KR101359105B1 - 스케일 제거 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장치프레임과 상기 장치프레임에 승강 가능토록 장착되는 위치조절수단과 상기 위치조절수단에 장착되고 슬라브에 물리적 충격을 가하여 스케일을 제거토록 하는 타격형 스케일 제거수단 및 상기 장치프레임의 일단에 장착되고 상기 타격형 스케일 제거수단의 열화손상을 방지하기 위해 냉각수를 분사하는 냉각수단을 포함하여 구성된 스케일 제거장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 고압수 분사장치 등의 기존 설비와 연계되어 사용됨으로써, 가열로에서 축출된 슬라브 등의 고온소재 표면의 스케일의 박리성을 향상시켜 궁극적으로 제품의 표면결함을 억제할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Description

스케일 제거 장치{Apparatus for removing scale}
본 발명은 스케일 제거 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 슬라브(slab) 등의 고온소재의 표면에 공기와의 산화로 형성된 스케일(scale)에 대해 물리적 충격을 가하여 박리성을 향상시키도록 구성된 스케일 제거 장치에 관한 것이다.
강 표면은 고온에서 산소와 반응하여 산화물을 형성하는데, 이를 스케일이라 한다. 이러한 스케일은 일반적으로 가열로 내에서 형성된 것을 1차 스케일(primary scale), 압연 중에 발생하여 성장하는 것을 2차 스케일(secondary scale) 혹은 mill scale이라고 칭한다.
스케일이 생성된 슬라브에서 스케일을 제거하지 않은 상태로 압연하면, 스케일이 슬라브의 표면에 압입되어 제품의 표면결합을 유발시킨다. 따라서, 종래 열간압연 공정에서는 스케일 결합이 없는 제품을 생산하기 위해, 압연공정 전에 스케일 제거 장치를 설치하여 사용하여 왔다.
이러한 스케일 제거방법에는 여러가지가 있으나, 그 중에서 가장 일반적으로 사용되는 것은 도1에 도시한 바와 같이 100~200kgf/cm2 의 고압수를 열연판 표면에 분사하여 스케일을 제거하는 방법이다. 이는 스케일과 슬라브사이에 열응력을 발생시키는 급냉 효과를 이용하여 스케일에 크랙(crack)을 유발시킨 후 고압수에 의해 스케일을 제거하는 것이다.
하지만 가열로내에서 슬라브의 체류시간이 길어졌을 경우 또는 스케일에 영향을 미치는 첨가원소가 많은 경우에는 고압수에 의한 슬라브 표면의 스케일을 제거하는 충돌압력이 충분하지 않아 스케일의 박리성이 나빠지게 된다.
이에 따라 슬라브에서 스케일이 완전히 제거되지 않은 상태에서 압연공정으로 진행되게 되어 궁극적으로 제품의 품질에 영향을 미치는 문제점이 있다.
따라서 당해 기술분야에서는 고압수 분사장치 등의 기존 설비와 연계되거나 혹은 단독의 설치되어 슬라브 등의 고온소재의 표면에 형성된 스케일을 제거할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시태양은 다음과 같은 스케일 제거장치를 제공한다.
본 발명인 스케일 제거장치는 고온소재의 진행경로상에 제공되는 장치프레임 및 상기 장치프레임를 통과하는 고온소재에 물리적 충격을 인가하여 스케일을 제거토록 제공되는 타격형 스케일 제거수단을 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 장치프레임에 승강토록 장착되는 위치조절수단이 제공되되, 상기 위치조절수단의 하단에 상기 타격형 스케일 제거수단이 설치되어 함께 승강토록 하는 것으로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 타격형 스케일 제거수단은 크랭크부재에 의해 고온소재에 물리적 충격을 인가하는 것으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 크랭크부재는 하우징과 상기 하우징의 내부에 위치하고 회전토록 제공되는 크랭크축과 상기 크랭크축과 커넥팅 로드에 의해 연결되어 상기 크랭크축의 회전에 따라 승강토록 제공되는 헤드 및 상기 크랭크축을 회전토록 제공되는 동력수단을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 헤드는 슬라브에 물리적 충격을 가하도록 제공되는 타격블럭 및 상기 타격블럭과 상기 커넥팅 로드에 설치되는 연결블럭간에 연결되고 상기 타격블럭이 슬라브 접촉시에 받는 충격을 완화토록 제공되는 탄성체를 포함하여 구성될 수 있다.
더하여, 상기 장치프레임에 장착되고 상기 타격형 스케일 제거수단의 열화손상을 방지하기 위해 냉각수를 분사토록 제공되는 냉각수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 냉각수단은 상기 장치프레임에 설치되는 냉각수탱크 및 상기 타격형 스케일 제거수단의 슬라브 이동방향 전면에 설치되어 상기 냉각수탱크로부터 공급되는 냉각수를 분사하는 냉각수노즐를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명인 스케일 제거장치의 일 실시태양은 위와 같은 구성을 통하여, 고압수 분사장치 등의 기존 설비와 연계되어 사용됨으로써, 가열로에서 축출된 슬라브 등의 고온소재의 표면에 공기와의 산화로 형성된 스케일의 박리성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 스케일의 박리성이 향상됨에 따라 스케일 제거율이 상승하므로, 궁극적으로 제품의 표면결함을 억제할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도1 은 종래 고압수 분사장치를 통한 스케일 제거공정을 나타낸 개략도이다.
도2 는 본 발명의 실시예를 스케일 제거공정에 설치한 모습을 나타낸 측면개략도이다.
도3a 는 본 발명인 스케일 제거장치가 작동하기 위해 하강하는 모습을 나타낸 측면도이다.
도3b 는 본 발명인 스케일 제거장치가 작동하기 위해 하강하는 모습을 나타낸 정면도이다.
도4a 는 본 발명인 스케일 제거장치가 작동하는 모습을 나타낸 상태도이다.
도4b 는 본 발명인 스케일 제거장치가 작동하는 모습을 나타낸 정면도이다.
도5 는 본 발명의 타격형 스케일 제거수단의 작동상태를 나타낸 도면이다.
도6a 는 본 발명의 스케일 제거수단의 헤드가 슬라브에 충돌 전의 위치를 나타낸 상태도이다.
도6b 는 본 발명의 스케일 제거수단의 헤드가 슬라브에 충돌하는 순간을 나타낸 상태도이다.
도6c 는 본 발명의 스케일 제거수단의 인장스프링이 수축하면 충격을 완화하는 모습을 나타낸 상태도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시태양에 대하여 설명하도록 한다.
도2 는 본 발명의 실시예를 스케일 제거공정에 설치한 모습을 나타낸 측면개략도이고, 도3a 는 본 발명인 스케일 제거장치(10)가 작동하기 위해 하강하는 모습을 나타낸 측면도이며, 도3b 는 본 발명인 스케일 제거장치(10)가 작동하기 위해 하강하는 모습을 나태낸 정면도이고, 도4a 는 본 발명인 스케일 제거장치(10)가 작동하는 모습을 나타낸 상태도이며, 도4b 는 본 발명인 스케일 제거장치(10)가 작동하는 모습을 나타낸 정면도를 도시하고 있다.
도2 내지 도4b 를 참고하면, 본 발명인 스케일 제거장치(10)는 가열로에서 축출되어 열연압연공정으로 이동하기 전에 스케일을 제거하는 공정에 설치된다. 즉 고압수를 분사하여 슬라브 표면의 스케일을 제거하는 단계 전에 설치되고, 사전에 스케일에 물리적인 충격을 가하여 스케일의 박리성을 높이는 역할을 수행하게 된다.
여기서, 본 발명인 스케일 제거장치(10)는 장치프레임(20)과 장치프레임(20)에 승강 가능토록 장착되는 위치조절수단(30)과 상기 위치조절수단(30)에 장착되고 슬라브에 물리적 충격을 가하여 스케일을 제거토록 하는 타격형 스케일 제거수단(40) 및 상기 장치프레임(20)의 일단에 장착되고 상기 타격형 스케일 제거수단(40)의 열화손상을 방지하기 위해 냉각수를 분사하는 냉각수단(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로 상기 장치프레임(20)은 슬라브를 이동시키는 이송롤의 양측 외부로 형성된 한쌍의 지지빔(21)을 구비하고 있다. 상기 지지빔(21)은 지면에 대해 수직방향으로 세워지며, 상기 타격형 스케일 제거수단(40)이 상하이동 가능토록 충분한 높이를 형성한다. 상기 한쌍의 지지빔(21)의 상단에는 상부빔(22)이 설치되어 상기 한쌍의 지지빔(22)을 비틀리지 않도록 지지하는 역할을 한다.
상기 한쌍의 지지빔(22)이 서로 마주보는 방향, 즉 슬라브가 이동하게 되는 상기 한쌍의 지지빔(22)의 안쪽에서 높이를 이루는 측면에는 상기 위치조절수단(30)이 상하이동할 수 있도록 수직홈(23)이 형성될 수 있다.
상기 수직홈(23)의 내부에는 도시하지는 않았으나, 기어나 유압장치 등의 구동장치가 장착되어 있고, 상기 위치조절수단(30)은 상기 수직홈(23)에 연결되어 상기 구동장치에 의해 상하이동이 가능하게 된다. 상기 위치조절수단(30)은 본 발명의 실시예에서는 하우징 형태로 표현되어 있고, 상기 수직홈(23)을 통해 상기 구동장치와 연계되어 이동하게 된다.
그리고, 상기 장치프레임(20)의 상,하부빔(22,24)의 일측에는 상기 냉각수단(50)이 형성되어 있다. 구체적으로 외부로부터 공급된 냉각수를 저장할 수 있는 냉각수 탱크(52)가 상기 상부빔(22)의 하단 일측과 하부빔(24)의 상단 일측에 설치되고, 상기 냉각수 탱크(52)에 연결된 냉각수라인(51)이 상기 타격형 스케일 제거수단(40)의 하우징(41)의 전면에 설치되어 냉각수를 공급토록 한다.
여기서, 냉각수를 공급하는 냉각수라인(51)이 상기 타격형 스케일 제거수단(40)에 연결된 모습을 볼 수 있는데, 도시된 바에 따르면 냉각수가 상기 타격형 스케일 제거수단(40)의 하우징(41)의 슬라브 이동방향 전면에 위치한 냉각수노즐(53)로 공급되어 상기 하우징(41)의 하부를 이루는 가이드홀(42)의 전면부에서 슬라브의 분사되는 방식으로 구성되어 있다.
그리고 도3b 및 도4b 를 참고하면, 상기 스케일 제거수단(40)은 슬라브의 상하로 설치되어 위,아래에서 동시에 슬라브 표면의 스케일에 물리적인 타격을 하게 된다. 이에 따라 슬라브의 상하표면에 형성된 스케일에 충격을 가할 수 있게 되고, 다음 단계인 고압수 분사를 통해, 보다 원활히 스케일을 제거할 수 있게 되는 것이다.
다음으로, 도5 는 본 발명의 타격형 스케일 제거수단의 작동상태를 나타낸 도면를 도시하고 있다.
도5 를 참고하면, 상기 타격형 스케일 제거수단(40)은 하우징(41)과 상기 하우징(41)의 내부에 위치하고 회전토록 제공되는 크랭크축(43)과 상기 크랭크축(43)과 커넥팅 로드(46)에 의해 연결되어 상기 크랭크축(43)의 회전에 따라 승강토록 제공되는 헤드(47)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로 상기 하우징(41)은 직육면체의 형태로 이루어져 있으며, 직육면체에서 슬라브를 바라보는 방향의 일면에는 상기 헤드(47)가 이동할 수 있도록 가이드를 제공하는 가이드홀(42)이 형성되어 있다.
도5 에서는 상기 가이드홀(42)이 네 개로 형성되어 있는 모습을 볼 수 있으나, 상기 크랭크축(43)에 연결 가능한 범위내에서 헤드(47)의 개수에 따라 복수의 가이드홀(42)이 형성될 수 있으므로, 반드시 이에 한정될 것은 아니다.
그리고 상기 하우징(41)의 내부에는 크랭크축(43)이 형성되어 있는데, 상기 크랭크축(43)은 메인회전판(43a)과 상기 메인회전판(43a)의 중심에 연결되어 상기 메인회전판(43a)의 회전에 따라 함께 회전하는 샤프트(43c)와 상기 샤프트(43c)에 장착되어 회전토록 제공되는 크랭크암(43b)으로 구성되어 있다.
또한 상기 크랭크암(43b)의 회전에 따라 상하운동이 가능토록, 상기 커넥팅로드(46)가 크랭크핀(43d)에 의해 상기 크랭크암(43b)에 연결되어 있다. 그리고 상기 크랭크암(43b)과 연결된 반대편 일단에는 헤드(47)가 장착되어 있다.
여기서, 상기 헤드(47)는 슬라브에 물리적 충격을 가하도록 제공되는 타격블럭(47a) 및 상기 타격블럭(47a)과 커넥팅 로드(46)간에 연결되고 상기 타격블럭(47a)이 슬라브 접촉시에 받는 충격을 완화토록 제공되는 인장스프링 등의 탄성체(48)를 포함하여 구성될 수 있다.
자세하게는 상기 가이드홀(42)을 따라 이동할 수 있도록 원형의 연결블럭(47b)이 커넥팅로드(46)의 일단에 설치되고, 상기 연결블럭(47b)과 타격블럭(47a) 사이에는 상기 인장스프링 등의 탄성체(48)가 장착되어 상기 타격블럭(47a)이 슬라브 타격시 받는 충격을 완화하는 역할을 하게 된다. 상기 타격블럭(47a) 또한 원형의 형태를 이루고 있으나, 반드시 이에 한정될 것은 아니다. 상기 연결블럭(47b)이나 타격블럭(47a)은 사각형, 육각형 등의 다양한 형태로 표현될 수 있으며, 그에 따라 상기 가이드홀(42)의 형태도 결정될 수 있다.
이하에서는 위와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 의한 작동상태를 살펴 보기로 한다.
도3a 내지 도4b 를 참고하면, 가열로에서 축출된 슬라브가 공기와의 산화과정을 통해 표면에 형성된 스케일을 제거하기 위해, 상기 위치조절수단(30)을 구동하여 상기 타격형 스케일 제거수단(40)을 슬라브방향으로 이동시키게 된다. 이 때 타격형 스케일 제거수단(40)의 위치는 슬라브의 고온으로부터 보호될 수 있는 높이까지 하강할 것이며, 물리적 타격시 슬라브에 큰 영향없이 슬라브 표면의 스케일을 제거할 수 있는 수준까지로 제한 될 것이며, 이는 기 입력된 수치에 의해 제어부에서 결정하게 될 것이다.
상기 타격형 스케일 제거수단(40)이 슬라브 표면에 근접하게 되면, 상기 하우징(41)내의 크랭크축(43)이 모터 등의 동력수단(60)에 의해 구동하게 되고, 이에 따라 커넥팅 로드(46)와 연결된 상기 헤드(47)가 상하운동을 하게 된다. 여기서 상기 헤드(47)가 하강할 때 슬라브 표면에 물리적인 타격을 가하게 되고, 이에 따라 슬라브 표면에 형성되어 있는 스케일이 충격을 박아 박리성이 향상되는데, 즉 스케일이 깨지거나 금이 가는 등의 현상을 겪거나 외부로 제거되게 된다.
이 때 상기 헤드(47)에 의한 물리적인 타격과 함께 냉각수를 상기 가이드홀(42)의 전면부에서 분사하여 상기 헤드(47)가 고온의 슬라브에 직접 접촉됨으로써 받게 되는 열화손상을 방지할 수 있다.
즉, 슬라브와 함께 역시 고온을 형성하는 스케일을 냉각시키는 작용를 통해 어느 정도 딱딱해진 스케일에 물리적 타격을 줌으로써, 보다 용이하게 스케일을 제거하게 되거나 혹은 차후 고압수 분사과정에서 쉽게 제거될 수 있는 상태를 만들어 주게 된다.
도4a 및 도4b 에서는 냉각수가 분사되는 모습을 볼 수 있으며, 또한 상기 냉각수의 분사로 인해 냉각된 스케일이 상기 헤드(47)의 물리적인 타격으로 인해 제거되는 모습을 볼 수 있다.
다음으로 도6a 는 본 발명의 타격형 스케일 제거수단(40)의 헤드(47)가 슬라브에 충돌 전의 위치를 나타낸 상태도이고, 도6b 는 본 발명의 타격형 스케일 제거수단(40)의 헤드(47)가 슬라브에 충돌하는 순간을 나타낸 상태도이고, 도6c 는 본 발명의 타격형 스케일 제거수단(40)의 인장스프링(48)이 수축하면 충격을 완화하는 모습을 나타낸 상태도를 도시하고 있다.
도6a 내지 도6c 를 참고하면, 상기 인장스프링(48)의 작용을 살필 수 있는데, 구체적으로 최초 상기 크랭크암(43b)에서 상기 커넥팅로드(46)가 연결된 부분이 상기 샤프트(43c)의 상부에 위치하고 있다가, 상기 메인회전판(43a)이 회전함에 따라 상기 커넥팅로드(46)가 연결된 부분이 하부로 이동하면서 상기 커넥팅로드(46)에 연결된 상기 헤드(47)가 슬라브에 접촉하며 물리적 충격을 가하게 된다.
이 후 커넥팅로드(46)는 계속하여 회전하게 되고 상기 커넥팅로드(46)가 샤프트(43c) 하부로 이동했을 때는 슬라브에 과도한 충격을 주는 것을 방지하게 위해 상기 인장스프링(48)이 압축되면서 충격을 완화하게 된다. 도면상에는 슬라브 접촉시의 인장스프링(48)의 길이가 h1 이었으나, 슬라브에 과도한 충격을 주는 것을 방지하기 위해 h2 만큼 축소된 모습을 볼 수 있다.
여기서, 스케일을 제거하기 위해 슬라브에 가해지는 충격량은 상기 헤드(47)의 높이, 상기 크랭크축(43)의 회전속도, 상기 인장스프링(48)의 탄성계수 등을 조절하여 결정할 수 있다.
상기 헤드(47)의 높이는 상기 위치조절수단(30)의 높이를 제어함으로써, 조절이 가능하며, 상기 크랭크축(43)의 회전속도는 모터 등의 동력수단(60)에 의한 외력을 제어하여 조절이 가능하다.
그리고 인장스프링(48)의 탄성계수는 직접 인장스프링(48)을 교체하는 방식으로 충격량 조절이 가능할 것이다.
여기서, 상기 헤드(47)의 높이나 상기 크랭크축(43)의 회전속도는 별도의 제어부(70)를 더 포함하여 구성함으로써, 조절하는 방법도 고려할 수 있을 것이다.
참고로 필요한 충격량은 다음을 고려하여 결정한다. 철이 고온으로 가열되면 철 산화물이 생성되며, 이러한 철 산화물은 세 층으로 형성된다. 형성된 산화물층은 내부로부터 FeO, Fe3O4, Fe2O3 의 순서로 구성되며, 그 특성은 다음과 같다. FeO의 경우, 1000℃에서 스케일 두께 중 95% 이상을 차지하고 상대적으로 파괴강도가 낮으며, 기공이 많이 존재함으로 스케일의 물리적 균열에 의한 박리성 향상을 기대할 수 있다.

조성

명칭

색깔

열팽창계수비

산세성

파괴강도

FeO

Wustite

흑색

0.84(Fe-FeO)

O

0.4Kg/mm2

Fe3O4

Magnetite

흑색

0.7(Fe-Fe3O4)

X

4.0Kg/mm2

Fe2O3

Hematite

적색

0.94(Fe-Fe2O3)


1.0Kg/mm2
본 발명인 스케일 제거장치(10)는 압연이 시작하기 전(1000℃이상)에 산화층의 가장 하층부(모재와 가장 가까운 층)인 FeO를 효과적으로 파쇄하기 위하여 파괴강도 0.4Kg/mm2 이상의 물리적 충격을 가하는 데 있다.
상기와 같은 충격을 가하기 위해서, 상기 헤드(47)의 높이는 상기 높이조절수단(30)을 통해 적절한 위치를 결정할 수 있는데, 슬라브에 근접할수록 강한 충격량을 유도하게 될 것이다. 또한 상기 크랭크축(43)의 회전속도를 높임으로써, 보다 많은 타격을 스케일에 부여하게 되므로 그에 따라 충격량이 증가되는 결과를 유발할 수 있다.
더하여 상기 인장스프링(48)의 탄성계수를 강화한다면, 상기 헤드(47)의 타격블럭(47a)이 슬라브에 접촉하였을 때 압축되는 정도가 적어지게 되어 충격량을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 위와 같은 구성을 통하여 슬라브의 표면에 공기와의 산화로 형성된 스케일에 관한 제거율을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.
이상의 사항은 스케일 제거장치(10)의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다. 따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
10...스케일 제거장치 20...장치프레임
21...지지빔 22...상부빔
23...수직홈 30...위치조절수단
31...수평홈 40...타격형 스케일제거수단
41...하우징 42...헤드실린더
43...크랭크축 46...커넥팅로드
48...탄성체 50...냉각수단
51...냉각수라인 52...냉각탱크
53...냉각수 노즐

Claims (6)

  1. 고온소재의 진행경로상에 제공되는 장치프레임(20); 및
    상기 장치프레임(20)를 통과하는 고온소재에 크랭크 회전방식을 통한 물리적 충격을 인가하여 스케일을 제거토록 제공되는 타격형 스케일 제거수단(40);
    을 포함하여 구성되며,
    상기 타격형 스케일 제거수단(40)은 하우징(41); 과
    상기 하우징(41)의 내부에 위치하고 회전토록 제공되는 크랭크축(43); 과
    상기 크랭크축(43)과 커넥팅 로드(46)에 의해 연결되어 상기 크랭크축(43)의 회전에 따라 승강토록 제공되는 헤드(47); 및
    상기 크랭크축을 회전토록 제공되는 동력수단(60);
    을 포함하여 구성되고,
    상기 헤드(47)는 슬라브에 물리적 충격을 가하도록 제공되는 타격블럭(47a); 및
    상기 타격블럭(47a)과 상기 커넥팅 로드(46)에 설치되는 연결블럭(47b)간에 연결되고 상기 타격블럭(47a)이 슬라브 접촉시에 받는 충격을 완화토록 제공되는 탄성체(48);
    를 포함하여 구성되는 스케일 제거장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 장치프레임(20)에 승강토록 장착되는 위치조절수단(30)이 제공되되, 상기 위치조절수단(30)의 하단에 상기 타격형 스케일 제거수단(40)이 설치되어 함께 승강토록 하는 것을 특징으로 하는 스케일 제거장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장치프레임(20)에 장착되고 상기 타격형 스케일 제거수단(40)의 열화손상을 방지하기 위해 냉각수를 분사토록 제공되는 냉각수단(50)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스케일 제거장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉각수단(50)은 상기 장치프레임(20)에 설치되는 냉각수탱크(52); 및
    상기 타격형 스케일 제거수단(40)의 슬라브 이동방향 전면에 설치되어 상기 냉각수탱크(52)로부터 공급되는 냉각수를 분사하는 냉각수노즐(53);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스케일 제거장치.
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