KR100797360B1 - 정상조업온도의 조기확보를 위한 고로조업방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스프레이 방법등에 의해 고로노벽을 보수한 후 고로내부의 장입물을 조기에 승온시키고 정상조업수준의 용선온도를 조기에 확보할 수 있는 고로조업방법에 관한 것으로서, 추가 코크스량을 최적으로 배치하고 바람직하게는 조업 재가동 초기에 미분탄을 취입하므로써 노벽보수 이후 노내부 장입물 승온 및 노열 확보를 조기에 달성할 수 있는 고로조업방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 다수개의 풍구가 구비되어 있는 고로의 노벽보수 후 정상수준의 레벨까지 장입물을 장입한 다음, 다시 조업을 개시하여 정상조업온도를 확보하여 용선을 제조하는 고로조업방법에 있어서,

상기한 노벽보수후 정상수준의 레벨까지의 장입물 장입시 감척레벨하부에 충분한 열을 공급하고, 조업 재가동 초기에 용융물 생성을 가능한 적게 하기 위하여 감척레벨 하부에 블랭크 코크스 장입량을 가능한 많게 하고, 광석/코크스의 장입 챠지수를 적게 배치하는 정상조업온도의 확보를 위한 고로조업방법을 그 요지로 한다.

고로조업, 정상조업온도, 블랭크 코크스, 노벽보수, 감척레벨, 장입물

Description

정상조업온도의 조기확보를 위한 고로조업방법{Blast Furnace Operation Method For Early Securing Steady Operation Temperature}

도 1은 통상적인 고로조업의 일례를 나타내는 개략도

도 2는 정상조업시, 노벽보수전,후의 고로내의 장입물 상태를 나타내는 개략도로서, (a)는 정상조업시의 장입물 상태를, (b)는 노벽보수전의 상태를, 그리고 (c)는 노벽보수후의 상태를 나타냄.

도 3은 노벽보수후 종래의 방법에 따라 장입된 고로내의 장입물 배치상태를 나타내는 개략도

도 4는 휴풍시간에 따른 추가 코크스량의 변화를 나타내는 그래프

도 5는 노벽보수후 본 발명에 따라 장입된 고로내의 장입물 배치상태를 나타내는 개략도

도 6은 본 발명 및 종래방법을 적용한 경우의 조업경과시간에 따른 노정온도 및 용선온도 변화를 나타내는 그래프로서, (a)는 조업경과시간에 따른 노점온도를 나타내고,그리고 (b)는 조업경과시간에 따른 용선온도를 나타냄.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 . . . 장입물 2 . . . 노심 3 . . . 감척레벨 4 . . . 리바운드 로스

5 . . . 블랭크 코크스(blank coke) 12 . . . 풍구 13 . . . 출선구 100 . . . 고로본체

본 발명은 스프레이 방법등에 의해 고로노벽을 보수한 후 고로내부의 장입물을 조기에 승온시키고 정상조업수준의 용선온도를 조기에 확보할 수 있는 고로조업방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고로노벽보수후 정상레벨까지 장입물을 장입하는 공정등을 개선하므로써 고로노벽보수후 재 조업시 조기에 정상수준의 조업온도(노정온도 및 용선온도)를 확보할 수 있는 고로조업방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로조업에서는 도 1에 나타난 바와 같이 벨트콘베아(7)을 이용하여 장입물(8)을 고로 상부의 장입구를 통해서 연료인 코크스와 원료철광석을 장입하고 고로하부에 있는 풍구(12)를 통하여 고온의 열풍을 불어넣어 코크스를 연소시켜 열과 환원가스를 만들고, 열과 환원가스는 노내의 철광석을 환원용융시켜 용선과 슬래그를 생성하게 되며, 이 용융물은 고로하부의 출선구(13)를 통해서 배출이 된다.

도 1에 나타난 바와 같이, 고로의 본체(100)구조는 외부가 철피(101)로 이루어져 있으며, 내부는 고온에 견딜 수 있는 내화물(102)로 축조되어 있고, 연와 사이에는 냉각반을 삽입하여 냉각시킴으로써 고온에서 철피(101)를 보호하게 된다.

도 1에서 부호 "9"는 환상관을 나타내고, "10" 은 랜스를 나타내고, 부호 "11"은 블로우 파이프를 나타낸다.

그런데 고로수명이 증가할 수록 내화물의 손상 및 마모가 많게 되어 냉각반의 돌출 이 심하게 되고, 냉각반 파손량이 증가하게 되며, 철피를 적열 및 균열시켜 조업을 불안하게 하는 요인이 된다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위하여 스프레이 방식등에 의해 고로의 노벽을 보수하는 것이 필요하다.

통상, 고로의 노벽보수는 도 2에 나타난 바와 같이 고로내의 장입물(1)을 노벽보수부위까지 강하시킨 후에 스프레이 장비를 이용하여 고로내부의 손상된 연와부위를 보수한다.

도 2의 (a)는 정상조업시의 고로내의 상태를 나타내고, (b)는 노벽보수전의 고로내의 상태를 나타내고, 그리고 (c)는 노벽보수후의 고로내의 상태를 나타내는 것이다.

노벽 부수기간중 장입물 감척표면을 통한 열방산을 최소화 하고, 스프레이 작업의 안정성을 확보하고, 스프레이 기기의 보호를 위해 휴풍후에 실링재를 장입물 표면위에 도포하게 된다.

노벽스프레이 보수는 분말상태의 스프레이용 내화물을 물과 혼합한 후 고로내부에 랜스를 진입시켜 마모 손상된 부위에 스프레이 보수하게 된다.

노벽보수후에는 도 2의 (c)에 나타난 바와 같이 내화물이 벽에 부착되지 않고 고로하부 장입물 표면의 주변에 안착되는 내화물이 발생하게 되는데, 이러한 내화물을리바운드 로스(4)라 한다.

도 2에서 부호 "2"는 노심을 나타내고, 그리고 부호"3"은 감척레벨을 나타낸다.

스프레이 작업을 완료한 후에는 재송풍 후 정상조업수준의 스톡 라인(stock line)의 복귀시간단축, 정상 풍량(6000Nm³/min)복귀시간 단축, 노내고온가스와의 직접적인 접촉에 의한 스프레이 노벽손상방지, 재송풍후 노내장입물의 조기 승온 및 가스 이용율 상승을 통한 정상노열(1520℃)의 복귀시간 단축을 위해서 도 3에 나타난 바와 같이 재송풍을 개시하기 전에 장입물을 정상 조업수준의 스톡라인까지 채우는 드라이 장입(charging)작업을 실시하게 된다.

드라이 장입작업이 완료된 이후 조업재가동을 하게 되면 열풍로에서 승온된 고온의 열풍을 풍구를 통해서 고로 내부로 불어 넣는다.

고온의 열풍은 노내에 있는 코크스를 연소시키게 되며, 이 때 발생한 열과 환원가스에 의해 고로내부의 장입물을 승온시키고 용융시켜 출선구를 통해서 노외로 배출하게 된다.

노벽보수 이후 정상보업수준으로 도달하기 위해서는 고로내부의 가스흐름이 원할 하게 흘러서 정상수준의 조업온도 즉, 정상수준의 노정온도(100℃ 이상)와 용선온도(1500℃이상)를 조기에 확보하여야 한다.

여기에서 고로상부 장입물의 승온 판단은 노정온도로 하며, 하부의 용융물 승온정도 판단은 출선구를 통해서 나오는 용선의 온도로서 판단한다.

노벽보수시 고로내부에 공급되는 열량(코크스량)은 초기에는 이론적인 방법에 의해 계산하였으나 최근에는 그 동안의 실적을 근거로 하여 휴풍시간에 따른 추가 코크스(extra coke)량 실적그래프의 회귀선에 의해 판단한다.

여기에서 감척레벨 및 스프레이 보수 물량이 계획대비 많을 경우 코크스장입량을 증대시킨다.

노벽보수이후 고로내부에 잔류해 있는 실링층과 리바운드 로스응고층은 재송풍시 노내에서 통기성을 악화시키고 장입물 강하를 나쁘게 하기 때문에 조기에 고로 밖으로 배출시켜야 하며, 고융점의 리바운드 로스를 용융배출시키기 위해서는 고로 내부의 온도를 조기에 승온시켜야 한다.

통상, 노벽보수이후 장입물의 온도가 정상수준까지 승온이 되기까지는 약 10시간 이상 소요되며, 정상수준의 용선회복시간도 약 20시간이상 소요된다.

종래에는 고로내부의 온도를 조기에 승온시키기 위하여 추가 코크스량을 가능한 높게하는 방법을 사용하였다.

이 방법을 사용하는 경우에는 한정된 노내부 용적에서 코크스량이 증가한 만큼 철광석량이 감소하게 되고 이에 따라 입도가 큰 코크스량이 많아져 풍구에서 노구로의 가스 흐름 저항이 감소하여 노정온도의 조기 상승에는 유리하였다.

그러나, 장입되는 철광석량이 감소함에 따라 생성되는 용융물의 양이 감소하게 되고 용융물이 보유한 전체 현열 양이 감소하기 때문에 용융물의 온도를 증대시키기 어려운 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 추가 코크스량을 최적으로 배치하고 바람직하게는 조업 재가동 초기에 미분탄을 취입하므로써 노벽보수 이후 노내부 장입 승온 및 노열 확보를 조기에 달성할 수 있 는 고로조업방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 다수개의 풍구가 구비되어 있는 고로의 노벽보수 후 정상수준의 레벨까지 장입물을 장입한 다음, 다시 조업을 개시하여 정상조업온도를 확보하여 용선을 제조하는 고로조업방법에 있어서,

상기한 노벽보수후 정상수준의 레벨까지의 장입물 장입공정이,

휴풍시간에 따른 추가 코크스량을 하기 식1에 의해 구하는 단계;

상기와 같이 구해진 추가 코크스량의 범위내에서 감척레벨하부에 장입물의 2∼3챠지마다 블랭크 코크스를 장입하는 단계;

상기 감척레벨하부에 장입된 추가 코크스량을 고려하여 감척레벨상부에 광석/코크스의 비가 2.3 이상이 되도록 장입물을 장입하는 단계; 및

감척레벨상부의 장입영역을 3개이상의 영역으로 구분하여 광석/코크스의 비를 상부방향으로 가면서 0.2 ∼ 0.3씩 증가되도록 장입물을 장입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정상조업온도의 조기확보를 위한 고로조업방법에 관한 것이다.
(수학식1)
y = 30.561x - 369.36 (R² = 0.9075)
[y: 추가 코크스 량(ton), x: 휴풍시간(hr), R²: 회귀식의 설명도]

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 풍구가 구비되어 있는 고로의 노벽보수 후 정상수준의 레벨까지 장입물을 장입한 다음, 다시 조업을 개시하여 정상조업온도를 확보하여 용선을 제조하는 고로조업방법에 있어서 고로의 노벽보수 후 정상수준의 레벨까지 장입물을 장입하는 공정을 개선시킨 것이다.

즉, 고로의 노벽보수 후에는 정상수준의 레벨까지 장입물을 장입하는 것이 필요하며, 장입물의 장입이 완료된 다음, 다시 조업을 개시하여 정상조업온도를 확보하여야 하는데, 본 발명은 노벽보수 후 정상수준레벨까지의 장입물 장입시 추가 코크스를 최적으로 배치하므로써 조기에 정상조업온도를 확보하는 것이다.

본 발명에 따라 추가 코크스를 최적으로 배치하기 위해서는 휴풍시간에 따른 추가 코크스량을 먼저 구하는 것이 필요하다.

휴풍시간에 따른 추가 코크스량을 구하는 방법의 일례가 도 4에 나타나 있는데, 이 방법은 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 것이다.

도 4에 의하면, 추가 코크스량(y)과 휴풍시간(x)은 하기 식1과 같은 상관관계를 갖는다.

[y: 추가 코크스 량(ton), x: 휴풍시간(hr), R²: 회귀식의 설명도]

여기에서 휴풍시간은 고로내부로 들어가는 열풍이 중지된 전체시간을 의미하며, 추가 코크스량은 스프레이 보수가 완료된 후 풍구로부터 고로 상부까지 채워져 있는 장입물중 광석/코크스의 비가 3.3에 해당되는 코크스를 기준으로 한 여분의 코크스량을 말한다.

상기 추가 코크스량은 고로 비상 조업시에 노열을 확보하기 위한 기준이 되며, 양이 많을 수록 고로내부에 투입되는 열량이 많아짐을 의미한다.

추가 코크스량이 정해지면 이것을 근거로 하여 고로내부에 채워지는 장입물을 배치 한다.

즉, 블랭크 코크스량, 광석/코크스의 비, 챠지등을 정해야 하는데 블랭크 코크스량이 많을수록 광석/코크스의 비를 높게 해야 한다.

여기에서 챠지란 철광석과 크크스를 1 챠지라 하며, 정상적인 고로조업에서는 장입물의 양을 챠지단위로 관리한다.

블랭크 코크스는 철광석 장입 없이 코크스 단독으로 고로 내부에 장입되는 것을 말하며, 비상조업 또는 노열이 과도하게 저하할 경우에 장입을 한다.

종래에는 도 3에 나타난 바와 같이 감척레벨 윗부분과 아랫 부분에 각각 2챠지씩 블랭크 코크스를 배치하고 나머지 추가 코크스는 낮은 광석/코크스로 고로하부에서 상부까지 배치를 하였다.

이런 경우 감척레벨 하부에 있는 코크스량이 부족하여 감척레벨상하부에 있는 실링재, 리바운드 로스, 부원료등을 용융시키는데 필요로 하는 충분한 열을 공급하기 어렵게 한다.

또한 노내에 충분한 열이 공급되지 않아 장입물이 충분히 승온이 되지 않은 상태에서 용융된 철광석은 노하부로 강하를 하면서 미승온된 장입물과 접촉하여 응고됨에 따라 고로 하부의 가스흐름을 어렵게 한다.

본 발명은 감척레벨하부에서 충분한 열을 공급하고, 조업 재가동 초기에 용융물 생성을 가능한 적게 하기 위하여 감척레벨 하부에 블랭크 코크스 장입량을 가능한 많게 하고, 광석/코크스의 장입 챠지수를 적게 배치하는 것이다.

본 발명에서는 상기와 같이 구해진 추가 코크스량의 범위내에서 감척레벨하부에 장 입물의 2∼3챠지마다 블랭크 코크스를 장입한다.

감척레벨하부에 블랭크 코크스를 장입시키는 것은 조업 재가동이후에 용융시킬 물량이 많이 있는 감척레벨 부분에 충분한 열을 공급할 수 있도록 하기 위함이며, 블랭크 코크스를 장입물의 3챠지마다 감척레벨하부에 장입하는 경우에는 블랭크 코크스의 양이 적어 감척레벨 부분에 충분한 열의 공급이 곤란하고, 2챠지 미만마다 감척레벨하부에 장입하는 경우에는 블랭크 코크스의 양이 너무 많아 과잉의 열이 노내에 공급되어 용선중의 [Si]를 상승시킴으로써 출성작업시 용융물이 탕도에 부착되어 작업자의 부하를 가중시키게 된다.

따라서, 본 발명에서는 감척레벨하부에 장입물의 2∼3챠지마다 블랭크 코크스를 장입하는 것이 바람직하다.

다음에, 상기 감척레벨하부에 장입된 추가 코크스량을 고려하여 감척레벨상부에 광석/코크스의 비가 2.3 이상이 되도록 장입물을 장입한다.

고로의 하부에는 다량의 블랭크 코크스를 장입하므로써 충분한 열이 공급되고, 이 열은 고로상부으로 전달되어 노정의 출구를 통해 밖으로 배출된다.

이때 노내에서 생성되는 용융물의 양이 적을 경우 고온의 열은 가스와 함께 고로 밖으로 배출되며, 용융물이 적정량 있을 경우 현열을 갖는 상태로 노하부로 이동되기 때문에 고로밖으로 배출되는 열손실을 최소화시킬수 있다.

따라서, 본 발명에서는 적정량의 용융물의 생성을 위해 감척레벨 상부의 광석/코크스의 비를 높게 유지하는 것이 바람직하다.

그러나, 감척레벨 상부의 광석/코크스의 비가 너무 높을 경우에는 열바란스의 불균형을 초래하여 노열을 저하시키는 요인이 되므로, 본 발명에서는 감척레벨상부에 광석/코크스의 비가 2.3 이상이 되도록 장입물을 장입하는 것이 바람직하다.

다음에, 감척레벨상부의 장입영역을 3개이상의 영역으로 구분하여 광석/코크스의 비를 상부방향으로 가면서 0.2 ∼ 0.3씩 증가되도록 장입물을 장입한다.

고로의 노내보수 후, 본 발명에 따라 추가 코크스가 장입된 바람직한 장입물의 분포의 일례가 도 5에 나타나 있다.

도 5에서의 블랭크 코크스(5)는 풍구쪽에서는 3차지 마다, 감척레벨 하부에서는 1 차지마다 장입을 하여 용융시킬 물량이 많이 있는 감척레벨 부분에서 충분한 열을 공급할 수 있도록 하였다.

본 발명에 따라 상기와 같이 노벽보수 후 장입물의 장입이 완료된 후에는 다시 조업을 개시하여 정상조업온도를 확보하여야 한다.

본 발명에서는 노벽보수후의 재조업시 감척레벨 하부에 있는 코크스의 연소를 가능한 적게 하면서 고로 내부의 장입물을 승온시키기 위해 도 1에 나타난 미분탄 취입랜스(10) 및 풍구(12)를 통해 조기에 고로내로 미분탄을 취입하여 그 열에 의해 고로 내부의 장입물이 승온되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 미분탄 취입량은 연소코크스량이 1 톤/min을 초과하지 않는 범위내에서 선정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 연소코크스량이 1 톤/min을 초과하는 경우에는 노내의 장입물이 승온되기 전에 고로하부에 있는 다량의 추가 코크스가 연소되어 통과하기 때문이다.

상기 미분탄 취입랜스는 내부관으로는 미분탄을 취입하고 외부관으로는 산소를 취 입할 수 있도록 2중관으로 구성하는 것이 바람직하다.

그런데 노벽 보수 이후 조업재가동 초기에는 풍구에서 노구로 가스의 흐름을 어렵게 하기 때문에 풍량을 많이 넣을 수 없다.

풍량이 적은 상태에서(풍구선단 유속이 낮은 상태)미분탄을 취입하는 것은 미분탄이 환상관으로 역류할 우려가 있으며, 산소량이 적어 미연소될 가능성이 있다.

따라서, 풍량이 낮은 상태에서 풍구유속을 확보하기 위해 풍구의 절반을 옥토등으로 막는 것이 바람직하며, 원주방향의 균일한 송풍 및 미분탄 취입을 위해 풍구를 막을 때 홀수와 짝수번째로 구분하여 막는 것이 바람직하다.

풍량이 적은 상태에서 미분탄을 충분히 연소시키기 위해서는 미분탄 취입랜스를 통해 일정량의 산소를 취입하는 것이 요구되는데, 본 발명에서는 풍구와 주위 연와에 손상이되지 않도록 풍구선단에서 열풍이 충분히 직진성이 확보되는 유속 400m/sec이상으로 산소를 취입하는 것이 바람직하다.

실조업시 저풍량하에서 미분탄을 취입하게 되면 미연소된 미분탄과 용융물이 서로 만나서 용융물의 유동성을 악화시키거나 가스흐름을 방해하게 되는데, 이 경우에는 풍압이 상승하게 된다.

풍압이 상승할 경우에는 미분탄의 취입량을 저감시키거나 중지시켜서 고로하부에 잔류한 미연소된 미분탄이 충분히 연소가 되도록 한다.

풍압이 정상수준을 유지하면서 큰 변동이 없을 경우 미분탄을 재취입하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 미분탄의 취입과 중지를 반복하면서 고로내부의 장입물이 충분히 승온 되었다고 판단되는 시점(노정온도 100 ℃이상)까지 미분탄을 취입하는 것이 바람직하다.

정상수준의 노정온도가 확보된 상태에서는 고로내부에서 정상적인 환원용융반응이 수행된다고 볼 수 있기 때문에 용융물의 온도를 올리기 위해서는 노심의 온도를 활성화시켜 주어야 한다.

노심의 온도를 활성화시키기 위해서는 코크스를 태워야 하기 때문에 충분한 산소가 공급되어야 하며, 이를 위해 미분탄의 취입을 중지하여 열풍중의 산소가 고로내부에 있는 코크스를 연소하는데 사용되도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

노내보수후 종래방법 및 본 발명에 따라 하기 표 1과 같은 조건으로 장입물을 장입한 후, 조업을 다시 개시하여 조업경과시간에 따른 노정온도 및 용선온도를 조사하고 그 결과를 도 6에 나타내었다.

		종래방법	본 발명
추가 코크스량(톤)		618.2	618.2
감척레벨 하부	블랭크 코크스(톤)	120(4챠지 ×30톤)	300(10챠지 ×30톤)
	광석/코크스(챠지수)	1.8(20챠지)	2.0(15챠지)
감척레벨 상부	광석/코크스의 비	2.0(16챠지) 2.3(4챠지)	2.5(10챠지) 2.7(10챠지) 3.0(5챠지)

도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 장입물을 장입하는 경우에는 종래방법에 비하여 노정온도를 조기에 상승시키는 것이 가능함을 알 수 있으며, 이에 따라 용선온도의 회복시간을 단축시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 감척레벨 하부에 블랭크 코크스 장입량을 증대시키고, 감척레벨 상부에 광석/코크스 비가 높은 것을 배치시키고 바람직하게는 조업 재가동 초기에 미분탄을 취입하므로써 이후 조업재가동시 조기에 노정온도와 용선온도를 확보하여 노황안정과 정상조업을 조기에 달성할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 다수개의 풍구가 구비되어 있는 고로의 노벽보수 후 정상수준의 레벨까지 장입물을 장입한 다음, 다시 조업을 개시하여 정상조업온도를 확보하여 용선을 제조하는 고로조업방법에 있어서,

   상기한 노벽보수후 정상수준의 레벨까지의 장입물 장입공정이,

   휴풍시간에 따른 추가 코크스량을 하기 식1에 의해 구하는 단계;

   상기와 같이 구해진 추가 코크스량의 범위내에서 감척레벨하부에 장입물의 2∼3챠지마다 블랭크 코크스를 장입하는 단계;

   상기 감척레벨하부에 장입된 추가 코크스량을 고려하여 감척레벨상부에 광석/코크스의 비가 2.3 이상이 되도록 장입물을 장입하는 단계; 및

   감척레벨상부의 장입영역을 3개이상의 영역으로 구분하여 광석/코크스의 비를 상부방향으로 가면서 0.2 ∼ 0.3씩 증가되도록 장입물을 장입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정상조업온도의 조기확보를 위한 고로조업방법

   (수학식1)

   y = 30.561x - 369.36 (R² = 0.9075)

   [y: 추가 코크스 량(ton), x: 휴풍시간(hr), R²: 회귀식의 설명도]
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 장입물을 승온시키기 위해 노정온도가 100℃가 될 때까지 풍구를 통해 미분탄을 취입하는 것을 특징으로 하는 정상조업온도의 조기확보를 위한 고로조업방법
4. 제3항에 있어서, 미분탄 취입시 짝수 번째 또는 홀수 번째 풍구를 차단하고, 그리고 풍구를 통해 유속 400m/sec이상으로 산소를 취입하는 것을 특징으로 하는 정상조업온도의 조기확보를 위한 고로조업방법

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