ITMI951310A1 - Estrattore/raffreddatore di materiali sfusi - Google Patents

Estrattore/raffreddatore di materiali sfusi Download PDF

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ITMI951310A1
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Mario Magaldi
Alberto Carrea
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Magaldi Ricerche & Brevetti
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Abstract

Viene descritto un estrattore/raffreddatore di materiali solidi sfusi caldi prodotti da caldaie a letto fluido e processi industriali vari comprendente sostanzialmente uno o più canali di adduzione sostanzialmente verticali o comunque inclinati in cui, per effetto della gravità, detto materiale (18) abbandona la camera di combustione della caldaia e un mezzo di contenitore metallico (16) a tenuta collegato all'estremità a valle di detto/i canale/i (20) di adduzione. Entro il detto contenitore è disposto un mezzo di movimentazione a nastro trasportatore metallico comandato a muoversi mediante opportuni mezzi di motorizzazione, sul quale mezzo di nastro trasportatore viene adagiato il materiale proveniente dall'estremità a valle del/dei canale/i formando un letto continuo viaggiante, detto mezzo di nastro costituendo quindi uno scambiatore di calore rigenerativo che assorbe il calore dal materiale durante il percorso di andata e lo cede all'aria nel percorso di ritorno.

Description

Titolo : "ESTRATTORE/RAFFREDDATORE DI MATERIALI SFUSI"
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un estrattore/raffreddatore di materiali solidi sfusi a granulometria fine quali ceneri pesanti prodotte dalle caldaie a letto fluido o terre di fonderia, polveri sinterizzate, cementi, scorie o minerali a granulometria fine prodotti in vari processi industriali di incenerimento, cottura, sinterizzazione etc.
Nelle caldaie a letto fluido, il sistema oggi piu' utilizzato per l'estrazione ed il raffreddamento delle ceneri (che escono dalla camera di combustione a temperature attorno agli 800-900°C) è costituito da una coclea raffreddata ad acqua (l'acqua raffredda sia il mantello esterno che la coclea). Tale sistema presenta tuttavia i seguenti inconvenienti:
- usura elevata a causa dell'azione erosiva che la cenere (che ha un alto contenuto di silice ed altri materiali abrasivi) esercita sul metallo sia della vite della coclea che del mantello;
- pericolo, in conseguenza della rapida usura del mantello, di formazione di fessure che, mettendo in contatto l'acqua con le ceneri ad alta temperatura provocano il pericolo di esplosione a causa della rapida evaporazione dell'acqua;
- possibilità di fermate improvvise della coclea nel caso di presenza, nelle ceneri, di materiali duri dimensionalmente superiori alla luce tra vite delle coclea e mantello di contenimento; e
- dispersione nell'ambiente di tutto il contenuto termico della cenere che non può' venire recuperato.
In aggiunta a quanto sopra esiste il problema di un elevato consumo di acqua per effettuare il raffreddamento, bene aggigiomo oltremodo prezioso e che deve essere salvaguardato da ogni tipo di inquinamento.
I problemi e gU inconvenienti sopra esposti volgono risolti dall'estrattore/raflreddatore della presente invenzione avente le particolarità indicate nella parte caratterizzante della rivendicazione 1. Ulteriori caratteristiche vantaggiose di detta apparecchiatura vengono indicate nelle rivendicazioni dipendenti
Le caratteristiche, gli scopi ed i vantaggi del trovato risulteranno piu' evidenti dalla descrizione che segue e dai disegni allegati relativi a forme di realizzazione a carattere non limitativo in cui le varie figure mostrano:
la Figura 1 è una rappresentazione schematica di un'apparecchiatura tradizionale della tecnica anteriore di estrazione di materiali sfusi con coclea raffreddata ad acqua;
la Figura 2 è una rappresentazione schematica di un'apparecchiatura di estrazione/rafifreddamento di materiali sfusi per caldaie a letto fluido secondo la presente invenzione;
le Figure 3 e 3 a sono, rispettivamente, una vista schematica laterale e frontale del dispositivo di caricamento della cenere sul nastro secondo la presente invenzione;
la Figura 4 è una sezione trasversale schematica dell'estrattore/raffreddatore a nastro metallico secondo la presente invenzione;
la Figura 5 rappresenta uno schema del dispositivo di regolazione della velocità di estrazione;
la Figura 6 rappresenta una vista schematica del dispositivo nella sua versione in depressione rispetto all'atmosfera con recupero energetico in caldaia;
la Figura 7 è una vista simile alla Figura 6 e rappresenta una vista schematica del dispositivo in depressione senza recupero energetico in caldaia;
la Figura 8 è una vista schematica dei dispositivo nella sua versione in pressione rispetto all'atmosfera;
la Figura 9 è una vista schematica della camera laterale di tenuta nell'estrattore/raffreddatore secondo la presente invenzione utilizzata nella versione in pressione,
la Figura 10 è una vista frontale schematica dei dispositivi di rimescolamento nella forma di vomeri di raffreddamento secondo la presente invenzione; e
la Figura 11 ne è una vista laterale.
Ovviamente, numeri di riferimento uguali nelle varie figure indicano parti uguali od equivalenti.
La Figura 1 rappresenta una vista schematica di una apparecchiatura della tecnica anteriore di estrazione di materiali sfusi con coclea raffreddata ad acqua che possiede le caratteristiche negative descrìtte in precedenza. Brevemente, per chiarezza di descrizione, il numero 100 indica la caldaia le cui ceneri vengono trasportate dalla coclea 102 che presenta una uscita 104 delle ceneriverso il sistema di trattamento. Viene inoltre schematizzato il percorso 106 di circolazione dell'acqua di raffreddamento.
L'estrattore/raffreddatore 10 secondo la presente invenzione utilizza, per l'estrazione ed il raffreddamento dei materiali sfusi, quali in particolare ceneri ed altri prodotti di combustione, provenienti da caldaie 12 a letto fluido, un mezzo di movimentazione a nastro metallico 14, preferìbilmente in acciaio, opportunamente inserito in un contenitore metallico 16 a tenuta (vedi Figura 2) e comandato a muoversi mediante opportuni mezzi di motorizzazione.
La cenere 18 abbandona la camera di combustione della caldaia 12 per gravità tramite uno o piu canali 20 verticali di adduzione. Sotto tal canali o tubazioni 20, a distanza tale da permettere il passaggio dei pezzi di materiale 18 della massima dimensione prevedibile (comunque inferiori ad 1/3 del diametro della tubazione stessa, nella sua dimensione minima), si trova il nastro trasportatore metallico 14 sul quale il materiale si adagia formando un letto continuo viaggiante verso la zona di scarico 22.
1 canali di adduzione 20 sono preferìbilmente dotati di un dispositivo (non illustrato) di controllo meccanico di sicurezza (tipo valvole a lama) e di mezzi sensori (non illustrati) che controllano il livello del materiale 18. Il livello dovrà infetti essere tale da consentire la separatone tra l'atmosfera della camera di combustione nella cui zona inferiore regna, come è noto, una pressione attorno al metro di colonna d'acqua) e l'atmosfera del contenitore metallico 16 del nastro trasportatore/estrattore 14 (che opera ad una pressione differente).
In Fig. 2, cosi come nelle Fig. 4-9, viene anche schematizzato un mezzo 30 di sistema a catena munita di raschietti 30', detti raschietti sfregando contro il fondo del contenitore 16 per trasportare verso l'uscita il materiale 18 più polveroso che è caduto dal nastro 14 e si è depositato sul fondo.
All'estremità inferiore dei canali di adduzione, un complesso di valvola di transizione speciale 24, mostrata in Figura 3, provvede alle seguenti funzioni:
- costituire una barriera allo svuotamento della tubazione di scarico 20 della cenere 18 nel caso in cui il materiale 18 risulti estremamente fluido;
- distribuire la cenere 18 su tutta la larghezza dei nastro 14 in strato sottile allo scopo di aumentarne la superficie di scambio termico, sia per effetto di irraggiamento (verso l'alto e verso il basso) che di convezione (verso l'alto) e conduzione (verso il basso per contatto con il nastro metallico 14); e
- consentire il passaggio di pezzi di dimensione eccezionale.
Come si vede in Fig. 3, il complesso 24 è essenzialmente costituito da un dispositivo 26 di chiusura a valle del/i tubo/i di adduzione 20, da una scatola o involucro I di contenimento e da mezzi di pendolo P.
I pendoli metallici P sono posti all'uscita della scatola di contenimento I in modo da occupare l'intera larghezza del nastro (fig. 3a). Il loro scopo è distendere la cenere sul nastro per avere un letto di materiale quanto più possibile uniforme in altezza, consentendo al contempo il passaggio di eventuali pezzi di cenere più grossi del normale.La sezione libera 32 per il passaggio del materiale 18 sotto il bordo inferiore dei pendoli P è regolabile variando l'altezza dell'asse ove i pendoli sono incernierati, in modo da lasciare la possibilità di individuare sul campo il migliore funzionamento.
Nella parte aita della tubazione 20 è posto un sensore (non illustrato) atto alla rilevazione di basso livello del materiale, il quale comanda la chiusura della valvola 26 qualora venga segnalata assenza di materiale. In tal modo viene assicurata, anche in condizioni di funzionamento anomalo, la necessaria separazione tra la camera di combustione di caldaia 12 e l’estrattore/raffreddatore 10.
Per resistere all'abrasione che la cenere calda esercita sulla parti metalliche soggette a sfregamento, viene preferibilmente effettuato un riporto di materiale ceramico o di altro idoneo materiale antiabrasivo di spessore opportuno in prossimità dell'estremità inferiore del/dei canale/i di adduzione. Una sezione trasversale dell'estrattore/raflreddatore a nastro viene mostrata in Figura 4.
Lo spessore dello strato di materiale 18 sul nastro 14 viene regolato in relazione alla granulometria della cenere ed alle esigenze di raffreddamento. Una volta definito lo spessore, la portata della cenere viene regolata variando la velocità di avanzamento del nastro 14 in base ad un segnale proveniente da un sensore di pressione differenziale situato ad un'altezza opportuna nella zona inferiore del letto fluido (in modo da mantenere i parametri operativi del letto fluido, cioè la pressione ovvero la pressione differenziale, al valore corretto) (si veda Figura 5). Tale regolazione potrà avvenire in maniera automatica tramite un anello di regolazione costituito da un trasmettitore 34 della variabile da controllare (pressione ovvero pressione differenziale della zona inferiore del letto fluido), da un controllore 36 per l'invio del segnale di uscita e da un convertitore di frequenza 38 che regola il numero di giri del motore di azionamento del nastro in finizione del segnale ricevuto.
Il nastro 14 è, come detto sopra, alloggiato in un contenitore a tenuta 16; esso può' lavorare, in finizione dei criteri di interfacciamento del sistema di estrazione con la caldaia, in depressione rispeto all’atmosfera, ovvero in pressione.
Nel primo caso, sono possibili due tipi di interfacciamento con la camera di combustione, a seconda che si ritenga opportuno sfruttare il recupero termico che il sistema di estrazione consente o meno.
Per utilizzare la possibilità di recupero termico che il sistema perméte è possibile lo schema riportato in Figura 6.
In questo caso, l'aria esterna, richiamata nella quantità desiderata (la quantità d'aria in ingresso nell'estratore dipende dal dimensionamento delle prese d'aria ovvero è regolabile installando opportune valvole ad immissione variabile) dalla depressione a cui lavora il contenitore 16 del nastro 14, assorbe il calore che le ceneri cedono grazie al contato che l'aria ha con la cenere 18 stessa, con le pareti del contenitore 16 che vengono riscaldate per irraggiamento, con il nastro metallico 14, sia nel suo percorso di andata che di ritorno (si tenga presente che nel caso specifico il nastro opera quale scambiatore di calore rigenerativo, assorbendo calore dalle ceneri nel percorso di andata e cedendolo all'aria nel percorso di ritorno) ed in genere con tute le superimi metalliche che l'aria incontra nel suo percorso.
L'aria cosi riscaldata, potrà venir introdotta nella camera di combustione della caldaia 12 riunendola all'aria di combustione primaria o secondaria (preferibilmente all'aria secondaria in conseguenza della minore pressione a cui essa è introdota nella camera di combustione); ciò' potrà avvenire tramite un ventilatore aggiuntivo 42 di aria secondaria o di aria primaria, rispettivamente 44 e 46, che permetta di portare l'aria in uscita dal contenitore dell'estratore alla pressione richiesta.
Nel caso non si ritenga opportuno riutilizzare l’energia termica recuperata (vedi Figura 7), è possibile espellere Faria nell'atmosfera dopo opportuna filtrazione tramite un mezzo di filtro 48, utilizzando reflèto camino C che l'aria calda provoca ovvero tramite un ventilatore di espulsione (non illustrato) a seconda dei casi e delle condizioni di lavoro.
Il funzionamento in depressione del sistema elimina ogni inconveniente di fuoriuscita di polvere e gas e permette di ispezionare l'estrattore 10 anche durante il funzionamento senza inconvenienti di sorta.
D'altra parte esso complica il riutilizzo del recupero termico a causa della necessità di una macchina aggiuntiva (il ventilatore 42) che si trova ad operare in condizioni di lavoro gravose (alta temperatura e presenza di polveri).
Un funzionamento in pressione elimina questi inconvenienti, perché utilizza, per il raffreddamento della cenere, aria prelevata dalla mandata di uno dei ventilatori dell'aria primaria 0 secondaria (ventilatore 46 dell'aria primaria in Figura 8), che, prima di essere introdotta in caldaia, attraversa l'estrattore ceneri o meglio il suo contenitore metallico 16 (vedi Figura 8).
Questa soluzione, se da una parte semplifica l'interfacciamento con la caldaia, dall'altra richiede particolari accorgimenti per evitare la fuoriuscita di polveri, sia per problemi di pulizia ambientale sia per problemi di infiltrazione di polveri nelle tenute tra la parete di contenimento ed 1 rulli ovvero tamburi di trazione e rinvio.
Una soluzione a questo problema è quella di alloggiare tutti i punti, di fuoriuscita di aria polverosa entro una camera 50 mantenuta a pressione leggermente superiore a quella interna, detta camera può' avere una o piu' pareti esterne 52 trasparenti allo scopo di permettere l'ispezione visiva dell'operatività dei rulli (vedi Figura 9).
In funzione delle condizioni operative (ove per esempio è necessario scaricare le ceneri a bassa temperatura, o con alte portate di ceneri, ovvero quando c'è la possibilità di avere una lunghezza dell'estrattore adeguata alle necessità di raffreddamento) potrà risultare necessario incrementare lo scambio termico tra ceneri ed aria oltre il valore che il sistema illustrato permette.
Ciò' potrà essere ottenuto in vari modi:
- ogni canale di adduzione ceneri dalla camera di combusione al nastro può' essere composto da due tubazioni concentriche (non illustrate ma evidenti per un tecnico del ramo) eventualmente alettate esternamente. In tale caso l'aria proveniente dall'estrattore fluisce attraverso l'intercapedine anulare esistente tra i due tubi, migliorando il raffreddamento delle ceneri ed il recupero dell'energia termica in esse contenuta ed aumentando la sicurezza degli operatori;
- inserimento di opportune superfici metalliche (non illustrate) piu' o meno alettate a seconda della necessità, tra il nastro e il tetto del contenitore, che, assorbendo il calore irradiato dalla cenere, incrementino la superficie di scambio con l'aria. Dette superfici costituendo anche uno schermo ottico tra la cenere e la parete superiore esterna del contenitore, permetteranno di mantenere la superficie esterna del carter a valori accettabili
- Inserimento di vomeri 54, applicati in maniera tale da rimescolare il materiale solido sul nastro (vedi Figure 10 e 11). E' infatti noto die la cenere ha caratteristiche di bassa conducibilità termica, per cui un rimescolamento permette di uniformare la temperatura del solido in modo efficace. Tali dispositivi potranno venire particolarmente utili ove, per opportune ragioni (ad esempio alta portata di materiale), risulti necessario avere spessori di materiale sul nastro non sufficientemente bassi. Detti vomeri 54 possono, in piu', comprendere dei canali interni 56 conduttori di aria che verrebbe in tal modo insufflata entro il materiale solido 18, sempre allo scopo di aumentare lo scambio termico con l'aria di raffreddamento. Detti singoli canali interni 56 saranno collegati ad un canale di adduzione d'aria principale 58. Per minimizzare l'erosione si potranno realizzare, sulla superficie esterna dei vomeri, dei riporti di materiale ceramico. I vomeri sono applicati in modo pendolare e sono liberi di ruotare intorno al canale principale 58 che funge inoltre da albero di supporto per consentire il passaggio di eventuali trovanti Un opportuno sistema di contrasto a contrappeso o elastico riporta i vomeri nella posizione di lavoro. In relazione allo scambio termico necessario per ottenere il valore di temperatura desiderato, possono essere aggiunte piu' file di vomeri 54, in posizione sfalsata.
- spruzzamene di acqua polverizzata sulla parte inferiore del nastro durante il percorso di andata ovvero sulla parte superiore durante il percorso di ritorno, allo scopo di abbassare la temperatura del nastro stesso. In questo modo il nastro, reso piu’ freddo, riesce a sottrarre ima maggiore quantità di calore dalla cenere il metallo del nastro trasferisce il calore all'acqua che, in goccioline finissime, evapora immediatamente). E' infatti prevedibile che, in conseguenza della temperatura della cenere di circa 800°C, si vengono a creare regimi di temperatura sulle piastre del nastro di circa 300-3S0°C mentre, con l'inserimento di opportuni spruzzatori, detto regime termico potrà venire abbassato a circa 150-200°C. Un sensore della temperatura delle piastre potrà dosare la quantità opportuna di acqua onde evitare la formazione di condense.
E' evidente che alle forme di realizzazione descritte a titolo illustrativo e non limitativo potranno essere apportate numerose modificazioni, adattamenti, integrazioni, varianti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti senza per altro uscire dall'ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Estrattore/rafEreddatore (10) dì materiali solidi sfusi (18) caldi prodotti da caldaie (12) a letto fluido o da processi industriali vari comprendente uno o piu canali (20) di adduzione sostanzialmente verticali o comunque inclinati lungo i quali, per effetto della gravità, detto materiale (18) abbandona la camera di combustione della caldaia, e un mezzo di contenitore metallico (16) a tenuta collegato all'estremità a valle di detto/i canale/i (20) di adduzione, caratterizzato dal fatto che entro il detto contenitore (16) è disposto un mezzo di movimentazione a nastro trasportatore (14) comandato a muoversi mediante opportuni mezzi di motorizzazione e sul quale mezzo a nastro trasportatore (14) viene adagiato il materiale (18) proveniente dall'estremità a valle del/dei canale/l (20) formando un letto continuo viaggiante di materiale (18), detto mezzo a nastro (14) costituendo quindi uno scambiatore di calore rigenerativo che assorbe il calore dal materiale (18) durante il percorso di andata e lo cede all'aria nel percorso di ritorno, la distanza (32) dell'estremità inferiore o a valle del/dei tubo/i di adduzione (20) e il mezzo di nastro (14) essendo sostanzialmente tale da permettere il passaggio di pezzi di materiale (18) della massima dimensione prevedibile.
  2. 2. Estrattore/raflreddatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, una volta definito lo spessore dello strato di materiale ( 18) sul nastro (14), la portata di detto materiale viene regolata variando la velocità di avanzamento del nastro (14) in base ad un segnale proveniente da un opportuno mezzo di pressione differenziale.
  3. 3. Estrattore/raflreddatore (10) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta regolazione di portata viene effettuata automaticamente mediante un anello di regolazione costituito da un trasmettitore (34) della variabile da controllare, da un controllore (36) di invio del segnale di uscita e da un convertitore di frequenza (38) che regola il numero di giri del mezzo di motore che comanda il movimento del nastro (14).
  4. 4. Estrattore/ raffreddatore (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che esso lavora in depressione rispetto all'atmosfera.
  5. 5. Estrattore/raflfreddatore (10) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto estrattore/raflfreddatore (10) permette il recupero del calore sottratto al materiale (18), detto recupero avvenendo richiamando Faria esterna che ha assorbito calore dal materiale (18) attraverso la depressione a cui lavora il contenitore (16) ed introducendo l'aria così riscaldata nella camera di combustione della caldaia (12) riunendola quindi all'aria di combustione primaria o secondaria mediante un mezzo di ventilatore aggiuntivo (42) rispettivamente di aria secondaria o primaria che permette di portare alla pressione richiesta l'aria in uscita dal contenitore (16).
  6. 6. Estrattore/raflfreddatore (10) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal latto che detto estrattore/raflfreddatore (10) non consente il recupero del calore sottratto al materiale (18) da raffreddare, l'aria esterna che ha assorbito calore venendo espulsa nell'atmosfera dopo opportuna filtrazione tramite un mezzo di filtro (48) utilizzando l'effetto camino o tramite un opportuno ventilatore di espulsione.
  7. 7. Estrattore/raffreddatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che esso funziona in pressione prelevando aria di raffreddamento dalla mandata di uno dei ventilatori (46, 44) di aria primaria o secondaria, rispettivamente, che prima di essere introdotta in caldaia, attraversa il contenitore (16) dell'estrattore/raflfreddatore (10) ove, sottraendo calore al materiale (18), si preriscalda.
  8. 8. Estrattore/raflfreddatore secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che tutti i punti di possibile fuoriuscita di aria polverosa dal contenitore (16) vengono alloggiati entro un’opportuna camera (50), detta camera essendo mantenuta ad una pressione superiore a quella entro il contenitore (16).
  9. 9. Estrattore/raflfreddatore secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che una o piu' delle pareti esterne (52) di detta camera (50) è di materiale trasparente per consentire l'ispezione della camera (50) dall'esterno.
  10. 10. Estrattore/raflreddatore (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, al fine di incrementare lo scambio termico tra il materiale (18) e l'aria di raffreddamento, vengono previsti opportuni mezzi di mescolamento o mezzi dì vomero (54) applicati in modo tale da rimescolare il materiale solido (18), detti mezzi di mescolamento essendo liberi di ruotare intorno ad un albero principale (58).
  11. 11. Estrattore/raffreddatore (10) secondo la rivendicazione 10 caratterizzato dal fatto che ognuno di detti mezzi di vomero (54) comprendente mezzi di canale intemo (56) ciascuno di essi essendo collegato ad un canale di adduzione d'aria principale (58) chiuso entro detto albero principale e da esso sostanzialmente formato.
  12. 12. Estrattore/raflreddatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal latto che detti canali (20) di adduzione sono muniti di un dispositivo di controllo meccanico di sicurezza tipo valvole a lama e di mezzi sensori che controllano il livello del materiale (18) scaricato.
  13. 13. Estrattore/raflreddatore (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che è previsto un opportuno complesso (24) di valvola di transizione in prossimità dell’estremità a valle di ciascun tubo (20) per distribuire il materiale (18) uniformemente sul nastro (14), evitare lo svuotamento del tubo (20) e consentire il passaggio di pezzi di dimensioni eccezionali, detto complesso (24) comprendendo: un dispositivo (26) di chiusura a valle del/dei tubo/i di adduzione (20); un involucro (I) di contenimento e mezzi di pendolo (P) imperniati superiormente con l'altezza tra l'asse di perno e la superficie del nastro essendo regolabile.
  14. 14. Estrattore/ raffreddatore (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che sono previsti mezzi (30) di raschietto per raschiare dal fondo la polvere di materiale che vi si è depositata e scaricarla.
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