KR900005176B1 - 유리 배치 액화용 회전 가열 장치 - Google Patents

유리 배치 액화용 회전 가열 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

유리 배치 액화용 회전 가열 장치
제1도는 이 발명에 따른 회전 가열 장치의 바람직한 실시예의 수직단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 드럼 11 : 뚜껑
12 : 내화 블록 13 : 지지 구조물
14 : 판 블록 15 : 지지판
16 : 밀봉 블록 20 : 공급 슈우트
21 : 라이닝 층 22 : 버너
23 : 구멍 25 : 배출구
30,32 : 물통 31,33 : 플랜지
40,43 : 도관 50 : 지지링
51 : 지지봉 53,54 : 상하부 지지 블록
61,70 : 휘일 62 : 베어링
이 발명은 회전하는 용기(드럼)에 의해 유리 배치(batch) 또는 그와 같은 물질을 액화시키기 위한 가열 장치에 관한 것이다.
수직 축선을 가진 회전 용기가 미합중국 특허 제4,381,934호에 바람직한 실시예로 개시되어 있다. 또한, 비슷한 방향으로 놓이는 회전 용융기들이 예를 들어 미합중국 특허 제2,007,755호, 제2,834,157호, 및 제3,917,479호에 도시되어 있다. 그러한 장치들은 비교적 소규모 작업에는 만족스러우나, 그러한 공정이 상업적 생산 규모로 실시될 경우에는, 구속 구조물에 심한 응력을 줄 가능성이 있는 회전 장치에서 동적 불안정이 일어날 수 있다. 이런 불안정은 용기내에 물질이 불균일하게 분포될 경우에 야기될 수 있다. 또한, 이런 불안정은 용기의 열적 왜곡에 의해 비롯될 수 있다. 회전 용기 및 그의 내용물의 질량 중심이 수직의 회전 축 선상에 있는 한은 장치가 안정하다. 그러나, 질량 중심이 회전 축선에서 벗어나면, 장치가 질량 중심과 회전 축선을 일치시키려고 할 것이고, 이로 인하여 용기가 그의 의도된 정렬 상태에서 강제로 벗어나 진동 내지 요동하기 시작할 수 있다. 종래 기술에서는 회전 용기가 의도된 정렬 상태에서 벗어나려는 어떤 운동도 하지 못하게 회전 용기를 구속하려고 하는 시도가 있었으나, 상업적 규모의 용기에 있어서는 그와 같은 시도에 수반되는 힘들이 너무커서 용기나 다른 구조 요소들이 뒤틀리거나 휘어지게 되어 다른 양식의 진동이나 요동을 야기했다. 또한, 용기의 움직임이 불안정하면 유리 배치 물질을 용기내의 정확한 위치에 공급하기가 어려울 수 있다. 상기 미합중국 특허 제4,381,934호의 액화 공정에 따른 장치의 경제성이, 비교적 대형의 용기를 안정되게 지지하고 회전시키는 실용적인 수단을 제공함으로써 보존될 수만 있다면 바람직한 일일 것이다.
이 발명에서는, 수직 축선을 중심으로 회전되는 대형 용기를 동적으로 자동안정화시키는 지지 및 구동 설비가 제공된다.
본 발명은 용기를 그의 지지 수단으로부터 분리시킨 것에 특징이 있다. 용기, 즉, 드럼이 그를 둘러싸는 지지링과 같은 지지 수단으로부터 떨어져 있어 그 지지 수단과의 사이에서 반경방향으로 자유로이 움직일 수 있으므로, 드럼이 받을 수 있는 열적 팽창이나 왜곡이 이 지지 수단에 전달되지 않는다. 설사 그들 사이에 운동이 허용되더라도, 그 드럼과 지지 수단의 동축성이 유지된다. 지지 수단, 즉, 지지링은 드럼의 축선과 일치하는 대략 수직의 축선을 중심으로 회전하도록 장착된다.
바람직한 실시예에서, 드럼을 위한 지지가 드럼 및 그의 내용물의 질량 중심보다 높은 위치에 제공되고, 이 드럼은 그의 수직 축선에 대해 자유로이 요동할 수 있게 장착된다. 그리하여, 자동 중심 잡기를 허용하면서도 절대적인 구속을 배제하는 펜듈럼(pendulum)과 같은 효과가 얻어진다. 질량 중심이 의도하는 회전 축선에서 벗어나면, 중력이 그 질량 중심을 의도된 축선쪽으로 끌어당긴다. 또 한편으로, 지지면위에 중력 중심이 있으면, 뒤집어진 펜듈럼과 같은 불안정한 상황이 생길 수 있다. 질량 중심이 움직이지 못하게 장치를 전체적으로 구속하려고 하면, 대형 장치에서는 부당하게 높은 응력이 발생하게 된다.
드럼의 큰 측방 변위를 막는 힘은 지지면들의 원추형상에 의해 제공된다. 즉, 지지 휘일들과 접촉하는 지지링의 표면이 드럼의 중심을 향해 아래로 경사져 있다. 그래서 드럼을 정위치에 유지시키려고 전적으로 측방 구속 수단에만 의존할 필요가 없어진다. 또한, 지지 휘일들의 하중 지탱면들도 원추형인 것이 좋고, 이 때 각 원추의 꼭지점이 드럼의 회전 축선상에 위치되며, 그래서 휘일들의 접선방향 속도들이 그 지지면과의 사이의 접촉선들에 따른 지지면의 속도와 일치하게 되어 소음, 마모 및 진동을 감소시킨다.
바람직한 실시예에서, 드럼에서 분리된 지지 수단에 의한 지지가 질량 중심위에서 제공되고, 그 지지 수단이 낮은 높이에서 드럼에 부착된다. 기다란 링크 수단(지지봉)이 지지 수단으로부터 드럼에의 부착 지점들까지 뻗어 있다. 드럼 내부의 라이닝(lining) 물질이 안쪽으로 경사져 있으므로 드럼의 아랫부분이 윗부분보다 내부열로부터 더 잘 단열된다. 그러므로, 링크 수단은 드럼의 안정한 기하학적 구조때문에 드럼의 아랫부분에 부착된다. 드럼의 윗부분은 열적 팽창 및 수축을 받을 수 있고 종종 변형될 수 있으며, 그래서 지지 수단의 부착이 회전 용기에 비대칭적 상태와 불안정성을 부여할 가능성이 있다. 링크 수단이 드럼의 비교적 찬 아랫부분에 부착되고 드럼을 그의 중력 중심위로부터 지지하기 때문에, 링크 수단은 지지 수단으로부터 드럼에의 부착 지점까지 아래로 뻗는 것이 좋다. 링크 수단은 또한, 지지 수단을 드럼으로부터 구조적으로 격리시키는 잇점을 달성하도록 반경방향으로의 융통성을 제공한다. 이런 구조에 의해, 드럼의 열적 팽창이나 왜곡이 허용되지만, 드럼이 지지 수단에 대해 고정되어 유지된다. 링크 수단은 여러개의 봉들로 되어 있는 것이 바람직하나, 판, 케이블, 끈, 따위로도 구성될 수 있다.
바람직한 실시예의 또다른 중요한 특징은, 지지 수단(지지링)에 대해 작용하는 수평 구속 수단이 설치되는 것이다. 수평 구속 수단은 지지 수단을 지지하는 수직 지지 휘일들로부터 떨어져 있는 휘일들로 구성될 수 있다. 이 장치가 절대적인 수평 구속을 제공하려고 하지는 않더라도, 탈선을 제어하고 요동을 억제하기 위해 지지 수단에 탄력적인 수평 중심잡기 힘을 가함으로써 이 장치에 주요 안정화 효과가 제공된다. 수평 구속 수단을 통해 지지 수단의 회전에 필요한 별도의 추진력을 제공함으로써, 하중 지탱 수직 지지 수단이 유익하게 윤활될 수 있게되고, 지지 수단의 형상과 재질을 다양화시킬 수 있다.
첨부한 도면을 참조하여 이 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
하기 설명은 유리 배치를 액화시키는 방법에 관한 것이지만, 이 발명은 다른 공정에도 적용될 수 있다. 특히 공정의 세부 사항은 미합중국 특허 제4,381,934호에 개시되어 있으므로 여기서는 반복하지 않겠다.
도면에 도시된 특정 실시예에서, 용융 용기의 기본 구조물은 강(steel)으로 만들어진 드럼(10)이고, 이 드럼의 측면 형상은 대략 원통형이고, 윗면은 대체로 개방되어 있으며, 그 드럼의 바닥 부분은 배출구를 제외하고는 막혀있다. 드럼(10)은 뒤에 상세히 설명되는 방식으로 수직 축선을 중심으로 회전할 수 있게 장착된다. 사실상 둘러싸인 공동부(cavity)가 뚜껑(1)에 의해 용융 용기내에 형성되고, 이 뚜껑(11)은 고정된 지지체를 구비하고 있다. 뚜껑(11)은 용광로 분야의 기술자에 알려진 바와 같은 여러가지 재질과 형상으로 만들어질 수 있다. 도면에 도시된 바람직한 구조는 여러개의 내화 블록들(12)로 조립되고 위로 도움식으로 튀어나온 아치형 구조이다. 도시된 전형적인 아치형 구조에서, 아치형 블록들이 주변 지지 구조물(13) 위에 얹힌다. 고정된 뚜껑과 회전하는 용기 사이의 지역은 여러가지 방식으로 폐쇄될 수 있다. 도시된 구조에서는 판 블록들(14)이 드럼(10)의 상부 테의 약간 아래에서 뻗어있고, 고정된 지지판(15)에 의해 지지된다. 아치형 내화 블록들(12)과 판 블록들(14) 사이의 간격을 폐쇄하기 위해 밀봉 블록들(16)이 제공될 수 있다. 냉각식이거나 비냉각식인 단일체의 평편한 매달림 구조와 다른 재질이 뚜껑에 사용될 수 있다.
바람직하게는 가루 상태의 배치 물질이 수냉식 공급 슈우트(chute)(20)에 의해 가열 용기의 공동부 안으로 공급될 수 있다. 배치 물질의 라이닝(lining) 층(21)이 드럼(10)의 내부벽에 보유되어 절연 라이닝으로 작용한다. 드럼(10)이 회전함에 따라, 공급 슈우트(20)가 배치 물질을 라이닝층(21)의 윗부분으로 보낸다. 배치 물질을 액화시키기 위한 가열은 뚜껑(11)을 관통해 뻗어있는 1개 또는 그 이상의 버너(22)에 의해 제공될수 있다. 라이닝층(21)의 넓은 지역쪽으로 화염들을 보내도록 여러개의 버너들(22)이 뚜껑의 주변을 따라 배열되는 것이 바람직하다. 배기 가스들은 뚜껑(11)의 구멍(23)이나 바닥의 배출구(25)를 통해 용기로부터 빠져나간다. 라이닝층(21)의 표면위의 배치 물질이 액화되면, 경사진 라이닝 층을 따라 아래로 흘러내려 용기 바닥 중앙의 배출구(25)로 간다. 그 배출구(25)에는 내화성 세라믹 부싱(bushing)(26)이 설치될수 있다. 액화물(27)의 흐름이 용기로부터 고정된 수집기(28) 내부로 자유 낙하한 후, 용융 공정을 완료 하도록 부가적인 처리를 받을수 있다.
본 출원과 동시에 출원된 본 출원인의 한국 특허 출원 1986년 특허출원 제11779호 발명의 주제이고 이 바람직한 실시예에 포함되는 몇가지 선택적인 특징들이 도면에 나타나 있다. 회전하는 드럼(10)의 상부 테와 고정된 뚜껑(11) 사이의 접촉면에는, 고정된 원형의 물통(30)과 드럼(10)으로부터 이 물통안으로 아래로 뻗는 원형 플랜지(31)로 구성되는 대기 밀봉장치가 설치될수 있다. 유사한 고정된 물통(32)과 드럼으로부터 아래로 뻗는 플랜지(33)가 드럼의 아래끝에 설치될 수 있다.
드럼 내부 윗부분에 라이닝층(21)이 불규칙하게 보유되어 드럼의 상부 테부분이 부당하게 열에 노출될 우려가 있는 경우에는, 드럼(10)의 상부 테부분을 냉각시키는 설비가 더 필요하다. 이를 위하여, 드럼 윗부분의 외부에 물을 분무할수도 있다. 그러한 물 분무는 도관(40)을 통해 공급되는 물에 의해 제공될 수 있고, 이 분무는 분무 시일드(shield)(41)에 의해 드럼에 아주 인접한 공간에 한정될 수 있다. 분무되어 사용된 물은 원형의 통(42)에 수집되어 도관(43)을 통해 배출된다. 이 도관(43)은 드럼(10)의 측면을 따라 아래로 뻗어있고 그 드럼과 함께 회전한다. 도관(43)에서 나온 물은 바닥의 대기 밀봉장치의 물통(32)안에 제공되는 것이 편리할 수 있다.
드럼(10)을 회전가능하게 지지하고 구동시키는 지지 수단은 지지 테이블, 또는 도면에 도시된 대로 대략 장방형 단면의 중공의 지지링(50)의 형태로 될수 있다. 그 지지 수단, 즉, 지지링(50)은 드럼을 둥그렇게 둘러싸고 이 드럼으로부터 떨어져있다. 이 실시예에서 지지링(50)을 드럼(10)에 연결하기 위한 링크 수단은 여러개의 지지봉들(51)로 되어 있다. 그 링크 수단, 즉, 지지봉(51)의 갯수와 크기는 역비례하며, 완전히 채워진때의 특정 드럼의 무게와, 지탱받을 일시적인 힘에 따라 결정된다. 이론적으로는 3개의 지지봉들이 드럼을 지지할 수 있으나, 바람직하게는 8개 이상의 많은 지지봉들을 사용하여 자전거 스포우크(spoke)와 같은 배열로 함으로써 지지링(50)에 대한 드럼(10)의 회전 및 요동이 서로 상쇄 되게 한다. 그러한 구조에서는, 지지봉들은 드럼의 반경방향 면들에 있지 않고, 드럼의 수직 축선과 교차하지 않는 수직 면들을 따라 뻗으며, 인접한 지지봉들의 면들이 드럼의 수직축선의 양쪽에서 통과한다. 용기가 대형화될 수록, 하중을 고루나누기 위해 더 많은 지지봉들이 사용될 수 있고, 도면에 도시된 형태의 실시예에서는 지지봉들의 갯수는 24개 정도 일수 있다.
링크 수단의 바람직한 형태는 봉들인데, 그 이유는 봉들이 드럼의 측면에 별로 장애물이 되지 않고, 그래서 축조 및 보수를 위해 접근이 가능하게되며 공기의 순환이 자유롭고, 엎질러진 물질이 축적되는 일이 없게 되기 때문이다. 지지봉들(51)과 같은 기다란 링크 수단에 의해 지지 기구와 용기 사이가 격리되므로, 지지 기구는 용기의 형상과 그 내용물에 관계없이 자동 중심 잡기(self-centering) 시스템으로 작용할 수 있다.
지지봉(51)은 그의 양 끝에서, 끝이 구형인 너트들(52)에 의해 정위치에 보유되는 것이 바람직하고, 이 너트들(52)은 각각 상하부 지지 블록들(53,54)의 구형 홈들에 수용된다. 이런 구조에 의해 지지봉들(51)은 단지 인장 하중만을 지탱하게 된다. 상부 지지 블록들(53)은 용기를 그의 중력 중심(C)위의 높이에서 지지하는 것이 바람직하므로 중력 중심(C)위의 높이에서 지지링(50)에 장착된다. 하부 지지 블록들(54)은 주변링(55)에 고착되고, 이 주변링(55)은 상부 지지 블록(53)의 높이보다 낮은 높이에서 드럼(10)에 부착된다.
도면에 도시된 대로, 원통형 드럼의 하부에서 라이닝층(21)의 두께가 점점 커지므로, 중력 중심(C)은 드럼 높이의 하반부 내에 있는 것이 보통이다. 따라서, 지지 높이는 드럼 높이의 상반부에 있다고 달리 표현될 수 있다. 주위 구조물의 실제적인 한계 내에서 지지봉(51)을 길고 가느다랗게 하므로서 드럼을 지지 시스템으로부터 더 양호하게 격리시키는 잇점이 있을 수 있는데, 그 이유는 더 길고 더 수직인 봉들은 봉의 길이를 따라 드럼의 뒤틀림이 전달되는 것을 방지하기 때문이다.
지지봉(51)과 같은 링크 수단을 드럼에 부착하는 지점은, 비교적 차고 그래서 열적 왜곡을 덜 받는 드럼 지역에 위치하는 것이 바람직하다. 원통형 드럼이 바닥쪽으로 라이닝층(21)의 두께를 점점 두껍게 함으로써 드럼의 아랫부분이 부착위치로서 더 바람직하게 된다. 때때로 드럼의 상반부에 부착하는 것이 허용될 수 있으나, 하반부에 부착하는 것이 바람직하다. 가장 바람직한 구조로서, 라이닝층을 포함한 정규양의 물질로 채워진 용기의 중력 중심(C) 높이의 아래나 바로 그 위치에 부착이 되는 것이 좋고, 이럴때 용기의 중력 중심은 보통 안정한 부분에 놓이게 된다.
도시된 바와 같은 대략 원통형 형태 대신에 용기의 형태를 미합중국 특허 제4,496,387호에 개시된 바와 같이 아래로 오므라드는 절두 원추형 또는 계단진 형과 같은 다른 형태로 할 수도 있다. 그러한 경우에, 중력 중심은용기의 하반부내에 있지는 않으나, 바람직한 지지 높이는 중력 중심위에 있고, 용기의 부착 높이는 하반부에 위치한다.
지지링(50)의 밑면에는, 다수의 테이퍼진 지지 휘일들(61)과 구름 접촉하는 테이퍼진 트랙(60)이 설치된다. 지지 휘일들(61)은 비임들(63)과 같은 적절한 고정된 구조물들에 고착된 베어링들(62)에 의해 회전가능하게 지탱된다. 지지 휘일들(61)은 드럼과 그 내용물의 수직 하중을 받치고, 따라서, 지지 휘일들의 갯수는 그 하중을 배분하도록 선택되어야 하며, 도면에 도시된 전형적인 상업용 규모의 설비에서는 8개의 휘일들이 적당한 것으로 고려된다. 트랙(60)의 접촉면이 드럼(10)쪽으로 아래로 테이퍼져 원추형 단면을 이룬다. 지지 휘일들(61)도 트랙(60)과 같은 경사도로 테이퍼질 수 있고, 테이퍼진 트랙(60)과 함께 드럼을 중심쪽으로 밀어붙이도록 작용한다. 그 경사각은 접촉선을 따라 속도 차이가 발생하지 않도록 하여 마모와 소음을 감소시키도록 선택된다.
지지링(50)의 외주면에 접촉하여 있는 다수의 휘일들(70)에 의해 드럼(10) 및 지지링(50)에 측방 구속이 제공된다. 측방을 구속하는 휘일들(70)은 강직한 지지체(71)에 회전가능하게 지지될수 있고, 이 지지체(71)는 드럼(10)에 대해 반경방향으로 조정될 수 있다. 최소한 3개의 휘일들(70)이 설치되고, 이 휘일들(70)은 탄력적인 것이 바람직하고, 공기 타이어인 것이 가장 바람직하다. 휘일(70)들중 적어도 하나가 지지링(50)과 드럼(10)을 회전시키도록 모우터(도시안됨)에 의해 구동된다. 휘일들(70)은 회전 요소들에 대한 절대적인 구속 수단으로 작용하기 보다는, 드럼 축선이 그의 의도된 위치로부터 벗어나거나 요동하는 것을 억제하는 역활을 한다. 그래서, 휘일들(70)은 회전 시스템에 대한 주요 중심 잡기 수단으로서 작용한다.

Claims (17)

  1. 드럼의 수직 축선과 대략 동축으로 회전 가능하게 장착된 지지 수단에 의해 지지된채 상기 수직 축선을 중심으로 회전되고 일정량의 가열될 물질을 수용하는 대략 원통형의 드럼과, 그 드럼내의 상기 물질을 가열하는 수단으로 구성되는 유리 배치 액화용 회전 가열 장치에 있어서, 상기 지지 수단(50)은 그 지지 수단(50)에 대한 드럼(10)의 반경방향 팽창을 허용하도록 링크 수단(51)에 의해 드럼(10)으로부터 떨어져 그 드럼에 연결되는 것을 특징으로 하는 유리 배치 액화용 회전 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지 수단(50)은 드럼(10)을 둥그렇게 둘러싸고 지지 휘일들(61)상에 회전 가능하게 지지되는 링 모양 구조물로 되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 지지 휘일들(61)은 드럼의 축선을 향해 안쪽으로 테이퍼져 있고, 지지 휘일들(61)과 접촉하는 상기 지지 수단(50)의 표면이 드럼의 축선을 향해 아래로 경사진 원추형 트랙(60)으로 되어 있음을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  4. 제3항에 있어서, 링 모양 구조물인 상기 지지 수단(50)이 그 링의 외주면에 접촉하는 휘일들(70)에 의해 수평으로 구속되는 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  5. 제1-4항중 어느 한 항에 있어서, 링크 수단(51)이 가열될 물질로 채워진 드럼의 중력 중심 위의 높이에서 지지 수단(50)에 부착되는 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  6. 제5항에 있어서, 링크 수단(51)이 드럼(10)의 아랫부분에 부착되는 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  7. 제6항에 있어서, 링크 수단(51)이 가열될 물질로 채워진 드럼의 중력 중심의 높이 아래에서 드럼에 부착되는 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  8. 제6항에 있어서, 링크 수단(51)이 지지 수단(50)에서 드럼(10)까지 아래로 뻗는 여러개의 기다란 요소들로 되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  9. 제8항에 있어서, 링크 수단(51)이 여러개의 봉들로 되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 각 봉이 드럼의 반경방향 면들에 대해 비스듬히 기울어진 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  11. 제1-4항중 어느 한 항에 있어서, 지지 수단(50)의 높이가 드럼의 상반부에 있거나 그 위에 있고, 드럼에의 부착 높이가 드럼의 하반부내에 있는 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  12. 제1-4항중 어느 한 항에 있어서, 지지 수단(50)의 높이가 가열될 물질로 채워진 드럼의 중력 중심위에 있고, 상기 지지 수단(50)의 상기 높이 아래의 드럼 부분은 드럼의 수직 축선이 자유로이 요동할 수 있도록 수평 방향으로의 구속을 받지 않으며, 드럼의 수직 축선쪽으로 지지 수단(50)에 힘을 가함으로써 상기 수직 축선의 요동을 억제하는 수단(70)이 설치되어 있음을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 억제 수단(70)이 지지 수단(50)에 대해 수평으로 접촉하여 있는 여러개의 휘일들로 되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 지지 수단(50)이, 지지 휘일(61)과 접촉하고 드럼의 수직 축선을 향해 아래로 경사진 트랙(60)을 가지는 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  15. 제14항에 있어서, 트랙(60)이 가열될 물질로 채워진 드럼의 중력 중심 밑에서 중력 중심을 향해 기울어진 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  16. 제1-4항중 어느 한 항에 있어서, 고정된 지지 구조물(13)을 가지며 드럼의 상단부를 덮는 뚜껑(11)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
  17. 제15항에 있어서, 가열될 물질을 드럼내로 공급하기 위한 슈우트(20)가 뚜껑(11)에 설치되고, 드럼(10)의 하단부에는 액화된 물질을 드럼으로부터 배출시키기 위한 배출구(25)가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 가열 장치.
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