CN102826861A - 一种耐碱砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐碱砖及其制备方法,该耐碱砖包括A组分和B组分;所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷30-45wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷15-30wt%、<0.088mm废旧高压电瓷10-30wt%、矾土微粉0-8wt%、瓷土5-25wt%;所述B组分包括A组分重量4-8wt%的有机结合剂。本发明的耐碱砖采用废旧高压电瓷替代粘土熟料作为主要原料,具有优异的耐高温、耐碱侵蚀、耐热震、耐磨损以及低导热性能,可广泛应用于新型干法水泥生产线的窑尾预热器、分解炉和三次分管等部位,使用寿命显著延长。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域,涉及硅铝质耐火材料,具体地涉及一种耐碱砖及其制备方法。
背景技术
我国是世界上最大的水泥生产国,2011年,我国水泥产量达20亿吨,约占全球水泥总产量的60%,新型干法水泥生产技术亦迅速获得大量推广,我国的水泥工业大体上反映了世界水泥制造的平均水平。目前,我国水泥生产线的窑尾预热器、分解炉和三次分管部位均主要采用耐碱砖。
耐碱砖通常采用高硅粘土熟料、高硅耐火粘土和具有良好结合性的软质耐火粘土制成。按照现有标准,耐碱砖的氧化铝含量应为25-40wt%,如果氧化铝的含量大于40%,则耐碱性将受到明显损害;为提高耐碱性,则要求耐碱砖含有较多的K2O和Na2O,以快速形成R2O-Al2O3玻璃相,而这又会损害耐火材料的耐高温性。
另一方面,从资源的角度来讲,我国铝矾土的储量占世界第5位,而消耗量却为世界第1位,由于长期掠夺式的开采和大量出口,我国的铝矾土资源遭到了严重破坏,耐火材料矾土熟料,特别是优质特级矾土的供应十分紧张,价格不断攀升。
综上所述,现有的耐碱砖在性能上有所缺陷,而原料矿产资源亦日益匮乏,亟需发展资源替代技术来开发出一种新型的硅铝质耐碱砖。废旧电瓷长期以来一直被作为工业垃圾处理,随着其数量的日益增长,废旧电瓷的处理问题亦越来越成为困扰地方政府的难题。如果能采用废旧电瓷替代粘土熟料来作为生产耐火砖的原料,则可同时解决上述两方面的难题,一举两得。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足,采用替代粘土熟料的废旧高压电瓷作为主要原料,同时配以矾土微粉、瓷土以及有机结合剂等化工助剂,提供一种耐碱性与耐高温性能均十分优异的耐碱砖及其制备方法。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种耐碱砖,包括A组分和B组分;所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷30-45wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷15-30wt%、<0.088mm废旧高压电瓷10-30wt%、矾土微粉0-8wt%、瓷土5-25wt%;所述B组分包括A组分重量4-8wt%的有机结合剂。
所述废旧高压电瓷是指电瓷厂生产高压电瓷时的不合格废品以及使用后经过回收的旧高压电瓷,废旧高压电瓷中氧化铝的含量为28-55wt%,并且由于经过了均化、调配、细磨和高温烧成等工序,因此其性能要优于高硅粘土熟料,而价格相对较低,完全可以替代高硅粘土熟料。
所述1-3mm废旧高压电瓷,是指粒径为1-3mm的废旧高压电瓷,所述粒径例如可以是1-1.6mm、1.45-1.8mm、1.71-2.25mm、2.1-2.9mm、2.5-3mm、1mm、1.1mm、1.23mm、1.3mm、1.5mm、1.84mm、1.9mm、2mm、2.17mm、2.2mm、2.31mm、2.4mm、2.69mm、2.8mm、2.82mm、3mm;其在本发明所述耐碱砖的A组分中的重量百分比为30-45wt%,例如可以是30-35wt%、33-39wt%、36.5-42wt%、31-44wt%、37.4-45wt%、30wt%、32wt%、34.7wt%、36wt%、37wt%、38.2wt%、40wt%、41.6wt%、42wt%、43.1wt%、45wt%;优选为32-42wt%;最优选为35-40wt%。
所述0.088-1mm废旧高压电瓷,是指粒径为0.088-1mm的废旧高压电瓷,所述粒径例如可以是0.088-0.2mm、0.09-0.38mm、0.1-0.5mm、0.4-0.71mm、0.65-1mm、0.088mm、0.089mm、0.13mm、0.17mm、0.24mm、0.3mm、0.49mm、0.52mm、0.6mm、0.69mm、0.7mm、0.8mm、0.85mm、0.9mm、1mm;其在本发明所述耐碱砖的A组分中的重量百分比为15-30wt%,例如可以是15-18wt%、16.3-24wt%、21.5-26wt%、23-28.5wt%、20-30wt%、15wt%、17.7wt%、18.2wt%、19wt%、20.2wt%、21wt%、22wt%、23.6wt%、25wt%、27.1wt%、28wt%、30wt%;优选为18-28wt%;最优选为20-25wt%。
所述<0.088mm废旧高压电瓷,是指粒径在0.088mm以下的废旧高压电瓷,所述粒径例如可以是0.001-0.008mm、0.005-0.03mm、0.01-0.045mm、0.02-0.079mm、0.06-0.08mm、0.003mm、0.006mm、0.009mm、0.011mm、0.025mm、0.034mm、0.049mm、0.05mm、0.067mm、0.07mm、0.072mm、0.08mm、0.084mm、0.088mm;其在本发明所述耐碱砖的A组分中的重量百分比为10-30wt%,例如可以是10-18.5wt%、12.3-17wt%、15-22wt%、20.4-28.5wt%、25-30wt%、10wt%、11.7wt%、12wt%、13wt%、14.7wt%、16.2wt%、18.4wt%、19wt%、20.2wt%、21wt%、22wt%、23.6wt%、25wt%、27.1wt%、28wt%、30wt%;优选为15-25wt%;最优选为18-22wt%。
将上述不同粒径范围的废旧高压电瓷按照配方含量进行配比,可以使得制成的耐碱砖具有耐高温、气孔率低、强度高等优点,而且还具有优异的抗碱侵蚀能力。
所述矾土微粉为市售一级或二级高铝矾土微粉,用于弥补高压电瓷磨粉时细度不够造成的基质级配缺陷。所述矾土微粉在本发明所述耐碱砖的A组分中的重量百分比为0-8wt%,可以是0-3.5wt%、2.3-5wt%、1.7-6.2wt%、4.4-7.5wt%、1-8wt%、0、0.5wt%、1wt%、1.2wt%、2wt%、2.3wt%、2.6wt%、3wt%、3.7wt%、4wt%、4.4wt%、5.8wt%、6wt%、6.6wt%、7wt%、7.1wt%、8wt%;优选为1-6wt%;最优选为3-5wt%;当重量百分比为0时,是指本发明所述的耐碱砖中不含有矾土微粉。
所述瓷土又名高岭土,为具有良好结合性的软质耐火粘土的主要成分,在本发明中直接选用市售的软质耐火粘土,用于提高制砖泥料的成型性能,并作为助烧结剂降低烧结温度和显气孔率,提高制品的强度和密度。所述瓷土在本发明所述耐碱砖的A组分中的重量百分比为5-25wt%,例如可以是5-18.5wt%、7.3-17.3wt%、11-22wt%、13.4-21.5wt%、16-25wt%、5wt%、5.5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9.3wt%、10wt%、11.7wt%、12wt%、13wt%、14.7wt%、16.2wt%、18.4wt%、19wt%、20.2wt%、21wt%、22wt%、23.6wt%、25wt%;优选为10-20wt%;最优选为13-17wt%。
所述有机结合剂起到结合各原料组分的作用,优选为市售的亚硫酸纸浆废液、浓度3-8wt%的PVA(聚乙烯醇)水溶液、浓度1-3wt%的CMC(羧甲基纤维素)水溶液中的一种或至少两种的组合。所述组合例如亚硫酸纸浆废液/浓度3-8wt%的PVA水溶液、亚硫酸纸浆废液/浓度1-3wt%的CMC水溶液、浓度3-8wt%的PVA水溶液/浓度1-3wt%的CMC水溶液、亚硫酸纸浆废液/浓度3-8wt%的PVA水溶液/浓度1-3wt%的CMC水溶液。所述有机结合剂最优选为亚硫酸纸浆废液,因为其能够降低耐碱砖颗粒之间的摩擦力从而提高耐碱砖的密度,能够提高各原料组分的塑性,还能够提高耐碱砖的强度。所述有机结合剂的含量为A组分重量的4-8wt%,例如可以是4-5.5wt%、5.3-6wt%、5.7-6.2wt%、7.4-7.9wt%、6.9-8wt%、4wt%、4.4wt%、4.7wt%、4.9wt%、5wt%、5.1wt%、5.5wt%、5.8wt%、6.2wt%、6.3wt%、6.6wt%、7wt%、7.1wt%、7.5wt%、7.7wt%、8wt%;优选为4.5-7.5wt%;最优选为5-7wt%。
综上所述,本发明优选的技术方案为:
一种耐碱砖,包括A组分和B组分;所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷32-42wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷18-28wt%、<0.088mm废旧高压电瓷15-25wt%、矾土微粉1-6wt%、瓷土10-20wt%;所述B组分包括A组分重量4.5-7.5wt%的有机结合剂。
本发明最优选的技术方案为:
一种耐碱砖,包括A组分和B组分;所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷35-40wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷20-25wt%、<0.088mm废旧高压电瓷18-22wt%、矾土微粉3-5wt%、瓷土13-17wt%;所述B组分包括A组分重量5-7wt%的有机结合剂。
优选地,所述耐碱砖的B组分中还可以包括有机酸,起到结合水溶性高价金属离子、提高粉体分散性、保持原料组分成型性能的作用,优选为酒石酸、柠檬酸、草酸中的任意一种或至少两种的组合。所述组合例如酒石酸/柠檬酸、酒石酸/草酸、柠檬酸/草酸、酒石酸/柠檬酸/草酸。优选地,所述有机酸的含量为A组分重量的0-1wt%,例如可以是0-0.5wt%、0.24-0.89wt%、0.3-0.6wt%、0.7-0.9wt%、0.4-1wt%、0、0.02wt%、0.057wt%、0.1wt%、0.19wt%、0.2wt%、0.28wt%、0.33wt%、0.34wt%、0.42wt%、0.55wt%、0.61wt%、0.68wt%、0.75wt%、0.8wt%、0.96wt%、1wt%;优选为0.2-0.8wt%;最优选为0.4-0.6wt%;当重量百分比为0时,是指本发明所述的耐碱砖中不含有有机酸。
优选地,所述耐碱砖的B组分中还可以包括分散剂,起到提高粉体分散性的作用,优选为第二代混凝土减水剂、第三代混凝土减水剂、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的任意一种或至少两种的组合。所述组合例如第二代混凝土减水剂/第三代混凝土减水剂、聚丙烯酸钠/聚丙烯酸、三聚磷酸钠/六偏磷酸钠、聚丙烯酸/三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠/六偏磷酸钠。所述分散剂的含量为A组分重量的0-1wt%,例如可以是0-0.6wt%、0.14-0.49wt%、0.3-0.75wt%、0.1-0.9wt%、0.82-1wt%、0、0.02wt%、0.037wt%、0.1wt%、0.18wt%、0.2wt%、0.26wt%、0.31wt%、0.34wt%、0.44wt%、0.56wt%、0.61wt%、0.69wt%、0.75wt%、0.8wt%、0.97wt%、1wt%;优选为0.2-0.8wt%;最优选为0.4-0.6wt%;当重量百分比为0时,是指本发明所述的耐碱砖中不含有分散剂。
优选地,本发明所述耐碱砖中氧化铝的含量为28-47wt%,例如可以是28-38.5wt%、30.3-37wt%、36-42.1wt%、35-45wt%、39-47wt%、28wt%、29wt%、29.5wt%、30wt%、31wt%、32.3wt%、33wt%、33.7wt%、34wt%、35.2wt%、36.4wt%、37.6wt%、38wt%、40wt%、41wt%、43wt%、44.4wt%、46wt%、47wt%。当氧化铝的含量在该范围内时,令人意外地,本发明所述耐碱砖不但耐碱性没有受到损害,反而获得了更好的耐碱性和耐高温性。
本发明所述的“包括”,意指其除所述组分外,还可以含有其他组分,这些其他组分赋予所述耐碱砖以不同的特性。除此之外,本发明所述的“包括”,还可以替换为封闭式的“为”或“由……制成”。不管本发明所述耐碱砖包括何种成分,所述耐碱砖的A组分的重量百分比之和为100wt%;所述耐碱砖中氧化铝的含量为28-47wt%。
本发明所述的耐碱砖,根据上述配方,按照常规的制砖工艺进行配料、混炼、压制、干燥以及烧结工艺即可制备得到。
优选地,所述烧结是在1280-1400℃的温度下进行,例如可以是1280-1300℃、1299-1345℃、1308-1360℃、1320-1384℃、1340-1400℃、1280℃、1290℃、1295℃、1300℃、1301℃、1310℃、1317℃、1325℃、1330℃、1332℃、1346℃、1350℃、1353℃、1364℃、1370℃、1375℃、1380℃、1390℃、1398℃、1400℃;优选为1300-1380℃;最优选为1320-1360℃。
优选地,所述烧结的时间为5-10h,例如可以是5-6.4h、5.75-6.5h、6-8h、6.7-8.5h、7.1-9h、5h、5.2h、5.9h、6h、6.3h、7h、7.4h、7.5h、7.7h、5h、8.1h、8.6h、9h、9.05h、9.5h、10h;优选为6-9h;最优选为8h。
与现有技术相比,本发明提供的耐碱砖是采用废旧高压电瓷替代粘土熟料作为主要原料,同时配以矾土微粉、瓷土以及有机结合剂等化工助剂而制成,解决了现有原料矿产资源匮乏的问题,又将废旧高压电瓷变废为宝解决了废旧电瓷作为工业垃圾的处理问题,一举两得。本发明提供的耐碱砖在达到现有耐碱砖性能要求的同时,具有更为优异的耐高温、耐碱侵蚀、耐热震、耐磨损以及低导热性能,可广泛应用于新型干法水泥生产线的窑尾预热器、分解炉和三次分管等部位,使用寿命显著延长,增加了水泥企业的经济效益。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子,并不代表或限制本发明的权利保护范围,本发明的权利范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,本发明的典型但非限制性的实施例如下:
实施例1:
一种耐碱砖,包括A组分和B组分;所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷35wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷30wt%、<0.088mm废旧高压电瓷15wt%、一级高铝矾土微粉5wt%、瓷土15wt%;所述B组分包括A组分重量5wt%的浓度5wt%的PVA水溶液。所述废旧高压电瓷中氧化铝的含量为35wt%;所述一级矾土微粉中氧化铝的含量为80wt%;所述瓷土中氧化铝的含量为30wt%;所述耐碱砖中氧化铝的含量为36.5wt%。
按照常规的制砖工艺将上述配方中的原料进行配料、混炼、压制、干燥工艺后,在1280℃的条件下烧结10h,即制得耐火砖。
经测试,本实施例所获得的耐火砖体积密度2.35g/cm3,显气孔率20%,耐压强度60MPa,荷重软化温度1350℃,热震稳定性25次,耐碱性一级。
实施例2:
一种耐碱砖,包括A组分和B组分;所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷45wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷23wt%、<0.088mm废旧高压电瓷21wt%、一级高铝矾土微粉5wt%、瓷土6wt%;所述B组分包括A组分重量4wt%的亚硫酸纸浆废液。所述废旧高压电瓷中氧化铝的含量为42wt%;所述一级矾土微粉中氧化铝的含量为80wt%;所述瓷土中氧化铝的含量为30wt%;所述耐碱砖中氧化铝的含量为37.6wt%。
按照常规的制砖工艺将上述配方中的原料进行配料、混炼、压制、干燥工艺后,在1340℃的条件下烧结8h,即制得耐火砖。
经测试,本实施例所获得的耐火砖体积密度2.30g/cm3,显气孔率20%,耐压强度60MPa,荷重软化温度1400℃,热震稳定性大于20次,耐碱性一级。
实施例3:
一种耐碱砖,包括A组分和B组分;所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷35wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷25wt%、<0.088mm废旧高压电瓷13wt%、一级高铝矾土微粉2wt%、瓷土25wt%;所述B组分包括A组分重量8wt%的浓度3wt%的CMC水溶液。所述废旧高压电瓷中氧化铝的含量为55wt%;所述一级矾土微粉中氧化铝的含量为80wt%;所述瓷土中氧化铝的含量为25wt%;所述耐碱砖中氧化铝的含量为46.56wt%。
按照常规的制砖工艺将上述配方中的原料进行配料、混炼、压制、干燥工艺后,在1320℃的条件下烧结8h,即制得耐火砖。
经测试,本实施例所获得的耐火砖体积密度2.38g/cm3、显气孔率19%、耐压强度55MPa,荷重软化温度1380℃,热震稳定性15次,耐碱性一级。
实施例4:
一种耐碱砖,包括A组分和B组分;所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷35wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷20wt%、<0.088mm废旧高压电瓷15wt%、一级高铝矾土微粉5wt%、瓷土25wt%;所述B组分包括A组分重量4.5wt%的亚硫酸纸浆废液。所述废旧高压电瓷中氧化铝的含量为28wt%;所述一级矾土微粉中氧化铝的含量为80wt%;所述瓷土中氧化铝的含量为20wt%;所述耐碱砖中氧化铝的含量为28.6wt%。
按照常规的制砖工艺将上述配方中的原料进行配料、混炼、压制、干燥工艺后,在1300℃的条件下烧结9h,即制得耐火砖。
经测试,本实施例所获得的耐火砖体积密度2.35g/cm3、显气孔率20%、耐压强度50MPa,荷重软化温度1360℃,热震稳定性15次,耐碱性一级。
实施例5:
一种耐碱砖,包括A组分和B组分;所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷30wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷20wt%、<0.088mm废旧高压电瓷30wt%、一级高铝矾土微粉5wt%、瓷土15wt%;所述B组分包括A组分重量7.5wt%的浓度4wt%的PVA水溶液。所述废旧高压电瓷中氧化铝的含量为35wt%;所述一级矾土微粉中氧化铝的含量为80wt%;所述瓷土中氧化铝的含量为30wt%;所述耐碱砖中氧化铝的含量为36.5wt%。
按照常规的制砖工艺将上述配方中的原料进行配料、混炼、压制、干燥工艺后,在1400℃的条件下烧结5h,即制得耐火砖。
经测试,本实施例所获得的耐火砖体积密度2.36g/cm3,显气孔率20%,耐压强度62MPa,荷重软化温度1430℃,热震稳定性25次,耐碱性一级。
实施例6:
一种耐碱砖,包括A组分和B组分;所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷40wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷19wt%、<0.088mm废旧高压电瓷30wt%、一级高铝矾土微粉5wt%、瓷土6wt%;所述B组分包括A组分重量7wt%的浓度1wt%的CMC水溶液。所述废旧高压电瓷中氧化铝的含量为42wt%;所述一级矾土微粉中氧化铝的含量为80wt%;所述瓷土中氧化铝的含量为30wt%;所述耐碱砖中氧化铝的含量为37.6wt%。
按照常规的制砖工艺将上述配方中的原料进行配料、混炼、压制、干燥工艺后,在1360℃的条件下烧结6h,即制得耐火砖。
经测试,本实施例所获得的耐火砖体积密度2.31g/cm3,显气孔率20%,耐压强度61MPa,荷重软化温度1405℃,热震稳定性大于20次,耐碱性一级。
应该注意到并理解,在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下,能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此,要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。
申请人声明,以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种耐碱砖,其特征在于,包括A组分和B组分;所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷30-45wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷15-30wt%、<0.088mm废旧高压电瓷10-30wt%、矾土微粉0-8wt%、瓷土5-25wt%;所述B组分包括A组分重量4-8wt%的有机结合剂。
2.根据权利要求1所述的耐碱砖,其特征在于,所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷32-42wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷18-28wt%、<0.088mm废旧高压电瓷15-25wt%、矾土微粉1-6wt%、瓷土10-20wt%;所述B组分包括A组分重量4.5-7.5wt%的有机结合剂。
3.根据权利要求1或2所述的耐碱砖,其特征在于,所述A组分由包括如下重量百分比的原料组分配比而成:1-3mm废旧高压电瓷35-40wt%、0.088-1mm废旧高压电瓷20-25wt%、<0.088mm废旧高压电瓷18-22wt%、矾土微粉3-5wt%、瓷土13-17wt%;所述B组分包括A组分重量5-7wt%的有机结合剂。
4.根据权利要求1-3之一所述的耐碱砖,其特征在于,所述矾土微粉为一级或二级高铝矾土微粉。
5.根据权利要求1-4之一所述的耐碱砖,其特征在于,所述瓷土为软质耐火粘土。
6.根据权利要求1-5之一所述的耐碱砖,其特征在于,所述有机结合剂为亚硫酸纸浆废液、浓度3-8wt%的PVA水溶液、浓度1-3wt%的CMC水溶液中的一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1-6之一所述的耐碱砖,其特征在于,所述B组分中还包括A组分重量0-1wt%的有机酸;
优选地,所述有机酸为酒石酸、柠檬酸、草酸中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求1-7之一所述的耐碱砖,其特征在于,所述B组分中还包括A组分重量0-1wt%的分散剂;
优选地,所述分散剂为第二代混凝土减水剂、第三代混凝土减水剂、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的任意一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求1-8之一所述的耐碱砖,其特征在于,所述耐碱砖的氧化铝含量为28-47wt%。
10.根据权利要求1-9之一所述的耐碱砖的制备方法,其特征在于,包括配料、混炼、压制、干燥以及烧结工艺;
优选地,所述烧结是在1280-1400℃的温度下进行,进一步优选为1300-1380℃,最优选为1320-1360℃;
优选地,所述烧结的时间为5-10h,进一步优选为6-9h,最优选为8h。
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