KR20220091582A - 내화 필터 - Google Patents

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Abstract

강철과 같은 용융 금속을 여과하는 데 적합한 내화 필터, 및 상기 필터를 제조하기 위한 방법 및 분말화 조성물. 상기 필터는 내화 재료를 포함하고, 상기 내화 재료는 60 내지 90 중량% 알루미나; 8 내지 30 중량% 지르코니아; 및 3 내지 20 중량% 마그네시아를 포함한다. 상기 분말화 조성물은 60 내지 90 중량% 알루미나; 8 내지 30 중량% 지르코니아; 및 3 내지 20 중량% 마그네시아를 포함하고, 상기 분말화 조성물은 12.5 중량% 미만의 반응성 알루미나, 하소된 알루미나 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 알루미나의 나머지는 판형 알루미나이다. 방법은 본 발명에 따른 분말화 조성물을 제공하는 단계; 분말화 조성물 및 액체 성분으로부터 필터 전구체를 형성하는 단계; 및 내화 필터는 형성하기 위해 필터 전구체를 소성하는 단계를 포함한다.

Description

내화 필터
본 발명은 강철과 같은 용융 금속을 여과하는 데 적합한 필터 및 상기 필터의 제조 방법에 관한 것이다.
용융 금속은 대게 최종 주조 제품이 바람직하지 않은 특성을 갖도록 할 수 있는 금속 산화물 및 기타 불순물과 같은 고체를 포함한다. 필터는 주조 공정 동안 용융 금속에서 이러한 불순물을 제거하기 위해 고안되었다. 일반적으로 이러한 필터는 용융 금속과 관련된 고온을 견디기 위해 세라믹 재료와 같은 내화 재료로 만들어진다.
다양한 유형의 내화 필터는 셀룰러 및 압축 필터를 포함한다. 셀룰러 필터는 예를 들어, 가마에서 결과적인 구조를 건조, 절단 및 소성하기 전에 다이(die)를 통해 플라스틱 세라믹 본체를 압출하는 압출 기술로 형성된다. 셀룰러 필터는 전형적으로 필터의 깊이를 통해 확장하는 정사각형 평형 셀을 포함한다. 압축 필터는 성형된 다이의 플라스틱 세라믹 본체를 통해 성형된 핀을 강제로 통과하여 제조되며, 전형적으로 필터 본체를 통해 연장되는 원형 평행 구멍이 있다. 이러한 유형의 필터는 모두 구조를 통해 용융 금속의 구불구불한 경로를 제공하지 않는다.
바람직한 내화 필터는 폼-유사(foam-like) 외관을 가지며 금속 여과(metal filtration) 산업에서 대게 세라믹 폼 필터인 폼(foam) 필터로 지칭된다. 세라믹 폼 필터의 제작은 EP 0 412 673 A2 및 EP 0 649 334 A1에 설명되어 있다. 전형적으로, 개방 셀 폼(예: 망상 폴리우레탄 폼)에는 내화 입자 및 결합제의 수성 슬러리가 함침된다. 함침된 폼은 압축되어 과잉 슬러리를 배출한 다음 건조 및 소성되어 유기 폼을 연소시키고 슬러리 코팅에서 내화 입자 및 결합제를 소결한다. 시작 폼과 실질적으로 동일한 구조적 구성을 갖는 복수의 상호 연결 공극을 갖는 고체 세라믹 폼이 이렇게 형성된다.
보다 최근에는, 3D 프린팅(적층 제조(metal filtration)라고도 함)을 사용하여 필터와 같은 복잡한 세라믹 구조를 만드는 것이 가능해졌다. 전형적으로, 예를 들어 가상 3D 또는 CAD 모델을 기반으로 하는 컴퓨터 제어 하에 재료의 연속 층이 형성된다. 3D 프린팅으로 세라믹 물체를 형성하기 위해서는, 3D 프린터로 형성된 초기 구조를 고온(예: 1500-1700℃ 주변)에서 소성하여 세라믹 재료를 소결 또는 용융시켜야 한다.
지르코니아-기반 폼 필터는 요구되는 고온을 견딜 수 있기 때문에 철강 주조에 널리 사용된다. 지르코니아-기반 필터는 대게 예를 들어, 중량 기준 최대 95% 지르코니아로 지르코니아 수준이 매우 높다. 그러나, 지르코니아는 매우 고가이며, 지르코니아-기반 폼 필터는 파쇄성(friability) 때문에 필터에서 작은 조각으로 부서지는 것을 초래하여, 주물(casting)의 오염을 초래할 수 있다. 지르코니아 필터는 또한 밀도가 높고 프라임(prime)하기 어렵기 때문에, 용융 금속을 여과하기 전에 더 높은 온도로 가열해야 한다.
본 발명은 이러한 문제를 염두에 두고 고안되었으며, 필터 내 지르코니아의 양을 감소시켜 필터의 파쇄성, 밀도 및 비용을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 견지에 따르면, 용강(molten stell)을 여과하기 위한 내화 필터가 제공되고, 내화 필터는 내화 재료를 포함하고 상기 내화 재료는 60-90 중량% 알루미나; 8-30 중량% 지르코니아; 및 3-20 중량% 마그네시아를 포함한다.
일부 구현예에서, 내화 재료는 65 내지 80 중량%, 또는 70 내지 75 중량% 알루미나를 포함한다.
일부 구현예에서, 내화 재료는 10 내지 25 중량%, 또는 15 내지 20 중량% 지르코니아를 포함한다.
일부 구현예에서, 내화 재료는 5 내지 15 중량%, 또는 7.5 내지 10 중량% 마그네시아를 포함한다.
일부 구현예에서, 내화 재료는 70 내지 75 중량% 알루미나, 15 내지 20 중량% 지르코니아, 및 5 내지 12.5 중량% 마그네시아를 포함한다.
일부 구현예에서, 내화 재료는 75 중량% 알루미나, 20 중량% 지르코니아, 및 5 중량% 마그네시아를 포함한다.
일부 구현예에서, 마그네시아는 세리아(ceria)로 부분적으로 또는 완전히 대체된다.
일부 구현예에서, 내화 재료는 티타니아(titania)를 더 포함한다. 일부 구현예에서, 내화 재료는 최대 0.5 중량%, 최대 1 중량%, 최대 1.5 중량%, 최대 2 중량%, 최대 3 중량%, 최대 4 중량% 또는 최대 5 중량% 티타니아를 포함한다.
일부 구현예에서, 내화 재료는 필터를 통해 다수의 구불구불한 경로가 존재하도록 그 사이에 상호 연결 기공 또는 공극을 정의하는 상호 연결 가닥의 네트워크 또는 격자를 갖는 폼 필터이다. 일부 구현예에서, 내화 필터는 셀룰러 또는 압축 필터이다.
내화 필터는 상승된 온도를 견딜 수 있는 필터이다. 본 발명의 내화 필터는 용융 금속에 필요한 고온으로 가열되는 열 충격을 견딜 수 있어야 하고, 용융 금속, 특히 용강의 충격으로 인한 기계적 충격을 물리적으로 견딜 수 있어야 한다. 필터의 압축 강도 및 용융 금속의 충격을 견디는 능력을 포함하는 이러한 특성을 측정하도록 설계된 테스트가 본원에 설명된다.
특히, 본 발명의 내화 필터는, 예를 들어, 1500 ℃ 이상의 온도를 가질 수 있는 용강을 여과하는 데 적합해야 한다. 필터는 또한 티타늄 및 그 합금과 같은 다른 용융 금속을 여과하는 데 적합할 수 있다.
내화 필터는 적어도 4, 적어도 4.5 또는 적어도 5 MPa의 압축 강도를 가질 수 있다. 일부 구현예에서 압축 강도는 8 MPa 이하, 7 MPa 이하 또는 6 MPa 이하이다. “압축 강도”는 또한 본원에서 필터의 “파쇄 강도”로 지칭될 수 있다.
내화 필터는 본원에 설명된 방법에 따라 적어도 30 kg, 적어도 40 kg, 적어도 50 kg, 적어도 70 kg, 적어도 100 kg, 적어도 200 kg, 적어도 400 kg 또는 적어도 600 kg 용강을 여과하는데 적합할 수 있다.
일부 구현예에서 내화 재료는 1 중량% 미만, 0.8 중량% 미만, 0.5 중량% 미만, 0.3 중량% 미만, 0.2 중량% 미만 또는 0.1 중량% 미만의 실리카를 포함한다. 일부 구현예에서 내화 재료는 내화 재료에 전형적으로 존재할 수 있는 불가피한 불순물을 제외하고는 실질적으로 실리카가 없다. 실리카의 존재는 필터의 고온 강도를 감소시킬 수 있는 저융점 종의 형성을 초래할 수 있고, 이는 결국 필터의 변형 및 파손을 유발할 수 있기 때문에, 실리카를 감소시키거나 제거하는 것이 유리하다. 이는 강철 및 티타늄과 같이 융점이 높은 금속의 여과에 중요하다.
내화 필터는 필터의 측면을 형성하는 적어도 하나의 제1 표면 및 필터의 관통-유동 면을 형성하는 두 개의 대향하는 제2 표면을 갖는다. 필터는 원형, 정사각형 또는 직사각형 단면을 가질 수 있다. 원형 단면을 갖는 필터는 단 한 개의 첫 번째 표면을 갖는 반면, 정사각형 또는 직사각형 단면을 갖는 필터는 네 개의 첫 번째 표면을 갖는다.
일부 구현예에서, 각각의 제2 표면은 200 cm2 이하, 300 cm2 이하, 400 cm2 이하 또는 500 cm2 이하의 면적을 갖는다. 바람직하게는, 각각의 제2 표면은 적어도 10 cm2, 적어도 25 cm2 또는 적어도 50cm2의 면적을 갖는다.
일부 구현예에서, 각각의 제2 표면은 100 cm2 이하의 면적을 갖는다. 그러한 구현예에서, 내화 필터는 170 g 이하, 160 g 이하 또는 150 g 이하의 중량을 갖는다. 일부 구현예에서, 필터는 140 내지 170 g 또는 140 내지 150 g의 중량을 갖는다.
일부 구현예에서, 각각의 제 2 표면은 70 cm2 이하의 면적을 갖는다. 그러한 구현예에서, 내화 필터는 100 g 이하, 90 g 이하 또는 80 g 이하의 중량을 갖는다. 일부 구현예에서, 필터는 70 내지 100 g 또는 70 내지 80 g의 중량을 갖는다.
따라서 현재 청구된 필터에서 세라믹의 밀도는 지르코니아-기반 필터보다 낮으므로, 본 발명은 용강 여과를 위한 가볍지만 튼튼한 필터를 제공한다.
본 발명의 내화 필터는 내화 폼 필터일 수 있다. 내화 폼 필터의 제작은 EP 0 412 673 A2 및 EP 0 649 334 A1에 설명되어 있다. 전형적으로, 개방 셀 폼(예: 망상 폴리우레탄 폼)에는 내화 입자 및 결합제의 수성 슬러리가 함침된다. 함침된 폼은 압축되어 과잉 슬러리를 배출한 다음 건조 및 소성되어 유기 폼을 연소시키고 슬러리 코팅에서 내화 입자 및 결합제를 소결한다. 시작 폼과 실질적으로 동일한 구조적 구성을 갖는 복수의 상호 연결 공극을 갖는 고체 세라믹 폼이 이렇게 형성된다.
대안적으로, 내화 필터는 3D 프린팅(적층 제조라고도 함)에 의해 형성된 필터 전구체에서 파생될 수 있다.
일부 구현예에서, 필터는 적어도 하나의 폐쇄 에지를 갖는다. “폐쇄 에지(closed edge)”에 의해, 제1 표면 중 적어도 하나에 있는 기공의 대부분은, 예를 들어 코팅에 의해, 폐쇄되거나 차단된다는 것이 이해될 것이다. 필터가 하나 이상의 제1 표면을 포함하는 일부 구현예에서, 제1 표면의 일부 또는 전부의 기공은 폐쇄될 수 있다. 제1 표면(하나의 제1 표면만을 갖는 원형 필터의 경우) 또는 모든 제1 표면(정사각형 또는 직사각형 필터의 경우)이 폐쇄된 구현예에서, 필터는 “프레임화(framed)”로 설명될 수 있다. 폐쇄 에지 또는 프레임화는 필터의 강도를 높이는 데 도움이 될 수 있다. US4568595, US4331621 및 WO2011/114080은 폐쇄 에지 필터의 제조의 예를 설명한다. 프레임화된 필터가 사용되면 필터가 견딜 수 있는 금속 질량을 크게 증가시켜 성능을 향상시킬 수 있다. 어떤 경우에는, 필터가 고장나기 전에 필터 용량을 30 kg에서 100 kg으로 높이는 프레임화된 필터가 발견되었다. 필터가 이미 100 kg 이상의 금속 고유 용량을 갖는 일부 구현예에서, 필터를 프레임화하는 것은 강도를 위해 반드시 필요한 것은 아니지만 본 발명의 조성물에 의해 달성되는 개선된 파쇄성 성능을 추가로 향상시키는 데 도움이 될 수 있다.
본 발명의 제2 견지에 따르면, 60-90 중량% 알루미나; 8-30 중량% 지르코니아; 및 3-20 중량% 마그네시아를 포함하며, 여기서 분말화 조성물은 12.5 중량% 미만의 반응성 알루미나, 하소된 알루미나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 분말화 조성물이 제공된다.
일부 구현예에서, 분말화 조성물은 65 내지 80 중량%, 또는 70 내지 75 중량% 알루미나를 포함한다.
일부 구현예에서, 분말화 조성물은 10 내지 25 중량%, 또는 15 내지 20 중량% 지르코니아를 포함한다.
일부 구현예에서, 분말화 조성물은 5 내지 12.5 중량%, 또는 7.5 내지 10 중량% 마그네시아를 포함한다.
일부 구현예에서, 분말화 조성물은 70 내지 75 중량% 알루미나, 15 내지 20 중량% 지르코니아, 및 5 내지 12.5 중량% 마그네시아를 포함한다.
일부 구현예에서, 분말화 조성물은 75 중량% 알루미나, 20 중량% 지르코니아, 및 5 중량% 마그네시아를 포함한다.
일부 구현예에서, 마그네시아는 세리아(ceria)로 부분적으로 또는 완전히 대체된다.
분말화 조성물은 12.5 중량% 미만의 반응성 알루미나, 하소된 알루미나 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 알루미나의 나머지는 판형 알루미나이다. 일부 구현예에서, 분말화 조성물은 10 중량% 미만의 반응성 및/또는 하소된 알루미나, 또는 5% 미만의 반응성 및/또는 하소된 알루미나를 포함한다. 일부 구현예에서, 분말화 조성물은 판형 알루미나만을 포함하고 반응성 또는 하소된 알루미나는 포함하지 않는다. 분말화 조성물은 0 내지 10 중량%, 1 내지 9 중량% 또는 2 내지 8 중량%(예: 5 중량%) 반응성 알루미나, 하소된 알루미나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 분말화 조성물은 적어도 60 중량%, 적어도 65 중량%, 적어도 70 중량%, 또는 적어도 75%의 판형 알루미나를 포함할 수 있다.
일반적으로, 반응성 알루미나는 이를 제조하는 데 사용되는 침전 기술로 인해 “푹신한(fluffy)” 또는 “깃털 같은(feathery)” 질감을 가지고 있다. 따라서 반응성 알루미나는 판형 알루미나보다 더 많은 물을 흡수하므로(높은 물 요구량이라고 함), 소성 후 더 많은 수축이 초래된다. 이는 결국, 결과 필터의 강도를 감소시킬 수 있다. 슬러리로 형성될 때, 분말화 조성물에서 더 많은 양의 반응성 알루미나는 또한 감소된 흐름으로 인해 슬러리를 펌핑(pump) 및 가공(process)하기 더 어렵게 만들 수 있다.
일부 구현예에서, 분말화 조성물은 1 중량% 미만, 0.8 중량% 미만 또는 0.5 중량% 미만의 실리카를 포함한다. 일부 구현예에서, 분말화 조성물에는 실리카가 실질적으로 없다.
일부 구현예에서, 지르코니아는 반응성 지르코니아이다.
일부 구현예에서, 분말화 조성물은 70 중량% 판형 알루미나, 5 중량% 반응성 또는 하소된 알루미나, 20 중량% 지르코니아, 및 5 중량% 마그네시아를 포함한다.
분말화 조성물에 존재하는 판형 알루미나는 500 ㎛ 미만, 400 ㎛ 미만, 300 ㎛ 미만, 200 ㎛ 미만, 100 ㎛ 미만 또는 50 ㎛ 미만의 D50 입자 크기를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 판형 알루미나는 적어도 20 ㎛, 적어도 30 ㎛, 적어도 40 ㎛, 적어도 50 ㎛, 적어도 100 ㎛ 또는 적어도 200 ㎛의 D50 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예에서, 판형 알루미나는 20 내지 500 ㎛, 40 내지 400 ㎛ 또는 40 내지 300 ㎛의 D50 입자 크기를 갖는다.
일부 구현예에서, 판형 알루미나는 상이한 등급의 알루미나의 혼합물을 포함한다. 일부 구현예에서, 판형 알루미나는 더 미세한 등급의 판형 알루미나(예: 50 ㎛ 미만, 또는 20 내지 50 ㎛의 D50 입자 크기를 가짐) 및 더 굵은 등급의 판형 알루미나(예: 100 내지 500 ㎛의 D50 입자 크기를 가짐)의 혼합물을 포함한다. 일부 구현예에서, 더 미세한 등급의 판형 알루미나는 약 40 ㎛의 D50 입자 크기를 갖고 더 굵은 등급의 판형 알루미나는 약 200 ㎛의 D50 입자 크기를 갖는다. 일부 구현예에서, 더 미세한 등급 대 더 굵은 등급의 판형 알루미나의 비는 20:80 내지 80:20, 30:70 내지 70:30, 40:60 내지 60:40, 또는 50:50이다.
더 굵은 등급의 판형 알루미나(예: 100 내지 500 ㎛ 또는 약 200 ㎛의 D50 입자 크기)를 포함하는 조성물은 매우 낮은 물 요구량을 보일 수 있고 100 kg인 금속, 예를 들어 600 kg인 금속보다 더 높은 용융 금속 용량을 갖는 더 튼튼한 필터를 제조할 수 있다. 따라서 더 굵은 등급의 판형 알루미나를 포함하는 조성물은 더 큰 필터(예: 제1 표면의 직경이 약 150 mm 또는 면적이 최대 500 cm2인 필터)를 생산하는 데 사용될 수 있다.
판형 알루미나는 1.0 이하, 0.8 이하, 0.5 이하 또는 0.3 m2/g 이하의 비표면적(SSA)을 가질 수 있다. 비표면적은 표준 방법, 예를 들어 Brunauer-Emmett-Teller 질소 흡착 방법(ISO 9277:2010)에 의해 특성화될 수 있다.
반응성 및/또는 하소된 알루미나는, 분말화 조성물에 존재할 때, 20 ㎛ 미만, 10 ㎛ 미만, 5 ㎛ 미만 또는 3 ㎛ 미만, 2 ㎛ 미만 또는 1 ㎛ 미만의 D50 입자 크기를 가질 수 있다.
반응성 및/또는 하소된 알루미나는 5 이하, 3 이하, 2 이하 또는 1 m2/g 이하의 비표면적(SSA)을 가질 수 있다.
분말화 조성물에 존재하는 마그네시아는 50 ㎛ 미만, 또는 30 ㎛ 미만, 예를 들어 20 μm 미만의 D50 입자 크기를 가질 수 있다.
마그네시아는 10 이하, 5 이하, 3 이하 또는 2 m2/g 이하의 비표면적(SSA)을 가질 수 있다.
분말화 조성물에 존재하는 지르코니아는 10 ㎛ 미만, 5 ㎛ 미만, 3 ㎛ 미만, 1 ㎛ 미만 또는 0.5 ㎛ 미만의 D50 입자 크기를 가질 수 있다.
지르코니아는 10 이하, 8 이하, 6 이하, 또는 3 m2/g 이하의 비표면적(SSA)을 가질 수 있다.
분말화 조성물은 광범위한 입자 크기를 갖는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 분말화 조성물은 비교적 굵은 판형 알루미나 입자(예: 40 ㎛ 내지 200 ㎛의 D50) 및 비교적 미세한 지르코니아 입자(예: 0.4 ㎛의 D50)를 포함할 수 있다. 미세한 지르코니아 입자는 결합으로 작용하여 알루미나와 착물을 형성한다. 일부 구현예에서, 더 굵은 등급의 지르코니아가 단독으로 또는 더 미세한 등급의 지르코니아(예: 1 ㎛ 미만의 D50)와 함께 사용될 수 있다(예: 5 내지 20 ㎛의 D50 입자 크기를 가짐). 그러나, 이러한 구현예에서, 분말화 조성물 중 더 굵은 등급의 지르코니아의 양은 바람직하게는 15 중량% 미만이어야 한다.
일부 구현예에서, 분말화 조성물은 티타니아를 포함한다. 일부 구현예에서, 분말화 조성물은 최대 0.5 중량%, 최대 1 중량%, 최대 1.5 중량%, 최대 2 중량%, 최대 3 중량%, 최대 4 중량% 또는 최대 5 중량%의 티타니아를 포함한다. 분말화 조성물에 티타니아를 첨가하면 필터의 냉간 강도, 금속 용량 및 파쇄성 성능을 더욱 높일수 있다.
티타니아는 소성 중 필터 수축을 약간 증가시킬 수 있지만, 강도 손실은 동반되지 않는다. 이 효과는 소성 후 수축을 거의 보이지 않아 표준 크기의 폼 전구체를 사용하여 만들 때 요구되는 정확한 치수 또는 기공 크기를 갖는 완성된 필터를 제조하지 못할 수 있는 더 굵은 등급의 판형 알루미나(예: 200 ㎛)를 포함하는 조성물에서 특히 유용할 수 있다. 따라서 더 굵은 등급의 판형 알루미나를 포함하는 조성물에 티타니아를 첨가하면 최종 필터의 치수가 요구사항에 맞게 조정될 수 있고, 특수-크기의 폼 전구체를 저장할 필요가 없으며 표준 크기의 폼 전구체를 사용하여 필터를 제조할 수 있다.
본 발명의 제3 견지에 따르면, 내화 필터를 형성하기 위한 제2 견지에 따른 분말화 조성물의 용도가 제공된다.
본 발명의 제4 견지에 따르면, 본 발명의 제2 견지에 따른 분말화 조성물을 제공하는 단계; 분말화 조성물 및 액체 성분으로부터 필터 전구체를 형성하는 단계; 및 내화 필터는 형성하기 위해 필터 전구체를 소성하는 단계를 포함하는 내화 필터의 제조 방법이 제공된다.
일부 구현예에서, 필터 전구체를 형성하는 단계는 망상 폼 기재를 분말화 조성물 및 액체 성분을 포함하는 슬러리로 함침시켜 필터 전구체를 형성하는 것을 포함한다.
내화 슬러리에 의한 폼 기재의 함침은 당업계에 잘 알려져 있다. 망상 폼 기재는 분무, 롤러 함침, 침지, 원심분리, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 슬러리로 함침될 수 있다. 과잉 슬러리는 압축 및/또는 롤링(rolling) 및/또는 원심분리에 의해 제거될 수 있다.
일부 구현예에서 슬러리는 롤러링(rollering)(예: 슬러리의 60 중량%가 롤러링에 의해 적용될 수 있음) 및 분무(예: 슬러리의 40 중량%가 분무에 의해 적용될 수 있음)의 조합에 의해 적용된다.
슬러리의 점도는 함침 방법에 따라 조정될 필요가 있을 수 있으며, 당업자는 필요에 따라 점도를 조정할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 롤러 함침의 경우, 슬러리는 25 내지 100, 35 내지 60, 40 내지 55 또는 45 내지 49 Pa.S의 점도를 가질 수 있다. 분무 또는 침지에 의해 슬러리를 적용하기 위해, 슬러리는 1 내지 5, 1.5 내지 4 또는 2 내지 3.1 Pa.S의 점도를 가질 수 있다. 원심분리를 위해, 슬러리는 2 내지 50 Pa.S의 점도를 가질 수 있다.
슬러리는 분말화 조성물을 하나 이상의 액체 성분과 혼합함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 방법은 분말화 조성물과 하나 이상의 액체 성분을 조합하여 슬러리를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
슬러리 중의 액체 성분은 임의의 적합한 희석제, 예를 들어, 물, 메탄올, 에탄올 또는 경질 석유를 포함할 수 있다. 그러나, 물은 양호한 코팅 특성을 갖는 슬러리를 제공하고 환경적으로 안전하기 때문에 대게 사용된다.
유동학적 특성을 조절하기 위해 하나 이상의 첨가제가 슬러리에 또한 첨가될 수 있다. 필터의 제조에서 이러한 첨가제의 사용은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있으며, 여기에는 점토와 같은 현탁 보조제; 실리콘계 액체와 같은 소포제; 폴리(비닐 아세테이트)(PVA)와 같은 결합제; 리그노술포네이트(lignosulphonates) 및/또는 카르복실산과 같은 분산제; 잔탄검과 같은 점도 조절제; 및 프로필렌 글리콜과 같은 보습제 포함된다.
망상 폼 기재는 폴리에테르, 폴리우레탄(폴리에테르-폴리우레탄 및 폴리에스테르-폴리우레탄 포함), 또는 셀룰로오스 폼과 같은 중합체 폼일 수 있다. 망상 폼 기재는 결과 필터의 템플릿 역할을 하므로 그 다공성은 결과 필터의 다공성 지표(indication)를 제공한다. 다공성은 기공의 수와 기재의 공극(기공)의 부피 백분율로 정의될 수 있다. 폼 필터의 다공성은 대게 선형 인치 당 기공 수(ppi)로 지정되며 야금 응용 분야의 경우 다공성은 대게 5 ppi 내지 60 pp, 대부분의 주조 응용 분야의 경우 전형적으로 10 ppi 내지 30 ppi이다. 주조 산업에서, 필터의 ppi에 대한 참조는 엄격히 말해서 필터가 만들어진 폼 기재의 ppi에 대한 참조이다.
본 발명의 구현예에서 사용되는 망상 폼 기재는 5 ppi 내지 40 ppi, 8 내지 30 ppi 또는 10 내지 20 ppi, 예를 들어 15 ppi의 다공성을 가질 수 있다.
형성하는 데 사용되는 내화 필터와 마찬가지로, 망상 폼 기재는 최종적으로 필터의 측면을 형성하는 적어도 한 개의 제1 표면과 필터의 통과-흐름 면을 형성하는 두 개의 대향하는 제2 표면을 가진다.
일부 구현예에서, 방법은 망상 폼 기재 상에 폐쇄 에지를 형성하는 단계를 더 포함한다. 폐쇄 에지는 폼 기재에 슬러리를 함침시키기 전에, 망상 폼 기재의 적어도 하나의 제1 표면에 유기 코팅을 적용함으로써 형성될 수 있다. 소성 시, 유기 물질은 연소되어, 폐쇄 에지를 남긴다. 유기 코팅은, 예를 들어 유기(예: 폴리우레탄) 섬유를 망상 폼 기재의 적어도 하나의 제1 표면 상에 분무함으로써 적용될 수 있다. 대안적으로, 코팅은 함침에 의해, 유기 코팅 물질의 스트립(strip)에서 적어도 하나의 제1 표면을 감싸거나, 망상 폼 기재의 에지를 용융시킴으로써 적용될 수 있다. 그 결과 필터 본체와 구별할 수 없는 단일 폐쇄 에지가 형성된다.
일부 구현예에서, 필터 전구체를 형성하는 단계는 3D 프린팅을 포함한다.
3D 프린팅은 다른 재료를 사용하여 3D 물체를 제조하는 다양한 다른 기술과 공정을 포괄하는 잘 알려진 기술이다. “3D 프린팅”이라는 용어는 종종 “적층 제조(additive manufacturing)”와 동의어로 사용된다. 전형적으로, 3D 프린팅 공정에서, 예를 들어 가상 또는 CAD 설계를 기반으로 하는 컴퓨터 제어 하에 재료의 연속 층이 형성되어, 거의 모든 모양 또는 기하학의 물체를 생성할 수 있다. 3D 프린팅을 사용하여 내화 필터와 같은 복잡한 구조를 형성하는 것은 이 기술을 통해 필터의 기공 크기와 모양, 및 흐름 경로를 정밀하게 제어할 수 있기 때문에 바람직하다. 3D 프린팅을 사용하여 일관된 규칙적인 모양을 형성할 수도 있다.
필터 전구체는 임의의 적합한 3D 프린팅/적층 제조 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 적합한 방법의 예로는 압출 증착, 분말 베드(bed) 융합, 융합 증착 모델링 및 세라믹 잉크젯 인쇄가 있다.
일부 구현예에서, 예를 들어 융합 증착 모델링 및 세라믹 잉크젯 프린팅에서, 3D 프린팅은 침착 전에 분말화 조성물 및 액체 성분을 사전에 혼합함으로써 수행된다. 이러한 구현예에서, 방법은 분말화 조성물과 액체 성분을 혼합하여 페이스트 또는 슬러리를 제공한 다음, 3D 프린터를 이용하여 페이스트 또는 슬러리를 성형하여 필터 전구체를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
일부 대안적인 구현예에서, 예를 들어 분말 베드 융합에서, 3D 프린팅은 분말화 조성물을 침착시킨 다음, 침착된 분말화 조성물의 선택된 영역에 3D 프린터를 사용하여 액체 성분을 적용함으로써 수행된다. 액체 성분(액체 용매 또는 결합제일 수 있음)은 액체 성분이 적용되는 영역에서 분말화 조성물의 층을 선택적으로 결합할 수 있다. 느슨한 분말은 바람을 불거나 진공으로 제거될 수 있다. 그후 공정은 3D 필터 전구체를 구축하기 위해 반복될 수 있다.
일부 구현예에서 방법은 필터 전구체를 탈결합(de-binding)시키는 단계를 더 포함한다. 일부 3D 프린팅 공정에서 요구될 수 있는 바와 같이, 필터 전구체가 유기 결합제를 사용하여 형성된 구현예에서 탈결합이 수행될 수 있다.
탈결합은 최대 400 ℃의 온도에서 필터 전구체를 가열하여 수행될 수 있다. 온도의 꾸준한 상승은 2 내지 10 또는 3 내지 8 시간, 예를 들어 5 시간의 기간에 걸쳐 적용될 수 있다. 탈결합 공정은 소성 단계에 통합될 수 있거나, 내화 필터를 형성하는 방법의 개별 단계일 수 있다. 개별 탈결합 단계는 대형 필터에 유용할 수 있다.
일부 구현예에서, 방법은 소성 전에 필터 전구체를 건조하는 단계를 더 포함한다. 필터 전구체가 수성 혼합물로부터 형성되는 경우 건조 단계가 유리하다. 건조는 110 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 (예: 오븐에서) 수행될 수 있다. 180 ℃ 이상에서는 망상 폼 기재 및 유기 결합제와 같은 존재하는 모든 유기물이 연소된다. 따라서 더 높은 온도에서의 건조는 더 낮은 온도에서보다 더 짧은 기간 동안 수행된다. 예를 들어, 110 ℃에서 건조는 60 분 동안 수행될 수 있는 반면, 180 ℃에서는 5 분만이 소요될 수 있다.
필터 전구체는 1500 ℃ 내지 1700 ℃의 온도에서 소성될 수 있다. 일부 구현예에서, 필터 전구체는 1500 ℃ 초과의 온도, 1550 ℃ 초과의 온도, 또는 1550 내지 1650 ℃의 온도, 예를 들어 1600 ℃에서 소성된다. 소성은 적어도 30 분 동안, 예를 들어 0.5 내지 5 시간 또는 1 내지 3 시간, 예를 들어 약 2 시간 동안 수행될 수 있다. 일부 구현예에서, 필터 전구체는 산화 분위기, 예를 들어 0.5 % 초과의 산소를 포함하는 분위기에서 소성된다.
본 발명의 구현예는 이제 실시예로서 그리고 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 진동 후 필터 재료의 부서진 입자 수준으로 측정한 내화 필터의 파쇄성을 나타내는 그래프이다.
실시예 1
내화 필터의 제조
원하는 중량이 달성될 때까지 롤러와 분무의 조합을 사용하여 망상 폴리우레탄 폼 조각에 슬러리를 함침시켰다. 슬러리는 대략 90%의 분말화 조성물 및 10%의 유동 조절제(소포제, 분산제, 습윤제, 결합제 및 점도 조절제)를 포함한다. 요구되는 슬러리 점도를 제공하기 위해 물을 첨가하였다.
함침된 폼 조각은 소성하기 전에 150 ℃로 설정된 오븐에서 건조되었다. 소성은 1620 ℃의 온도로 설정된 터널(연속) 가마에서 수행되었다.
냉간 압쇄(Cold crush) 강도
냉간 압쇄 강도 시험은 실온에서 필터의 압축 강도를 평가하는 데 사용된다. 냉간 압쇄 강도는 DIN EN 993-5: 조밀한 모양의 내화 제품에 대한 테스트 방법 - 파트 5: 냉간 분쇄 강도 결정에 따라 독일 주조 협회(BDG(Bundesverband der Deutschen Giesserei-Industrie) 지침 P100, 2012년 9월 판)에 지정된 시험 방법을 사용하여 결정되었다. 간략하게, 위에서 설명한 대로 준비된 내화 필터(100 x 100 x 25 mm, 10 ppi, 프레임화되지 않음)를 25 mm 직경 지지체에 배치했다. 동일한 직경의 램을 사용하여 파손될 때까지 필터에 20 mm/min의 속도로 하중을 가했다. 결과적인 최대 힘은 냉간 압쇄 강도를 결정하는 데 사용되었다.
금속 주입 시험
1610-1620 ℃의 온도에서 용융 스테인리스 강철을 위에서 설명한 대로 준비된 내화 필터(100 x 100 x 25 mm, 10 ppi, 프레임화되지 않음)를 통해 부었다. 필터는 양면 지지대에 고정되었고, 30 mm 노즐이 있는 바닥-붓기 국자(bottom-pour ladle) 아래 70 mm에 배치하였다. 최소 30 kg의 용융 스테인리스 강철이 필터를 통해 부었을 때 필터가 손상되지 않고 파열되지 않은 경우 이 테스트를 통과한 것으로 간주되었다.
결과
치수가 100 x 100 x 25 mm인 필터(프레임화되지 않음)는 위에서 설명한 방법을 사용하여 8 ppi 망상 폴리우레탄 폼 조각으로 준비되었다. 필터는 하기 표 1의 레시피에 따라 다양한 분말 조성을 사용하여 만들었다.
필터의 압축 강도와 용강 주입 시험을 견디는 능력을 위에서 설명한 대로 시험했다. 결과는 표 1에 나타냈다.
[표 1]
Figure pct00001
Figure pct00002
마그네시아를 포함하지 않는 조성물 A-C를 사용하여 만들어진 필터는 용강 시험을 통과하지 못했고, 충격 시 파열되었다. 3-20 중량% 마그네시아 및 67.5-77 중량% 알루미나를 포함하는 조성물 D-J는 용강 시험을 통과했다. 8-30 중량% 지르코니아(D50 0.4 μm)를 포함하는 조성물 K-P 또한 용강 시험을 통과했다.
5 중량% 마그네시아, 20 중량% 지르코니아(D50 0.4 ㎛), 70 중량% 판형 알루미나 및 5 중량% 반응성 알루미나를 포함하는 조성물 E는 최대 150 kg까지 견딜 수 있는 튼튼한 필터를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 더 작은 D50 입자 크기(조성물 E의 경우 0.4 ㎛ 대(vs) 2.5 ㎛)를 갖는 반응성 알루미나를 포함하는 조성물 Q도 금속 주입 시험에서 우수한 강도를 나타냈다.
조성물 R-W는 더 작고 더 큰 입자 크기(예: 조성 S 및 U)를 갖는 지르코니아 혼합물을 포함하는 필터가 용강 시험을 통과했지만, 더 높은 수준의 반응성 알루미나(예: 12.5 중량% 이상) 및/또는 15 ㎛의 D50 입자 크기를 갖는 더 높은 수준의 지르코니아(예: 15 중량% 이상)를 포함하는 필터가 더 약하고 용강 시험을 통과하지 못하는 것을 나타냈다.
마그네시아의 일부가 세리아로 치환된 조성물 X는 용강 시험을 통과한 반면, 마그네시아의 일부가 이트리아로 치환된 조성물 Y는 통과하지 못했다.
실시예 2
분말화 조성물 E는 추가 시험을 위해 선택되었다.
파쇄성 시험
분말 조성물 E로부터 제조된 필터(“필터 E”로 지칭됨)의 파쇄성을 상업적으로 이용 가능한 3개의 동일한 치수(75 x 75 x 25 mm, 10 ppi 망상 폴리우레탄 폼으로부터 제조됨)의 프레임화된 및 프레임화되지 않은 >90 %의 지르코니아 수준을 가지는 지르코니아-기반 필터와 비교하였다. 각 유형의 필터 117개가 세 겹으로 가장자리에 서 있는 상자에 포장되었다. 상자는 테이블 위에서 20 분동안 진동되었다. 진동 후, 필터 파손으로 인한 부스러기의 무게를 측정하였다.
필터 E는 상업적으로 이용 가능한 필터(비교예 X, Y, Z) 보다 크게 낮은 파쇄성을 갖는 것으로 관찰되었다(도 1).
필터 E의 구조를 표준 지르코니아 필터와 SEM 분석으로 비교한 결과, 필터 E가 내화 재료의 소결이 더 완전함을 알 수 있었다. 이것이 본 발명의 필터가 표준 지르코니아 필터에 비해 파쇄성이 낮은 이유인 것으로 생각된다.
변형 시험
원형 단면(직경 150 mm, 깊이 30 mm)의 내화 필터는 분말화 조성물 E(필터 E')로 형성된 슬러리가 함침된 10 ppi 망상 폴리우레탄 폼으로 제조되었다. 필터 E'의 변형은 치수는 동일하지만 지르코니아 수준이 90 % 이상인 시판 필터의 변형과 비교되었다. 필터는 100 mm 스팬에 걸쳐 지지되었다. 170 g 중량을 각 필터의 상단 표면 중앙에 배치하였다. 필터는 2.5 시간 동안 1620 ℃의 온도에 노출되었다.
시험 절차에 따라, 필터 E'의 변형(즉, 처짐)은 3 mm로 측정된 반면, 시판 필터의 변형은 5 mm이었다.
실시예 3
40 ㎛ 등급 판형 알루미나의 절반이 D50 입자 크기가 200 ㎛인 더 굵은 등급의 판형 알루미나로 대체되어 조성물 E에 기초한 추가 조성물(조성물 Z)이 제형화되었다. 조성물 Z의 물 요구량은 조성물 E보다 15% 적은 것으로 밝혀졌고 조성물 Z는 소성 후 훨씬 더 적은 수축을 나타냈다(조성 E에 대한 6 % 수축과 비교하여 약 4.5 % 수축).
조성물 Z(치수: 75 x 75 x 25 mm)로 만들어진 필터를 실시예 1에 기재된 냉간 압쇄 강도 및 금속 주입 시험을 사용하여 시험하였다. 필터는 조성물 E를 사용하여 만들어진 필터보다 압쇄 강도가 더 높은 것으로 밝혀졌으며, 파열의 징후 없이 ~1640 ℃에서 부어진 100kg 용강을 쉽게 견딜 수 있었다.
실시예 4
소량의 이산화 티타늄을 첨가하여 조성물 Z를 시험하였다. 조성물 Z에 0.5 중량%의 티타니아를 첨가하면 수축이 1.5 % 증가하여 총 수축이 6 %가 되는 것으로 밝혀졌다(기존의 지르코니아 필터와 동일). 2 중량%의 티타니아를 첨가하면 수축이 4 % 추가로 증가하는 것이 밝혀졌다.
조성물 Z를 갖고 0.5 중량% 티타니아를 포함하는 필터의 금속 용량은 조성물 E를 사용하여 만들어진 필터에 비해 크게 개선되었다. 직경이 150 mm인 원형 필터는 파열 없이 600 kg 용강을 견딜 수 있었다. 필터의 냉간 압쇄 강도 및 파쇄성 성능도 개선된 것으로 밝혀졌다.
10 중량% 지르코니아, 5 중량% 마그네시아 및 1 중량% 티타니아와 나머지(remainder)를 포함하는 조성물을 사용하여 만들어진 필터는 40 ㎛ 및 200 ㎛ 판형 알루미나의 50:50 혼합물로 구성되어 있으며, 또한 잘 수행되었고(performed well) 슬러리는 펌핑하기가 더 쉬운 것으로 밝혀졌다.

Claims (30)

  1. 내화 재료(refractory material)를 포함하며, 상기 내화 재료는 60 내지 90 중량% 알루미나; 8 내지 30 중량% 지르코니아; 및 3 내지 20 중량% 마그네시아를 포함하는, 용강 여과용, 내화 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내화 재료는 실질적으로 실리카가 없는(silica-free), 내화 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내화 필터는 적어도 4 MPa의 압축 강도를 갖는, 내화 필터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내화 필터는 필터의 측면을 형성하는 적어도 하나의 제1 표면 및 필터의 관통-유동 면을 형성하는 두 개의 대향하는 제2 표면을 갖고, 상기 제2 표면은 면적이 500 cm2 이하인, 내화 필터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터는 프레임화된, 내화 필터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내화 필터는 폼 필터, 셀룰러 필터 또는 압축 필터인, 내화 필터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내화 재료는 최대 5 중량% 티타니아를 더 포함하는, 내화 필터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내화 재료는 12.5 중량% 미만의 반응성 또는 하소된 알루미나를 사용하여 만들어진, 내화 필터.
  9. 60 내지 90 중량% 알루미나; 8 내지 30 중량% 지르코니아; 및 3 내지 20 중량% 마그네시아를 포함하는 내화 필터를 만드는 분말화 조성물로서, 상기 분말화 조성물은 12.5 중량% 미만의 반응성 알루미나, 하소된(calcined) 알루미나 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 알루미나의 나머지는 판형 알루미나인, 분말화 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 분말화 조성물은 0 내지 10 중량% 반응성 알루미나, 하소된 알루미나 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 분말화 조성물.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 분말화 조성물은 적어도 60 중량%의 판형(tabular) 알루미나를 포함하는, 분말화 조성물.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판형 알루미나는 500 ㎛ 미만의 D50 입자 크기를 갖는, 분말화 조성물.
  13. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판형 알루미나는 20 내지 50 ㎛의 D50 입자 크기를 갖는 더 미세한 등급의 판형 알루미나 및 100 내지 500 ㎛의 D50 입자 크기를 갖는 더 굵은 등급의 판형 알루미나의 혼합물을 포함하는, 분말화 조성물.
  14. 제13항에 있어서, 더 미세한 등급의 판형 알루미나 대 더 굵은 등급의 판형 알루미나의 비는 40:60 내지 60:40인, 분말화 조성물.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응성 알루미나는 존재하는 경우, 10 ㎛ 미만의 D50 입자 크기를 갖는, 분말화 조성물.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마그네시아는 30 ㎛ 미만의 D50 입자 크기를 갖는, 분말화 조성물.
  17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지르코니아는 1 ㎛ 미만의 D50 입자 크기를 갖는, 분말화 조성물.
  18. 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분말화 조성물은 1 중량% 미만의 실리카를 포함하는, 분말화 조성물.
  19. 제18항에 있어서, 상기 분말화 조성물은 실질적으로 실리카가 없는, 분말화 조성물.
  20. 제9항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마그네시아는 세리아로 적어도 부분적으로 대체되는, 분말화 조성물.
  21. 제9항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 최대 5 중량%의 티타니아를 더 포함하는, 분말 조성물.
  22. 내화 필터를 형성하기 위한 제9항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 분말 조성물의 용도.
  23. 내화 필터의 제조 방법으로서,
    제9항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 분말화 조성물을 제공하는 단계;
    분말화 조성물 및 액체 성분으로부터 필터 전구체를 형성하는 단계; 및
    내화 필터는 형성하기 위해 필터 전구체를 소성(firing)하는 단계를 포함하는, 내화 필터의 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 필터 전구체는 소성 전에 건조되는, 내화 필터의 제조 방법.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 필터 전구체를 형성하는 단계는 3D 프린팅을 포함하는 내화 필터의 제조 방법.
  26. 제23항 또는 제24항에 있어서, 필터 전구체를 형성하는 단계는
    분말화 조성물과 액체 성분을 조합하여 슬러리를 형성하는 단계, 및
    망상 폼 기재를 상기 슬러리로 함침시켜 필터 전구체를 형성하는 단계를 포함하는, 내화 필터의 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 망상 폼 기재는 분무, 롤러 함침, 침지, 원심분리, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 슬러리로 함침되는, 내화 필터의 제조 방법.
  28. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 전구체는 1500 ℃ 초과의 온도에서 소성되는, 내화 필터의 제조 방법.
  29. 제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 전구체는 적어도 30 분 동안 소성되는, 내화 필터의 제조 방법.
  30. 제23항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 전구체는 산화 분위기에서 소성되는, 내화 필터의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4331621A (en) 1981-03-19 1982-05-25 Swiss Aluminium Ltd. Method for bonding a gasket seal to surface of ceramic foam filter
US4839049A (en) * 1983-09-01 1989-06-13 Astro Met Associates, Inc. Ceramic composition
US4568595A (en) 1984-04-26 1986-02-04 Morris Jeffrey R Coated ceramic structure and method of making same
GB8918048D0 (en) 1989-08-08 1989-09-20 Foseco Int Ceramic foam filters
GB9211947D0 (en) 1992-06-05 1992-07-15 Foseco Int Filters for light metals
US5403794A (en) * 1994-04-14 1995-04-04 Vesuvius Crucible Company Alumina-zirconia refractory material and articles made therefrom
JPH11256222A (ja) * 1998-03-12 1999-09-21 Tokyo Yogyo Co Ltd ポーラスプラグ装着用羽口
CN101259347A (zh) * 2007-12-14 2008-09-10 济南圣泉集团股份有限公司 氧化锆泡沫陶瓷过滤器
CN101486573A (zh) * 2009-02-23 2009-07-22 无锡卓新陶瓷科技有限公司 氧化镁部分稳定氧化锆泡沫陶瓷过滤器
WO2011114080A1 (en) 2010-03-19 2011-09-22 Foseco International Limited Method for the production of a refractory filter
CN102659448B (zh) * 2012-04-19 2013-08-21 宜兴市华瑞铸造材料有限公司 一种氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器及其制备方法

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