KR20100046983A - Submerged nozzle for continuous casting - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연속주조용 침지노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속주조시 용강을 턴디쉬에서 몰드 내로 공급하는 연속주조용 침지노즐에 관한 것이다. The present invention relates to an immersion nozzle for continuous casting, and more particularly, to an immersion nozzle for continuous casting for supplying molten steel from a tundish into a mold during continuous casting.
용강을 슬라브로 제조하는 연속주조공정은 래들에 담겨진 용강을 연속주조기의 턴디쉬에 일시 저장한 상태에서 몰드로 연속하여 공급하고, 몰드를 냉각시켜 슬라브를 생산하게 된다. In the continuous casting process of manufacturing molten steel into slabs, molten steel contained in the ladle is continuously supplied to the mold in a state of temporarily storing the molten steel in the tundish of the continuous casting machine, and the mold is cooled to produce the slabs.
여기에서, 턴디쉬의 하부에는 침지노즐이 설치되어 턴디쉬의 용강을 몰드로 공급해주며 동시에 용강을 대기와 차단시키는 역할을 한다. 이외에도 침지노즐은 용강의 와류방지에 의한 슬래그 혼입을 방지하는 역할을 한다. Here, the lower part of the tundish is provided with an immersion nozzle to supply the molten steel of the tundish to the mold and at the same time serves to block the molten steel from the atmosphere. In addition, the immersion nozzle serves to prevent the mixing of slag by vortex prevention of molten steel.
침지노즐의 하부에는 양측으로 관통되게 개구된 용강 토출구가 형성되고, 그 상부에는 침지노즐을 개폐함으로써 적정량의 용강을 몰드로 공급하기 위한 스토퍼가 결합된다. The lower part of the immersion nozzle is formed with a molten steel discharge port that is open to both sides, the upper part is coupled to the stopper for supplying the appropriate amount of molten steel to the mold by opening and closing the immersion nozzle.
이러한 침지노즐은 그 사용 조건상 내열 충격성, 내마모성, 내식성 등에 대한 요구가 엄격하다. 이러한 요구를 만족시키는 재질로서 침지노즐은 Al2O3-C계(알 루미나-카본계)가 주로 사용된다. Such immersion nozzles have strict demands on heat shock resistance, abrasion resistance, corrosion resistance and the like under the conditions of use. As the material satisfying these requirements, Al 2 O 3 -C type (alumina-carbon type) is mainly used.
그런데, Al2O3-C계 침지노즐을 사용하는 연속주조공정에서는 용강 내에 잔존하는 산소를 제거하기 위해 알루미늄 탈산제를 첨가하여 용강을 처리하므로 탈산 처리후 용강 내에 알루미나(Al2O3)와 같은 비금속개재물이 존재한다. However, in a continuous casting process using an Al 2 O 3 -C type immersion nozzle, the molten steel is treated by adding an aluminum deoxidizer in order to remove oxygen remaining in the molten steel, and thus, after deoxidation treatment, such as alumina (Al 2 O 3 ) in the molten steel. Nonmetallic inclusions are present.
용강 중에 존재하는 알루미나(Al2O3)와 같은 비금속개재물은 연속주조공정에서 침지노즐의 노즐벽에 부착되어 노즐막힘을 일으키게 된다. 노즐막힘은 용강 토출구 주변에서 주로 발생하는데, 노즐막힘이 발생하면 턴디쉬로부터 몰드간 유량의 통로가 작아져 정상적인 주조속도를 유지할 수 없어 침지노즐을 교환해야 한다. Non-metallic inclusions such as alumina (Al 2 O 3 ) present in the molten steel are attached to the nozzle wall of the immersion nozzle in the continuous casting process, causing nozzle clogging. Nozzle blockage occurs mainly around the molten steel discharge port. When the nozzle blockage occurs, the flow path between molds from the tundish becomes small and the casting speed cannot be maintained because the normal casting speed cannot be maintained.
이러한 노즐막힘은 연연주비를 감소시켜 생산성을 낮게하고, 침지노즐 교환에 따르는 비용을 상승시킨다. 그리고 불균일 노즐막힘이 발생하는 경우에는 침지노즐 토출구에서 토출되는 용강의 편류를 발생시켜 슬라브의 품질을 저하시키게 된다. This clogging of the nozzles reduces the performance of the smoke, lowering the productivity and increasing the cost of immersion nozzle replacement. In addition, when non-uniform nozzle clogging occurs, the molten steel discharged from the immersion nozzle discharge port is caused to deteriorate the slab quality.
노즐막힘 문제를 개선하기 위한 방법으로는 용강의 청정도를 향상시키는 방법이 있다. 이는 용강 중에 존재하는 비금속개재물 자체를 제거하기 위해 2차정련(LF)공정에서 진공탈가스 처리를 하거나 레들로부터 몰드로 용강이 이동할 때 용강의 재산화를 방지하는 것이다. 이외에도 여과를 이용하여 용강의 청정도를 향상시키거나 외부장치를 도입하는 방법 등이 있다. As a method for improving the nozzle clogging problem, there is a method for improving the cleanliness of molten steel. This is to prevent the reoxidation of the molten steel when vacuum degassing in the secondary refining (LF) process to remove the non-metallic inclusions present in the molten steel or when the molten steel moves from the ladle to the mold. In addition, there is a method of improving the cleanliness of molten steel by using filtration or introducing an external device.
외부장치를 도입하는 방법으로는 침지노즐 주위를 단열시키거나 노즐 내공면에 아르곤(Argon) 등의 불활성 가스를 불어 넣어 노즐벽에 비금속개재물이 부착되 는 것을 방지하는 방법이 있다. As a method of introducing an external device, there is a method of insulating the immersion nozzle or injecting an inert gas such as argon into the nozzle inner surface to prevent non-metallic inclusions from adhering to the nozzle wall.
그러나, 상술한 방법은 노즐막힘 문제를 해결하는데 있어서 슬라브 품질 악화 또는 조업시간 지연 등 하나 이상의 인자에 좋지 않은 영향을 주는 경우가 있고 근본적으로 노즐막힘 문제를 해결하는데도 한계가 있다. However, the above-described method may adversely affect one or more factors such as slab quality deterioration or operation time delay in solving the nozzle clogging problem, and there is a limitation in solving the nozzle clogging problem.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 연속주조시 비금속개재물에 의한 노즐막힘 현상을 방지할 수 있도록 침지노즐의 노즐막힘 현상이 일어나는 부분의 재질을 알루미나(Al2O3)와 같은 비금속개재물이 부착되어 성장하기 어려운 노즐재질로 개선한 연속주조용 침지노즐을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the conventional problems as described above, the object of the present invention is to alumina (the material of the nozzle clogging phenomenon of the immersion nozzle to prevent the nozzle clogging phenomenon by the non-metallic inclusions during continuous casting) It is to provide a continuous casting immersion nozzle for improved nozzle material difficult to grow by attaching a non-metallic inclusion such as Al 2 O 3 ).
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 연속주조시 용강 중 알루미나와 반응하여 저융점 화합물을 생성하는 CaO의 공급원으로써 침지노즐의 토출구 주변 내벽에 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물을 배치한다. According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is a source of CaO that reacts with alumina in molten steel during continuous casting to produce a low melting point compound, the CaO-ZrO 2- Place the C-based refractory material.
상기 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물은 CaO : 12~22%, ZrO2 : 45~55%, F.C(Fused Carbon)+SiC : 20~30%, SiO2 : 3~10% 및 기타 불가피한 불순물의 조성을 갖는다. The CaO-ZrO 2 -C-based refractory material is CaO: 12-22%, ZrO 2 : 45-55%, FC (Fused Carbon) + SiC: 20-30%, SiO 2 : 3-10% and other unavoidable impurities Has a composition.
상기 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물은 상기 침지노즐의 내벽에 3~6mm의 두께 범위로 부착된다. The CaO-ZrO 2 -C-based refractory material is attached to the inner wall of the immersion nozzle in a thickness range of 3 ~ 6mm.
상기 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물은 상기 침지노즐의 중간을 기준으로 하단부 내벽에 배치된다. The CaO-ZrO 2 -C-based refractory material is disposed on the inner wall of the lower end with respect to the middle of the immersion nozzle.
본 발명은 침지노즐의 막힘부위에 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물을 배치하여 알루미나를 저융점화합물로 생성 유도함으로써 침지노즐의 막힘 현상을 자연스럽게 방지한다. 따라서 침지노즐의 사용수명이 연장되고 그에 따라 턴디쉬의 사용수명도 연장된다. The present invention naturally prevents the clogging phenomenon of the immersion nozzle by arranging CaO-ZrO 2 -C-based refractory material in the clogging portion of the immersion nozzle to produce alumina as a low melting point compound. Therefore, the service life of the immersion nozzle is extended, and thus the service life of the tundish is also extended.
이는 침지노즐 및 턴디쉬의 교체시기를 연장하므로 제조원가 절감의 효과가 있고, 제반 연속주조 작업의 안정을 꾀할 수 있으므로 슬라브의 품질이 향상되는 효과가 있다. This extends the replacement period of the immersion nozzle and the tundish, thereby reducing the manufacturing cost and improving the quality of the slab since the continuous casting operation can be stabilized.
이하 본 발명에 의한 연속주조용 침지노즐의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the continuous casting immersion nozzle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명에 의한 연속주조용 침지노즐의 바람직한 실시예가 단면도로 도시되어 있다. 1 is a cross-sectional view of a preferred embodiment of the continuous casting immersion nozzle according to the present invention.
본 발명에 따른 침지노즐(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 용강 토출구(13) 주변 내벽이 CaO-ZrO2-C계(생석회-지르코니아-탄소계) 재질 내화물(15)로 배치된다. CaO-ZrO2-C계 재질은 연속주조시 비금속개재물 즉, 알루미나(Al2O3)와 반응하여 CaO·2Al2O3와 CaO·6Al2O3 등의 저융점 화합물을 생성한다. In the
CaO·2Al2O3와 CaO·6Al2O3 등의 저융점 화합물은 노즐 내벽(11)에 부착하여 성장하지 않고 용강의 흐름에 따라 용손을 부여함으로 노즐막힘을 방지한다. Low melting point compounds such as CaO · 2Al 2 O 3 and CaO · 6Al 2 O 3 is to prevent nozzle clogging by giving the melting according to flow of the molten steel without growing attached to the nozzle wall (11).
즉, 침지노즐(10)의 막힘 발생부위에 CaO-ZrO2-C계 재질의 내화물(15)을 배치하여 CaO와 침지노즐에 부착되는 용강 중의 알루미나(Al2O3)를 반응시켜 저융점화합물 생성을 유도함으로써 노즐 막힘문제를 해결하는 것이다. That is, a low melting point compound is prepared by placing a
xCaO yAl2O3 화합물의 융점은 대략 1455℃이고 용강의 온도는 약 1530 - 1560℃로 충분한 양의 CaO가 공급되면 용강 온도에서 녹는 저융점 화합물의 생성이 가능하다. 그에 따라 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물을 사용한다. The melting point of the xCaO yAl 2 O 3 compound is approximately 1455 ° C and the temperature of the molten steel is about 1530-1560 ° C. When a sufficient amount of CaO is supplied, it is possible to produce a low melting point compound that melts at the molten steel temperature. Accordingly, a refractory material of CaO-ZrO 2 -C type is used.
CaO-ZrO2-C계 재질은 중량 %로 CaO : 12~22%, ZrO2 : 45~55%, F.C(Fused Carbon)+SiC : 20~30%, SiO2 : 3~10% 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.CaO-ZrO 2 -C materials are% by weight, CaO: 12-22%, ZrO 2 : 45-55%, FC (Fused Carbon) + SiC: 20-30%, SiO 2 : 3-10% and other unavoidable It is composed of impurities.
CaO는 알루미나와 반응하여 저융점 화합물을 생성한다. 알루미나와의 반응을 위해서는 CaO 함량이 많을수록 유리하다. 그러나 CaO의 함량이 22%를 초과하면 내화물 소손이 증가하여 침지노즐의 수명이 저하되고, 12% 미만이면 CaO의 공급이 불충분하여 Al2O3의 성분이 많은 화합물이 생성되어 융점이 급격히 높아지게 되므로 알루미나 부착방지 효과를 얻을 수 없게 된다.CaO reacts with alumina to produce a low melting point compound. For the reaction with alumina, more CaO content is advantageous. However, if the CaO content exceeds 22%, the refractory burnout is increased, and the life of the immersion nozzle is decreased. If the CaO content is less than 12%, the supply of CaO is insufficient, resulting in a compound with many Al 2 O 3 components, which rapidly increases the melting point. The alumina adhesion preventing effect is not obtained.
ZrO2는 부착 알루미나와 반응하기 위한 CaO 공급원으로 사용된다. ZrO2는 함유량이 45% 미만이면 부착 알루미나와 반응하기 위한 CaO의 양이 불충분하게 되고, 55%를 초과하면 침지노즐의 내열 충격성이 떨어지게 된다. ZrO 2 is used as the CaO source for reacting with adherent alumina. If the content of ZrO 2 is less than 45%, the amount of CaO for reacting with adherent alumina becomes insufficient, and if it exceeds 55%, the thermal shock resistance of the immersion nozzle is inferior.
F.C(Fused Carbon)+SiC는 소결효과 촉진으로 입자간의 결합강도를 증진시킨다. F.C(Fused Carbon)+SiC는 20% 미만으로 함유되면 소결강도가 얻어지지 않아 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물의 수명이 확보되지 않으며, 30%를 초과하면 침지노즐 내벽 표면상태의 악화를 초래한다.FC (Fused Carbon) + SiC promotes the sintering effect to increase the bond strength between particles. If FC (Fused Carbon) + SiC is contained in less than 20%, the sintered strength is not obtained, so the life of CaO-ZrO 2 -C based refractory is not secured. If it exceeds 30%, the surface state of the inner wall of the immersion nozzle may be deteriorated. do.
SiO2는 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물의 열간강도를 향상시킨다. SiO2는 함유량이 3% 미만이면 결합효과가 떨어지고 10%를 초과하면 열충격에 약하여 내화물의 접합강도를 저하시킨다. SiO 2 improves the hot strength of the CaO-ZrO 2 -C-based refractory material. If the content of SiO 2 is less than 3%, the bonding effect is lowered. If the content of SiO 2 is more than 10%, the bonding strength of the refractory is lowered because it is weak to thermal shock.
상기한 조성을 가지는 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물은 침지노즐의 토출구 주변 내벽에 도포된다. 물론, 침지노즐의 토출구 주변을 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물로 교체할 수도 있으나, 이는 침지노즐 내벽의 용손량을 증대시켜 침지노즐의 수명을 짧게 하므로 바람직하지 않다.The refractory CaO-ZrO 2 -C material having the above composition is applied to the inner wall around the discharge port of the immersion nozzle. Of course, the vicinity of the discharge port of the immersion nozzle may be replaced with a refractory CaO-ZrO 2 -C-based material, but this is not preferable because it increases the melt amount of the inner wall of the immersion nozzle to shorten the life of the immersion nozzle.
그리고, CaO-ZrO2-C계 재질 내화물은 침지노즐 토출구 주변 뿐아니라 침지노즐 막힘이 자주 발생하는 침지노즐 상부입구 또는 침지노즐 내부에도 도포하여 배치할 수 있다.In addition, the CaO-ZrO 2 -C-based refractory material may be applied and disposed not only around the immersion nozzle discharge port but also inside the immersion nozzle upper inlet or immersion nozzle where the immersion nozzle is frequently clogged.
침지노즐 내벽에 도포되는 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물의 두께는 3~6mm 범위가 바람직하다. 이는 두께가 너무 두꺼우면 내화물 소손이 많고 얇은 경우에는 CaO-ZrO2-C계 재질의 수명이 짧아 알루미나의 부착을 유발하므로 노즐막힘 현상이 재발생하는 문제가 있기 때문이다.The thickness of the CaO-ZrO 2 -C based refractory material applied to the inner wall of the immersion nozzle is preferably in the range of 3 to 6 mm. This is because if the thickness is too thick, there are many refractory burn-outs and if the thickness is thin, the life of CaO-ZrO 2 -C-based material is short, causing adhesion of alumina.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 연속주조용 침지노즐의 작용을 상세히 설명한다. Hereinafter, the operation of the continuous casting immersion nozzle according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail.
도 2는 본 발명에 의한 연속주조용 침지노즐을 적용되어 노즐막힘이 방지되는 원리를 보인 모식도이고, 도 3의 (a)는 연속주조 공정을 마친 종래의 침지노즐 하단부 토출구 주변 내벽을 보여주는 사진이며, 도 2의 (b)는 연속주조 공정을 마친 본 발명에 의한 침지노즐 하단부 토출구 주변 내벽을 보여주는 사진이다. Figure 2 is a schematic diagram showing the principle of preventing the nozzle clogging is applied to the continuous casting immersion nozzle according to the present invention, Figure 3 (a) is a photograph showing the inner wall surrounding the discharge port of the lower end of the conventional immersion nozzle after the continuous casting process. 2 (b) is a photograph showing the inner wall around the discharge hole of the lower end of the immersion nozzle according to the present invention after the continuous casting process.
우선, 침지노즐 내벽(11)을 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물이 대략 4mm 정도 도포될 수 있도록 만든 후 도포작업을 실시한다. 도포는 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물(15)의 두께가 3~6mm 범위가 되도록 수행하며, 도포가 완료된 후에는 가열 건조하여 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물이 침지노즐 내벽에 결합되도록 한다. First, the immersion nozzle
이후 연속주조 공정을 수행한다. After that, the continuous casting process is performed.
그러면, 상술한 바와 같이 얻어지는 침지노즐은 용강 중의 알루미나와 침지노즐의 조성재질 중의 CaO를 반응시켜 저융점 화합물을 생성시킨다. Then, the immersion nozzle obtained as described above reacts with alumina in molten steel and CaO in the composition material of the immersion nozzle to produce a low melting point compound.
이와 관련된 반응식은 다음과 같다. The relevant scheme is as follows.
(2) ZrO2 + 2CaO·SiO2 + Al2O3, CaO(확산) → 2CaO·Al2O3·SiO2, : CaO·2Al2O3, CaO·6Al2O3 (용손) (2) ZrO 2 + 2CaO · SiO 2 + Al 2 O 3, CaO ( diffused) → 2CaO · Al 2 O 3 · SiO 2,: CaO · 2Al 2 O 3, CaO · 6Al 2 O 3 ( melting)
위 반응식 1에서와 같이, CaO-ZrO2-C계 재질 내화물 중의 CaO가 이탈하여 용강 중의 알루미나와 반응에 의해 2CaO·Al2O3·SiO2, CaO·2Al2O3, 또는 CaO·6Al2O3 를 생성시킨다. CaO·2Al2O3, CaO·6Al2O3는 저융점 화합물로 침지노즐 내공을 흐르는 용강에 씻겨서 침지노즐 내벽에 알루미나가 부착하여 성장하는 것을 방지한다. 따라서 자연적으로 침지노즐 막힘 현상이 방지되는 것이다. 이는 도 2의 모식도에서도 확인된다. As in Scheme 1 above, CaO in the CaO-ZrO 2 -C-based refractory material is released and reacted with alumina in molten steel to react with 2CaOAl 2 O 3 · SiO 2 , CaO 2Al 2 O 3 , or CaO 6Al 2 Produces O 3 . CaO · 2Al 2 O 3 and CaO · 6Al 2 O 3 are low-melting compounds that are washed by molten steel flowing through the immersion nozzle bore to prevent alumina from adhering to the inner wall of the immersion nozzle. Therefore, clogging of the immersion nozzle is naturally prevented. This is also confirmed in the schematic diagram of FIG.
아래의 표 1은 각각의 성분 요소가 다른 본 발명의 실시예와 비교예를 나타낸 것이다.Table 1 below shows examples and comparative examples of the present invention in which each component element is different.
표 1을 살펴보면, 용강 토출구 주변을 CaO-ZrO2-C계 재질 내화물로 배치한 실시예의 경우 비교예에 비해 침지노즐 막힘부위의 개재물 부착량이 현저하게 감소했음을 알 수 있다. 이는 도 3의 침지노즐 내부 사진에서도 확인된다. Looking at Table 1, it can be seen that in the embodiment in which the molten steel discharge port is disposed around the CaO-ZrO 2 -C-based refractory material, the amount of inclusion inclusions in the immersion nozzle blockage portion is significantly reduced compared to the comparative example. This is also confirmed in the immersion nozzle internal photograph of FIG. 3.
아래의 표 2와 표 3은 비교예와 실시예의 침지노즐을 적용한 경우 턴디쉬의 수명차이를 나타낸 것이다. Tables 2 and 3 below show the difference in lifespan of the tundish when the immersion nozzles of Comparative Examples and Examples are applied.
침지노즐을 교체하면 턴디쉬도 같이 교체해야 하므로 내화물 비용을 증가시키게 된다. 하지만 표 2와 표 3을 살펴보면, 본 발명을 적용한 실시예의 경우 턴디쉬의 사용수명이 8대/월 정도 차이가 남을 알 수 있다. If the immersion nozzle is replaced, the tundish must also be replaced, increasing the refractory cost. However, looking at Table 2 and Table 3, it can be seen that in the embodiment to which the present invention is applied, the service life of the tundish remains about 8 units / month.
즉, 비교예와 실시예를 통해 연속주조 중 침지노즐의 노즐막힘 개선이 턴디쉬의 수명을 증가시켜 생산비용을 크게 절감시킴을 알 수 있다. In other words, it can be seen that through the comparative examples and examples, nozzle clogging of the immersion nozzle during continuous casting increases the life of the tundish and greatly reduces the production cost.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.Within the scope of the basic technical idea of the present invention, many other modifications are possible to those skilled in the art, and the scope of the present invention should be interpreted based on the appended claims. will be.
도 1은 본 발명에 의한 연속주조용 침지노즐의 바람직한 실시예를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of the continuous casting immersion nozzle according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 연속주조용 침지노즐을 적용되어 노즐막힘이 방지되는 원리를 보인 모식도. Figure 2 is a schematic diagram showing a principle that the nozzle clogging is prevented by applying the immersion nozzle for continuous casting according to the present invention.
도 3의 (a)는 연속주조 공정을 마친 종래의 침지노즐 하단부 토출구 주변 내벽을 보인 사진. Figure 3 (a) is a photograph showing the inner wall surrounding the discharge port of the lower end of the conventional immersion nozzle after the continuous casting process.
도 3의 (b)는 연속주조 공정을 마친 본 발명에 의한 침지노즐 하단부 토출구 주변 내벽을 보인 사진.Figure 3 (b) is a photograph showing the inner wall surrounding the discharge port of the lower end of the immersion nozzle according to the present invention after the continuous casting process.
10:침지노즐 11:침지노즐 내벽10: Submerged nozzle 11: Submerged nozzle inner wall
13:토출구13: Discharge outlet
15:CaO-ZrO2-C 재질 내화물 배치 부위15: CaO-ZrO2-C material refractory placement site
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