CN103406361A - 基于材料状态及参数曲线的铝冷轧机轧制规程生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于材料状态及参数曲线的铝冷轧机轧制规程生成方法，按照铝卷的原料及成品参数要求，以材料成品状态确定轧制规程中的中间退火工艺参数，以参数曲线确定轧制道次数以及各道次厚度、轧制速度等工艺参数，再根据数学模型计算轧制规程控制参数并按照机组力能参数进行校核修正，实现铝卷轧制规程的自动生成。此方法按照工艺要求及经验数据确定某一材质的成品状态定义及参数曲线后，可针对此材质各种尺寸规格的铝卷实现轧制规程自动生成，且便于按照材质进行维护扩展，形成***化的轧制规程生成技术。

Description

基于材料状态及参数曲线的铝冷轧机轧制规程生成方法

技术领域

本发明涉及一种适用于铝冷轧机的轧制规程制定方法，尤其涉及基于材料状态及参数曲线的铝冷轧机轧制规程生成方法。

背景技术

目前，针对铝冷轧机轧制规程制定方法的研究较少，缺乏成熟可靠的、生产实用性强的轧制规程制定方法：其一，轧制规程的制定大多以人工经验为主，缺乏***化的轧制规程制定技术；其二，不能全面***地考虑铝冷轧轧制过程因素，大多仅从厚度的角度进行道次分配，未考虑成品状态要求，以及对轧制过程影响同样显著的速度、张力等工艺参数。

铝冷轧机生产过程灵活多变，针对不同材质各种轧制规格进行轧制规程制定时，需要考虑成品性能要求、材料加工工艺特性、轧机力能参数限制等因素，才能实现自动生成的轧制规程的科学合理性，以提高轧制过程稳定性及生产效率。

基于上述目的，设计一种基于材料状态及参数曲线的铝冷轧机轧制规程生成方法，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种基于材料状态及参数曲线的铝冷轧机轧制规程生成方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

基于材料状态及参数曲线的铝冷轧机轧制规程生成方法，针对铝卷的原料成品参数要求，以材料成品状态确定轧制规程中的中间退火工艺参数，以参数曲线确定轧制道次数以及各道次厚度、轧制速度、张力工艺参数，再根据数学模型计算出满足机组力能参数限制的轧制规程控制参数，实现铝卷轧制规程的自动生成，步骤如下：

（1）根据经验及实测数据，按照材质区别确定成品状态定义，并按照曲线函数形式拟合出压下率曲线、轧制速度曲线的函数参数；

（2）根据铝卷原料成品参数要求，按铝卷成品状态查询材质成品状态定义，获取成品状态所需的累计压下率、以及相应的成品处理工序标志，并根据本材质允许的最大累计压下率进行轧制规程中间退火参数的计算，确定总轧制段数及各轧制段的出入口厚度；

（3）依次进行各轧制段的轧制规程计算，按照k轧制段的出入口厚度，以压下率、轧制速度曲线确定段轧制道次数以及各道次厚度、轧制速度、张力工艺参数后，再根据数学模型计算出满足机组力能参数限制的轧制规程控制参数；

3a）按照k轧制段的出入口厚度，根据压下率曲线确定段道次数；

3b）按照k轧制段的段道次数，根据标准规范曲线计算各道次厚度分配规范值，作为本道次段厚度分配的目标压下率比进行厚度分配；

3c）各道次厚度分配后，根据速度曲线确定各道次轧制速度，根据张力表确定各道次出入口张力；

3d）根据数学模型计算本段各道次的轧制规程控制参数，并按照机组力能极限参数进行校核修正；

（4）重复步骤（3）完成各段规程计算，生成此卷轧制规程。

进一步地，上述的基于材料状态及参数曲线的铝冷轧机轧制规程生成方法，步骤为：

（1）根据经验及实测数据，按照材质区别，确定成品状态定义，并按照曲线函数形式拟合出压下率曲线、轧制速度曲线的函数参数；

1a）材质成品状态定义中，针对各种成品状态代码，确定其要求的累计压下率、成品处理工序，以及本材质允许的最大累计压下率；

1b）压下率曲线，采用曲线函数描述厚度与推荐压下率的对应关系，如下：

ε=b₂·h²+b₁·h+b₀

式中：ε－此厚度对应的推荐压下率，%；h－道次厚度，mm；b₂、b₁、b₀－压下率曲线系数；

1c）轧制速度曲线，采用曲线函数描述厚度与推荐轧制速度的对应关系，如下：

V=c₁·ln(h)+c₀

式中：V－此厚度对应的推荐轧制速度，m/min；c₁、c₀－轧制速度曲线系数；

（2）根据铝卷原料成品参数要求，按铝卷成品状态查询材质成品状态定义，获取此成品状态所需的累计压下率、以及相应的成品处理工序标志，并根据本材质允许的最大累计压下率进行轧制规程中间退火参数的计算，进而确定总轧制段数及各轧制段的出入口厚度；

2a）按照成品状态所需的累计压下率，根据成品厚度计算实现此压下率所需的中间退火厚度，如下：

h_ann=h_aim/(1-ε_aim/100)

式中：h_ann－要求的中间退火厚度，mm；h_aim－铝卷成品厚度，mm；ε_aim－铝卷成品状态要求的累计压下率，%；

2b）按照本材质允许的最大累计压下率，根据原料厚度和最大累计压下率依次计算各中间厚度，如下：

h_mid[0]=h_mat·(1-ε_max/100)

h_mid[j]=h_mid[j-1]·(1-ε_max/100)  j=1,...,J

式中：h_mid[j]－最大累计压下率对应的中间厚度，mm；h_mat－铝卷原料厚度，mm；ε_max－铝卷材质允许的最大累计压下率，%；j－中间厚度序号；J－中间厚度序号的最大值；

当h_mid[j]小于成品状态所需的中间退火厚度h_ann时，h_mid[j]=h_ann，停止中间厚度计算，此时的j值为中间厚度最大序号J；

2c）按照成品状态要求的h_ann、各中间退火厚度h_mid[j]参数，确定总轧制段数；

当h_ann=h_aim时，即成品状态无累计压下率要求时，K=J+1；

当h_ann>h_aim时，即成品状态有累计压下率要求时，K=J+2；

式中：K－总轧制段数；

2d）确定总轧制段数后，按照成品状态所需的中间退火厚度h_ann、各中间退火厚度h_mid[j]参数确定各轧制段的出入口参数，如下：

h_dmat[k]=h_mat,h_daim[k]=h_mid[k],k=0

h_dmat[k]=h_mid[k-1],h_daim[k]=h_mid[k],k=1,...,K-2

h_dmat[k]=h_mid[k-1],h_daim[k]=h_aim,k=K-1

式中：k－轧制段序号；h_mid－最大累计压下率对应的中间厚度，mm；h_dmat[k]－第k轧制段的入口厚度，mm；h_daim[k]－第k轧制段的出口厚度，mm；

（3）依次进行各k轧制段的轧制规程计算，按照k轧制段的出入口厚度，以压下率、轧制速度曲线确定段轧制道次数以及各道次厚度、轧制速度、张力工艺参数后，再根据数学模型计算出满足机组力能参数限制的轧制规程控制参数；

3a）按照k轧制段的出入口厚度，根据压下率曲线依次计算各临时厚度，如下：

h_temp[0]=h_dmat[k]·(1-ε_temp[0]/100)

ε_temp[0]=b₂·h_dmat[k]²+b₁·h_dmat[k]+b₀

h_temp[i]=h_temp[i-1]·(1-ε_temp[i]/100)  i=1,...,N[k]-1

ε_temp[i]=b₂·h_temp[i]²+b₁·h_temp[i]+b₀

式中：h_temp[i]－依次计算的临时厚度，mm；ε_temp[i]－按照压下率曲线根据厚度计算的推荐压下率，%；i－k轧制段的道次序号；N[k]－k轧制段的总道次数，当h_temp[i]<=h_daim[k]时，停止临时厚度的依次计算，此时i+1即为k轧制段的总道次数N[k]；

3b）按照k轧制段的段道次数，根据标准规范曲线计算各道次厚度分配规范值，如下：

$G\left[i\right]=d_2\&CenterDot;{\left(\frac{5*i}{N\left[k\right]}\right)}^2+d_1\&CenterDot;\left(\frac{5*i}{N\left[k\right]}\right)+d_0$

式中：G[i]－各道次规范值，%；d₂、d₁、d₀－标准规范曲线系数；

各道次厚度分配规范值G[i]作为本道次段厚度分配的目标压下率比，要求分配后的各道次压下率比满足如下条件：

ε[i]:ε[i′]=G[i]:G[i′]

h[0]=h_dmat[k]·(1-ε[0]/100)

h[i]=h[i-1]·(1-ε[i]/100)  i=1,...,N[k]

其中：ε[i]－本道次压下率，%；i,i′－本道次段的道次号；h[i]－分配后的各道次出口厚度，mm；

首先，按照段出入口厚度计算各道次平均相对压下量；其次，按照段各道次轧制规范值计算各道次相对压下量；再次，按照相对压下量计算各道次出口厚度；再次，按照段出口厚度计算值和目标值的差别，调整各道次相对压下量，直至段出口厚度和目标值一致，完成本段厚度分配；

3c）各道次厚度分配后，根据速度曲线确定各道次轧制速度，如下：

V[i]=c₁·ln(h[i])+c₀

其中：V[i]－本道次厚度对应的推荐轧制速度，m/min；

3d）各道次厚度分配后，根据张力表确定各道次出入口张力；

3e）根据数学模型计算本段各道次的轧制规程控制参数，并按照机组力能极限参数进行校核，超限时对本段轧制规程进行修正直至满足各限制条件，如下：

P_min≤P[i]≤P_max

M[i]≤M_max

W[i]≤W_max

其中：P[i]、P_min、P_max－轧制压力的计算值、最小值、最大值，kN；M[i]、M_max－轧制力矩的计算值、最大值，kN*m；W[i]、W_max－轧制功率的计算值、最大值，kW；

对各道次轧制压力、轧制力矩、轧制功率力能参数进行校核，轧制压力、轧制力矩超限时修改本段轧制道次数后重新进行计算，轧制功率超限时修改本道次轧制速度后重新进行计算，直至满足各限制条件；

（4）重复步骤（3）完成各轧制段的轧制规程计算，实现此卷轧制规程的自动生成。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

按照铝卷的原料及成品参数要求，以材料成品状态确定轧制规程中的中间退火工艺参数，以参数曲线确定轧制道次数以及各道次厚度、轧制速度等工艺参数，再根据数学模型计算轧制规程控制参数并按照机组力能参数进行校核修正，实现铝卷轧制规程的自动生成。解决了现有技术中轧制规程制定的一些不合理问题，其一，全面***地考虑成品性能要求、材料加工工艺特性、轧机力能参数限制等因素；其二，按照材质的成品状态定义及参数曲线进行轧制规程制定，便于按照材质进行维护扩展，形成***化的轧制规程生成技术。本方法可针对各材质不同轧制规格制定科学合理的轧制规程，且具有计算速度快、实用性强等特点，是实现铝冷连轧机过程控制***的重要基础，可提高机组轧制过程稳定性及生产效率。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：基于材料状态及参数曲线的铝冷轧机轧制规程生成方法的实现流程示意图。

具体实施方式

本发明提供一种基于材料状态及参数曲线的铝冷轧机轧制规程生成方法，如图1，具体的流程：

1）铝卷原料成品参数读取，并根据材质查询获取此材质的成品状态定义、压下率曲线参数、轧制速度曲线参数；

2）按照铝卷成品状态，根据成品状态定义，确定中间退火参数；

3）按照中间退火参数，划分轧制段；

4）k=0；

5）k轧制段，从段入口厚度开始，按压下率曲线依次计算下道次厚度至小于段出口厚度，确定段道次数；

6）k轧制段，根据段出入口厚度及段道次数，按压下率曲线确定道次压下率比，计算各道次厚度；

7）k轧制段，根据各道次厚度，按照轧制速度曲线、张力表，确定道次轧制速度及出入口张力；

8）k轧制段，各道次按厚度、速度、张力等工艺参数计算规程控制参数，并按机组力能参数进行校核修正，完成轧制规程计算；

9）k+1，返回5）依次完成全部道次段的轧制规程计算；

10）各轧制段计算结束，此铝卷轧制规程生成结束。

以某1850mm铝单机架冷轧机典型规格铝卷的轧制规程生成过程为例，对本发明技术方案作进一步详细描述，铝卷参数如下：材质5052，宽度1600mm，原料厚度8.0mm，成品厚度0.2mm，成品状态H12。

1）铝卷原料成品参数读取，材质为5052，根据材质查询获取此材质的成品状态定义、压下率曲线参数、轧制速度曲线参数；

2）按照铝卷成品状态H12，根据成品状态定义，要求成品累计压下率为25%，且本材质的最大允许累计压下率为90%，计算中间退火参数；

按照成品状态所需的累计压下率，根据成品厚度计算实现此压下率所需的中间退火厚度，如下：

h_ann=h_aim/(1-ε_aim/100)=0.2/(1-25/100)=0.25

按照本材质允许的最大累计压下率，根据原料厚度和最大累计压下率依次计算各中间厚度，直至其小于成品状态所需的中间退火厚度：

h_mid[0]=h_mat·(1-ε_max/100)=8.0·(1-90/100)=0.8

h_mid[1]=h_mid[0]·(1-ε_max/100)=0.8·(1-90/100)=0.08

由于h_mid[1]<=h_ann，则h_mid[1]=h_ann=0.25，中间厚度序号最大为1，总轧制段数K=3。

3）按照中间退火参数，划分轧制段，各轧制段的出入口厚度如下：

h_dmat[k]=h_mat=8.0,h_daim[k]=h_mid[k]=0.8,k=0；

h_dmat[k]=h_mid[k-1]=0.8,h_daim[k]=h_mid[k]=0.25,k=1；

h_dmat[k]=h_mid[k-1]=0.25,h_daim[k]=h_aim=0.2,k=2；

4）k=0；

5）k轧制段，从段入口厚度8.0mm开始，按压下率曲线依次计算下道次厚度至小于段出口厚度0.8mm，如下表所示：

按照压下率曲线计算6次后，出口厚度小于段出口厚度0.8mm，确定此轧制段的道次数N[k]为6。

6）k轧制段，按照k轧制段的道次数，根据标准规范曲线（5点曲线）计算各道次厚度分配规范值，如下：

$G\left[i\right]=d_2\&CenterDot;{\left(\frac{5*i}{N\left[k\right]}\right)}^2+d_1\&CenterDot;\left(\frac{5*i}{N\left[k\right]}\right)+d_0$

按照轧制规范值进行厚度分配计算，要求分配后的各道次压下率比与各道次轧制规范值比一致，厚度分配结果如下：

7）k轧制段，根据各道次厚度，按照轧制速度曲线、张力表，确定道次轧制速度及出入口张力，如下：

8）k轧制段，各道次按厚度、速度、张力等工艺参数计算规程控制参数，并按机组力能参数进行校核修正，完成轧制规程计算，如下：

9）k+1，返回5）依次完成全部道次段的轧制规程计算；

10）各轧制段计算结束，此铝卷轧制规程生成结束，结果如下。

本发明按照铝卷的原料及成品参数要求，以材料成品状态确定轧制规程中的中间退火工艺参数，以参数曲线确定轧制道次数以及各道次厚度、轧制速度等工艺参数，再根据数学模型计算轧制规程控制参数并按照机组力能参数进行校核修正，实现铝卷轧制规程的自动生成。解决了现有技术中轧制规程制定的一些不合理问题，其一，全面***地考虑成品性能要求、材料加工工艺特性、轧机力能参数限制等因素；其二，按照材质的成品状态定义及参数曲线进行轧制规程制定，便于按照材质进行维护扩展，形成***化的轧制规程生成技术。本方法可针对各材质不同轧制规格制定科学合理的轧制规程，且具有计算速度快、实用性强等特点，是实现铝冷连轧机过程控制***的重要基础，可提高机组轧制过程稳定性及生产效率。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (2)

1.基于材料状态及参数曲线的铝冷轧机轧制规程生成方法，其特征在于：针对铝卷的原料成品参数要求，以材料成品状态确定轧制规程中的中间退火工艺参数，以参数曲线确定轧制道次数以及各道次厚度、轧制速度、张力工艺参数，再根据数学模型计算出满足机组力能参数限制的轧制规程控制参数，实现铝卷轧制规程的自动生成，步骤为：

（1）根据经验及实测数据，按照材质区别确定成品状态定义，并按照曲线函数形式拟合出压下率曲线、轧制速度曲线的函数参数；

（2）根据铝卷原料成品参数要求，按铝卷成品状态查询材质成品状态定义，获取成品状态所需的累计压下率、以及相应的成品处理工序标志，并根据本材质允许的最大累计压下率进行轧制规程中间退火参数的计算，确定总轧制段数及各轧制段的出入口厚度；

（3）依次进行各轧制段的轧制规程计算，按照k轧制段的出入口厚度，以压下率、轧制速度曲线确定段轧制道次数以及各道次厚度、轧制速度、张力工艺参数后，再根据数学模型计算出满足机组力能参数限制的轧制规程控制参数；

3a）按照k轧制段的出入口厚度，根据压下率曲线确定段道次数；

3b）按照k轧制段的段道次数，根据标准规范曲线计算各道次厚度分配规范值，作为本道次段厚度分配的目标压下率比进行厚度分配；

3c）各道次厚度分配后，根据速度曲线确定各道次轧制速度，根据张力表确定各道次出入口张力；

3d）根据数学模型计算本段各道次的轧制规程控制参数，并按照机组力能极限参数进行校核修正；

（4）重复步骤（3）完成各段规程计算，生成此卷轧制规程。

2.根据权利要求1所述的基于材料状态及参数曲线的铝冷轧机轧制规程生成方法，其特征在于步骤为：

（1）根据经验及实测数据，按照材质区别，确定成品状态定义，并按照曲线函数形式拟合出压下率曲线、轧制速度曲线的函数参数；

1a）材质成品状态定义中，针对各种成品状态代码，确定其要求的累计压下率、成品处理工序，以及本材质允许的最大累计压下率；

1b）压下率曲线，采用曲线函数描述厚度与推荐压下率的对应关系，如下：

ε=b₂·h²+b₁·h+b₀

式中：ε－此厚度对应的推荐压下率，%；h－道次厚度，mm；b₂、b₁、b₀－压下率曲线系数；

1c）轧制速度曲线，采用曲线函数描述厚度与推荐轧制速度的对应关系，如下：

V=c₁·ln(h)+c₀

式中：V－此厚度对应的推荐轧制速度，m/min；c₁、c₀－轧制速度曲线系数；

（2）根据铝卷原料成品参数要求，按铝卷成品状态查询材质成品状态定义，获取此成品状态所需的累计压下率、以及相应的成品处理工序标志，并根据本材质允许的最大累计压下率进行轧制规程中间退火参数的计算，进而确定总轧制段数及各轧制段的出入口厚度；

2a）按照成品状态所需的累计压下率，根据成品厚度计算实现此压下率所需的中间退火厚度，如下：

h_ann=h_aim/(1-ε_aim/100)

式中：h_ann－要求的中间退火厚度，mm；h_aim－铝卷成品厚度，mm；ε_aim－铝卷成品状态要求的累计压下率，%；

2b）按照本材质允许的最大累计压下率，根据原料厚度和最大累计压下率依次计算各中间厚度，如下：

h_mid[0]=h_mat·(1-ε_max/100)

h_mid[j]=h_mid[j-1]·(1-ε_max/100)  j=1,...,J

式中：h_mid[j]－最大累计压下率对应的中间厚度，mm；h_mat－铝卷原料厚度，mm；ε_max－铝卷材质允许的最大累计压下率，%；j－中间厚度序号；J－中间厚度序号的最大值；

当h_mid[j]小于成品状态所需的中间退火厚度h_ann时，h_mid[j]=h_ann，停止中间厚度计算，此时的j值为中间厚度最大序号J；

2c）按照成品状态要求的h_ann、各中间退火厚度h_mid[j]参数，确定总轧制段数；

当h_ann=h_aim时，即成品状态无累计压下率要求时，K=J+1；

当h_ann>h_aim时，即成品状态有累计压下率要求时，K=J+2；

式中：K－总轧制段数；

2d）确定总轧制段数后，按照成品状态所需的中间退火厚度h_ann、各中间退火厚度h_mid[j]参数确定各轧制段的出入口参数，如下：

h_dmat[k]=h_mat,h_daim[k]=h_mid[k],k=0

h_dmat[k]=h_mid[k-1],h_daim[k]=h_mid[k],k=1,...,K-2

h_dmat[k]=h_mid[k-1],h_daim[k]=h_aim,k=K-1

式中：k－轧制段序号；h_mid－最大累计压下率对应的中间厚度，mm；h_dmat[k]－第k轧制段的入口厚度，mm；h_daim[k]－第k轧制段的出口厚度，mm；

（3）依次进行各k轧制段的轧制规程计算，按照k轧制段的出入口厚度，以压下率、轧制速度曲线确定段轧制道次数以及各道次厚度、轧制速度、张力工艺参数后，再根据数学模型计算出满足机组力能参数限制的轧制规程控制参数；

3a）按照k轧制段的出入口厚度，根据压下率曲线依次计算各临时厚度，如下：

h_temp[0]=h_dmat[k]·(1-ε_temp[0]/100)

ε_temp[0]=b₂·h_dmat[k]²+b₁·h_dmat[k]+b₀

h_temp[i]=h_temp[i-1]·(1-ε_temp[i]/100)  i=1,...,N[k]-1

ε_temp[i]=b₂·h_temp[i]²+b₁·h_temp[i]+b₀

式中：h_temp[i]－依次计算的临时厚度，mm；ε_temp[i]－按照压下率曲线根据厚度计算的推荐压下率，%；i－k轧制段的道次序号；N[k]－k轧制段的总道次数，当h_temp[i]<=h_daim[k]时，停止临时厚度的依次计算，此时i+1即为k轧制段的总道次数N[k]；

3b）按照k轧制段的段道次数，根据标准规范曲线计算各道次厚度分配规范值，如下：

$G\left[i\right]=d_2\&CenterDot;{\left(\frac{5*i}{N\left[k\right]}\right)}^2+d_1\&CenterDot;\left(\frac{5*i}{N\left[k\right]}\right)+d_0$

式中：G[i]－各道次规范值，%；d₂、d₁、d₀－标准规范曲线系数；

各道次厚度分配规范值G[i]作为本道次段厚度分配的目标压下率比，要求分配后的各道次压下率比满足如下条件：

ε[i]:ε[i′]=G[i]:G[i′]

h[0]=h_dmat[k]·(1-ε[0]/100)

h[i]=h[i-1]·(1-ε[i]/100)  i=1,...,N[k]

其中：ε[i]－本道次压下率，%；i,i′－本道次段的道次号；h[i]－分配后的各道次出口厚度，mm；

首先，按照段出入口厚度计算各道次平均相对压下量；其次，按照段各道次轧制规范值计算各道次相对压下量；再次，按照相对压下量计算各道次出口厚度；再次，按照段出口厚度计算值和目标值的差别，调整各道次相对压下量，直至段出口厚度和目标值一致，完成本段厚度分配；

3c）各道次厚度分配后，根据速度曲线确定各道次轧制速度，如下：

V[i]=c₁·ln(h[i])+c₀

其中：V[i]－本道次厚度对应的推荐轧制速度，m/min；

3d）各道次厚度分配后，根据张力表确定各道次出入口张力；

3e）根据数学模型计算本段各道次的轧制规程控制参数，并按照机组力能极限参数进行校核，超限时对本段轧制规程进行修正直至满足各限制条件，如下：

P_min≤P[i]≤P_max

M[i]≤M_max

W[i]≤W_max

其中：P[i]、P_min、P_max－轧制压力的计算值、最小值、最大值，kN；M[i]、M_max－轧制力矩的计算值、最大值，kN*m；W[i]、W_max－轧制功率的计算值、最大值，kW；

对各道次轧制压力、轧制力矩、轧制功率力能参数进行校核，轧制压力、轧制力矩超限时修改本段轧制道次数后重新进行计算，轧制功率超限时修改本道次轧制速度后重新进行计算，直至满足各限制条件；

（4）重复步骤（3）完成各轧制段的轧制规程计算，实现此卷轧制规程的自动生成。

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