KR20020084687A - 땜납 드로스의 분리장치 - Google Patents

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Abstract

분류 납땜조에서 발생하는 드로스에는 대량의 용융땜납이 포함되어 있는 데, 종래에는 이 드로스를 폐기하였다. 그러나 드로스에는 대량의 땜납이 포함되고 있어 드로스를 폐기하는 것은 경제적으로 손실이 된다. 드로스로부터 용융땜납과 산화물을 분리하는 분리제에는 뛰어난 효과가 있다는 것은 알려져 있었지만 이 분리제의 효과를 충분히 발휘할 수 있지는 않았다.
본 발명의 분리장치는, 뚜껑부재에 모터에 의하여 회전하는 교반편이 설치되어 있고 또한 뚜껑부재에 구멍을 뚫어서 개구가 형성되어 있다. 개구에는 개폐뚜껑이나 분리제 살포장치를 설치할 수 있어 드로스의 분리작업 중에 땜납이 튀어 오르거나 이상한 냄새가 외부로 방출되는 경우는 없다. 본 발명의 분리장치는, 분리제의 분리작용과 교반에 의한 분리작용이 상승효과가 되어 드로스로부터 산화물과 땜납을 효율적으로 분리할 수 있다.

Description

땜납 드로스의 분리장치{DEVICE FOR SEPARATING SOLDER DROSS}
본 발명은, 납땜용의 분류 납땜조(噴流 soldering槽)에서 발생하는 드로스(dross)로부터 땜납(solder)과 산화물(酸化物)을 분리하는 장치에 관한 것이다.
인쇄기판의 납땜은 플럭서(fluxer), 프리히터(preheater), 분류 납땜조, 냉각기 등이 설치되는 자동납땜장치에서 한다. 자동납땜장치의 분류 납땜조에서는, 인쇄기판이 노즐(nozzle)에서 분류(噴流)되는 용융땜납(熔融 solder)에 접촉함으로써 납땜부에 땜납이 부착되는 것이다.
분류 납땜조에는 노즐이 설치되어 있고, 상기 노즐의 하부는 단부(端部)에 펌프(pump)가 부착되는 덕트(duct)와 접속되어 있다. 분류 납땜조에서의 용융땜납의 움직임은 덕트 단부의 펌프에 의하여 용융땜납이 덕트 내로 우선 흡입(吸入)되고, 덕트 내를 유동(流動)하여 노즐에서 상방으로 분류되도록 되어 있다.
분류 납땜조 속의 용융땜납은 항상 액체 표면이 공기와 접촉하고 있기 때문에 산화(酸化)가 진행되고 있고, 표면은 이 산화물로 덮여 있지만 산화물 상태의 용융땜납은 청정(淸淨)한 상태로 되어 있다. 분류 납땜조의 액체 표면 상태에서는 청정한 용융땜납이 펌프에 의하여 덕트 내로 흡입되고, 그것이 노즐에서 분류될 때에, 여기에서 공기와 접촉함으로써 산화되어 새로운 산화물이 발생한다. 그리고 분류 후의 용융땜납이 노즐에서 낙하할 때에 용융땜납의 액체 표면을 교반(攪拌)시켜 액체 표면의 산화물을 밀어내 청정한 용융땜납을 노출시키고, 이렇게 노출된 청정한 용융땜납이 공기와 접촉하여 여기에서도 산화가 일어나고 있다. 따라서 분류 납땜조에서는 분류된 용융땜납의 산화에 부가하여 분류 후의 용융땜납의 낙하로 액체 표면이 교반에 의한 산화로 모든 장소에서 산화가 진행되고 있다.
그런데 일반적으로 분류 납땜조에서 발생하는 것을 단지 산화물이라고 부르고 있지만 여기에서의 산화물(酸化物)이란, 완전한 산화물만이 부유(浮遊)하고 있는 것이 아니라 산화물과 용융땜납이 섞여 있는 소위 셔벗(sherbet) 모양의 드로스가 되어 부유하고 있다. 이 드로스가 시간이 경과함에 따라 대량으로 발생하여 분류 납땜조의 전역(全域)을 덮게 되면 결국에는 분류 납땜조에서 넘쳐 흐르게 된다. 상기한 바와 같이 드로스는 용융땜납과 산화물이 섞여 있기 때문에 분류 납땜조에서 넘쳐 흘러서 외부로 떨어지면 드로스 중의 용융땜납이 작업자의 발에 떨어져 화상을 입거나 바닥면을 태우는 등의 문제가 있었다.
그래서 납땜을 하는 현장에서는, 작업자가 항상 분류 납땜조를 감시하여 분류 납땜조에 드로스가 고이기 시작하면 국자로 드로스를 퍼내어 빈 깡통 용기에 담아서 폐기하였다. 이렇게 하여 폐기된 드로스는, 정련업자(精鍊業者)가 저렴한 가격으로 매입하여 정련공장으로 가지고 가서 드로스로부터 땜납을 회수하였다. 결국 납땜을 하는 현장에서는 비싼 용융땜납이포함된 드로스를 저렴한 가격으로 정련업자에게 팔았던 것이다.
이와 같이 드로스에는 아직 사용할 수 있는 땜납이 대량으로 포함되어 있지만 납땜을 하는 현장에서는 드로스로부터 땜납만을 분리할 수 없기 때문에 비싼 땜납도 산화물과 함께 폐기되는 것이 현재의 상태이다. 이러한 경제적인 손실을 고려하여 납땜을 하는 현장에서 드로스로부터 산화물을 제거하여 땜납을 분리하는 분리제, 분리방법, 분리용기가 발명되어 제안되어 있다(참조 : 일본국 특허 제2899584호 : 이하, 584특허라고 한다). 이 584특허는, 분리제로서 드로스에 쌀겨, 밀기울, 보리겨, 콩류, 참깨, 해바라기, 야자, 유채 씨, 식물유(植物油), 나무 가루(wood dust) 등의 당류(糖類) 등을 사용하고, 분리방법으로서는 망(網)이나 펀칭 메탈(punching metal) 바구니 속의 드로스에 상기 분리제를 뿌리고 나서 분류 납땜조 내에서 용기를 들어 올리거나 담그는 것이다.
584특허에 있어서의 분리제는, 고온(高溫)으로 되어 있는 용융땜납에 뿌려도 환경문제를 일으키는 화학물질이 발생하는 경우는 없으며 또한 드로스로부터 산화물의 분리가 매우 효과적으로 이루어진다는 뛰어난 특성을 구비하고 있다. 그러나 584특허에 있어서의 방법이나 용기에서는 뛰어난 분리효과가 있는 분리제의 효과를 충분히 발휘시킬 수 없었다. 결국 584특허의 분리방법에서는, 용융땜납이 들어 있는 분류 납땜조의 빈스페이스(space)에 바구니를 가라 앉히고, 상기 바구니에 넣은 드로스에 분리제를 뿌리고 나서 바구니를 분류 납땜조에서 들어 올리거나 담거서 드로스로부터 산화물을 분리하는 것이지만 이 방법으로 분리한 후의 폐기된 산화물 중에는 아직 사용 가능한 땜납 성분이 상당히 남아 있다.
또한 584특허에서는, 분류 납땜조의 빈 스페이스에 바구니를 가라 앉혀서 분리하기 때문에 빈 스페이스가 좁은 경우에는 납땜조 내에서 바구니를 담그거나 들어 올리는 작업이 곤란할 수 밖에 없어 분리제에서 발생하는 연기를 작업자가 직접 흡입(吸入)하거나 용융땜납이 튀겨 작업자에게 해를 끼치는 문제가 있었다. 또한 본 발명에서는 분리제의 살포(撒布)를 숟가락으로 하고 있지만 손잡이가 짧은 숟가락을 드로스에 가까이 하여 분리제를 살포하는 것은 작업자의 손이 고온(高溫)으로 되어 있는 드로스나 용융땜납에 닿을 위험성이 있었다. 본 발명은, 분리제의 분리효과를 충분히 발휘시킬 수 있고, 작업자가 연기를 흡입하거나 용융땜납이 튀기지 않으며 또한 작업자의 손이 드로스나 용융 땜납에 닿지 않는 상태에서 분리제를 살포할 수 있는 분리장치를 제공한다.
도1은 개구(開口)에 개폐(開閉) 뚜껑을 설치하는 본 발명에 있어서의 분리장치의 분해 사시도이다.
도2는 도1의 정면 단면도이다.
도3은 개구에 안식각(安息角 : angle of repose)을 이용하는 분리제(分離劑)의 살포장치(撒布裝置)를 설치하는 본 발명에 있어서의 분리장치의 분해 사시도이다.
도4는 도3의 동 정면 단면도이다.
도5는 안식각을 설명하는 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 용기(容器)4 : 두껑부재
6 : 회전축(回轉軸)7 : 개구(開口)
9 : 교반편(攪拌片)12 : 교반 모터(攪拌 motor)
13 : 개폐 뚜껑
본 발명자는, 용융땜납(熔融 solder) 상에 부유(浮遊)하고 있는 드로스(dross)는 교반(攪拌)하는 것만으로도 어느 정도 산화물(酸化物)과 땜납(solder)을 분리할 수 있고 또한 분리제(分離劑)를 드로스 상에 뿌리고 나서 드로스를 교반시키면 분리제가 드로스에 효과적으로 작용하여 분리의 효율을 높일 수 있다는 것에 착안하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은, 땜납(solder)을 용융상태(熔融狀態)로 유지할 수 있는 용기에 히터(heater)가 설치되고, 상기 용기 상에는 밑면에 교반편(攪拌片)을 회전시킬 수 있도록 부착되는 뚜껑부재가 착탈(着脫) 가능하게 재치(載置)되고, 뚜껑부재에는 용기 내로 드로스 분리제(dross 分離劑)를 살포(撒布)할 수 있는 개구(開口)가 뚫려서 형성되는 것을 특징으로 하는 땜납 드로스(solder dross)의 분리장치(分離裝置)이다.
뚜껑부재의 밑면에 부착하는 교반편은 용기 내에서 용융상태로 되어 있는 땜납과 땜납 상에 부유하고 있는 드로스를 교반시키기 때문에 용융땜납 속에 넣을 수 있는 길이이어야 하고 또한 교반편이 원활하게 회전할 수 있도록 용기에 접촉되지 않는 것이어야 한다. 본 발명의 분리장치에 사용되는 교반편은 용융땜납 상에 부유하고 있는 드로스를 교반하여 분리제의 작용을 촉진할 수 있는 것이라면 막대, 주걱(spatula), 나선대(螺旋帶), 프로펠러(propeller) 등 어떠한 형상의 것이라도 사용할 수 있다. 막대나 주걱과 같은 교반편은 용융땜납과 드로스를 교반할 때에 교반의 효율을 양호하게 하기 위하여 복수 설치하면 좋다.
뚜껑부재에 구멍을 뚫어서 형성하는 개구는 여기에서 분리제를 용기 내로 살포하기 위한 것이다. 따라서 용기 내부에 분리제를 살포할 수 있는 충분한 크기를 구비하여야 한다. 분리제를 고온으로 되어 있는 드로스상에 살포할 때에 분리제가 연소하여 연기를 내거나 악취(惡臭)를 풍기는 경우가 있기 때문에 개구에는 개폐뚜껑을 설치하면 좋다. 또한 개구에 분리제의 살포장치를 설치하면 분리제의 적당량을 살포할 수 있을 뿐만 아니라 상기 살포장치가 용기 내에서 발생하는 연기나 악취를 외부로 방출하는 것을 방지할 수도 있다.
본 발명의 분리장치를 사용하여 드로스로부터 산화물과 땜납을 분리하는 경우에는 분리상태를 작업자가 눈으로 보아서 판단한다. 이 때 개폐뚜껑을 열어 용기 내의 상태를 관찰할 수도 있지만 내부가 어두워 보기 어려운 경우에는 뚜껑부재의 전체 또는 뚜껑부재의 일부를 내열성(耐熱性)의 투명한 재료로 형성하면 내부가 밝아지게 되어 투명한 재료를 통하여 드로스의 상태를 그대로 판단할 수 있게 된다.
뚜껑부재에 설치하는 분리제의 살포장치(撒布裝置)로서는 안식각(安息角 : angle of repose)을 이용하는 것이 적합하다. 안식각을 이용하는 살포장치란, 원통(圓筒) 모양의 본체의 중심에 축(軸)을 삽입시키고, 상기 축의 하단(下端)에 본체 하부와의 사이에 적당한 간격을 두고 본체의 내경보다 큰 직경의 원반(圓盤)을 고정하는 것이다. 이와 같이 원통체의 하부에 적당한 간격을 두고 원통체의 내경보다 큰 직경의 원반을 설치하면 원통체 내부의 분말 상태의 물질은 원반에서 흘러 내려 떨어지지 않는 현상을 이용하는 것이다. 이 현상이란, 분말 상태 물질의 안식각에 의한 정지현상(靜止現像)이다. 결국 도5에 나타나 있는 바와 같이 어떤 양의 분말상태 물질H를 상방에서 흘러 내리게 하면 원추(圓錐) 모양으로 된다. 이렇게 원추 모양으로 된 분말 상태 물질의 바닥면은 그 이상 넓어지지 않는다. 이 상태에서의 바닥면과 원추 경사면(圓錐 傾斜面)의 각도를 안식각(安息角 : angle of repose)(α)이라고 말하고, 바닥면을 회전시키면 안식각은 작아지게 되어 분말 상태 물질의 바닥면이 넓어진다. 본 발명의 드로스 살포장치는, 원통 모양 본체의 하부에 적당한 간격을 두고 원통 모양 본체의 내경보다 큰 직경의 원반을 부착하기 때문에 원통 모양 본체의 내부에 충전(充塡)한 분말 상태의 드로스 분리제는 원반 상에서 안식각이 될 때에 원반에서 바깥 쪽으로 흘러 내려서 떨어지지 않게 된다. 그리고 드로스 분리제의 살포가 필요한 경우에 원반을 천천히 회전시키면 안식각이 작아지게 되어 원추의 바닥면이 넓어지기 때문에 원반 상의 드로스 분리제가 원반에서 흘러 내려 떨어져서 필요한 장소에 살포된다. 필요한 양의 분리제를 살포한 후에 원반의 회전을 멈추면 분리제가 다시 안식각이 되는 곳에서 원추형(圓錐形)을 형성하여 분리제의 살포가 중지된다.
본 발명의 분리장치에서는 땜납을 용융시킨 용기 내에 고온상태의 드로스를 넣어 뚜껑부재로 뚜껑을 덮은 후에 뚜껑부재에 구멍을 뚫어서 형성한 개구에서 분리제를 적당량 살포하여 교반편으로 일정한 시간동안 교반한다. 그렇게 하면 드로스는 분리제의 분리작용과 교반편의 교반작용에 의하여 땜납과 산화물로 분리되어 분리제는 탄화(炭化)한다. 그리고 뚜껑부재를 열고 나서 국자 또는 그물 국자, 바구니 국자와 같은 것으로 드로스로부터 분리된 산화물과 탄화된 분리제를 퍼낸다. 그러나 본 발명에서는 용기 내에 산화물과 탄화된 분리제를 수거(收去)하는 스키머(skimmer)를 설치하면 산화물의 수집·폐기(收集·廢棄)를 용이하게 할 수도 있다.
(실시예)
이하, 도면에 의거하여 본 발명에 관하여 설명한다. 도1은 개구에 개폐뚜껑을 설치하는 본 발명에 있어서의 분리장치의 분해 사시도, 도2는 동(同) 정면 단면도, 도3은 개구에 안식각을 이용하는 분리제의 살포장치를 설치하는 본 발명에 있어서의 분리장치의 분해 사시도, 도4는 동 정면 단면도, 도5는 안식각을 설명하는 도면이다.
우선, 뚜껑부재의 개구에 개폐뚜껑을 설치하는 분리장치에 관하여 설명한다. 땜납을 용융상태(熔融狀態)로 유지하는 용기1은 높이가 낮고 밑면을 구비하는 통(筒) 모양으로서, 상부에 플랜지(flange)2가 형성되고, 하부에 히터(heater)3이 설치되어 있다.
뚜껑부재4는 대략 중앙에 구멍을 뚫어서 축구멍5가 형성되어 있고, 축구멍5에는 회전축(回轉軸)6이 삽입되어 있다. 또한 축구멍5로부터 조금 떨어진 곳에 구멍을 뚫어서 개구7이 형성되어 있다. 뚜껑부재4의 하측에 돌출되는 회전축6에는 십자(十字) 모양의 설치막대8이 고정되어 있고, 상기 설치막대8에는 복수의 막대 모양의 교반편(攪拌片)9 … 가 하방을 향하여부착되어 있다. 교반편9를 용기1 내에 삽입할 때에 교반편9 … 는 용융땜납에 충분히 잠기지만 용기의 밑면이나 히터에 접촉하지 않는 길이이어야 한다.
뚜껑부재4의 상측에는 회전축6을 회전하도록 지지하는 축받이10이 설치되고, 이 축받이10의 상방으로 돌출되는 회전축6은 벨트(belt)11을 통하여 교반 모터12와 연동(連動)되어 있다. 또한 뚜껑부재4의 상측에는 개구7를 개폐(開閉)할 수 있는 개폐뚜껑13(닫힐 때에는 일점쇄선, 열릴 때에는 실선)이 설치되어 있다.
다음에 상기 구성으로 이루어지는 본 발명에 있어서의 분리장치의 작동상황에 관하여 설명한다. 우선, 용기1 내에는 도면에 나타나 있지 않은 분류 납땜조에 담겨 있는 땜납과 동일한 성분의 땜납S를 넣어 용융시킨다. 그리고 분류 납땜조에서 발생한 드로스(dross)를 국자로 퍼내어 드로스가 뜨거운 상태에서 용기1에 투입한다. 이렇게 하면 용기1 내에서는 용융땜납S 상에 드로스D가 떠 있는 상태가 된다. 다음에 교반편9 … 가 회전 중에 용기1에 접촉하지 않도록 하여 뚜껑부재4를 용기1의 플랜지2 상에 재치(載置)한다. 그리고 교반 모터12를 구동시키면 벨트11과 연동된 회전축6이 회전하여 상기 회전축6에 고정된 설치막대8이 회전한다. 여기에서 개폐뚜껑13을 열고, 숟가락P에 담겨 있는 분리제B를 드로스D 상에 살포한다. 그 후에 개폐뚜껑13으로 개구7을 닫고, 잠시동안 드로스의 교반(攪拌)을 계속한다. 개폐뚜껑13을 가끔 열어 드로스에서의 산화물의 분리상태를 확인하여 드로스가 없어져서 산화물(酸化物)과 분리제의 탄화물(炭化物)만 있게 되면 교반 모터12를 정지시키고, 뚜껑부재4를 용기1 상에서 제거한다. 그리고 용기 내의 용융땜납 상에 부유(浮遊)하고 있는 산화물과 탄화물을 국자로 퍼내서 폐기용 용기에 버린다.
여기에서 안식각을 이용하는 살포장치에 관하여 도3, 도4에 의거하여 설명한다. 안식각을 이용하는 살포장치(撒布裝置)14는 본체15, 살포축(撒布軸)16, 살포용 모터17, 살포판(撒布板)18 등으로 구성되어 있다. 본체15는 원통(圓筒) 모양으로서, 상부와 하부에 살포축16이 회전하도록 지지하는 축받이 막대19, 19가 가설(架設)되어 있다. 이들 축받이 막대19, 19에 의하여 살포축16이 회전하도록 지지되어 있다. 살포축16은 본체15의 상하부에 돌출되어 있고, 살포축의 상단(上端)은 살포용 모터17에 연동(連動)되고, 하단(下端)에는 살포판18이 고정되어 있다. 살포판18은 원통 모양의 본체15의 내경보다 큰 직경으로 되어 있고, 본체15의 하부에서는 적당한 간격을 두고 살포축16에 고정되어 있다.
도3, 도4에 나타나 있는 살포장치에 있어서의 분리제의 살포에 관하여 설명한다. 분리제B는 살포판18 상에 쌓여 있지만 안식각이 되는 곳에서 그 이상 넓어지지 않고 정지상태가 되어 살포판18에서 흘러 내려서 떨어지지 않는다. 그리고 교반용 모터12와 살포용 모터17을 회전시킨다. 살포용 모터17을 회전시키면 살포판18 상의 분리제B는 안식각이 작아지기(도4에서의 점선) 때문에 분리제B의 원추형(圓錐形)의 바닥면이 넓어져살포판18에서 용기1 내로 살포된다. 그 후에 조금 시간이 경과하고 나서 살포용 모터17이 회전을 멈추면 분리제의 살포가 정지된다. 분리제가 살포된 용기 내에서는 분리제의 분리작용과 교반편의 교반작용의 상승효과에 의하여 드로스가 산화물과 땜납의 분리가 촉진된다.
개구에 개폐뚜껑을 사용하는 본 발명의 분리장치에 있어서의 드로스에서 땜납을 분리하는 실제의 결과에 관하여 설명한다. 2000cc의 용기에 약 1000cc의 Pb-63Sn 땜납을 넣고 히터로 용융(熔融)하여 250℃의 온도로 유지한다. 이 용기에 분류 납땜조에서 발생한 드로스 1kg를 투입한 후에 뚜껑부재를 용기 상에 재치하여 교반편을 용융땜납 속에 삽입한다. 그리고 교반 모터를 구동시켜 교반편으로 드로스를 교반시킴과 동시에 껍질을 제거한 대숟가락 1개분의 참깨를 드로스 상에 살포한다. 그 후에 교반용 모터를 3분 후에 정지시키고 나서 용기 내에 남아 있는 산화물과 참깨의 탄화물을 국자로 퍼내어 이들의 중량을 측정하였는 데 200g이었다. 따라서 본 발명에 있어서의 분리장치에서는 드로스 1kg에서 산화물이 약 200g 제거되어 800g이 땜납으로서 회수된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 분리장치는 분리제 자체의 분리효과에 교반에 의한 분리효과가 더하여지기 때문에 분리제만을 사용하였을 때의 산화물의 분리보다 대량의 땜납을 더 분리할 수 있다. 종래에분리제만으로 분리된 산화물에는 아직 사용 가능한 땜납도 산화물로서 버려지고 있었지만 본 발명의 분리장치를 사용함으로써 많은 땜납이 회수되어 경제적으로 효과는 한층 더 우수하다. 또한 본 발명의 분리장치는, 사용할 때에 분리제를 살포하는 개구를 밀폐할 수 있기 때문에 분리제가 연소하여 배출하는 이상한 냄새를 외부로 방출시키지 않고 분리공정을 종료하고 또한 개구에 살포장치를 설치하면 이상한 냄새의 방지와 더불어 분리제를 적당량 살포할 수도 있어 합리적이다.

Claims (5)

  1. 땜납(solder)을 용융상태(熔融狀態)로 유지할 수 있는 용기에 히터(heater)가 설치되고, 상기 용기 상에는 밑면에 교반편(攪拌片)을 회전시킬 수 있도록 부착시키는 뚜껑부재가 착탈(着脫) 가능하게 재치(載置)되고, 뚜껑부재에는 용기 내로 드로스 분리제(dross 分離劑)를 살포(撒布)할 수 있는 개구(開口)가 뚫려서 형성되는 것을 특징으로 하는 땜납 드로스의 분리장치(device for separating solder dross).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 뚜껑부재는 전부 또는 일부가 내열성(耐熱性)의 투명한 재료로형성되는 것을 특징으로 하는 땜납 드로스의 분리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개구에는 개폐(開閉) 뚜껑이 설치되는 것을 특징으로 하는 땜납 드로스의 분리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개구에는 살포장치(撒布裝置)가 설치되는 것을 특징으로 하는 땜납 드로스의 분리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    살포장치는, 원통(圓筒) 모양 본체의 중심에 상기 원통 모양 본체의 상하부에서 돌출되는 축(軸)이 회전하도록 설치되고, 축의 상단(上端)은 모터(motor)와 연동(連動)되고, 축의 하단(下端)에는 본체 하부와 적당한 간격을 두는 위치에 원통 모양 본체의 내경보다 큰 직경의 원반(圓盤)이 고정되고, 상기 간격은 원반이 정지상태(靜止狀態)인 때에 원반 상에 쌓여 있는 분말(粉末) 상태의 분리제(分離劑)가 안식각(安息角 : angle of repose)에서 흘러 내려서 떨어지지 않는 간격으로 되는 것을 특징으로 하는 땜납 드로스의 분리장치.
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