KR102651347B1 - 금속 제련 설비의 이산화탄소 처리장치 - Google Patents
금속 제련 설비의 이산화탄소 처리장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 의하면, 금속 제련 설비의 이산화탄소 처리장치는, 전기로에서 발생한 연소가스가 흐르는 메인덕트; 상기 연소가스에 포함된 분진을 필터링하는 집진블럭; 상기 집진블럭을 통과한 상기 연소가스를 산화하여 이산화탄소로 전환가능한 반응블럭; 그리고 상기 반응블럭을 통과한 상기 연소가스를 산소로 전환가능한 산소챔버유닛을 포함하되, 상기 산소챔버유닛은, 상기 메인덕트를 통해 상기 연소가스가 유입가능한 유입구가 하부 일측에 형성되고, 상기 산소가 유출가능한 유출구가 상부에 형성되는 메인챔버; 그리고 상기 메인챔버의 내부공간에 설치되어, 상기 연소가스에 포함된 이산화탄소를 이용하여 광합성을 하는 광합성생물을 포함한다.
Description
본 발명은 금속 제련 설비에서 이산화탄소를 처리하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이산화탄소를 산소로 전환하여 배출가능한 이산화탄소 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기로는 고압, 고전류의 전기 아크열을 이용하여 철과 같은 금속을 녹여 쇳물을 제조하게 된다.
이와 같은 전기로는 내부온도가 고온으로 되어야 노 내부의 재료가 완전하게 용융되어 원하는 대로 제련할 수 있다. 이에 전기로 내부의 온도는 통상 1000℃ 이상의 고온이다.
이와 같이 전기로에서 금속을 용융할 때 연소가스가 발생되며 발생된 연소가스는 분진과 가스를 포함하므로, 전기로에서 배출되는 연소가스에서 가스와 분진을 걸러내어야 할 것이다. 또한 연소가스를 그대로 배출하게 되면 다량의 유해물질이 함께 배출되기 때문에 반드시 집진기를 이용하여 분진은 필터링하고 정화된 공기만 배출하여야 한다.
집진기의 필터는 대부분 부직포 또는 폴리에스테르와 같은 섬유질로, 전기로의 온도가 1000℃ 이상의 고온인 연소가스가 집진기로 바로 유입되면 집진기의 필터가 손상되므로, 고온의 연소가스가 냉각되어 집진기로 유입되도록 하고 있다.
본 발명의 목적은 금속 제련 설비에서 발생한 연소가스에 포함되는 이산화탄소를 효율적으로 처리할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 금속 제련 설비의 이산화탄소 처리장치는, 전기로에서 발생한 연소가스가 흐르는 메인덕트; 상기 연소가스에 포함된 분진을 필터링하는 집진블럭; 상기 집진블럭을 통과한 상기 연소가스를 산화하여 이산화탄소로 전환가능한 반응블럭; 그리고 상기 반응블럭을 통과한 상기 연소가스를 산소로 전환가능한 산소챔버유닛을 포함하되, 상기 산소챔버유닛은, 상기 메인덕트를 통해 상기 연소가스가 유입가능한 유입구가 하부 일측에 형성되고, 상기 산소가 유출가능한 유출구가 상부에 형성되는 메인챔버; 그리고 상기 메인챔버의 내부공간에 설치되어, 상기 연소가스에 포함된 이산화탄소를 이용하여 광합성을 하는 광합성생물을 포함한다.
상기 산소챔버유닛은, 상기 메인챔버의 내부공간의 하부에 설치되어 상기 내부공간의 하부를 중앙영역과 가장자리영역으로 구획하는 내측격벽; 그리고 상기 내측격벽의 상부에 설치되어 상기 가장자리영역을 상기 내부공간의 상부로부터 구획하며, 복수의 상기 광합성생물이 각각 설치되는 복수의 포트를 가지는 상측격벽을 더 포함하며, 상기 유입구는 상기 가장자리영역과 연통할 수 있다.
상기 산소챔버유닛은, 상기 가장자리영역에 서로 이격되도록 설치되어 상기 가장자리영역을 복수의 이동공간들로 구획하며, 하나 이상의 통기홀을 가지는 복수의 내부격벽들을 더 포함하며, 상기 이동공간들은 상기 포트와 연통되어 상기 광합성생물이 설치되는 산소발생공간과 흡착재가 채워지는 흡착공간이 교대로 배치될 수 있다.
상기 이산화탄소 처리장치는, 상기 산소발생공간에 채워져 상기 광합성생물에 수분을 제공하는 물; 상기 포트에 설치되어 상기 광합성생물을 수용하는 화분; 상기 물 속에 잠긴 상태로 상기 산소발생공간에 채워지는 일라이트; 상기 통기홀에 설치되어 상기 연소가스의 이동을 안내하는 환기팬; 그리고 상기 유출구에 설치되는 배기팬을 더 포함할 수 있다.
상기 산소챔버유닛은, 상기 광합성생물을 통과한 상기 연소가스의 이산화탄소 농도를 감지하는 농도감지센서; 상기 유출구에 설치되는 배기팬; 그리고 상기 농도감지센서 및 상기 배기팬에 전기적으로 연결되어 상기 이산화탄소 농도가 기준값 이상이면 상기 배기팬의 속도를 감소시키고 상기 이산화탄소 농도가 기준값 미만이면 상기 배기팬의 속도를 증가시키는 제어기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 금속 제련 설비에서 발생한 연소가스에 포함되는 이산화탄소를 효율적으로 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 제련장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시한 산소챔버를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시한 산소챔버를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 제련장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 전기로(100)는 철과 같은 금속재료를 아크열로 용융시키고, 연소기(110)는 전기로(100)에서 배출된 연소가스 중 불완전 연소된 성분을 다시 연소시키고, 냉각기(120)는 연소기(110)와 이어져 연소가스를 물과 공기로 냉각시킨다.
제강공간(10)은 전기로(100)와 연소기(110) 등이 설치되어 제강작업을 수행하는 곳으로, 제강공간(10)에서 발생하는 각종 분진이 포함된 연소가스는 캐노피(canopy)에 설치된 메인덕트(101)를 통해 배출된다.
전기로(100)와 연소기(110)는 노덕트(105)로 연결되며, 연소기(110)와 냉각기(120)도 고온덕트(115)로 연결된다. 냉각기에서 배출된 연소가스는 메인덕트(101)와 연결된 냉각덕트(125)를 통해 배출된다. 보조팬(130)은 냉각기(120)로부터 메인덕트(101)로 배출되는 연소가스의 흐름을 조절한다.
전기로(100)에서는 강력한 세기의 전기를 이용하여 금속재료를 용융시키기 때문에 많은 분진이 연소가스와 함께 발생되며, 제강공간(10)에서도 상당한 양의 분진이 잔존하게 되고, 이러한 분진을 제거해야만 작업자가 안전하게 제강작업을 할 수 있다. 전기로(100)에서 발생하는 연소가스 내에는 상당히 유용한 성분들이 다량 포함되어 있기 때문에 이러한 분진을 걸러서 이용하는 것이 바람직하다. 따라서, 제강공간(10)에서 발생되는 분진과 함께 전기로(100)에서 배출되는 연소가스 내의 유용한 물질들도 함께 걸러낼 필요가 있으며, 집진블럭이 냉각기(120)와 제강공간(10)에서 메인덕트(101)를 통해 유입된 연소가스의 분진을 필터링하고 정화된 공기를 배출한다.
통상적으로 제강공간(10)은 작업자가 작업을 하는 공간이기 때문에 분진이 포함된 공기의 온도가 그렇게 높지 않아 메인덕트(101)를 통해 집진블럭에서 바로 걸러내도 무방하다. 하지만 전기로(100)와 연소기(110)에서 직접 배출되는 연소가스는 금속을 용융시키는 정도의 고온이기 때문에 이를 냉각시키지 않고 배출시킨다면 배관과 집진블럭의 필터 등의 부재를 손상시킬 수 있다.
이에 따라, 전기로(100)와 연소기(110)의 후단에 냉각기(120)가 설치되며, 연소가스는 냉각기(120)에서 온도가 낮춰진 상태에서 메인덕트(101)를 통해 집진블럭으로 유입된다.
냉각기(120)는 내부의 연소가스로 냉수를 분무하며, 이때 물이 기화하면서 연소가스의 열에너지를 흡수하여 연소가스를 냉각시킨다. 물은 액체상태일 때에는 100℃ 이하에서 존재하나, 냉각기(120)로 유입되는 연소가스는 대략 600℃ 내지 1,000℃ 정도의 고온으로 유입되기 때문에, 분무되는 액체상태의 물은 연소가스의 열을 흡수하면서 100℃가 넘어서서 기화되는 과정을 거친다. 이러한 과정 중에 물은 가열되나 연소가스는 짧은 시간에 저온으로 냉각된다. 이와 같은 연소가스의 온도는 전기로(100)에서의 제강 조건에 따라 변화될 수 있는 것으로, 재료의 양, 연속 제강시간, 전기로 내부의 온도 등에 따라 변화될 수 있다.
집진블럭은 연소가스 중에 포함된 분진을 필터링하여 포집하는 필터(음영으로 표시함)를 포함하며, 필터는 부직포나 폴리에스테르와 같은 재질로 이루어진다. 이에 따라 필터는 연소가스 중에 포함된 분진은 필터링하나 공기와 가스는 외부로 배출시킨다. 여기서, 집진블럭으로 유입되는 배출가스의 온도가 너무 높으면 필터가 손상되므로 유입된 연소가스의 온도는 필터의 허용 한계온도보다 낮은 것이 좋다. 하지만 연소가스의 냉각온도가 너무 낮으면 연소가스 내에의 기화되었던 물이 액체상태로 변하고, 이는 결국 일부 수증기가 필터에 걸러지게 된다는 것을 의미한다. 이와 같이 액상의 물이 분진과 함께 필터에 붙게 되면 필터의 성능이 저하될 뿐만 아니라 분진 및 수분에 의하여 필터 및 집진블럭 부재들이 부식되는 등의 부차적인 문제도 발생할 수 있다.
따라서, 냉각기(120)에서 메인덕트(101)를 통해 집진블럭으로 유입되는 연소가스의 온도는 100℃ 이상으로 유지되되 필터가 손상되지 않는 온도 범위인 것이 좋다. 폴리에스테르 등과 같은 필터의 경우 대략 130℃ 이상에서는 손상될 수 있으므로 집진블럭으로 유입되는 연소가스는 100℃ 내지 130℃ 범위인 것이 바람직하다.
반응블럭은 집진블럭을 통과한 연소가스가 흐르는 내부공간을 가지며, 하나 이상의 흡착스크린과 하나 이상의 산화스크린이 내부공간에 설치되어 연소가스의 이동방향과 수직하도록 이격배치된다. 흡착스크린은 일라이트 재질이며, 다수의 통과홀을 가진다. 일라이트(illite)는 천연점토 광물질로서 다공성 운모 미네랄로 정의되며, 얇은 판상(sheet)의 구조로 유연성(flexible)과 탄성(elastic)을 가지고 있어 흡착성이 다른 광물에 비해 뛰어난 특성을 가진다. 구체적으로, 연소가스는 흡착스크린을 통과하며, 이 과정에서 흡착스크린은 연소가스 중 인체에 유해한 유독가스를 흡착하고 탈취한다.
또한, 산화스크린은 백금(Pt), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd)과 같은 산화촉매제가 표면에 코팅되며, 다수의 통과홀을 가진다. 산화스크린은 연소가스에 포함된 유해가스(예를 들어, CO, HC)를 산화하여 CO2 또는 H2O로 전환한다. 구체적으로, 연소가스는 산화스크린을 통과하며, 이 과정에서 산화스크린은 유해가스를 산화하여 CO2 또는 H2O로 전환한다.
한편, 앞서 설명한 산화과정은 약 200~400℃에서 이루어지나, 앞서 설명한 바와 같이, 집진블럭으로 유입되는 연소가스는 냉각기(120)를 통과하면서 100℃ 내지 130℃를 유지한다. 따라서, 연소가스의 원활한 산화를 위해 연소가스를 가열할 필요가 있으며, 도 2에 도시한 바와 같이, 히터가 집진블럭과 반응블럭 사이에 설치되어 반응블럭에 유입되기 전 연소가스를 산화에 적합한 온도로 가열할 수 있다.
이후, 반응블럭을 통해 정화된 연소가스는 산화과정에서 이산화탄소가 발생하며, 이산화탄소가 대기 중에 무방비로 방출될 경우 대기오염의 원인이 되는 등 환경오염의 이슈가 될 수 있으므로, 이산화탄소에 대한 별도의 처리과정이 필요하다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시한 산소챔버를 개략적으로 나타내는 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이, 반응블럭을 통과한 연소가스는 이산화탄소를 포함하며, 산소챔버(또는 산소챔버유닛)로 이동하여 이산화탄소를 산소로 전환하는 처리과정을 거칠 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 산소챔버유닛은 메인챔버(12) 및 메인챔버(12)의 내부공간에 제공된 광합성생물(P)을 포함한다. 메인챔버(12)는 원형돔 형상을 가지고 내부공간을 외부로부터 격리하며, 하부 일측에 형성된 유입구(13)를 가지고 메인덕트(101)의 일부(또는 메인덕트(101)에 연결된 별도의 공급덕트)(14)가 유입구(13)에 접속된다. 반응블럭을 통과한 연소가스는 덕트(14) 내부를 흘러 유입구(13)를 통해 메인챔버(12)의 내부공간으로 이동할 수 있다.
광합성생물(P)은 내부공간의 가장자리영역을 따라 제공되며, 메인챔버(12)의 내부공간으로 이동한 연소가스 중 이산화탄소를 산소로 전환할 수 있다. 즉, 광합성생물(P)은 이산화탄소를 이용하여 광합성을 하며, 광합성을 통해 이산화탄소로부터 산소를 생산할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 내측격벽(15)은 메인챔버(12)의 단면과 대체로 나란하도록 동심을 가지는 링 형상일 수 있으며, 내측격벽(15)을 통해 내부공간은 중앙영역과 가장자리영역으로 구획될 수 있다. 앞서 설명한 유입구(13)는 가장자리영역과 연통하며, 연소가스는 유입구(13)를 통해 가장자리영역으로 유입될 수 있다.
상측격벽(17)은 내측격벽(15)의 상부에 설치되어 가장자리영역을 내부공간의 상부로부터 구획하며, 광합성생물(P)이 상측격벽(17)에 설치될 수 있다. 즉, 상측격벽(17)은 상하로 관통된 포트(18)를 가지며, 광합성생물(P)이 포트(18) 상에 실장된다. 구체적으로, 광합성생물(P)이 광합성식물인 경우, 광합성식물은 화분에 심어진 상태로 화분이 포트(18) 상에 설치될 수 있다.
내부격벽들(16)은 가장자리영역에 서로 이격되도록 설치되며, 가장자리영역을 복수의 이동공간들로 구획한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 내부격벽들(16)은 상단부에 형성된 복수의 통기홀들(16a)을 가지며, 연소가스는 통기홀들(16a)을 통해 하나의 이동공간에서 다른 이동공간으로 이동할 수 있다. 팬은 통기홀(16a)에 설치되어 연소가스의 흐름을 가속할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 이동공간들은 산소발생공간과 흡착공간으로 구분되며, 산소발생공간과 흡착공간은 메인챔버(12)의 가장자리영역을 따라 교대로 배치된다. 먼저, 산소발생공간은 포트(18)와 연통되어 광합성생물(P)이 배치되는 공간이며, 물(W)과 일라이트(S)가 채워진다. 흡착공간은 흡착재(T)가 채워진다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참고하여 이산화탄소를 처리하는 과정을 구체적으로 설명하기로 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 반응블럭을 통과한 연소가스는 이산화탄소를 포함하며, 덕트(14) 내부를 흘러 유입구(13)를 통해 메인챔버(12)의 내부공간으로 이동한다. 이때, 유입구(13)는 메인챔버(12)의 가장자리 영역과 연통하므로, 연소가스는 유입구(13)를 통해 가장자리영역으로 유입되어 흡착공간과 산소발생공간을 교대로 통과한다.
연소가스는 흡착공간 내에서 흡착재(T)(예를 들어, 숯과 같은)를 통과하면서 유해물질 등이 흡착될 수 있으며, 산소발생공간을 통과하면서 연소가스에 포함된 이산화탄소는 포트(18)를 통해 상부로 이동하는 등의 방법으로 광합성생물(P)에 제공되고 광합성생물(P)의 광합성을 통해 이산화탄소는 산소로 전환될 수 있다.
광합성생물(P)이 광합성식물인 경우, 광합성식물은 화분에 심어진 상태로 화분이 포트(18) 상에 설치될 수 있으며, 광합성식물의 뿌리는 산소발생공간에 채워진 물(W)을 통해 수분을 흡수할 수 있다. 또한, 일라이트(S)는 물(W)에 침지된 상태에서 용존산소를 발산하여 광합성식물의 광합성을 가속할 수 있다.
결론적으로, 연소가스는 흡착재(T) 및 광합성생물(P)을 통해 처리되며, 연소가스 중 이산화탄소는 광합성생물(P)을 통해 산소로 전환될 수 있다. 이와 같이 처리된 연소가스는 메인챔버(12)의 상부에 형성된 유출구(11)를 향해 이동하여 유출구(11)를 통해 메인챔버(12)의 외부로 배출될 수 있다. 배기팬(11a)은 유출구(11)에 설치되어 연소가스의 배출을 가속할 수 있다.
한편, 메인챔버(12)의 내부에 이산화탄소 농도감지센서가 설치되어 이산화탄소의 농도를 감지할 수 있으며, 제어기는 이산화탄소의 농도가 기설정된 기준값 이상인 경우 배기팬(11a)의 속도를 낮춰 연소가스의 흐름을 늦춤으로써 광합성을 위한 충분한 시간을 제공할 수 있으며, 이산화탄소의 농도가 기설정된 기준값 미만인 경우 배기팬(11a)의 속도를 높여 연소가스의 흐름을 가속함으로써 연소가스를 빠르게 배출할 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
Claims (5)
- 전기로에서 발생한 연소가스가 흐르는 메인덕트;
상기 연소가스에 포함된 분진을 필터링하는 집진블럭;
상기 집진블럭을 통과한 상기 연소가스를 산화하여 이산화탄소로 전환가능한 반응블럭; 및
상기 반응블럭을 통과한 상기 연소가스를 산소로 전환가능한 산소챔버유닛을 포함하되,
상기 산소챔버유닛은,
상기 메인덕트를 통해 상기 연소가스가 유입가능한 유입구가 하부 일측에 형성되고, 상기 산소가 유출가능한 유출구가 상부에 형성되는 메인챔버;
상기 메인챔버의 내부공간에 설치되어, 상기 연소가스에 포함된 이산화탄소를 이용하여 광합성을 하는 광합성생물;
상기 메인챔버의 내부공간의 하부에 설치되어 상기 내부공간의 하부를 중앙영역과 가장자리영역으로 구획하는 내측격벽;
상기 내측격벽의 상부에 설치되어 상기 가장자리영역을 상기 내부공간의 상부로부터 구획하며, 복수의 상기 광합성생물이 각각 설치되는 복수의 포트를 가지는 상측격벽; 및
상기 가장자리영역에 서로 이격되도록 설치되어 상기 가장자리영역을 복수의 이동공간들로 구획하며, 하나 이상의 통기홀을 가지는 복수의 내부격벽들을 포함하며,
상기 유입구는 상기 가장자리영역과 연통하고,
상기 이동공간들은 상기 포트와 연통되어 상기 광합성생물이 설치되는 산소발생공간과 흡착재가 채워지는 흡착공간이 교대로 배치되는, 금속 제련 설비의 이산화탄소 처리장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 이산화탄소 처리장치는,
상기 산소발생공간에 채워져 상기 광합성생물에 수분을 제공하는 물;
상기 포트에 설치되어 상기 광합성생물을 수용하는 화분;
상기 물 속에 잠긴 상태로 상기 산소발생공간에 채워지는 일라이트;
상기 통기홀에 설치되어 상기 연소가스의 이동을 안내하는 환기팬; 및
상기 유출구에 설치되는 배기팬을 더 포함하는, 금속 제련 설비의 이산화탄소 처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 산소챔버유닛은,
상기 광합성생물을 통과한 상기 연소가스의 이산화탄소 농도를 감지하는 농도감지센서;
상기 유출구에 설치되는 배기팬; 및
상기 농도감지센서 및 상기 배기팬에 전기적으로 연결되어 상기 이산화탄소 농도가 기준값 이상이면 상기 배기팬의 속도를 감소시키고 상기 이산화탄소 농도가 기준값 미만이면 상기 배기팬의 속도를 증가시키는 제어기를 더 포함하는, 금속 제련 설비의 이산화탄소 처리장치.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230067892A KR102651347B1 (ko) | 2023-05-25 | 2023-05-25 | 금속 제련 설비의 이산화탄소 처리장치 |
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| KR1020230067892A KR102651347B1 (ko) | 2023-05-25 | 2023-05-25 | 금속 제련 설비의 이산화탄소 처리장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102651347B1 true KR102651347B1 (ko) | 2024-03-25 |
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ID=90473639
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Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR102651347B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US20110121087A1 (en) | 2009-11-20 | 2011-05-26 | Airfixture Llc | Under-floor trough with heating element |
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| KR102114819B1 (ko) * | 2020-04-21 | 2020-05-25 | 김재하 | 금속 제련장치 |
-
2023
- 2023-05-25 KR KR1020230067892A patent/KR102651347B1/ko active IP Right Grant
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