JP2018114444A - ランス - Google Patents

Abstract

【課題】本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスにおいて、糸状片の発生を抑制又は防止する。【解決手段】本体パイプ２の先端に取り付けられるアダプタ３のアダプタ内周面32に設けた雌ネジ321に、ノズルアタッチメント４のアタッチメント外周面41に設けた雄ネジ411を捩じ込むことにより、アダプタ３を介して本体パイプ２及びノズルアタッチメント４を接続するランス１において、アダプタ３は、ノズルアタッチメント４の基端側のアタッチメント端面43より基端寄りのアダプタ内周面32に環状堰５を設けたことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、溶射材料をコークス炉の炉壁に吹き付けるランスに関する。

溶射材料をコークス炉の炉壁に吹き付けるランスは、材料噴射ノズルを突出させたノズルアタッチメントを、数ｍの長さである本体パイプの先端に取り付けて構成される（コークス炉に挿入される側を先端、手前側を基端と呼ぶ。以下、同じ）。溶射材料は、本体パイプの基端に接続された供給ホースから反応ガス（例えば酸素）と共に本体パイプの先端のノズルアタッチメントへ圧送され、前記ノズルアタッチメントの材料噴射ノズルから炉壁に向けて反応ガスと一体に吹き出す。補修対象となる炉壁は高温なので、溶射材料と反応ガスとは高温の炉壁表面で反応し、炉壁に新たな耐火層を形成する。

ノズルアタッチメントは、先端を閉塞し、後端を本体パイプに連通させる短尺のパイプで、側面から材料噴射ノズルを突出させている。ノズルアタッチメントは、例えばアタッチメント外周面の基端側及び先端側それぞれに雄ネジを設け、先端側の雄ネジに袋ナットを螺着して先端側開口を塞いでいる。本体パイプは、本体内周面に雌ネジを設けている。ノズルアタッチメントは、本体パイプの先端に取り付けたアダプタの雌ネジ又は本体パイプの雌ネジに雄ネジを捩じ込むことにより、アダプタを介して接続する又は本体パイプに直接接続する。

特開2012-012535号公報

ノズルアタッチメントは、本体パイプの本体内周面に設けた雌ネジに、アタッチメント外周面に設けた基端側の雄ネジを螺着する。このため、本体パイプを通って圧送されて来た溶射材料及び反応ガスが、ノズルアタッチメントの基端側のアタッチメント端面に衝突し、前記アタッチメント端面から先端に向けてアタッチメントテーパ面を形成しながらノズルアタッチメントを削っていく。そして、前記アタッチメントテーパ面がネジ溝に至ると、ノズルアタッチメントの延在方向に並ぶネジ山が前記延在方向に分断され、前記ネジ山が円弧状又は円環状に延びる糸状片となる。

糸状片は、逆火を招く要因の一つとなる。このため、糸状片が発生する前にノズルアタッチメントを交換する運用が求められる。糸状片の発生の有無は、ノズルアタッチメントを本体パイプから取り外して確認する。このように、ノズルアタッチメントが削られる進行具合の確認作業は、ノズルアタッチメントの本体パイプに対する脱着が要求されることから、面倒な作業としてあまり実施されない虞があり、現実的でない。

また、本体パイプは、溶射材料及び反応ガスに本体内周面しか削られないところ、前記本体内周面の削られる進行具合が遅く、例えば溶射材料が10ｔ通過した頃を目安に交換すればよい。これに対し、ノズルアタッチメントは、アタッチメント端面から前記溶射材料及び反応ガスに削られる進行具合が早く、例えば溶射材料が500kg通過する頃に糸状片が発生するため、これ以前での交換が求められる。これは、本体パイプに異常がないにも拘らず、ノズルアタッチメントを交換するためにランスのメンテナンスが必要なことを意味し、安全なランスの運用のためのメンテナンス作業及びメンテナンスコストを増やす。

ここで、糸状片の発生を回避するには、本体パイプのパイプ外周面に設けた雄ネジに、ノズルアタッチメントのアタッチメント内周面に設けた雌ネジを螺着する構成として、溶射材料及び反応ガスがアタッチメント端面を削らないようにすることが検討される。しかし、前記構成は、ノズルアタッチメントの内径が大きくなり、溶射材料及び反応ガスの速度や圧力を低下させてしまい、炉壁に溶射材料及び反応ガスを吹き付ける補修作業がうまくできなくなる虞があり、採用しえない。

そこで、本体パイプの先端に取り付けられるアダプタのアダプタ内周面に設けた雌ネジに、ノズルアタッチメントのアタッチメント外周面に設けた雄ネジを捩じ込むことにより、アダプタを介して本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランス、又は本体パイプの本体内周面に設けた雌ネジに、ノズルアタッチメントのアタッチメント外周面に設けた雄ネジを捩じ込むことにより、本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスにおいて、糸状片の発生を抑制又は防止することを目的に、本体パイプ又はアダプタの構成又は構造を検討した。

検討の結果開発したものが、本体パイプの先端に取り付けられるアダプタのアダプタ内周面に設けた雌ネジに、ノズルアタッチメントのアタッチメント外周面に設けた雄ネジを捩じ込むことにより、アダプタを介して本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスにおいて、アダプタは、ノズルアタッチメントの基端側のアタッチメント端面より基端寄りのアダプタ内周面に環状堰を設けたことを特徴とするランスである。アダプタは、本体パイプに対して外嵌又は内嵌させる。環状堰は、アダプタ内周面に、前記アダプタ内周面の周方向に連続して設けられる周回部位で、本体パイプ又はアダプタ内周面やノズルアタッチメント内周面に対して段差を形成する。

また、アダプタを用いた本発明のランスは、本体パイプの先端に取り付けられるアダプタ内周面に設けた雌ネジに、ノズルアタッチメントのアタッチメント外周面に設けた雄ネジを捩じ込むことにより、アダプタを介して本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスにおいて、本体パイプは、アダプタに近接する本体内周面に環状堰を設けた構成でもよい。アダプタは、本体パイプに対して外嵌又は内嵌させる。環状堰は、アダプタ内周面に、前記アダプタ内周面の周方向に連続して設けられる周回部位で、本体パイプの本体内周面やアダプタのアダプタ内周面に対して段差を形成する。

更に、本発明は、アダプタを用いずに本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスとして、本体パイプの本体内周面に設けた雌ネジに、ノズルアタッチメントのアタッチメント外周面に設けた雄ネジを捩じ込むことにより、本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスにおいて、本体パイプは、ノズルアタッチメントの基端側のアタッチメント端面より基端寄りの本体内周面に環状堰を設けた構成とすることもできる。環状堰は、本体パイプの本体内周面に、前記本体内周面の周方向に連続して設けられる周回部位で、本体パイプの本体内周面やノズルアタッチメントのアタッチメント内周面に対して段差を形成する。

環状堰は、ノズルアタッチメントの基端側のアタッチメント端面より基端寄り、すなわち圧送される溶射材料及び反応ガスの上流側に存在し、前記アタッチメント端面に先行して前記溶射材料及び反応ガスが衝突する。これにより、溶射材料及び反応ガスの流れが変更され、アタッチメント端面に衝突しづらくなり、ノズルアタッチメントが削られる進行具合を遅くする。こうした環状堰の働きを鑑みた場合、環状堰は、内径がノズルアタッチメントのアタッチメント内周面の内径以下であると、溶射材料及び反応ガスがアタッチメント端面に当たらなくなり、ノズルアタッチメントは、削られる進行具合をより遅くする。

本発明のランスは、糸状片の発生を抑制又は防止する。これは、環状堰により、ノズルアタッチメントがアタッチメント端面から削られにくくしたことによる効果である。この結果、ノズルアタッチメントの交換時期を長くすることができる。これは、ノズルアタッチメントの交換に掛かる手間及び労力を低減する効果をもたらす。この効果は、アダプタを用いる又は用いないに拘らず、環状堰を設けることにより直接的に得られる効果である。

環状堰は、溶射材料及び反応ガスにより形成される堰テーパ面を基端側から先端側に向けて移動させながら削られていく。これから、基端側から先端側に向けて長い環状堰は、堰テーパ面が先端側に達するまでが長くなることから、溶射材料及び反応ガスからアタッチメント端面を保護できる時間を長くできる。アダプタは、本体パイプ及びノズルアタッチメントと別部材であり、基端側から先端側に向けて長い環状堰を形成しやすい。これは、アダプタを用いて環状堰を構成すれば、ノズルアタッチメントがより削られにくくできることを意味する。

環状堰は、溶射材料及び反応ガスの流れを変えて、ノズルアタッチメントがアタッチメント端面から削られる進行具合を遅くする。更に、環状堰の内径がノズルアタッチメントのアタッチメント内周面の内径以下であると、溶射材料及び反応ガスは、環状堰がなくなるまでアタッチメント端面に当たらなくなり、ノズルアタッチメントが前記アタッチメント端面から削られる進行具合をより遅くする。これにより、ノズルアタッチメントの交換時期をより長くできる。この効果は、アダプタを用いる又は用いないに拘らず、環状堰を設けることにより直接的に得られる効果である。

本発明を適用したランスの一例を表す斜視図である。 本例のノズルアタッチメント付近の部分拡大斜視図である。 本例のノズルアタッチメント付近の部分拡大分解斜視図である。 本例のノズルアタッチメント付近の部分拡大断面図である。 環状堰が削られていく途中を表す本例のノズルアタッチメント付近の部分拡大断面図である。 環状堰が殆ど削られた状態を表す本例のノズルアタッチメント付近の部分拡大断面図である。 別例１のノズルアタッチメント付近の部分拡大分解斜視図である。 別例１のノズルアタッチメント付近の部分拡大断面図である。 別例２のノズルアタッチメント付近の部分拡大分解斜視図である。 別例２のノズルアタッチメント付近の部分拡大断面図である。 別例３のノズルアタッチメント付近の部分拡大分解斜視図である。 別例３のノズルアタッチメント付近の部分拡大断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。本発明は、図１及び図２に見られるように、ノズルアタッチメント４を本体パイプ２の先端に取り付けて構成されるランス１に適用される。本例のランス１は、アダプタ３を介してノズルアタッチメント４を本体パイプ２の先端側に接続している。アダプタ３は、本体パイプ２に雌ネジを設けることなく、ノズルアタッチメント４をネジ接合により本体パイプ２に接続する媒介部材である。本体パイプ２は、基端側に溶射材料及び反応ガスを送り込んでくる供給ホースを接続する。溶射材料及び反応ガスは、前記本体パイプ２、アダプタ３、ノズルアタッチメント４を経て、前記ノズルアタッチメント４の側方に突出する材料噴射ノズル45から噴射される。

アダプタ３は、金属パイプである本体パイプ２の先端側に嵌合し、例えば溶接により固定される。本例のアダプタ３は、図３及び図４に見られるように、本体パイプ２の本体外周面21にアダプタ外周面31が連続する円筒状のアダプタ本体35と、前記本体パイプ２の本体内周面22と密に嵌合する円筒状の内嵌合部33とを同心に一体成形した短尺な金属パイプである。アダプタ本体35から内嵌合部33に掛かる範囲のアダプタ内周面32は、雌ネジ321を設けている。また、前記雌ネジ321に続く内嵌合部22の範囲のアダプタ内周面32は、堰内周面52が内径Ｄwである円筒状の環状堰５を設けている。

ノズルアタッチメント４は、アタッチメント外周面41の基端側及び先端側にそれぞれ雄ネジ411,412を形成した金属パイプで、前記先端側の雄ネジ412に寄せた位置から側方に材料噴射ノズル45を連通状態で突出させている。ノズルアタッチメント４は、基端側の雄ネジ411を雌ネジ321に螺合し、アダプタ３と接続する。また、ノズルアタッチメント４は、先端側の雄ネジ412に袋ナット46を螺合し、先端側の開口を塞ぐ。袋ナット46は、ノズルアタッチメント４の先端側の開口を開閉自在に塞ぐ部材である。ノズルアタッチメント４の先端側の開口は、開閉不能に閉鎖してもよい。

環状堰５の内径Ｄwは、ノズルアタッチメント４の内径ＤnよりΔＤだけ小さく設定される。これは、環状堰５がノズルアタッチメント内周面42より半径方向内向きに突出していることを意味する。これにより、溶射材料及び反応ガスは、環状堰５に衝突して流れの向きを変えられ、ノズルアタッチメント４の基端側のアタッチメント端面43に当たらなくなる。ここで、ΔＤが大きいほど、溶射材料及び反応ガスがノズルアタッチメント４の基端側のアタッチメント端面43に当たらなくなり、好ましく見えるが、ΔＤが大きすぎると、環状堰５が抵抗となり、溶射材料及び反応ガスの円滑な供給ができなくなる。これから、ΔＤは、加工の難易も考慮して、１mm〜２mmを目安にするとよい。

本例の環状堰５は、溶射材料及び反応ガスの流れる方向に内径Ｄwが一様な断面円形の堰内周面52を、前記堰内周面52に直交する基端側の堰端面53及び先端側の堰端面54で挟む円筒状である。本例の環状堰５は、アダプタ３と一体に形成されている。具体的には、円柱状の金属ブロックを穿孔し、アダプタ本体35に当たる部分にアダプタ内周面32を形成し、雌ネジ321を設ける一方、前記アダプタ内周面32に続く穿孔部分を内径Ｄwのまま残した断面長方形の環状部分（図４中破線と堰内周面52に囲まれる部分）が環状堰５となる。環状堰５は、前記環状部分相当の別体である環状金属リングをアダプタ３又は本体パイプ２に嵌め込んで形成することもできる（後掲図９以降参照）。

溶射材料及び反応ガス（図５中太矢印線参照）は、環状堰５の基端側の堰端面53に衝突し、流れの向きを変えて堰内周面52に沿ってノズルアタッチメント４へ送られる。このため、基端側の堰端面53が溶射材料及び反応ガスに削られていき、図５に見られるように、堰テーパ面531が形成される。堰テーパ面531は、アダプタ３の外周面に達する基端寄りの広い径から、環状堰５の内径Ｄwまで徐変に傾斜する。このため、溶射材料及び反応ガスは、堰テーパ面531に沿って流れの向きが変えらても、最終的に堰内周面52に沿って流れていくため、ノズルアタッチメント４の基端側のアタッチメント端面43にぶつかる虞はない。

堰テーパ面531は、溶射材料及び反応ガスに削られながら先端側の堰端面54に向けて移動していく。しかし、堰テーパ面531の最も狭い径の部分の環状堰５の内径Ｄwが内径Ｄn以下である限り、断面三角形の環状部分にまで削られた環状堰５であっても、図６に見られるように、溶射材料及び反応ガスからノズルアタッチメント４の基端側のアタッチメント端面43を保護する働きを発揮する。これは、環状堰５が残存する限り、ノズルアタッチメント４の基端側のアタッチメント端面43が削られることがなく、糸状片を発生させないことを意味する。こうして、環状堰５は、糸状片が発生するまでの期間、すなわちノズルアタッチメント４の交換時期を長くしている。

環状堰５は、堰テーパ面531を基端側から先端側に移動させながら延在方向に削られていくが、堰テーパ面531の先端寄りの内径が環状堰５の内径Ｄwを保つ限り、溶射材料及び反応ガスからノズルアタッチメント４の基端側のアタッチメント端面43を保護できる。これから、堰テーパ面531が先端側の堰端面54に達し、溶射材料及び反応ガスがノズルアタッチメント４の基端側のアタッチメント端面43に衝突して糸状片を発生させる直前をノズルアタッチメント４の交換時期とすれば、堰テーパ面531が先端側の堰端面54に達するまでの基端側及び先端側の堰端面53,54の距離、すなわち環状堰５の幅で、前記交換時期を調整できる。環状堰５の幅は、溶射材料及び反応ガスの種類や供給圧力等を鑑みて、本体パイプ２の交換時期とノズルアタッチメント４の交換時期とが同じになるように調整するとよい。

環状堰５は、ノズルアタッチメント４の基端側のアタッチメント端面43より基端寄りに設けられればよい。例えば上記例示（図１〜図４参照）同様、アダプタ３を介して本体パイプ２とノズルアタッチメント４とを接続する別例１は、図７及び図８に見られるように、環状堰５は、本体パイプ２に外嵌するアダプタ３の外嵌合部34と、アダプタ内周面32に設けた雌ネジ321との間に設けられる。アダプタ３は、本体パイプ２に外嵌した外嵌合部34を前記本体パイプ２の本体外周面21に溶接して固定する。本体パイプ２に対するアダプタ３の嵌合関係が異なるだけで、その余の構造又は構成は本例と別例１とでほぼ同じであり、環状堰５の働きも同じである。

また、図９及び図10に見られるように、アダプタ３と別体の環状堰５を用いる別例２の構成でもよい。別例２は、別例１に見られた本体パイプ２に外嵌合部34を外嵌するアダプタ３を用いながら、前記アダプタ３から環状堰５を別体の金属リングとして構成し、本体パイプ２の本体内周面22に堰外周面51を接面させるように、前記本体パイプ２に環状堰５を内嵌した構成である。外嵌合部34と環状堰５とを重ねて配置できるため、別例１に比べてアダプタ３の全長を短くできる。その余の構造又は構成は別例１と別例２とでほぼ同じであり、環状堰５の働きも同じである。

別例２の環状堰５は、本体パイプ２に内嵌し、溶接等により固定すると、溶接ビードによりアダプタ３を本体パイプ２に外嵌しにくくする。環状堰５は、基端側から溶射材料及び反応ガスが衝突するので、先端側にずれても、基端側にずれる虞が少ない。このため、別例２の環状堰５は、例えば本体パイプ２に対して密に内嵌し、先端側の堰端面54をアダプタ本体35及び外嵌合部34との段差に掛合させれば位置固定でき、溶接等による固定を必要としない。独立した部材である環状堰５は、基端側及び先端側の堰端面53,54の距離を加減して、ノズルアタッチメント４の交換時期を調整できる。

本例、別例１及び別例２は、本体パイプ２の加工を避けてノズルアタッチメント４を着脱自在に本体パイプ２に接続する手段としてアダプタ３を用いている。しかし、本体パイプ２の雌ネジ221の加工が可能であれば、アダプタ３は不要である。別例３は、図11及び図12に見られるように、本体パイプ２の本体内周面22に雌ネジ221を設けてノズルアタッチメント４の基端側の雄ネジ411を螺合する構成である。別例３の環状堰５は、本体内周面22の雌ネジ221より基端寄りに、本体内周面22に堰外周面51を接面させて本体パイプ２に内嵌する金属リングである。

別例３の環状堰５も、別例２同様、例えば本体パイプ２に対して密に内嵌し、先端側の堰端面54をノズルアタッチメント４の基端側のアタッチメント端面43に掛合させれば位置固定でき、溶接等による固定を必要としない。こうして環状堰５をノズルアタッチメント４の基端側のアタッチメント端面43に掛合させる場合、ノズルアタッチメント４の基端側の雄ネジ411が螺合した本体パイプ２の雌ネジ221の残りを環状堰５が隠すことができ、前記雌ネジ221を溶射材料及び反応ガスから保護でき。また、独立した部材である環状堰５は、基端側及び先端側の堰端面53,54の距離を加減して、ノズルアタッチメント４の交換時期を調整できる。

１ ランス
２ 本体パイプ
21 本体外周面
22 本体内周面
221 雌ネジ
３ アダプタ
31 アダプタ外周面
32 アダプタ内周面
321 雌ネジ
33 内嵌合部
34 外嵌合部
35 アダプタ本体
４ ノズルアタッチメント
41 アタッチメント外周面
411 基端側の雄ネジ
412 先端側の雄ネジ
42 アタッチメント内周面
43 基端側のアタッチメント端面
45 材料噴射ノズル
46 袋ナット
５ 環状堰
51 堰外周面
52 堰内周面
53 基端側の堰端面
531 堰テーパ面
54 先端側の堰端面
Ｄw 環状堰の内径
Ｄn ノズルアタッチメントの内径
ΔD 環状堰の内径とノズルアタッチメントの内径との差

検討の結果開発したものが、本体パイプの先端に取り付けられるアダプタのアダプタ内周面に設けた雌ネジに、ノズルアタッチメントのアタッチメント外周面に設けた雄ネジを捩じ込むことにより、アダプタを介して本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスにおいて、アダプタは、ノズルアタッチメントの基端側のアタッチメント端面より基端寄りのアダプタ内周面に、内径がノズルアタッチメントのアタッチメント内周面の内径以下である円筒状の環状堰を設けてなり、アタッチメント端面に先行して溶射材料及び反応ガスが環状堰に衝突することにより、溶射材料及び反応ガスの流れが変更され、アタッチメント端面に衝突しづらくなり、ノズルアタッチメントが削られる進行具合を遅くすることを特徴とするランスである。アダプタは、本体パイプに対して外嵌又は内嵌させる。環状堰は、アダプタ内周面に、前記アダプタ内周面の周方向に連続して設けられる周回部位で、本体パイプ又はアダプタ内周面やノズルアタッチメント内周面に対して段差を形成する。

また、アダプタを用いた本発明のランスは、本体パイプの先端に取り付けられるアダプタ内周面に設けた雌ネジに、ノズルアタッチメントのアタッチメント外周面に設けた雄ネジを捩じ込むことにより、アダプタを介して本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスにおいて、本体パイプは、アダプタに近接する本体内周面に、内径がノズルアタッチメントのアタッチメント内周面の内径以下である円筒状の環状堰を設けてなり、アタッチメント端面に先行して溶射材料及び反応ガスが環状堰に衝突することにより、溶射材料及び反応ガスの流れが変更され、アタッチメント端面に衝突しづらくなり、ノズルアタッチメントが削られる進行具合を遅くする構成でもよい。アダプタは、本体パイプに対して外嵌又は内嵌させる。環状堰は、アダプタ内周面に、前記アダプタ内周面の周方向に連続して設けられる周回部位で、本体パイプの本体内周面やアダプタのアダプタ内周面に対して段差を形成する。

更に、本発明は、アダプタを用いずに本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスとして、本体パイプの本体内周面に設けた雌ネジに、ノズルアタッチメントのアタッチメント外周面に設けた雄ネジを捩じ込むことにより、本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスにおいて、本体パイプは、ノズルアタッチメントの基端側のアタッチメント端面より基端寄りの本体内周面に、内径がノズルアタッチメントのアタッチメント内周面の内径以下である円筒状の環状堰を設けてなり、アタッチメント端面に先行して溶射材料及び反応ガスが環状堰に衝突することにより、溶射材料及び反応ガスの流れが変更され、アタッチメント端面に衝突しづらくなり、ノズルアタッチメントが削られる進行具合を遅くする構成とすることもできる。環状堰は、本体パイプの本体内周面に、前記本体内周面の周方向に連続して設けられる周回部位で、本体パイプの本体内周面やノズルアタッチメントのアタッチメント内周面に対して段差を形成する。

Claims (4)

1. 本体パイプの先端に取り付けられるアダプタのアアプタ内周面に設けた雌ネジに、ノズルアタッチメントのアタッチメント外周面に設けた雄ネジを捩じ込むことにより、アダプタを介して本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスにおいて、
   アダプタは、ノズルアタッチメントの基端側のアタッチメント端面より基端寄りのアダプタ内周面に環状堰を設けたことを特徴とするランス。
2. 本体パイプの先端に取り付けられるアダプタのアダプタ内周面に設けた雌ネジに、ノズルアタッチメントのアタッチメント外周面に設けた雄ネジを捩じ込むことにより、アダプタを介して本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスにおいて、
   本体パイプは、アダプタに近接するパイプ内周面に環状堰を設けたことを特徴とするランス。
3. 本体パイプの本体内周面に設けた雌ネジに、ノズルアタッチメントのアタッチメント外周面に設けた雄ネジを捩じ込むことにより、本体パイプ及びノズルアタッチメントを接続するランスにおいて、
   本体パイプは、ノズルアタッチメントの基端側のアタッチメント端面より基端寄りの本体内周面に環状堰を設けたことを特徴とするランス。
4. 環状堰は、内径がノズルアタッチメントのアタッチメント内周面の内径以下である請求項１〜４いずれか記載のランス。

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