KR20000042055A - 용융아연도금욕의 잉고트 자동투입방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 작업소재의 제품별, 주문도금량, 강판칫수, 주문단중 등 소재코일별 복잡한 작업단위특성을 수식모델에 의해 사전 모니터링하고, 아연과 알루미늄 소모량을 자동으로 예측하여 투입할 잉고트 종류를 온라인으로 작업지시하고, 적정투입시점에 잉고트투입장치에 신호를 보냄으로서 작업자 개입없이 잉고트를 자동투입할 수 있도록 하는 용융아연도금욕의 잉고트 자동투입방법에 관한 것이다.
본 발명은 작업자에 의해 준비된 잉고트를 도금욕에 투입하는 잉고트투입장치를 제어하여 용융아연도금욕에 잉고트를 자동으로 투입하는 용융아연도금욕의 잉고트 자동투입방법에 있어서, 작업지시단위, 작업모드, 도금욕높이, 알루미늄성분 및 강종, 칫수, 라인속도를 나타내는 소재정보로부터 매스 프로우 발란스에 근거한 예측식에 의하여 소재의 단위면적별 잉고트 및 알루미늄 소모량에 따른 최적의 잉고트를 선정하고, 도금욕내 높이를 일정하게 유지하기 위한 도금 및 드로스에 의해 소모되는 잉고트량이 잉고트 한개 중량과 같아지는 시점을 잉고트 투입시점으로 설정하여 잉고트투입 작업지시를 내리는 작업지시제어과정과, 잉고트투입 작업지시가 있으면, 현재 작업소재의 라인속도를 트래킹하여 단위면적당 잉고트의 총소모량을 계산하고, 기준값이상이 소모되었을 때 잉고트투입장치에 투입신호를 인가하는 잉고트투입제어과정으로 이루어진다.

Description

용융 아연 도금욕의 잉고트 자동투입 방법
본 발명은 도금욕에 아연 잉고트(INCOT)를 투입하고 용융시켜 강판표면에 용융상태의 아연을 도금하여 아연도금강판 및 합금화 아연도금강판을 생산하는 연속라인에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도금욕내 주요 원소인 알루미늄 성분을 생산제품에 따라서 일정하게 유지관리하거나 신속변환관리할 수 있도록 아연 잉고트를 자동으로 투입할 수 있는 용융아연 도금욕의 잉고트 자동투입방법에 관한 것이다.
도금공정에 있어서, 알루미늄은 제품 표면품질 및 도금밀착성 확보를 위해 용융아연도금욕에 첨가되는 주요원소로 그 함량은 생산하고자 하는 도금특성에 따라 다양하게 결정된다. 그리고, 도금욕내 첨가된 알루미늄은 아연에 비해 산소친화력이 크기 때문에, 알루미늄의 산화물인 산화알루미늄(Al2O3)이 아연도금 표층에 연속적으로 형성되어, 아연과 산소의 원자가 확산되는 것을 방지하는 장애물 역할을 한다.
또한, 알루미늄은 철에 대해 반응성이 크기 때문에, 소지철과 아연의 계면에서 취성이 강한 아연-철 합금층의 생성 및 발달을 억제하며, 철-알루미늄-아연의 삼원합금계를 형성한다. 따라서, 일반적으로, 도금욕중 알루미늄 농도가 높으면 유효알루미늄 농도 및 도금층중 알루미늄 농도가 높아진다. 즉, 소지철과 아연계면에 형성되는 도금합금층 중의 알루미늄 농도가 높게된다.
이러한 특성 이외에도 알루미늄은, 도금욕중의 싱크롤(SINK ROLL) 구동성을 향상시키며 비중이 높은 하부 드로스(DROSS)를 상부 드로스로 변화부상시켜 쉽게 제거할 수 있게 해준다.
그러나, 도금욕중의 알루미늄 농도가 과잉되면, 도금층에 알루미늄 함량이 높게 되어 흐름무늬와 같은 도금결함을 유발하고, 용접성등을 악화시키기 때문에, 알루미늄 농도를 제한하는 관리가 필요하다.
그리고, 도금욕내 알루미늄 적정량은 수요가 요구제품, 주문도금량, 강판 칫수, 주문단중 에 따라서 변화되기 때문에, 알루미늄을 일정하게 유지관리하거나, 제품변환에 따른 신속변환관리를 위해 종래에는, 알루미늄 함량이 서로 다른 여러종류의 잉고트를 사용하고, 잉고트 종류별 적정 투입비 기준을 설정하여 소재에 대한 전산정보 및 투입기준을 근거로 작업자의 판단 하에 소정량의 잉고트를 투입하며, 주기적인 도금욕 농도분석을 통해 도금욕내 알루미늄의 농도를 파악하여 조정작업을 실시하였다.
예를 들어, 아연도금강판(GI)에서 합금화아연도금강판(GA)으로 생산제품을 변경할때에는 합금화아연도금강판의 적정 도금욕 기준으로 조정하기 위해, 도금욕내 알루미늄의 하향작업을 실시하고, 합금화아연도금강판(GA)에서 아연도금강판(GI)으로 변경시 알루미늄 상향작업을 실시한다.
그렇기 때문에, 이러한 종래기술로는 작업소재의 주문도금량, 강판칫수, 주문단중 등 소재코일별 복잡한 변화에 대한 미세관리가 어려우며, 공정분석에는 최소 4시간 정도가 소요되어, 도금욕내 알루미늄농도의 관리범위 초과시 조정작업 지연으로 인하여 불량발생 가능성이 높아지고, 무엇보다도 작업자의 경험과 판단에 의존해야 하므로, 작업자 판단오류에 의한 문제점 내재 및 잉고트 투입장치의 자동투입기능 미활용(현재 일정주기별 자동투입방식으로 작업단위특성이 고려되지 않아 미사용중임)등의 문제점이 있다.
따라서, 본 고안은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 작업소재의 제품별, 주문도금량, 강판칫수, 주문단중 등 소재코일별 복잡한 작업단위특성을 수식모델에 의해 사전 모니터링하고, 아연과 알루미늄 농도를 자동으로 예측하여 투입할 잉고트 종류를 온라인으로 작업지시하고, 적정투입시점에 잉고트투입장치에 신호를 보냄으로서 작업자 개입없이 잉고트를 자동투입하여 용융도금욕내 알루미늄을 일정하게 관리하여 용융도금제품을 생산할 수 있는 용융아연도금욕의 잉고트 자동투입방법을 제공하는 것이다.
도 1은 작업모드별 도금 및 드로스에 의한 잉고트 소모량을 예측하는 기본예측식을 보인 개략도이다.
도 2는 주문도금량별 알루미늄부착량을 보이는 그래프이다.
도 3은 도금욕내에서의 소재처리량별 아연농도제어를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 의하여 비지네스컴퓨터에서 이루어지는 작업지시흐름을 보이는 플로우챠트이다.
도 5는 본 발명에 의하여 잉고트 자동투입 제어장치에서 이루어지는 자동투입제어흐름을 보이는 플로우챠트이다.
도 6은 본 발명에 따라서 작업단위간 인터페이스를 보이는 블록도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
601 : 작업자
602 : 비지네스컴퓨터
603 : 잉고트 자동투입 제어장치
604 : 잉고트 투입장치
605 : 도금욕
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서, 본 발명은 작업자에 의해 준비된 잉고트를 도금욕에 투입하는 잉고트투입장치를 제어하여 용융아연도금욕에 잉고트를 자동으로 투입하는 용융아연도금욕의 잉고트 자동투입방법에 있어서,
작업지시단위, 작업모드, 도금욕높이, 알루미늄성분 및 강종, 칫수, 라인속도를 나타내는 소재정보로부터 매스 프로우 발란스에 근거한 예측식에 의하여 소재의 단위면적별 잉고트 및 알루미늄 농도를 예측하여 최적의 잉고트를 선정하고, 도금욕내 높이를 일정하게 유지되도록 도금 및 드로스에 의해 소모되는 잉고트량이 잉고트 한개 중량과 같아지는 시점을 잉고트 투입시점으로 설정하여 잉고트투입 작업지시를 내리는 작업지시제어과정과,
잉고트투입 작업지시가 있으면, 현재 작업소재의 라인속도를 트래킹하여 단위면적당 잉고트 총 소모량을 계산하고, 기준값이상이 소모되었을 때 잉고트투입장치에 투입신호를 인가하는 잉고트투입제어과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 자동투입방법에서 잉고트 소모량과 알루미늄 소모량을 예측하는데 이용되는 기본식을 보이는 개략도로서, 잉고트 소모량 및 알루미늄 소모량 예측식은, 작업 모드별 도금 및 드로스에 의한 잉고트 소모량과, 알루미늄 소모량은, 즉, 도금에 의해 부착되어 나가는 잉고트(아연) 및 알루미늄 소모량과, 드로스로 빠져나가는 잉고트(아연) 및 알루미늄 소모량의 합은, 투입되는 잉고트(아연) 및 알루미늄과 같다는 매스 프로우 발란스(mass flow balance)에 근거한다.
상기에서, 도금에 의해 부착되어 나가는 잉고트(아연)량은 주문도금량 이상이며, 이는 주문도금량별 평균 부착량 실적으로 선정된다. 그리고, 도금부착 및 드로스에 의한 알루미늄 소모량은 작업모드별 실적 분석결과 도금욕내 알루미늄 성분이 높을 수록 비례하여 높아지며 또한 부착도금량이 많을 수록 비례하여 증가한다. 그리고, 드로스 발생량은 동일 시간내 도금욕을 통과하는 소재길이에 비례하여 증가한다. 즉, 동일 중량의 경우, 소재의 두께와 폭이 작을 수록 드로스 발생량은 증가한다.
도 2는 도금욕내에서 주문도금량별 부착되는 알루미늄량을 보이는 그래프로서, 주문도금량에 따라 알루미늄의 증가 기울기가 약 0.0015 정도임을 알 수 있다. 여기에서, 주문도금량이 증가하는 것에 비하여, 알루미늄량은 거의 일정하게 부착된다는 것을 알 수 있고, 도금부착량이 높을 수록 알루미늄 함량이 낮은 잉고트를, 도금부착량이 낮을 수록 알루미늄 함량이 높은 잉고트를 투입하여야만, 도금욕내 알루미늄 농도를 일정하게 관리할 수 가 있음을 나타낸다.
도 3은 도금욕내에서의 소재처리량별 아연농도제어를 보이는 것으로, 상기 도 1에 보인 바와 같은, 예측식에 근거하여 소재특성별(칫수, 주문도금량등) 잉고트 및 알루미늄 소모량에 따른 최적의 잉고트를 선정하고, 도금욕내 높이를 일정하게 유지하기 위해 모든 계산의 기초단위는 소재면적 10제곱미터로 산정한다.
상기 도 3과 같이 나타나는 아연변동값에서, 소재면적 10제곱미터 주기별로 목표치와의 편차(절대값)를 합산하여 그 값이 최소인 잉고트를 최적잉고트로 선택한다. 그리고, 도금욕 높이 일정관리를 위해 도금 및 드로스에 의해 소모되는 잉고트량이 잉고트 한개 중량과 같아지는 시점을 잉고트 투입시점으로 설정한다.
도 4는 본 발명에 따른 잉고트 자동투입제어장치에서 이루어지는 작업지시흐름을 보이는 플로우챠트로서, 작업지시동작은 다음과 같이 이루어진다.
작업자가 장치를 기동하고(리셋트키), 작업지시단위(작업할 소재정보), 작업모드, 도금욕 높이, 도금욕 알루미늄 성분을 입력한다(단계 401).
그러면, 상기 자동투입제어장치(603)는 입력된 데이타와 소재특성별(강종, 칫수별) 라인속도 테이블정보를 읽어 단위면적당 매스 발란스 및 소요주기를 계산하여, 여러 종류의 잉고트중 하나를 선택하고, 선택된 잉고트에 대한 잉고트 소요주기를 계산한다(단계402∼단계404).
그 다음, 선택된 잉고트투입시 작업모드별 알루미늄농도나 도금욕높이에서 상,하한 관리범위를 초과하는 영역이 있는 지를 체크한다(단계 405). 이때, 초과하는 부분이 있으면, 잉고트를 다른 종류로 재선택하여, 상기 단계404와 같이, 선택된 잉고트에 대한 잉고트 소요주기를 재계산하고(단계 406), 변경선택된 잉고트를 투입할때의 알루미늄농도변화량과 도금욕높이등에서 상,하한 관리범위를 초과하는 영역이 있는 가를 다시 체크한다(단계 407).
상기 재체크 결과로도, 상,하한 관리범위를 초과하는 부분이 있으면, 그 다음 단계 408로, 도금욕 높이를 변경이 가능한지를 체크한다.
이때, 도금욕 높이변경이 불가능하다면, 단계 409에서, 조정불가 메시지를 출력하고, 도금욕 높이 조정이 가능하다면, 단계 410에서, 도금욕높이를 조정한 후, 그 다음 단계 411에서, 조정된 도금욕 높이에 맞춰 다시 다른 잉고트를 재선택하여, 재계산한다.
그 다음 단계 412에서, 다시 알루미늄농도나 도금욕높이가 상,하한 관리범위를 초과하는 영역이 있는 지를 체크한다. 여기에서, 관리범위를 초과하는 영역이 있으면 단계413에서 조정불가 메세지를 출력한다.
상기와 같은 여러 종류의 잉고트 각각에 대한 도금욕내의 변화를 예측비교하여 알루미늄농도나 도금욕높이가 관리범위를 벗어나지 않는 최적의 잉고트를 선택한다.
이에 의하여, 최적의 잉고트가 선택되면, 단계414로 진행하여, 계산된 결과를 상위 관리장치인 비지니스컴퓨터로 계산된 결과를 송신하고, 단계 415에서, 작업지시서에 반영한다.
그 다음 단계 416에서, 외부변경신호(리셋트신호)에 의해 변경사항이 있는지를 체크하고, 변경사항이 없으면, 앞서 계산된 투입할 잉고트에 대한 정보와 함께 잉고트 투입 작업을 지시한다.
상기에서, 작업자는 잉고트 투입 작업지시에 의거하여 잉고트를 준비한다. 그리고, 작업지시단위 등 외부입력 데이타가 변경된 경우는 리셋트키를 눌러 장치를 종료후, 다시 재기동시키고, 이에 의해 상기 초기단계401 로부터 다시 반복한다.
이상 설명한 바와 같은, 작업지시제어흐름과 함께, 도 5에 보인 잉고크 자동투입제어가 이루어지는데, 이는 먼저, 초기 단계로, 단계501에서 작업자가 장치를 기동하여(리셋트키), 작업지시단위(작업할 소재정보), 작업모드, 도금욕 높이, 도금욕 알루미늄 성분을 입력한다.
상기와 같이, 기본 정보가 입력된 상태에서, 단계 502에서는 상기 도 4에 보인 잉고트 작업지시 제어흐름으로부터 잉고트 작업지시와 함께 투입할 잉고트 정보가 입력되는 지를 체크한다.
상기에서, 작업지시가 있으면, 단계 503에서, 상기 잉고트 작업지시와 함께 인가된 잉고트정보와 같은 작업정보 및 외부입력정보를 읽어들이고, 단계 504에서, 현재 작업소재별 라인속도를 트래킹한다.
그 다음, 단계 505에서, 작업소재 코일별로 도 1에 도시한 매스 프로우 발란스에 근거하여 단위면적당 잉고토의 총 소모량을 계산한다.
그리고, 단계 506와 단계 508에서 동시에, 예측 알루미늄농도 출력 주기인 10분이 경과되었는지의 여부와, 도금 드로스에 의한 잉고트의 총 소모량이 잉고트 하나의 중량값 이상인지를 체크한다.
상기에서, 10분이 경과되지 않았거나, 도금 드로스에 의한 소모량이 한 잉고트의 중량(1.14톤)이상이 아니라면, 상기 단계 505로 되돌아가, 투입시간 흐름을 고려하여 단위면적당 소모량을 다시 계산한다.
이에 이하여, 10분이 경과되었다면, 단계 507에서, 10분 경과후 계산된 예측 알루미늄 값을 출력하고, 도금 드로스에 의한 소모량이 투입되는 잉고트 하나의 중량(예를 들어, 1.14톤)이상이면, 단계 509에서, 잉고트 투입장치에 지금 잉고트를 투입하라는 투입지시를 내리고, 단계 510에서, 투입한 잉고트의 종류 및 투입시간을 출력한다.
그 다음 단계 511에서, 외부입력사항의 변동(즉, 리셋트신호)사항이 있는지를 체크하여, 없으면 단계 505로 되돌아가 상기 단위면적당 매스 프로우 발란스 계산단계부터 반복하여, 잉고트 자동투입을 계속제어하며, 변동사항이 있을 시에는, 프로그램을 종료한다.
이상 설명한 바와 같은 작업투입방법에 따라서 이루어지는 실제 잉고트 투입공정은 도 6에 보인 바와 같이, 도금설비를 관리하는 작업자(601)와, 고객에 주문에 따른 작업스케쥴을 관리하는 상위 컴퓨터인 비지네스컴퓨터(602)와, 상기 도 4 및 도 5에 설명한 바와 같이, 잉고트 종류, 투입량, 투입시간등을 설정하여 자동투입하는 잉고트자동투입제어장치(603)와, 실제 잉고트를 도금욕에 투입하는 잉고트투입장치(604)와, 작업소재에 설정된 도금작업이 이루어지는 도금욕(605)간에 반복적인 인터페이스를 통해 이루어지는데, 이를 그 순서에 따라 설명하면 다음과 같다.
1) 작업자(601)가 작업시작 전에 도금욕(605)의 상태를 체크하여, 도금욕의 높이, 현 알루미늄 농도값, 작업모드를 확인한다.
2) 작업자(601)가 비지니스컴퓨터(602)로부터 작업할 작업지시단위 및 소재정보를 확인한다.
3) 작업자(601)가 잉고트 자동투입제어장치(603)를 기동시킨 후, 지시메세지에 따라 1),2)에서 확인된 내용을 입력한다. 이때, 입력사항 수정시에는, 리셋트 키를 눌러 재기동한다.
4) 잉고트자동투입제어장치(603)는 상기 도 4에 보인 작업지시제어흐름에 따라, 비지니스 컴퓨터(602)로부터 소재정보 및 라인트래킹 정보를 수신하여, 알루미늄농도나 도금욕높이가 관리범위를 벗어나지 않도록 하는 잉고트 종류 및 그에 따른 에측 알루미늄 농도값등을 계산한다.
5) 작업자(601)는 잉고트 자동투입제어장치(603)로부터 잉고트 투입작업지시 및 작업중 10분 주기별로 계산된 예측 알루미늄 농도값과 투입시간별 잉고트 종류를 확인한다.
6) 작업자(601)는 확인된 잉고트 투입작업지시에 따라서, 투입순서별로 잉고트 종류를 선별하여 잉고트 투입장치(604)에 준비시킨다.
7) 잉고트 자동투입제어장치(603)는 도 5에 보인 바와같은 잉고트 자동투입지시제어흐름에 따라서, 잉고트 투입시점을 계산하고, 계산된 투입시점에 투입지시를 잉고트 투입장치(604)에 보낸다.
8) 잉고트투입장치(604)는 투입지시가 있을 때, 작업자(601)에 의해 준비된 잉고트를 자동으로 도금욕(605)에 투입한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래 작업소재의 주문도금량, 강판칫수, 주문단중 등 소재 코일별 복잡한 변화에 대해 작업자의 경험과 판단에 의존했던 작업관리방식과는 달리 용융아연도금욕 자동투입장치에 의해 작업의 표준화 및 미세관리가 가능하여 작업모드별 목표 알루미늄 농도로 신속하고 일정한 관리가 가능하여 합금화아연도금강판(GA), 아연도금강판(G1)재 특히, 자동차 외판재 생산시 문제가 되는 도금욕성 결함등의 감소로 용융도금제품의 고급화 구현이 가능하며, 자동투입기능의 활용을 통한 작업자 작업부하를 줄일 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 작업자에 의해 준비된 잉고트를 도금욕에 투입하는 잉고트투입장치를 제어하여 용융아연도금욕에 잉고트를 자동으로 투입하는 용융아연도금욕의 잉고트 자동투입방법에 있어서,
    작업지시단위, 작업모드, 도금욕높이, 알루미늄성분 및 강종, 칫수, 라인속도를 나타내는 소재정보로부터 매스 프로우 발란스에 근거한 예측식에 의하여 소재의 단위면적별 잉고트 및 알루미늄 소모량에 따른 최적의 잉고트를 선정하고, 도금욕내 높이를 일정하게 유지하기 위한 도금 및 드로스에 의해 소모되는 잉고트량이 잉고트 한개 중량과 같아지는 시점을 잉고트 투입시점으로 설정하여 잉고트투입 작업지시를 내리는 작업지시제어과정과,
    잉고트투입 작업지시가 있으면, 현재 작업소재의 라인속도를 트래킹하여 단위면적당 잉고트 소모량을 계산하고, 기준값이상이 소모되었을 때 잉고트투입장치에 투입신호를 인가하는 잉고트투입제어과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용융아연도금욕의 잉고트 자동 투입방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 작업지시제어과정은
    작업지시단위, 작업모드, 도금욕높이, 알루미늄성분을 입력받고 작업소재의 강종, 칫수, 라인속도등을 입력받는 제1단계와,
    입력받은 정보로부터 작업소재의 단위면적당 매스 프로우 발란스 및 소요주기를 계산하여 단계별 최적의 잉고트 종류를 선택하는 제2단계와,
    작업모드별 알루미늄량이 상,하한 관리범위를 초과하는 영역이 있는 지를 체크하는 제3단계와,
    초과하는 부분이 있는 경우, 전단계의 잉고트를 재선택하여, 다시 적정 관리범위를 초과하는 영역이 있는 지를 재체크하는 제4단계와,
    상기 재체크후에도 관리범위를 초과하는 영역이 있으며, 도금욕높이변경이 가능한지를 체크하여, 도금욕변경이 불가능하면 조정불가메세지를 출력하고, 도금욕변경이 가능하면 도금욕높이 변경후 잉고트를 재선택하는 제5단계와,
    상기에 의해 관리범위를 초과하는 영역이 없으면, 선정된 잉고트종류와 함께 작업지시를 출력하는 제6단계로 이루어짐을 특징으로 하는 용융아연도금욕의 잉고트 자동투입방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 잉고트투입제어과정은
    작업지시단위, 작업모드, 도금욕 높이, 알루미늄성분을 입력받는 제1단계와,
    상기 작업지시제어과정으로부터 잉고트투입지시가 있는지를 체크하여 투입지시가 있으면 현재 작업소재의 작업정보를 읽고 라인속도를 트래킹하는 제2단계와,
    단위 면적당 매스 프로우 발란스를 계산하여, 잉고트투입시간이 소정시간경과했는지와, 잉고트소모량이 소정량이상인지를 체크하는 제3단계와,
    상기 단계에서, 잉고트 투입시간이 소정시간경과할때마다 예측된 알루미늄량을 출력하는 제4단계와,
    잉고트소모량이 소정량이상일때 잉고트투입장치에 투입신호를 출력하면서, 투입하는 인곳트종류 및 투입시간을 출력하는 제5단계와,
    변동사항이 발생할 때까지 상기 제3단계부터 제 5단계를 반복실행시키는 제6단계로 이루어짐을 특징으로 하는 용융아연도금욕의 잉고트 자동투입방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 작업지시과정은 작업소재의 단위면적 주기별로 아연 또는 알루미늄 변동량과 목표치와의 편차(절대값)를 합산하여 그 값이 최소인 잉고트를 최적 잉고트로 선택하고, 도금욕 높이를 일정하게 관리하기 위해 도금 및 드로스에 의해 소모되는 잉고트량이 잉고트 한개 중량과 같아지는 시점을 잉고트 투입시점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 용융아연도금욕의 잉고트 자동투입방법.
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