ES2297325T3 - Instalacion de laminado de colada continua. - Google Patents
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Abstract
Instalación de laminado de colada continua para la colada continua de bandas metálicas, en especial de bandas de aluminio, que tiene dos rodillos de colada continua que rotan en sentido contrario entre sí (1, 2; 7, 8; 14, 15), entre los cuales se forma una ranura de colada (4, 11), con un primer rodillo de colada continua (1; 7; 14) que al menos en su superficie de camisa (21-26) está compuesto por un material de cobre, caracterizada porque el 2º rodillo de colada continua (2; 8; 15) está compuesto al menos en su superficie de camisa por un material de acero.
Description
Instalación de laminado de colada continua.
La invención se refiere a una instalación de
laminado de colada continua para la colada continua de bandas
metálicas, en especial de bandas de aluminio, que posee dos rodillos
de colada continua que rotan en sentido contrario entre sí, entre
los cuales se forma una ranura de colada.
En el laminado de colada continua, se vierte una
colada líquida de metal fundido entre dos rodillos de colada
continua dispuestos en posición horizontal, vertical o en un ángulo
determinado, que rotan en sentido contrario entre sí. De esta
forma, se solidifica la banda entre los dos rodillos de colada
continua, que se alimenta de manera continua para el resto del
proceso.
La llamada colada de bandas de dos rodillos para
bandas de aluminio es un procedimiento utilizado desde hace algunos
años. Con este procedimiento se producen habitualmente grosores de
bandas dentro del intervalo de 1 mm hasta 10 mm. El procedimiento
se distingue por dos rodillos de colada continua, dispuestos por lo
general de forma vertical uno con respecto al otro, entre los
cuales se genera una ranura de colada correspondiente al grosor de
banda deseado.
Los rodillos de colada continua actuales exhiben
un núcleo cilíndrico, normalmente de acero, que se utiliza para la
conducción de agua de refrigeración, y una camisa unida con el
núcleo. En rodillos de colada continua de acero, se utilizan
normalmente como material para la camisa materiales de elevada
conductividad térmica tales como cobre o aleaciones de cobre. Para
la colada de metales no ferrosos, se emplean habitualmente camisas
de acero.
Como material para la fabricación de camisas de
acero se utilizan aceros de alta resistencia con elementos de
aleación C, Mn, Ni, Cr, Mo, V, que a temperatura ambiente poseen
resistencias comprendidas entre 800 MPa y 1.200 MPa. El
inconveniente de estos materiales es su limitada conductividad
térmica que, habitualmente, se encuentra dentro del intervalo de 25
hasta 50 W/m^{-}K.
Debido a la escasa conductividad térmica de las
camisas de acero, las velocidades de colada que se pueden alcanzar
son también limitadas. Hoy en día se alcanzan rendimientos de
colada, dependientes de la aleación, en el intervalo de 0,7 hasta
1,2 t/m/h. Los elementos anexos a una instalación de laminado de
colada continua, tales como hornos de fusión y de colada, así como
las instalaciones de bobinado, están dimensionados en función de
estas velocidades de colada medias.
En el caso de camisas de cobre o aleaciones de
cobre, se utilizan de manera predominante materiales de cobre con
conductividades térmicas en el intervalo de 200 hasta 370
W/m^{-}K. Principalmente con aleaciones especiales a base de
cobre y cobalto o berilio, resulta posible fabricar bandas de
aluminio con rodillos de colada continua de cobre, bajo condiciones
de producción.
Debido a la conductividad térmica hasta diez
veces mayor de las aleaciones de cobre, resulta posible disipar una
cantidad considerablemente mayor de calor de la colada, de forma que
se pueden conseguir rendimientos de colada esencialmente más altos
a partir de los rodillos de colada continua. En ensayos se han
logrado rendimientos de colada de 2,5 t/m/h hasta 2,8 t/m/h.
Además de una resistencia y un límite de
elasticidad (Rp 0,2 \geq 450 MPa) elevados, los rodillos de colada
continua de aleaciones de cobre adecuadas deben exhibir,
adicionalmente, valores altos para la dilatación A5.
El inconveniente que surge con el uso de
rodillos de colada continua de material de cobre radica en los
costes comparativamente altos de los rodillos de colada continua,
que se amortizan solamente en caso de rendimientos de colada
elevados, lo que no siempre es el caso.
Por el documento JP 01 166862 A se conoce una
instalación de laminado de colada continua para la colada continua
de bandas metálicas, en la que se utilizan rodillos de colada
continua que rotan en sentido contrario entre sí, y que están
provistos respectivamente de una capa de cobre exterior.
Adicionalmente, puede aplicarse una aleación que contiene
níquel.
El documento JP 59 061551 A describe una
instalación de laminado de colada continua en la cual los rodillos
de colada continua que rotan en sentido contrario entre sí están
provistos, igualmente, de un recubrimiento. Se propone, de manera
especial, un recubrimiento cerámico.
Objeto del documento JP 01 170553 A es una
instalación adicional de laminado de colada continua. En esta
memoria se propone dotar a uno de los dos rodillos de colada
continua que rotan en sentido contrario entre sí con un
recubrimiento de metal duro, por medio de un procedimiento de
aerosol térmico, en tanto que el correspondiente rodillo de colada
continua está compuesto por un material de cobre. El baño de metal
fundido se aplica por medio de una boquilla sobre el rodillo de
colada continua recubierto con el metal duro, y se transporta a
través de éste a la ranura entre los rodillos de colada continua.
Por este medio se debe fabricar una cinta metálica muy delgada.
En el documento EP 1 163 965 A1 se propone un
único rodillo de colada continua en el cual el baño de metal
fundido se aplica a través de una boquilla inmediatamente sobre el
rodillo de colada continua. La superficie del rodillo de colada
continua puede estar provista, por ejemplo, de una capa cerámica de
elevada dureza y escasa rugosidad. Se trata de un sistema de un
único rodillo.
A partir del estado de la técnica, la invención
tiene como misión aumentar el rendimiento y mejorar los costes de
una instalación de laminado de colada continua, en particular, para
la colada continua de bandas de aluminio.
La solución de esta tarea consiste, según la
invención, en una instalación de laminado de colada continua acorde
con las características de la reivindicación 1.
Un punto clave de la invención es el uso de
diferentes emparejamientos de materiales en los bordes (superficies
de camisa) de ambos rodillos de colada continua. De acuerdo con la
invención, uno de los dos rodillos de colada continua está
compuesto al menos en su borde por un material de cobre, en tanto
que el segundo rodillo de colada continua, por el contrario,
presenta al menos en su borde un material de acero.
En contra de la concepción técnica actualmente
vigente en este campo, de acuerdo con la invención se combinan dos
rodillos de colada continua fabricados con materiales que tienen
diferentes conductividades térmicas. De este modo, las
instalaciones de laminado de colada continua se pueden hacer
funcionar en un punto de trabajo óptimo en lo que respecta a la
preparación y alimentación de la masa fundida, el rendimiento de
colada y las bobinadoras, lo que conduce a un aumento del
rendimiento. Adicionalmente, es posible aprovechar las propiedades
ventajosas de un rodillo de colada continua de acero, de coste
aceptable, combinadas con el elevado rendimiento de colada de un
rodillo de cobre, con lo que se reducen los costes de la
instalación.
Objetos de las reivindicaciones secundarias 2 a
14 son configuraciones y realizaciones adicionales ventajosas del
concepto fundamental de la invención.
Fundamentalmente, los dos rodillos de colada
continua pueden estar compuestos por material macizo, es decir, el
primer rodillo de colada continua está formado completamente por un
material de cobre, y el segundo rodillo de colada continua,
completamente por un material de acero.
De manera conveniente, sin embargo, cada rodillo
de colada continua tiene un núcleo cilíndrico compuesto por un
material de acero, y un borde, unido con el citado núcleo, en forma
de camisa que, en el primer rodillo de colada continua, está
compuesto por un material de cobre y, en el segundo rodillo de
colada continua, está formado por un material de acero.
Hasta ahora, se había considerado que para
producir estructuras de metal fundido de bandas de aluminio en la
ranura de colada de una instalación de laminado de colada continua,
era preciso generar una disipación de calor lo más homogénea
posible. En consecuencia, se trabajó sólo con materiales idénticos
para los rodillos de colada continua con el fin de garantizar un
crecimiento de cristales regular.
A diferencia de esta teoría, se propone ahora
combinar un rodillo de colada continua de cobre, con una
conductividad térmica reducida, con un rodillo de colada continua
de acero. A tal efecto, el material de cobre debe tener una
conductividad térmica \lambda_{K} de 200 hasta 370 W/m^{-}K,
en especial de 230 W/m^{-}K hasta 260 W/m^{-}K, y el material
de acero, una conductividad térmica \lambda_{S} de 25 hasta 50
W/m^{-}K, en especial de 30 W/m^{-}K hasta 40 W/m^{-}K. Las
conductividades térmicas \lambda_{K} anteriormente mencionadas
del material de cobre, en combinación con las altas resistencias
requeridas de R_{p}0,2 \geq 500 MPa, son satisfechas, de
manera especial, por las aleaciones de CuCoBe (cobre, cobalto,
berilio), CuNiBe (cobre, níquel, berilio), o CuNiSi (cobre, níquel,
silicio).
Aun cuando los emparejamientos de rodillos de
colada continua de acero y cobre dan lugar a una diferente
disipación de calor desde la ranura de colada, con dicho
emparejamiento se puede lograr una estructura de metal fundida
dotada de un elevado valor cualitativo. Esto resulta especialmente
posible cuando la diferencia de la conductividad térmica de los
rodillos no excede de un factor de 5 a 9. Una relación de la
conductividad térmica \lambda_{K} del material de cobre a la
conductividad térmica \lambda_{S} del material de acero de 6:1
hasta 8:1 ha demostrado ser especialmente beneficiosa.
En caso de una relación de las conductividades
dentro del intervalo de 5:1 hasta 9:1 de los rodillos de colada
continua, se garantiza que en la banda fundida no se produzcan
líneas de segregación desventajosas, capaces de influir
negativamente sobre la calidad de la banda fundida. La banda de
segregación en la que los cristales de ambas caras crecen hacia el
interior, se mantiene esencialmente en el centro de la banda
fundida. En investigaciones prácticas, tampoco se ha observado una
eliminación excesiva de elementos de la aleación a lo largo de la
sección transversal de la banda. Asimismo, manteniendo los
emparejamientos de rodillos dentro de los parámetros prescritos, se
evita la formación de columnas de cristales en el interior de las
estructuras.
Una configuración especialmente conveniente de
la instalación de laminado de colada continua según la invención
prevé que el primer rodillo de colada continua, es decir, el rodillo
de colada continua de cobre, se utilice como rodillo inferior,
puesto que en el rodillo de colada continua inferior se debe disipar
una mayor cantidad de calor.
\newpage
Resulta igualmente conveniente que las
superficies de las camisas de los rodillos de colada continua posean
una rugosidad R_{A} de 0,2 \mum hasta 0,8 \mum. De esta
forma, es posible generar una banda de aluminio con un mejor
acabado superficial.
Se ha demostrado que a través de la utilización
de rodillos de colada continua con la relación de conductividades
térmicas anteriormente citada, es posible aumentar el rendimiento de
colada en la fabricación de bandas de aleaciones de aluminio hasta
valores de 1,5 t/m/h a 2,5 t/m/h.
En una configuración conveniente adicional, el
primer rodillo de colada continua puede tener un recubrimiento
fabricado de un material con una conductividad térmica menor con
respecto al material de cobre. Preferentemente, el recubrimiento
está compuesto de níquel o una aleación de níquel. De esta forma, es
posible reducir durante el proceso la disipación de calor en los
rodillos de colada continua, de manera que se puedan utilizar
también materiales básicos de mayor conductividad térmica. La
conductividad térmica \lambda_{B} del recubrimiento debe ser
menor que 100 W/m^{-}K. Se considera especialmente conveniente una
conductividad térmica \lambda_{B} del recubrimiento de 60
W/m^{-}K hasta
80 W/m^{-}K.
80 W/m^{-}K.
Adicionalmente, el recubrimiento debe tener un
grosor de capa entre 0,5 mm y 2,0 mm, en especial de 1,0 mm.
La dureza del recubrimiento, sobre todo del
recubrimiento de níquel, debe ser de entre 180 HB y 420 HB. En la
práctica, resulta especialmente adecuado un recubrimiento con una
dureza comprendida entre 220 HB y 380 HB.
Además de un recubrimiento de níquel o de una
aleación de níquel, se pueden aplicar también recubrimientos de
materiales cerámicos o de materiales metálicos en forma de capas de
inyección, por ejemplo MCrAlY. En el caso de MCrAlY, "M"
indica un metal, por ejemplo hierro (Fe), níquel (Ni) o cobalto
(Co), o una combinación de estos elementos con cromo, aluminio e
itrio (Fe/Ni/CoCrAlY).
En principio, también es concebible combinar
entre sí múltiples capas para reducir la conductividad térmica e
incrementar la dureza del primer rodillo de colada continua, en
donde la camisa exterior debería exhibir siempre la dureza
máxima.
De manera alternativa, o en combinación con un
recubrimiento, las superficies de camisa de los rodillos de colada
continua pueden estar provistas de una textura. La texturización se
puede llevar a cabo, por ejemplo, por acciones mecánicas tales como
tratamiento con chorro de arena y otros similares. A través de la
superficie texturizada de los rodillos de colada continua es
posible influir sobre la transmisión de calor desde la masa fundida
a los rodillos de colada continua.
Para reducir el abombamiento de la banda colada,
los rodillos de colada continua en la instalación de laminado de
colada continua según la invención exhiben, preferentemente,
perfiles diferentes. Para compensar la hinchazón de la disposición
de los rodillos de colada continua, ambos rodillos de colada
continua se proveen de un perfil convexo, en donde el peralte medio
en el centro del rodillo comporta aproximadamente 0,05 mm hasta 1,0
mm. El peralte del perfil del 2º rodillo de colada continua
(rodillo de colada continua de acero) es, en este caso, debido a su
mayor rigidez, menor que el del primer rodillo de colada continua
(rodillo de colada continua de cobre).
A continuación, la invención se describirá con
más detalle sobre la base de los ejemplos de realización
representados en los dibujos. Éstos muestran:
Figura 1 en una forma de representación
técnicamente simplificada, disposición de los rodillos de colada
continua en una instalación de rodillo de colada continua según la
invención.
Figura 2 igualmente esquematizados, los dos
rodillos de colada continua en una segunda forma de realización,
y
Figura 3 los rodillos de colada continua de una
tercera forma de realización.
La Figura 1 muestra de forma muy simplificada
desde el punto de vista técnico, los dos rodillos de colada
continua 1, 2 de una instalación de laminado de colada continua para
la colada continua o de bandas de bandas de aluminio, con los
hornos de fusión y colada 3 asociados. Los dos rodillos de colada
continua 1, 2 están dispuestos uno encima del otro, en donde entre
ambos rodillos de colada continua 1, 2 se forma una ranura de
colada 4, cuyo grosor corresponde al espesor de banda deseado.
La masa fundida de aluminio líquida, procedente
del horno de fusión 3, se conduce a los rodillos de colada continua
1, 2 a través de un conducto 5, que desemboca entre los rodillos de
colada continua 1, 2 que giran en sentido contrario entre sí. A
partir de aquí se solidifica la banda de aluminio 6 entre los dos
rodillos de colada continua 1, 2 y pasa de manera continua al
proceso siguiente.
En la disposición según la Figura 1, el 1^{er}
rodillo de colada continua 1 inferior está compuesto por un
material de cobre, en tanto que el 2º rodillo de colada continua 2
está formado por un material de acero.
El 1^{er} rodillo de colada continua 1,
compuesto por un material de cobre, tiene según la invención una
conductividad térmica \lambda_{K} de 230 hasta 260 W/m^{-}K.
El material de acero del 2º rodillo de colada continua 2 posee una
conductividad térmica \lambda_{S} de 30 hasta 40 W/m^{-}K.
En los rodillos de colada continua 7, 8 de una
instalación de laminado de colada continua, que se representan en
la Figura 2, cada uno de los rodillos de colada continua 7, 8 tiene
un núcleo cilíndrico 9, 10 de material de acero. Entre los rodillos
de colada continua 7, 8 se forma, una vez más, una ranura de colada
11 del grosor de banda deseado. Los bordes periféricos de cada
rodillo de colada continua 7, 8 están formados, respectivamente,
por una camisa 12, 13. Las camisas 12, 13 se encuentran, por lo
general, embutidos en caliente sobre los núcleos. No obstante, en
principio se pueden utilizar otras técnicas adicionales de unión,
por ejemplo mediante compresión isostática o por una adhesión
mecánica.
La camisa 12 del 1^{er} rodillo de colada
continua 7 inferior está formada por un material de cobre, en tanto
que, por el contrario, la camisa 13 del 2º rodillo de colada
continua 8 superior se compone de un material de acero. También en
esta forma de realización, el material de cobre posee una
conductividad térmica de 230 hasta 260 W/m^{-}K, y el material de
acero exhibe una conductividad térmica de 30 hasta 40 W/m^{-}K. En
la práctica, la conductividad térmica \lambda_{K} del material
de cobre, y la conductividad térmica del material de acero
\lambda_{S} deben encontrarse en una relación de 5:1 hasta 9:1,
preferentemente de 6:1 hasta 8:1.
La construcción de los dos rodillos de colada
continua 14, 15 representados en la Figura 3 se corresponde
básicamente con la de los explicados anteriormente. El 1^{er}
rodillo de colada continua 14 inferior tiene un núcleo cilíndrico
16 de un material de acero y una camisa 17 de un material de cobre,
en tanto que, por el contrario, el 2º rodillo de colada continua 15
superior está compuesto tanto en su núcleo 18 como en su camisa 19
de un material de acero. Con respecto a los parámetros de
conductividad térmica, son aplicables los datos citados según la
invención.
El 1^{er} rodillo de colada continua 14 está
provisto de un recubrimiento 20 de un material que, con respecto al
material de cobre de la camisa 17, tiene una conductividad térmica
\lambda_{B} más baja. En la práctica, el recubrimiento 20
debería tener una conductividad térmica \lambda_{B} menor que
100 W/m^{-}K, preferentemente de 60 hasta 80 W/m^{-}K. Como
materiales para el recubrimiento se utiliza níquel o una aleación de
níquel. También es posible el recubrimiento con capas de inyección
metálicas o cerámicas. En el caso de recubrimientos de materiales
metálicos, se considera de forma especial un recubrimiento de
MCrAlY.
El recubrimiento 20 debería tener un grosor de
capa de 0,5 hasta 2,0 mm, en donde se considera especialmente
ventajoso para la práctica un grosor de capa de 1,0 mm.
Adicionalmente, si el recubrimiento 20 está formado por níquel o
una aleación de níquel galvanizado, debe tener una dureza de 180
hasta 420 HB, preferentemente entre 220 y 380 HB, lo que
proporciona una protección contra el desgaste más eficaz y resulta,
por lo tanto, conveniente para la duración del rodillo de colada
continua 14.
Para producir una banda de aluminio con un mejor
acabado superficial, en los tres ejemplos de realización
anteriormente descritos la rugosidad superficial de las superficies
de camisa 21-26 de los rodillos de colada continua
1, 2; 7, 8; 14, 15 debe encontrarse, básicamente, dentro del
intervalo de Ra 0,2 hasta 0,8 mm.
Además, resulta posible influir sobre la
transmisión de calor desde la colada de aluminio hacia los rodillos
de colada continua 1, 2; 7, 8; 14, 15 por medio de la texturización
de las superficies de camisa 21-26 de los rodillos
de colada continua 1, 2; 7, 8; 14, 15. De esta forma, se confiere a
las superficies de las camisas 21-26 de los
rodillos de colada continua 1, 2; 7, 8; 14, 15 una topografía
determinada para la transmisión de calor deseada.
- 1 -
- rodillo de colada continua
- 2 -
- rodillo de colada continua
- 3 -
- horno de fusión y colada
- 4 -
- ranura de colada
- 5 -
- alimentación
- 6 -
- banda de aluminio
- 7 -
- rodillo de colada continua
- 8 -
- rodillo de colada continua
- 9 -
- núcleo
- 10 -
- núcleo
- 11 -
- ranura de colada
- 12 -
- camisa
- 13 -
- camisa
- 14 -
- rodillo de colada continua
- 15 -
- rodillo de colada continua
- 16 -
- núcleo
- 17 -
- camisa
- 18 -
- núcleo
- 19 -
- camisa
- 20 -
- recubrimiento
- 21 -
- superficie de camisa
- 22 -
- superficie de camisa
- 23 -
- superficie de camisa
- 24 -
- superficie de camisa
- 25 -
- superficie de camisa
- 26 -
- superficie de camisa.
Claims (14)
1. Instalación de laminado de colada continua
para la colada continua de bandas metálicas, en especial de bandas
de aluminio, que tiene dos rodillos de colada continua que rotan en
sentido contrario entre sí (1, 2; 7, 8; 14, 15), entre los cuales
se forma una ranura de colada (4, 11), con un 1^{er} rodillo de
colada continua (1; 7; 14) que al menos en su superficie de camisa
(21-26) está compuesto por un material de cobre,
caracterizada porque el 2º rodillo de colada continua (2; 8;
15) está compuesto al menos en su superficie de camisa por un
material de acero.
2. Instalación de laminado de colada continua
según la reivindicación 1, caracterizada porque cada rodillo
de colada continua (7, 8; 14, 15) posee un núcleo cilíndrico (9, 10;
16, 18) de un material de acero y un borde asociado con el mismo,
en forma de camisa (12, 13; 17, 19), en donde la camisa (12; 17) del
1^{er} rodillo de colada continua (7; 14) está compuesta del
material de cobre, y la camisa (13; 19) del 2º rodillo de colada
continua (8; 15) está compuesta del material de acero.
3. Instalación de laminado de colada continua
según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el
material de cobre tiene una conductividad térmica \lambda_{K}
de 200 - 370 W/m^{-}K, en especial de 230 a 260 W/m^{-}K, y el
material de acero exhibe una conductividad térmica \lambda_{S}
de 25 a 50 W/m^{-}K, en especial de 30 a 40 W/m^{-}K.
4. Instalación de laminado de colada continua
según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque
la conductividad térmica \lambda_{K} del material de cobre y la
conductividad térmica \lambda_{S} del material de acero se
encuentran en una relación de 5:1 hasta 9:1, preferentemente de 6:1
hasta 8:1.
5. Instalación de laminado de colada continua
según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque
el 1^{er} rodillo de colada continua (1; 7; 14) está dispuesto
bajo el 2º rodillo de colada continua (2; 8; 15).
6. Instalación de laminado de colada continua
según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque
las superficies de camisa (21-26) de los rodillos
de colada continua (1, 2; 7, 8; 14, 15) tienen una rugosidad
superficial Ra de 0,2 a 0,8 \mum.
7. Instalación de laminado de colada continua
según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque
el 1^{er} rodillo de colada continua (14) presenta un
recubrimiento (20) de un material que, en relación con el material
de cobre, tiene una conductividad térmica \lambda_{B} más
baja.
8. Instalación de laminado de colada continua
según la reivindicación 7, caracterizada porque el
recubrimiento (20) tiene una conductividad térmica \lambda_{B}
menor que 100 W/m^{-}K, preferentemente de 60 a 80
W/m^{-}K.
9. Instalación de laminado de colada continua
según la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque el
recubrimiento (20) posee un grosor de capa entre 0,5 y 2,0 mm, en
especial de 1,0 mm.
10. Instalación de laminado de colada continua
según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizada porque
el recubrimiento (20) tiene una dureza de 180 a 420 HB,
preferentemente entre 220 y 380 HB.
11. Instalación de laminado de colada continua
según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizada
porque el recubrimiento (20) está compuesto de níquel o una
aleación de níquel.
12. Instalación de laminado de colada continua
según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizada
porque el recubrimiento (20) está compuesto por una capa de
inyección cerámica o metálica.
13. Instalación de laminado de colada continua
según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizada
porque el recubrimiento (20) está compuesto por MCrAlY.
14. Instalación de laminado de colada continua
según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada
porque las superficies de camisa (21-26) de los
rodillos de colada continua (1, 2; 7, 8; 14, 15) están
texturizadas.
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