CN1349863A - 平直度的测量方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种探测处于高温的金属产品的平直度的方法和装置,它采用了一个具有圆柱形外表面(13)的测量辊(1),所述外表面包括一个接触带材的扇面区和一个自由扇面区。根据本发明,通过沿辊(1)外表面(13)自由扇面区的至少一部分循环热交换流体来强迫冷却辊(1),人们可以决定对冷却效率起作用的参数(如冷却扇面区的开口角度(B)、热交换流体的温度和循环流速),从而在每次转动时,使辊(1)的外表面(13)降低到一个预定均衡温度。本发明尤其适用于铁金属和有色金属的热轧。

Description

平直度的测量方法及其装置
发明的技术领域
本发明涉及用于探测纵向移动金属产品的平直度的方法及其装置，并且本发明尤其适用于高温带材。
发明的背景技术
当轧制金属带其尤其是薄轧板时，在带材静止平展时(除了在带材承受张力时的潜在阶段)可能会出现平直度缺陷。这样的缺陷通常是由在带宽范围内的轧制延伸率的轻微波动引起的，并且在作用轧制条件且尤其是作用施加于工作辊之间的夹紧力的横向分布时，可以修正这样的缺陷。
为此，在现代的轧机中，可以例如通过对工作辊端部施加弯曲力来影响辊缝的截面形状。人们也可以使用支承辊，所述支承辊包括一个被安装成可绕固定轴转动且通过许多分布于带宽范围内的动力油缸压在该轴上的韧性辊壳，所述支承辊的位置和压力是可调的。
这些调节机构通过测量仪器提供的信息来工作，这些测量仪器设置在轧机下游并且对在带宽范围内的带材所受张力的变化敏感，所述带材张力对应于带材纵向纤维的延伸率波动。
这样的测量仪器通常由偏离辊构成，它包括一个被安装成可绕垂直于带材纵延伸方向的轴线转动的圆柱形辊体。带材在装有一系列传感器的辊的外表面的扇面区内承受张力，所述传感器能够测量带材的局部加压变化。通常，这些探测器彼此有规律地间隔开并且分布在辊的整个长度范围内，由此一来，带材被分成一系列分别具有一定宽度的纵向区，在所述区域内加入了对要修正的潜在缺陷的测量。
按照一种已知的如US3481194所述的布置结构，偏离辊包括一个其厚度足以产生所需强度的中心管体，在其外表面上设有多个其中安放测量传感器的凹槽。
一般来说，测量辊包括多个分布于辊的整个长度范围内的探测区，每个区配备了一个用于当带材经过在辊接触带的扇面区内的探测区时发送取决于对应带材部的施加压力的信号的传感器。
此外，为了防止在两个相邻测量区之间的测量的干扰，传感器最好在两个区域之间相互错开。
在这样的布置结构中，每个测量传感器对带材施加的压力敏感，但它们也可能受到可能不利于测量的其它因素的影响。
例如，为了避免传感器和移动的带材之间的任何直接接触，传感器的每个凹槽通过一道护壁与外界隔开，所述护壁可以由覆盖整个管形辊体的薄壳构成或者盖状部件构成，所述盖状件略微有韧性以便把带材所加的压力传给传感器。因此，这样的仪器对当辊温升高时造成的热变形敏感。
同样，通常测量传感器不是设置用于在高温下工作的。
因此，迄今为止，在冷轧设备中使用了平直度测量辊，其中轧制带材可以保持在适中温度下。
但是，由在带宽范围内的延伸率波动引起的潜在缺陷也出现在热轧过程中并且看起来在热轧阶段内应避免平直度缺陷的危险。
与此有关地，人们目前已充分考虑了给轧机提供一个能够预见缺陷区的数学模型，以便在操作轧机的不同调节机构时尽量避免出现所述缺陷。当所述带材没有受到任何张力时，即在把带材卷取到卷取机上之前，在带头上没有张力时，也可以通过光学仪器来测定要修正的缺陷。因此，这样的装置不能控制在产品整个长度范围内的平直度并因而被优选地用于在带材刚从轧机出来时测量潜在缺陷。
为此，有人已经在EP-A-0858845中建议在热轧制线中设置一个测量辊，可以在所述辊上给带材施加张力。
但是，即使是在轧制有色金属如铝的情况下，热带材处于高温，这全对必须进行补偿的测量结果造成负面影响。例如，可以在各种温度下校准辊径，以便进行与带温有关地必要的修正，但这样的校准不容易进行。
发明的概述
本发明的目的是借助非常简单的布置结构来改正这些问题，这样的布置结构可以被用于所有类型的平直度测量辊上并能够避免与各工作温度有关的传感器校准。
因此，本发明一般适用于测量辊平直度的方法及其装置，其中带材承受张力并且贴在一个测量辊的扇面区上，所述测量辊被安装成可绕一个垂直于带材纵移动方向的轴线转动并且具有一个包括一个接触带材的扇面区和一个自由扇面区的圆柱形外表面。
根据本发明，通过沿辊外表面的自由扇面区的至少一部分循环热交换流体来强迫冷却辊，人们决定对冷却效率起作用的参数(如流体沿其循环的冷却扇面区的开口度、流体初始温度、循环流速)，从而在经过接触带材的扇面区地被加热后，使辊的外表面在经过辊的冷却扇面区后降低到一个预定均衡温度。
在第一特别有利的实施方案中，辊的强制冷却是通过分布在辊自由扇面区的至少一部分上的喷射滑道喷射热交换流体来进行的，人们至少调节与带材温度、移动速度和热交换条件有关的流体温度和喷流速度，以便使辊的外表面温度在就要经过接触扇面区前降到预定范围。
在另一个实施方案中，平直度测量辊位于带材下面，辊的外表面包括一个浸泡在热交换流体槽中的下扇面区，所述热交换流体槽设置在一个在辊下面的管中并且与一个以可调流速使流体在管的入口及出口之间循环流动的机构相连，人们至少调节流体到达热交换流体槽时的初始温度和循环流速，以使辊外表面的温度在就要经过接触扇面区前降到预定范围。
根据这样的布置结构，在其经过接触扇面区前，使辊的外表面降低到一个按照以下公式而与带材温度t1和热交换流体的初始温度t2有关的均衡温度t， t = a A t 1 + b B t 2 a A + b B
其中，a是带材与辊之间的热交换系数，b是热交换流体与辊之间的热交换系数，A是接触扇面区，B是冷却扇面区。根据本发明，在工作中，人们可以调整该公式中的至少一个参数以便将均衡温度保持在不变的范围内。
本发明还牵涉到一种实施该方法的平直度探测装置，它包括通过沿辊的自由扇面区的至少一部分循环热交换流体而强迫冷却辊的外表面的装置以及调整冷却环境以便把辊的外表面保持在预定温度下并且在它经过辊的自由扇面区的时候控制每个探测区的冷却的装置。
本发明尤其适用于属于这种类型的平直度测量辊，即它包括多个分布在辊的整个长度范围上的探测区，每个探测区安装有一个传感器，所述传感器在检测区经过带材接触辊的扇面区时发出一个取决于该带材对应区的施加压力的信号，在每次经过辊的自由扇面区时该探测区降低到相同的均衡温度。
附图说明
本发明还包括了其它的有利特征，通过以下对某些实施例的说明来更好地理解本发明，给出这些实施例的目的只是举例示范并且在附图中画出了这些实施例。
图1是本发明的平直度测量装置的横截面示意图，其带材蜿蜒于移动平面下方。
图2是辊冷却***的视图。
图3以侧视图表示本发明的另一个实施例，其带材蜿蜒于移动平面上方。
图4是图3所示辊的仰视图。
图5是本发明另一个实施例的横截面图。
图6示意地表示在另一种应用场合中的本发明的另一个实施例。
最佳实施方式
图1示意地表示平直度测量辊装置1，一条沿平行于图面的纵向移动的且绕着卷取机21卷绕的金属带2贴着该测量辊，在这个实施例中，所述卷取机位于带材移动平面P的下方。带材在张力下进行卷取，而卷取机21为此配备了不需描述的已知装置。
带材2通过辊1偏离并在由卷绕控制机构决定的纵向张力的作用下贴在所述辊的一个扇面区上。
平直度测量辊1可以是任何已知类型的，例如是同一公司的法国专利No.2468878所述的那种测量辊。如众所周知的那样，这样的平直度辊包括一个其中设有凹槽12的管体11，所述凹槽通过被固定在管体11上的薄壳13被封起来。在每个凹槽12中，安放了一个探测机构如位移传感器14，它包括一个压在凹槽12底面上的固定件和一个压在使凹槽12与外界隔绝的壳13的内面上的活动件。
辊1被安装成可绕其轴线10转动并且它配备有多个分布在其整个长度范围内以便覆盖贴着辊1的带材M的宽度的传感器12、14。
这样的实施例是众所周知的并且不需要具体说明。可以在几个分布于辊长度上的探测区内采用其它装置来测量被施加在该辊上的力。
迄今为止，这样的平直度测量辊只被用在冷轧设备中，其中所轧制的带材具有适中的温度，相反地，本发明的装置能够测量高温带材的平直度，而测量辊1可以在移动方向上被安放在未示出的热轧机的下游。
在有色金属的情况下，到达辊1的热带的温度例如可以为250℃-400℃，但也可以更高。这造成了通过其外表面使辊的温度显著上升。
但是，如图2所示，带材2只在相对较小的扇面区a、a’内覆盖住辊1的外表面，该扇面区的中心角度A一般不超过20°，因而，所述外表面具有一个340°-350°的自由扇面区a’、a。本发明采用这种布置，在通过沿该自由扇面区a’、a的至少一部分循环热交换流体来强迫冷却辊外表面13并且设定冷却条件以使各探测区在带材经过自由扇面区时达到相同的均衡温度。
在图1的布置中，例如，辊1位于带材下面，它可以把自由扇面区的底部浸在一个装有热交换流体液31(如水)的管3中。管3向上地大口敞开，从而在比较大的扇面区B内如90°-100°的区域内，辊的下扇面区被浸泡着。
因此，在辊每次转动时，封闭凹槽12的壳13的每个区域15构成了一个探测区，当带材经过扇面区A时，该探测区先通过与带材2接触而被加热，但当在带材经过中心B的扇面区b、b’时检测区接触水时，该探测区马上被冷却。
如果t1被称作带材2温度且t2被称为管3中的流体31的温度，则经过流体31的辊外表面的温度t可以由以下公式表示， t = a A t 1 + b B t 2 a A + b B
其中，a是带材与辊之间的特定热交换系，b是热交换流体31与辊1之间的特定热交换系数。
这些热交换系数主要取决于形成辊1外表面的薄壳13的性质、冷却流体31以及扇面区A、B的开口角度。
管3与使冷却流体31在入口与出口之间循环流动的***4相连，所述***包括与带材温度t1有关地调节冷却参数(如流体31初始温度和流速)的装置41，以便使辊外表面13降到设定温度t3。
在辊每次转动时，每个探测区由此在又经过与带材2接触的扇面区A前返回到恒定的温度水平。因此，由于带材的热影响保持不变，所以带材对壁15施加的压力或带材位移的测量的重复性得到了保证。
当在每次转动时进行冷却时，在加热时间与冷却时间的比例固定不变的情况下，带材移动速度例如可以根据在轧机中进行的带厚压下量来调节。
但是，人们例如可能停机维修轧机或设备的其它段。在这样的情况下，带材2仍然贴着相同的辊部上并且造成温度升高，这可能损坏了传感器。
因此，在停止的情况下，我们认为要利用偏离辊5使带材离开辊1，所述偏离辊5被安装成在两个支臂51的端部上转动，所述支臂可以绕一个轴线52在一个由图中的实线所示的且带材2在此通常贴着辊1的回撤位置与一个由点划线表示的且带材2在此被辊5抬高并略微离开辊1的外表面13的接合位置之间转动。
图3以侧视图表示了另一个实施例，其中卷取机21设置在带材2移动平面P的上方。
因而，起到偏离辊作用的测量辊1也安放在带材2上方并且它必须与一个设置在旁边的冷却装置相连。因而，这个冷却装置由沉箱30构成。它具有两道平行于辊轴线10并且延及边缘33’、34’的纵壁33、34，所述纵壁紧贴着辊的外表面13。端部33’、34’倾斜地后撤，从而在中心B上形成了一个至少等于1/4圆弧的冷却扇面区。
在沉箱30内，安放了至少一个流体喷射滑道，它由与热交换流体供应***36相连的导管35构成并且配设了多个构成指向辊外表面13的流体喷射嘴37的孔，从而流体喷射通常是相邻的并且在辊的整个长度范围内覆盖了辊的一个扇面区。沉箱30最好配有两个喷射滑道35，其喷嘴37倾斜错开并且最好在纵向上错开，以便在整个扇面区B范围内分配流体。如上所述，供应***36与调节根据带材温度而喷射的流速的装置36’相连，以便在贴附扇面区A之前将辊1的外表面13保持在设定温度下。
为了避免在带材停止移动并因而测量辊1停止转动的情况下过高加热探测区，辊与一个被装在一对臂件51的端部上的偏离辊5相连，所述臂件能够绕轴线52在一个带材2贴着卷取机21的升高位置和一个带材2通过辊5而偏离的且略微离开辊1的外表面的降低位置之间转动。
根据这两个上述实施例，为了能够在张力下使带材2贴着平直度测量辊1的一个扇面区，该辊形成了一个就在移动方向上位于卷取机21上游的偏离辊，以便确定承受张力的带材贴着测量辊1的扇面区的情况。
当卷取机略微远离轧机时，如在轧制有色金属如铝的情况下，这不是缺点，其中所述有色金属在离开热轧段时处于较适中的温度300℃-400℃并且它可以在测量后马上被卷绕成卷。
相反地，在轧制铁金属如钢的场合下，轧制带材处于高许多的温度700℃-1000℃下并且必须在被卷绕成卷前接受第一次冷却。因此，必须在轧机与卷取机之间加设一架冷却台，卷取机因而相当远离开轧机。但是，这个第一冷却段在带宽范围内是不均匀的并且可能造成带材纤维不均匀地缩短，而由轧机引起的延伸率波动只能在把带卷完全冷却下来后才看得到。如果测量辊就设置成直接在卷取的前面，当离开冷却台时，由此可能改变了延伸率分布的测量结果。
如果需要在卷成卷前被冷下来，则因而在轧机出口处且在冷却台前设置测量辊是更有利的。
但是，如果人们必须等候带材头部卷绕在卷取机上以便使带材承受张力，则不可能在相当长的带材长度范围内控制带材平直度。
为了避免这样的缺点，为此最好当带材刚从轧机出来时在测量辊上使带材承受张力。
为此，如图5所示，平直度测量辊1可以安放在两对夹紧辊8、8’之间，每对辊包括一个固定辊81和一个被安装在一支座83上的活动辊82，所述支座在动力油缸85的作用下在底座84的两个导向面之间垂直滑动。
平直度测量辊1本身安装在一个支承架16上，其支承架被安装成可在动力油缸17的作用下垂直滑动。
在辊82、82’的下面位置中，带材被夹在两对辊8、8’之间，支承架16的提升动力油缸17能够调节测量辊1相对带材移动平面的相对高度并由此确定带材2贴附辊1的贴附角A。
在这种布置结构中，每对夹辊8、8’中的至少一个被驱动转动，可以在每对辊8、8’中分别调节该夹辊转速。
因此，就有可能在单独调节分别设置在测量辊1的上游和下游的夹辊8、8’的转速的同时，可以使在每对辊8、8’之间的带材部分承受一定的张力。
布置在辊1的任一侧上的喷射滑道35能够迫使该辊的自由扇面区的温度降下来。
其它喷射滑道38可以与这两对夹辊8、8’连接起来。
因此，如上所述地，可以调节冷却强度，以使辊1外表面13保持在一定温度下，这能够确保测量的重复性。
应该注意的是，单独调节两对夹辊8、8’的转速能够分别在轧机出口和夹辊8之间、两对夹辊8、8’之间的测量辊1上以及夹辊8’与卷取机21之间调节在每个带材部分上的带材所受张力。
但本发明不局限于上述为示范而说明的实施例的细节，而是也包括了仍然在由权利要求书限定的保护范围内的其它变型方式或其它应用。
例如，在所谓的“小型轧机”设备中，热带的平直度测量可能是有用的，所述设备包括连续的薄带铸造设备，随后是几架联线精轧机、冷却台和卷取机。
图6例如画出了这样的布局，它只画出了最后一架精轧机6。在图中沿水平轧制平面P而从左到右移动的带材先在机架6的两个工作辊60之间经过，随后罩在一个包括一个由一系列与移动平面P相切的辊24构成的支承台以及未示出的冷却装置的冷却台23上。
在本发明的这个实施例中，平直度测量辊1被安装在轧机出口处，但是带材可以通过在生产线末端的卷取机而承受张力。我们当然同意这样的看法，即不控制在连铸带材时其长度是不重要的带材头部的平直度。
但是，为了决定带材贴附辊1的贴附角，辊被安装在一个支承架7上，支承架可在两个轴承上绕轴线70转动，所述轴承的方位被校准并且如被安装在轧机机架6上。动力油缸71控制着辊1在一个由图5实线表示的升高位置与一个降低位置之间的转动，在降低位置上，辊1’加在辊道23的两个连续辊25、25’之间并因而决定了带材贴附在测量辊1上的情况，在这样的情况下，所述带材承受着卷取机的张力，所述卷取机安放在冷却台23的末端并且在图中没有画出来。
可以根据工作辊60之间的轧制速度来调节卷取机施加在带材上的张力，以便圈圈紧贴地卷取带材。
带材紧贴的扇面区的开口度取决于相对辊25、25’平面的辊1下位1’的高度，这可以用动力油缸71来调节。
如在图3中那样，测量辊1与一个被固定在支承架7上的冷却沉箱34相连，所述沉箱配备了一个在辊的自由扇面区的局部上喷射冷却流体的斜板35。
在停止移动的情况下，只要马上升起支承架7就行了，从而使测量辊离开带材以防止了带材温度升高。
加在权利要求书所述的技术特征后的参考符号只是要帮助理解该技术特征，而绝不是要限定其内容。

Claims (15)

1.一种探测沿纵向移动的处于高温的带材的平直度的方法，其中带材(2)承受张力并且施加在一个测量辊(1)的扇面区上，所述测量辊被安装成可绕一个垂直于带材(2)的纵移动方向的轴线转动并且它具有一个包括一个接触带材的扇面区和一个自由扇面区的圆柱形升表面(13)，其特征在于，通过沿辊(1)外表面(13)的自由扇面区的至少一部分循环热交换流体来强迫冷却辊(1)，人们可以决定对冷却效率起决定作用的参数，即流体沿其循环的冷却扇面区的开口度(B)、流体初始温度、循环流速，从而在经过接触带材(2)的扇面区(a，a’)同时被加热后，使辊(1)的外表面(13)在经过辊(1)的冷却扇面区(b，b’)后降低到一个预定均衡温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，辊(1)的强冷是通过在至少辊(1)的自由扇面区的一部分上喷射热交换流体来进行的，人们至少调节与带材(2)温度和热交换条件有关的流体温度和喷流速度，以便使辊(1)的外表面(13)温度在就要经过接触扇面区(a，a’)前降到预定范围。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，平直度测量辊(1)位于带材(2)的下面，辊的外表面(13)包括一个浸泡在热交换流体槽(31)中的下扇面区(b，b’)，所述热交换流体槽设置在一个在辊(1)下面的管(3)中并且与一个以可调流速使流体在管(3)的入口及出口之间循环流动的机构相连，人们至少调节流体到达热交换流体槽时的初始温度和循环流速，以使辊(1)的外表面(13)温度在就要经过接触扇面区(a，a’)前降到预定范围。
4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在其经过接触扇面区(a，a’)前，使辊(1)的外表面(13)降低到一个按照以下公式而与带材温度(t1)和热交换流体的初始温度(t2)有关的均衡温度(t)， t = a A t 1 + b B t 2 a A + b B
其中，(a)是带材(2)与辊(1)之间的热交换系数，(b)是热交换流体(31)与辊(1)之间的热交换系数，(A)是接触扇面区(a，a’)，(B)是冷却扇面区(b，b’)，在工作中，人们可以调整该公式中的至少一个参数以便将均衡温度(t)保持在不变的范围内。
5.一种探测沿纵向移动的且承受张力的带材(2)的平直度的装置，它包括一个被安装成可绕一个垂直于纵移动方向的轴线转动的且带材(2)在其上承受张力的测量辊(1)，而该辊(1)具有一个包括一个接触带材的扇面区(a，a’)和一个自由扇面区的圆柱形外表面(13)，其特征在于，它包括通过沿辊(1)的自由扇面区的至少一部分(b，b’)循环热交换流体而强迫冷却辊(1)的外表面(13)的装置(3，34)以及调整冷却环境以便把辊(1)的外表面(13)保持在预定温度下的装置(30)。
6.如权利要求5所述的探测装置，其特征在于，当测量辊(1)被安放在带材(2)下面且它包括一个接触带材(2)的上扇面区(a，a’)和自由下扇面区时，强冷装置包括一个装有热交换流体管(31)的管(3)，辊的自由扇面区的至少一部分(b，b’)浸泡在该热交换流体管中并且该热交换流体管与一个用于热交换流体循环的***相连，该***包括一个与辊(1)温度(t1)有关地调整流体(31)的温度(t2)和循环流速的装置(30)。
7.如权利要求5所述的探测装置，其特征在于，强冷装置包括至少一个平行于辊外表面(13)的喷射滑道(35)，它与热交换流体供应***(36)相连并且配备了多个喷嘴(37)，而每个喷流嘴覆盖了一个冷却扇面区(B)，该***(36)与调节根据带材(2)温度而喷出的流速的装置(36’)相连。
8.如权利要求7所述的探测装置，其特征在于，它包括一个沿辊的自由扇面延伸的冷却沉箱(30)，在冷却沉箱内安放了至少一个喷射滑道(35)，该沉箱(30)显示出两道平行于辊(1)轴线且以一定角度回收纵壁(33，34)，其描绘出一个辊冷却扇面区(B)的每道纵壁(33，34)具有一个平行于辊外表面(13)且从该外表面回收一些的边缘(33’，34)。
9.如权利要求5-8之一所述的探测装置，其特征在于，它包括一个相对辊(1)使带材(2)快速回撤的装置(5)。
10.如权利要求9所述的探测装置，其特征在于，测量辊(1)被安装成可在一个支承架(7，16)上绕其轴线转动，所述支承架沿垂直于带材(2)运行平面的方向在一个使辊(1)压在带材上的位置和一个回撤位置之间移动，支承架(7，16)与两个偏离器(25，25’)(82，82’)相连，所述偏离器在带材(2)运行方向上并在与支承架相反的那侧上相对带材地被分别安装在测量辊(1)的上游和下游，从而在辊施加带的位置上，带材(2)贴在辊(1)的预定扇面区(A)上。
11.如权利要求10所述的探测装置，其特征在于，辊的支承架(7)被安装成可绕一个平行于辊(1)轴线的轴线(70)转动并且它与至少一个控制支承架(7)在一个辊(1)压贴带材(2)的施加位置和一个回撤位置之间转动的动力油缸(71)相连。
12.如权利要求10所述的探测装置，其特征在于，辊的支承架(16)被安装成可垂直于带材(2)运行平面而在一个压带位置和一个回撤位置之间滑动。
13.如权利要求10-12之一所述的探测装置，其特征在于，测量辊(1)分别在上游(8)和下游(8’)被安放在两对夹紧辊之间，每对夹紧辊包括一个固定辊(81)和一个可垂直移动以便夹紧带材(2)的辊(82)，这两对辊(8，8’)都分别与各自的转动驱动装置相连，所述驱动装置决定了下游辊(8’)的角速度，这个速度略微大于上游辊(8)的角速度，以便使带材在测量辊(1)上承受一设定的施加张力。
14.如权利要求13所述的探测装置，其特征在于，根据轧制速度来调节加在这两对分别在上游(8)和下游(8’)的夹紧辊上的转速和扭矩，以便在轧机(6)出口处分别在测量辊(1)和卷取机(21)上决定带材(2)的张力大小。
15.如权利要求5-14之一所述的探测装置，其特征在于，测量辊属于这样的类型，它包括多个探测区，这些探测区在垂直于带材的方向上后撤并且分布在辊的整个长度范围内，每个探测区包括一个传感器，所述传感器在带材经过接触扇面区时发出一个取决于该带材对应区的施加压力的信号，在每次经过辊的自由扇面区时，使该探测区降低到相同的均衡温度。
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