅情報を用いて、板接触部及び板非接触部のロール温度、ストリップ温度、炉内雰囲気温度を予測して計算するとともに、前記計算結果に基づいて前記ロールの板接触部及び板非接触部、ストリップ及び炉内雰囲気を加熱装置により加熱するようにしたので、ロール幅方向の温度差を小さくすることができ、ストリップ蛇行の発生を抑制することができる。これにより、ストリップ蛇行によって発生するエッジ部が損傷したり、或いはストリップが破断したりする問題を防止することができるとともに、ストリップ蛇行が発生したために通板速度の低下させたりすることを無くすことができて、歩留を向上させることができる。
また、本発明の他の特徴によれば、鋼種、サイズ、目標温度等の通板条件変更に対して迅速に対応させることができる。

（第１の実施の形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施の形態の連続焼鈍炉における板温制御装置の構成例を説明するブロック図である。

図１において、１１はガス温度設定装置であり、後述するハースロール１７に吹付けるガス１５ａの目標値を生成するための装置である。本実施の形態においては、吹付けるガス１５ａとして不活性の窒素ガス（Ｎ２）を使用し、ロール幅方向温度差の二乗和と出側板温目標値と出側予測温度との差の合計和が最小になるように温度設定している。１２は信号加算器であり、ガス温度設定装置１１で求められたガス温度目標値とガス温度計３３で計測された実績値との差を計算するものである。

１３はガス温度制御器であり、ガス温度制御装置１４に対して設定を行うためのものである。

ガス温度制御装置１４において所定の温度にされた吹付けガス１５ａは、ガス配管１５内を通って連続焼鈍炉１６内に導かれ、各ハースロール１７に吹付けられる。図１には、連続焼鈍炉１６の入側に配置されたハースロール１７ａと、出側に配置されたハースロール１７ｋとの間に９個のハースロール１７を配置しているが、このハースロール１７の個数は任意である。

連続焼鈍炉１６内に送られるストリップ１８は、板温制御装置２１により所定の温度となるように制御される。前記板温制御装置２１の構成は従来用いられている公知の板温制御装置を用いることができる。板温制御装置２１は冷却帯板温制御器２２を有し、ブロワーの回転数を加減することにより、冷却帯２３を後述する所定の温度となるように制御している。

本実施の形態においては、冷却帯２３の出側板温が連続焼鈍炉１６の入側に配置されたハースロール１７ａと同じ板温となるように制御するようにしている。このような制御を可能にするために、板温設定装置２４によりロール温度（板非接触部）と同じ予測温度を設定し、これを冷却帯出側板温目標値として冷却帯板温制御器２２に供給するようにしている。

また、第１のセンサ３１及び第２のセンサ３２を設け、前記第１のセンサ３１により板温制御装置２１の冷却帯出側板温を測定しており、前記第１のセンサ３１により測定した値を実績値として冷却帯板温制御器２２に供給するようにしている。冷却帯２３のレスポンスは、ロール温度レスポンスと比べて十分に早いためにこの方式で制御可能となっている。また、第２のセンサ３２により連続焼鈍炉１６の出側板温実績値を測定している。

前述のようにして炉内入側板温が入側に配置されたハースロール１７ａと同じ温度となるように設定されたストリップ１８は、連続焼鈍炉１６内に配設された複数のハースロール１７により、入口側から出口側に搬送される間に所定の温度となるように制御される。本実施の形態においては、将来の板厚、板幅を用いて、ロール温度(板接触部、板非接触部)、ストリップ温度、炉内雰囲気温度を予測計算することにより、ストリップ蛇行の原因であるロール幅方向温度差を小さくし、さらに出側板温を目標値まで最短で到達させることができるガス温度および炉内入側板温を設定するようにしている。

次に、図２のフローチャートを参照しながら計算手順の一例を説明する。
最初に、ステップＳ２１においてシミュレータ初期値を設定する。これは、構築したモデルを用いて前回の制御タイミングで最適と選択されたデータ（板温、ロール温度（板接触部、板非接触部））及び連続焼鈍炉１６内の雰囲気実績値を初期値としている

次に、ステップＳ２２に進み、変数「ｉ」に初期値「ｉ＝１」を設定する。
次に、ステップＳ２３に進み、変数「ｉ」が「Ｎ」以上（Ｎを含む）であるか否かを判定する。この判定の結果、変数「ｉ」が「Ｎ」以下である場合にはステップＳ２４に進み、ガス温度を生成する。本実施の形態は、加熱する例であり、ガス温度はＴｇ（ｉ）＝板温目標値＋ΔＴ＊ｉの計算より求められる。板温目標値は３８０℃、変数「ΔＴ」は１０℃、変数「Ｎ」は２９と設定しているので、ガス温度３９０℃〜６７０℃の範囲でシミュレーション及び設定を行う。

次に、ステップＳ２５に進み、プロセスシミュレータによる温度モデルを計算する。本実施の形態においては、板温（ストリップ温度）計算、ロール温度計算及び炉内雰囲気温度計算を行なっている。

すなわち、ステップＳ２５１においては、板温計算を行なっている。この計算式においては、微小間隔dxでストリップを複数に分割し、図３（ａ）に示すように、ストリップが炉内雰囲気と接している部分(パス部)と、ロール及び炉内雰囲気に接している部分(ロール部)とに分けて考えている。

パス部では、ストリップ/炉内雰囲気間の熱収支は対流伝熱を考慮して、
Ts(k+1) = Ts(k) + f(Hf,Tf,Ts,WD,dx,ρ,Cp,TH,Vc)・・・・・・（１）式
とする。
また、ロール部では、ストリップ/炉内雰囲気間の熱収支は対流伝熱、ストリップ/ロール間は伝導伝熱を考慮して、
Ts(k+1) = Ts(k) + f(Hf,Tf,Ts,WD,dx,ρ,Cp,TH,Vc,Th1)・・・・・・（２）式
とする。
また、前記（１）式、（２）式において、Ts：ストリップ温度[℃]、TH：板厚[m]、Hf：炉内雰囲気/ストリップ間熱伝達係数[kcal/m2*hr*℃]、Tf：炉内雰囲気温度[℃]、WD：板幅[m]、Hh：ストリップ/ロール間熱伝達係数[kcal/m2*hr*℃]、Th1：ロール板接触部温度[℃]、ρ：密度[kg/m3]、Vc：ライン速度[mpm]、Cp：比熱[kcal/kg*℃]、dx：刻み幅[m]、k：炉内位置である。

次に、ステップＳ２５２に進み、ロール温度計算を行なう。ロール温度計算は、図３
（ｂ）に示すように、板が触れている部分と板が触れていない部分に分けて考える。

板が触れているロール温度計算は、ストリップ/ロール間の熱収支は伝導伝熱、ロール/吹付けガス間の熱収支は対流伝熱を考慮して、
Th1(i+1) = Th(i) + f(dt,Hg,Tg,A,Ts,Th1,dx,WD,ρ,Cp,V,Hh)・・・・・（３）式
とする。
前記（３）式において、Th1：ロール板接触部温度[℃]、V：ロール体積[m3]、Hg：ロール/吹付けガス間熱伝達係数[kcal/m2*hr*℃]、A：吹付けガス/ロール間受熱面積[m2]、Tg：ガス温度[℃]、dt：刻み時間[hr]である。

また、板が触れていないロール温度計算は、ロール/吹付けガス間の熱収支及びロール/炉内雰囲気間の熱収支は対流伝熱を考慮して、
Th2(i+1) = Th2(i) + f(dt,Tg,Th2,S,ρ,Cp,V)・・・・（４）式
とする。
前記（４）式において、Th2：ロール板非接触部温度[℃]、S：ロール/炉内雰囲気間受熱面積[m2]、である。

次に、炉壁温度計算を行なう。本実施の形態では、炉壁は三層に分割して考える。炉内雰囲気/炉壁(内側)の熱収支は対流伝熱、炉壁(内側)/炉壁(中間)は伝導伝熱、炉壁(中間)/炉壁(外側)は伝導伝熱、炉壁(外側)/大気間は対流伝熱を考慮して、
Tw1(i+1) = Tw1(i) + f(dt,Qw,Qw1,Sw1) ・・・・（６）式
Tw2(i+1) = Tw2(i) + f(dt,Qw1,Qw2,Sw2)・・・・（７）式
Tw3(i+1) = Tw3(i) + f(dt,Qw2,Qa,Sw3) ・・・・（８）式
とする。
なお、前記（６）式〜（８）式において、Awn：炉壁表面積[m2]、Qa：炉壁（外側）/大気熱流量[kcal/hr]、Twn：炉壁温度[℃]、Swn：炉壁熱容量[kcal/℃]、Qw：炉内雰囲気/炉壁(内側)熱流量[kcal/hr]、Qw1：炉壁(中間)/炉壁(内側)熱流量[kcal/hr]、Qw2：炉壁(外側)/炉壁(内側)熱流量[kcal/hr]である。

次に、ステップＳ２５３に進み、炉内雰囲気温度を計算する。炉内雰囲気温度計算式は、吹付けガスからの入熱、排出ガスからの抜熱、ストリップ、ロールからの熱移動、炉壁からの放散熱量を考慮する。
Tf(i+1) = Tf(i) + f(dt,Qg,Qhg,Qs,Qw,Qout,Sf)・・・・（５）式
なお、前記（５）式において、Tf：炉内雰囲気温度[℃]、Sf：炉内雰囲気熱容量[kcal/℃]、Qout：循環ガスが奪っていく熱量[kcal/hr]、Qg：吹付けガス→炉内雰囲気熱流量[kcal/hr]、Qs：炉内雰囲気⇔ストリップ熱流量[kcal/hr]、Qhg：吹付けガス⇔ロール熱流量[kcal/hr]、Qh：ロール⇔ストリップ熱流量[kcal/hr]である。

前述のように、ステップＳ２５においてロール、ストリップ、炉内雰囲気温度モデルを計算後、ステップＳ２６に進み、ガス温度Ｔｇ（ｉ）に対応する評価関数Ｊ（ｉ）を計算する。

そして、この評価関数Ｊ（ｉ）の計算が終了した後、ステップＳ２７に進み、変数ｉを１つインクリメントし、その後ステップＳ２３に戻って前述した「ｉ≧Ｎ」の判定を行なう。

前述したように、ステップＳ２３〜ステップＳ２７の処理を繰り返し行なうことにより、やがてはステップＳ２３の判定の結果が「イエス」となる。この場合、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２８においては、評価関数値J(1)からJ(Ｎ)の中で最小のものを選択し、そのガス温度を設定値とする。また、選択されたガス温度に対してすでに式（４）で計算されている先頭ロールの予測温度を入側板温目標値として設定する。

次に、図４〜図５を参照しながら、板温度を２５０℃から３８０℃に加熱した際の例を説明する。なお、制御目標は３０分で出側目標値に到達し、かつロール幅方向温度差を最小にすることである。
図４は、出側板温４１、１番ロール４２、１４番ロール４３、炉温４４、ガス温度４５及び目標値４６についての温度の推移を示している。６７０℃程度のガス温度４５を焼鈍炉１６内に吹き込むことにより、炉温４４は５００℃程度に上昇し、これに伴って出側板温４１、１番ロール４２及び１４番ロール４３は約２５分から３０分で目標値３６に到達する。

図５は、板温を２５０℃から３８０℃に加熱する際のロール幅方向温度差の推移を示す図であり、１番ロールの温度差５１と１４番ロールの温度差５２を示している。ここで、（温度差＝ロール板非接触部−ロール板接触部）である。

図４より、出側板温は約３０分で目標値に到達することができ、また図５より、ロール幅方向温度差の最大値は約１０℃程度となっている。すなわち、本実施の形態の連続焼鈍炉における板温制御装置によれば、ロール幅方向温度差を許容範囲内に制御しながら、出側板温を目標値に到達させることが可能となる。

なお、本願明細書において、「板」及び「ストリップ」を混在して記載しているが、これらは「鋼板」を意味しており、実質的に同じものである。

（本発明に係る他の実施の形態）
前述した本発明の実施の形態における連続焼鈍炉における板温制御装置を構成する各手段、並びに連続焼鈍炉における板温制御方法の各ステップは、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本発明に含まれる。

また、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施の形態も可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。

なお、本発明は、前述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム（実施の形態では図２に示すフローチャートに対応したプログラム）を、システムあるいは装置に直接、あるいは遠隔から供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータが前記供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。

したがって、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、前記コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であってもよい。

プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などがある。

その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、前記ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。

また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。

また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。

また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施の形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施の形態の機能が実現され得る。

さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施の形態の機能が実現される。

本実施の形態の連続焼鈍炉における板温制御装置の構成例を説明するブロック図である。 ロール幅方向温度差を小さくし、さらに出側板温を目標値まで最短で到達させることができるガス温度および炉内挿入板温を設定する計算手順の一例を説明するフローチャートである。 各計算式とモデルとの関係を説明する図である。 板温度を２５０℃から３８０℃に加熱した際の出側板温、１番ロール、１４番ロール、炉温、ガス温度及び目標値についての温度の推移を示す特性図である。 板温度を２５０℃から３８０℃に加熱した際のロール幅方向の温度差を示す特性図である。

符号の説明

１１ ガス温度設定装置
１２ 信号加算器
１３ ガス温度制御器
１４ ガス温度制御装置
１５ ガス配管
１５ａ 吹付けるガス
１６ 連続焼鈍炉
１７ ハースロール
１７ａ ハースロール
１７ｋ ハースロール
１８ ストリップ
２０ 板温制御装置
２１ 板温制御装置
２２ 冷却帯板温制御器
２３ 冷却帯
２４ 板温設定装置
３１ 第１のセンサ
３２ 第２のセンサ

Claims (12)

1. 連続焼鈍炉の過時効帯における板温制御装置であって、
   前記過時効帯における将来の板厚及び板幅情報を用いてロールの板接触部及び板非接触部のロール温度、ストリップ温度、並びに炉内雰囲気温度を予測して計算する予測計算手段と、
   前記予測計算手段の計算結果に基づいて前記ロールの板接触部及び板非接触部、ストリップ及び炉内雰囲気を加熱装置により加熱する加熱制御手段とを有することを特徴とする連続焼鈍炉における板温制御装置。
2. 前記加熱装置は、連続焼鈍炉内に配設されている各ロールに加熱/冷却ガスを直接吹付けることを特徴とする請求項１に記載の連続焼鈍炉における板温制御装置。
3. 前記予測計算手段は、構築したモデルを用いて前回の制御タイミングで最適と選択された板接触部及び板非接触部のロール温度、ストリップ温度及び炉内雰囲気温度を初期値として、前記各ロールに直接吹付ける加熱/冷却ガスの各ガス温度パターンに対して、数式モデルを用いて前記将来の板接触部及び板非接触部のロール温度、ストリップ温度、炉内雰囲気温度を予測計算することを特徴とする請求項２に記載の連続焼鈍炉における板温制御装置。
4. 前記各ガス温度パターンに対して得られた予測値からロール幅方向温度差、出側板温偏差を考慮した評価関数を用いて最適なガス温度パターンを選択する選択手段を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の連続焼鈍炉における板温制御装置。
5. 前記ストリップの炉内入側温度を前記連続焼鈍炉の先頭ロールと同じ温度に制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の連続焼鈍炉における板温制御装置。
6. 連続焼鈍炉の過時効帯における板温制御方法であって、
   前記過時効帯における将来の板厚及び板幅情報を用いてロールの板接触部及び板非接触部のロール温度、ストリップ温度、並びに炉内雰囲気温度を予測して計算する予測計算工程と、
   前記予測計算工程の計算結果に基づいて前記ロールの板接触部及び板非接触部、ストリップ及び炉内雰囲気を加熱装置により加熱する加熱制御工程とを有することを特徴とする連続焼鈍炉における板温制御方法。
7. 前記加熱制御工程は、連続焼鈍炉内に配設されている各ロールに加熱/冷却ガスを直接吹付けることを特徴とする請求項６に記載の連続焼鈍炉における板温制御方法。
8. 前記予測計算工程は、構築したモデルを用いて前回の制御タイミングで最適と選択された板接触部及び板非接触部のロール温度、ストリップ温度及び炉内雰囲気温度を初期値として、前記各ロールに直接吹付ける加熱/冷却ガスの各ガス温度パターンに対して、数式モデルを用いて前記将来の板接触部及び板非接触部のロール温度、ストリップ温度、炉内雰囲気温度を予測計算することを特徴とする請求項７に記載の連続焼鈍炉における板温制御方法。
9. 前記各ガス温度パターンに対して得られた予測値からロール幅方向温度差、出側板温偏差を考慮した評価関数を用いて最適なガス温度パターンを選択する選択手段を有することを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の連続焼鈍炉における板温制御方法。
10. 前記ストリップの炉内入側温度を前記連続焼鈍炉の先頭ロールと同じ温度に制御することを特徴とする請求項６〜９の何れか１項に記載の連続焼鈍炉における板温制御方法。
11. 連続焼鈍炉の過時効帯における板温制御方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
    前記過時効帯における将来の板厚及び板幅を予測する板状態予測工程と、
    前記板状態予測工程によって予測した将来の板厚及び板幅情報を用いて、板接触部及び板非接触部のロール温度、ストリップ温度、炉内雰囲気温度を予測して計算する予測計算工程と、
    前記予測計算工程の計算結果に基づいて前記ロールの板接触部及び板非接触部、ストリップ及び炉内雰囲気を加熱装置により加熱する加熱制御工程とをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
12. 前記請求項１１に記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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