CN1957140A - 造纸机和造纸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供造纸机和造纸方法。所述造纸机是无需进行穿透干燥(TAD)或压榨而制造纸纤维幅(12)的造纸机(1)，该造纸机(1)包括湿部(2)、干燥部(3)和传递辊(23)，所述湿部(2)具有带有至少一个成形网(7、8)的网部(5)、可渗透空气和水的网毯(16)和用于对所述纤维幅进行脱水的脱水单元(20)；所述干燥部(3)包括用于干燥所述纤维幅的干燥表面(24)；所述传递辊(23)用于将所述纤维幅传送到所述干燥部，其中，所述纤维幅由所述网毯支承而从所述网部一直到达并通过所述传递辊。所述网毯具有用于构造所述纤维幅的三维结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于无需进行穿透干燥(TAD)或压榨而制造纸纤维幅的造纸机，该造纸机包括：
湿部，该湿部包括网部、可渗透空气和水的网毯(clothing)以及至少一个用于对所述纤维幅进行脱水的脱水单元，所述网部包括至少一个用于形成所述纤维幅的成形网，
干燥部，该干燥部包括用于干燥所述纤维幅的干燥表面，以及
传递辊，该传递辊布置成在传送压区处与所述干燥表面相互作用，以将所述纤维幅从所述湿部传送到所述干燥部，
其中，所述纤维幅由所述网毯支承而从所述网部到达并通过所述传送压区。
此外，本发明还涉及一种在造纸机中无需进行穿透干燥(TAD)或压榨而制造纸的方法，该方法包括以下步骤：
在网部中形成纤维幅，
从所述网部到干燥部用透气和透水的网毯支承所述纤维幅，并在该距离内通过至少一个脱水单元对所述纤维幅进行脱水，
将所述纤维幅从所述网毯传送到所述干燥部的干燥表面，以及
从所述干燥表面去除所述纤维幅。
此外，本发明还涉及根据所述方法制造的纸。
背景技术
传统的薄纸造纸机具有压榨部，在该压榨部对支承在一个或多个毛毯上的纸幅进行一次或多次脱水压榨，以提高纸幅的干燥度。然而，在软纸的制造中，脱水压榨具有降低最终纸幅的松厚度的不良作用，在这类造纸机中，最终纸幅的松厚度通常不超过7立方厘米/克至10立方厘米/克。
US 6287426公开了一种配置有压榨机的造纸机，该造纸机具有压榨部以及用于恢复至少一些在纸幅通过该压榨部的过程中失去的松厚度的构造装置。该构造装置由网毯和真空装置构成，一方面，所述网毯采用将纸幅从该造纸机的压榨部运送到干燥部的结构化渗透性网的形式，另一方面，所述真空装置放置成与所述网的内侧(即面向背离纸幅的一侧)滑动接触，从而将纸幅吸成与所述网紧密接触，以此来提高纸幅的松厚度。
US 6287426所述的构造装置在恢复纸幅松厚度方面是不成功的，这是因为纸幅纤维构架(fibre framework)在压榨中已经固定，而且纤维由于纸幅较高的干燥度而使得彼此不能相对运动。难以通过这样的装置或者以任何其它方式来“修复”脱水压榨压区对纸幅纤维构架产生的破坏松厚度的效果。因此，在制造高松厚度的柔软起皱纸时，应避免所述的压榨压区。
作为压榨的替换方式，本领域中还已知使用穿透干燥处理(通常称为TAD)来对纸幅进行脱水。TAD单元包括由较大的罩子所覆盖的带孔转动缸体。由可渗透空气和水的网毯支承的纸幅被引领到缸体上，将干热空气强制通过纸幅和网毯，并进入到缸体的开口中。然后，在脱水和干燥后使空气再循环至所述罩子。TAD单元大而复杂，并且建造TAD造纸机时需要大量的投资。此外，由于空气的干燥和再循环需要大量的能量，因而用于对纸幅进行脱水的TAD处理很昂贵。
EP 0440697公开了一种造纸机，该造纸机在一个操作方式中提供了无需进行穿透干燥和压榨而制造高松厚度的柔软起皱纸的技术。所述造纸机可在第一操作方式和第二操作方式之间切换。在第一操作方式中，以传统的方式布置毛毯，该毛毯用于从造纸机的网部的成形网上拾取纸幅，并且首先将纸幅移送通过压榨辊，然后移送通过盲孔辊，所述辊与造纸机的干燥部内的杨克氏烘缸相互作用。在第二操作方式中，制造比第一操作方式中制造的纤维幅具有更高松厚度和柔软度值的纸幅，其中省略了所述盲孔辊，而且，一方面，用网式带取代毛毯，另一方面，使成形网延伸，从而使成形网一直运行到杨克氏烘缸，以包围该成形网自身与所述带之间的纸幅。因而，所述带、成形网和纸幅在它们一直运行到干燥部时构成了夹层结构，在这段距离内，在纸幅被包围在所述带和成形网之间的同时对纸幅进行脱水。
在EP 0440697所述的造纸机的第二操作方式中，该造纸机制造具有相对较高的松厚度和柔软度值的柔软起皱纸。然而该造纸机也具有一些缺点。已经证明，由于纸幅的夹层结构的原因，难以在干燥部之前对纸幅实现理想的脱水，这反过来限制了制造速度，提高了干燥部中的干燥要求。而且，夹层结构对最终纸幅的松厚度具有不利影响。
发明内容
本发明的目的在于实现一种新的、没有穿透干燥单元和压榨部的用于制造纸的造纸机，一方面，所述造纸机比先前已知的机器简单，另一方面，该造纸机能以较高的制造速度运行。
根据本发明的造纸机的特征在于，所述网毯具有用于构造纤维幅的三维结构。
根据本发明的方法的特征在于通过所述网毯的三维结构来构造纤维幅的步骤。
附图说明
以下将参考附图来更加详细地描述本发明。
图1显示根据本发明的造纸机的第一实施方式。
图2显示根据本发明的造纸机的第二实施方式。
图3显示用于根据本发明的造纸机的传递辊的可选实施方式。
具体实施方式
图1为用于制造柔软起皱纸的造纸机1的示意图。造纸机1包括湿部2和干燥部3，但是没有压榨部。因此，根据本发明的造纸机无需进行脱水压榨，即，该造纸机没有脱水压区。湿部2包括流浆箱4和网部5。网部5又包括成形辊6和两个成形网7、8。成形网7、8中的每个成形网分别以闭环的形式绕多个引导辊9和10运行。成形网7、8以己知的方式在成形辊6上运行，并接纳来自位于它们之间的流浆箱4的喷浆。在成形辊6的下游存在成形区域11，纸浆在该处通过脱水而产生连续的纤维幅12，纤维幅12在该位置处由内侧的所述成形网8运送。为了进行脱水，网部5包括蒸汽箱13和吸水箱14，一方面，所述蒸汽箱13布置在内侧网8环的外侧以加热纤维幅12，另一方面，所述吸水箱14布置在内侧网8环的内侧以通过内侧网8中的孔从纤维幅12中除去水分。因此，上述网部5原则上是传统的双网部，其中，位于吸水箱14下游的纤维幅12的干燥度在20％至25％的范围内。
在网部5的下游，湿部2包括从网部5一直延伸到干燥部3的构造部15。该构造部15包括以闭环的形式绕多个引导辊17运行的网毯16。传递箱18布置在网毯16环的内侧，以将纤维幅12从网部5传送到构造部15。更确切地说，传递箱18布置在两个所述引导辊17之间，以便使网毯16靠在内侧网8上，并通过负压从内侧网8上拾取纤维幅12。优选的是，在传送部或传送点存在一定的负拉动，即网毯16的速度优选设置成低于内侧网8的速度，从而在传送部或传送点实现湿起皱效果。负拉动中的速度差可高达30％，但优选在0至20％的范围内，这取决于所要制造的产品。
网毯16为透气和透水的，且透气率在100CFM(立方英尺/分钟)至700CFM的范围内，优选在400CFM至600CFM的范围内。在本文中，CFM是指在127Pa的压力(对应于0.5英寸的水头)下每分钟每平方英尺网毯通过的空气的立方英尺数。而且，网毯16显示出三维带孔(即开口)结构，在厚度方向上具有多个通孔，从而使网毯16能容纳纤维幅12，以产生较大的松厚度。换言之，网毯16的三维结构容纳纤维幅12的纤维构架，并形成松厚度高的三维纤维幅12。优选的是，网毯16是网状的，即由纺线(woven thread)制成，该纺线优选由聚酯制成。例如，网毯16可以是称为GST和MST的已知网毯类型中的一种。试验已经表明，每英寸44×30线的粗糙度适于“毛巾纸”(即，厨房用卷纸类)等级的纸张，而每英寸51×48线的粗糙度适于“卫生问用纸”(即，卫生纸)等级的纸张。原则上，也可采用所谓的TAD网或TAD织物，但因为不必在根据本发明的造纸机中赋予针对TAD网或TAD织物所要求的透气性和耐热性，因而可使用更多的反映出较低透气性值(100CFM)品质的网或网毯，这样的透气性值远低于TAD网或TAD织物具有的透气性值。可采用模制网毯来替代织物。
在传递箱18中的负压强制纤维幅12的纤维或纤维构架进入网毯16的三维结构时，已经由传递箱18产生纤维幅12或纤维幅12的纤维构架结构的大部分松厚度。在从网部5到构造部15传送时的任何负拉动都将放大这一效果。传递箱18内的负压可在较高的真空范围(即大约60kPa至70kPa)内，这表明在传送部或传送点处还发生一定的脱水。作为选择，负压可以更低，例如为20kPa至30kPa，在试图获得表面柔软性而不是松厚度时，这是优选的。
在传递箱18后，在网毯16下侧敞开地运送纤维幅12。在本文中，网毯16敞开地运送纤维幅12是指在网毯16运送纤维幅12时，纤维幅12具有自由的、即未覆盖的一侧19。纤维幅12被敞开地运送的事实确保在纤维幅12通过构造部15时，纤维幅12在脱水时能有效地保持松厚度。构造部15包括至少一个脱水单元20以用于脱水，而所述至少一个脱水单元20包括至少一个面向纤维幅12的自由侧19的脱水构件或装置。在根据图1的实施方式中，脱水单元20包括蒸汽箱21以及吸水箱22，所述蒸汽箱21布置在网毯16环的外侧并面向纤维幅12的自由侧19，从而构成所述至少一个脱水构件或装置，而所述吸水箱22布置在网毯16环的内侧并与蒸汽箱21对置和/或位于蒸汽箱21下游。蒸汽箱21直接面对纤维幅12的自由侧19，能以有效的方式使纤维幅12以及纤维幅12中所含水分的温度上升，由于降低了水的粘性，因此提高了随后吸水箱22的脱水能力。作为选择，脱水单元20中的脱水构件或装置可基于另一种保持松厚度的脱水技术，例如通过红外线照射或热空气来对纤维幅12进行加热。因此，将网毯16布置成在网部5和干燥部3之间的预定距离内敞开地运送纤维幅12，在该距离内纤维幅12的自由侧19可触及所述至少一个脱水构架或装置。这一预定距离可以是网部5和干燥部3之间的整个距离，也可以只是该距离的一部分。
在构造部15中，即从网部5一直到干燥部3，纤维幅12由网毯16支承或运送。在网毯16环的内侧布置有光滑而坚固的传递辊23，以便将纤维幅12从构造部15的网毯16传送到干燥部3的热干燥表面24。更具体地说，传递辊23布置成用于与干燥表面24相互作用，从而形成用于纤维幅12的传送压区25。为了便于将纤维幅12传送到干燥表面24，网毯16在其外侧表面上具有平坦部分，所述平坦部分布置成用于在网毯16通过传送压区25的过程中产生与干燥表面24相互作用的接触表面。因此，所述平坦部分优选构成网毯16与干燥表面24的接触表面的15％-40％，优选22％-28％，例如25％。例如可通过对网毯16进行表面磨光或滚压而获得所述平坦部分。由于网毯16的三维结构以及这些平坦部分，从而可实现纤维幅12的有效传送，同时保持纤维幅12的松厚度，即同时保持在网毯16的三维结构中产生的纤维幅12的纤维构架的三维结构。纤维幅12的确可能在所述平坦部分与干燥表面24相互作用的某些位置处被机械地压得有些紧，但是平均起来，传送压区25上的线性载荷较低，因而在纤维幅12的少于50％的表面上的这一局部效应不会影响纤维幅12的整体松厚度值。此外，在传送压区25处没有发生脱水。这里应着重指出的是，造纸机1完全没有脱水压榨压区，这使制造的柔软纸具有较高的松厚度。
优选的是，干燥部3包括具有罩子27的杨克氏烘缸26。因此，杨克氏烘缸26的壳体表面构成用于纤维幅12的所述干燥表面24。优选的是，采用粘合性化学物质来确保纤维幅12与干燥表面24之间的所需附着，这些粘合性化学物质通过布置在杨克氏烘缸26位于传送压区25之前的喷嘴28涂到干燥表面24上。纤维幅12在热的干燥表面24上干燥成干燥度为约97％-98％，然后例如通过起皱刮刀29将纤维幅12从干燥表面24上除去。粘合性化学物质的目的还在于保护干燥表面24不受磨损。
图2为用于制造柔软纸的造纸机30的可选实施方式的示意图。造纸机30包括湿部31以及干燥部32，但与先前描述的实施方式一样，它没有压榨部。湿部31包括流浆箱33和网部34。网部34又包括成形辊35和成形网36，成形网36以环的形式绕多个引导辊37并在成形辊35上运行。而且，湿部31包括构造部38，该构造部38包括与根据图1的造纸机1中的网毯类型相同的网毯39。网毯39以闭环形式绕多个引导辊40运行，但在这一情况中，网毯39还延伸到网部34中，在该处，网毯39(而不是如图1的内侧成形网8)绕成形辊35运行。因而，流浆箱33布置成用于在成形网36与网毯39之间输送喷浆，而且对喷浆进行脱水，并在成形区域42中直接在网毯39上形成连续的纤维幅41。网部34包括布置在成形网36环内侧的脱水箱43以对纸浆进行脱水。在成形区域42的下游，传递箱44布置在网毯39环的内侧，以确保纤维幅41在成形网36和网毯39彼此分离时跟随网毯39。因而在传递箱44的下游，纤维幅41在网毯39的下侧敞开地运送，且纤维幅41具有自由的、未覆盖的一侧45。为了进一步提高纤维幅41的干燥度，湿部31包括位于传递箱44下游的第一脱水单元46，该第一脱水单元46包括呈蒸汽箱47形式的第一脱水构件或装置以及呈所谓“模制箱”48(即，布置成部分用于脱水、部分用于构造纤维幅41的吸水箱)形式的第二脱水构件或装置。因此，蒸汽箱47布置在网毯39环的外侧，从而使它面向纤维幅41的自由侧45，而吸水箱48布置在网毯39环的内侧。在第一脱水单元46的下游，造纸机30在整体上设计为前述的造纸机1。纤维幅41通过第二脱水单元49，该第二脱水单元49与图1中的脱水单元20相对应，并包括蒸汽箱50以及吸水箱51。这样，蒸汽箱50布置在网毯39环的外侧，以直接面向纤维幅41的自由侧45。在脱水单元49之后，纤维幅41通过光滑而坚硬的传递辊52以及传送压区53而到达干燥表面54，该干燥表面54呈配置有罩子的杨克氏烘缸55的壳体表面的形式。最后，例如通过起皱刮刀56将纤维幅41从壳体表面54上除去。
图3为用于根据本发明的造纸机的传递辊的可选实施方式的示意图。作为真空辊的传递辊57利用了在传送压区58中终究会存在的压力增加，从而在将纤维幅59传送到干燥表面60之前，进一步提高纤维幅59的干燥度。传递辊57包括低真空区域61以及高真空区域62，该高真空区域62位于低真空区域61的上游并布置成与传送压区58正相对。蒸汽箱63布置成与传递辊57正相对，用于在纤维幅59运行过低真空区域61之前将纤维幅59的温度提高到约80℃至90℃。该温度的上升具有两个优点，即，纤维幅59内的水的粘性降低，这加强了在随后的真空区域中的脱水；以及降低了纤维幅59对干燥表面60的冷却，这提高了杨克氏烘缸的干燥能力。在低真空区域61中，压力相对较低，约为20kPa至30kPa。低真空区域的目的在于从网毯中产生蒸汽流动路径。在高真空区域62中，负压较高，约为60kPa至70kPa。在蒸汽和水通过网毯从纤维幅59去除时的实际脱水发生在该区域中。而且，利用传送压区58内的压力来实现蒸汽的所谓“急骤蒸发”，这进一步提高了纤维幅59的干燥度。
根据本发明的造纸机主要旨在用于制造“毛巾纸”和“卫生间用纸”等级的纸。在“毛巾纸”等级中，优选采用70体积％至100体积％的针叶木浆和0至30体积％的阔叶木浆，其中0至30体积％的纸浆由预热法木片化学机械浆(CTMP)组成。在“卫生间用纸”等级中，优选采用20体积％至60体积％的针叶木浆和40体积％至80体积％的阔叶木浆。在针叶木浆和阔叶木浆中纤维的平均长度都为0.5毫米至3.0毫米。在两种纸张等级中，0至100％的纸浆可由回收纤维组成。在加工前，所制造的“毛巾纸”等级的纸的松厚度在15立方厘米/克至20立方厘米/克的范围内，且定量大约为20克/平方米，而“卫生间用纸”等级的纸的松厚度在12立方厘米/克至18立方厘米/克或14立方厘米/克至18立方厘米/克的范围内，且定量在15克/平方米和24克/平方米之间。
根据本发明的具有12英尺杨克氏烘缸的造纸机在制造“毛巾纸”等级的纸时可以以480m/min的速度运行，而根据本发明的具有23英尺杨克氏烘缸的造纸机在制造“卫生间用纸”等级的纸时可以以1200m/min的速度运行。
以上基于若干具体的实施方式描述了本发明。但应理解到，在本发明的范围内可存在各种修改和替代性的实施方式。
Claims (29)
1、一种用于无需进行穿透干燥(TAD)或压榨而制造纸纤维幅(12、41)的造纸机(1、30)，该造纸机包括：
湿部(2、31)，其包括网部(5、34)、透气和透水的网毯(16、39)以及至少一个用于对所述纤维幅(12、41)进行脱水的脱水单元(20、46、49)，所述网部(5、34)包括至少一个用于形成所述纤维幅(12、41)的成形网(7、8、36)，
干燥部(3、32)，其包括用于干燥所述纤维幅(12、41)的干燥表面(24、54)，以及
传递辊(23、52)，其布置成在传送压区(25、53)处与所述干燥表面(24、54)相互作用，以将所述纤维幅(12、41)从所述湿部(2、31)传送到所述干燥部(3、32)，
其中，所述纤维幅(12、41)由所述网毯(16、39)支承而从所述网部(5、34)一直到达并通过所述传送压区(25、53)，
所述造纸机的特征在于，所述网毯(16、39)呈现出用于构造所述纤维幅(12、41)的三维结构。
2、根据权利要求1所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述网毯(16、39)布置成用于敞开地运送所述纤维幅(12、41)，使得所述纤维幅(12、41)具有自由侧(19、45)，而且所述至少一个脱水单元(20、46、49)包括至少一个布置成面向所述纤维幅(12、41)的所述自由侧(19、45)的脱水构件(21、47、50)。
3、根据权利要求1和2中任一项所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述干燥表面(24、54)涂布有粘合性化学物质。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述至少一个脱水构件或装置包括蒸汽箱(21、47、50)。
5、根据权利要求1至4中任一项所述的造纸机(1)，其特征在于，所述网毯(16)布置成用于从所述至少一个成形网(8)上拾取所述纤维幅(12)，而且所述网毯(16)的速度设置成比所述成形网(8)的速度低0至30％，优选低0至20％。
6、根据权利要求1至5中任一项所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述网毯(16、39)是开孔的。
7、根据权利要求6所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述网毯(16、39)的透气性为约100CFM至700CFM。
8、根据权利要求7所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述网毯(16、39)的透气性为约400CFM至600CFM。
9、根据权利要求1至8中任一项所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述网毯(16、39)在其一侧上具有布置成与所述传送压区(25、53)中的所述干燥表面(24、54)相互作用的平坦部分。
10、根据权利要求9所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述平坦部分的面积构成所述网毯(16、39)与所述干燥表面(24、54)的接触表面的15％至40％。
11、根据权利要求10所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述平坦部分的面积构成所述网毯(16、39)与所述干燥表面(24、54)的接触表面的22％至28％，优选为25％。
12、根据权利要求1至11中任一项所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述传递辊(23、52)是光滑均质的。
13、根据权利要求1至11中任一项所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述传递辊(57)为真空辊。
14、根据权利要求1至13中任一项所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述湿部(2、31)不具有脱水压榨机。
15、根据权利要求1至14中任一项所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述干燥部(3、32)包括用于使所述纤维幅(12、41)起皱的起皱刮(29、56)。
16、根据权利要求1至15中任一项所述的造纸机(1、30)，其特征在于，所述网毯(16、39)的所述三维结构布置在所述网毯(16、39)面向所述纤维幅(12、41)的一侧上。
17、一种用于在造纸机(1、30)中无需进行穿透干燥(TAD)或压榨而制造纸的方法，该方法包括以下步骤：
在网部(5、34)中形成纤维幅(12、41)，
从所述网部(5、34)到干燥部(3、32)用透气和透水的网毯(16、39)支承所述纤维幅(12、41)，而且在该距离内通过至少一个脱水单元(20、46、49)对所述纤维幅(12、41)进行脱水，
将所述纤维幅(12、41)从所述网毯(16、39)传送到所述干燥部(3、32)的干燥表面(24、54)，以及
从所述干燥表面(24、54)去除所述纤维幅(12、41)，
所述方法的特征在于通过所述网毯(16、39)的三维结构构造所述纤维幅(12、41)的步骤。
18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于通过所述网毯(16、39)敞开地运送所述纤维幅(12、41)的步骤，使得所述纤维幅(12、41)具有自由侧(19、45)，以及通过布置成面向所述纤维幅(12、41)的所述自由侧(19、45)的脱水装置(21、47、50)来对所述纤维幅(12、41)进行脱水的步骤。
19、根据权利要求17至18中任一项所述的方法，其特征在于用粘合性化学物质涂布所述干燥表面(24、54)的步骤。
20、根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其特征在于将所述纤维幅(12)从所述网部(5)的成形网(8)传送到所述网毯(16)的步骤，所述网毯(16)的速度比所述成形网(8)的速度低0至30％，优选低0至20％。
21、根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征在于通过起皱刮刀(29、56)使所述纤维幅(12、41)起皱，并将该纤维幅(12、41)从所述干燥表面(24、54)上去除的步骤。
22、根据权利要求17至21中任一项所述的方法，其特征在于，在所述纤维幅(12、41)面向所述网毯(16、39)的一侧上形成所述纤维幅(12、41)的三维结构。
23、根据权利要求17至22中任一项所述方法而制造的纸，其特征在于，所述纸的松厚度在加工前在15立方厘米/克至20立方厘米/克或12立方厘米/克至18立方厘米/克的范围内。
24、根据权利要求23所述的纸，其特征在于，所述纸的定量在15克/平方米至24克/平方米的范围内。
25、根据权利要求23和24中任一项所述的纸，其特征在于，所述纸由70体积％至100体积％的针叶木浆和0至30体积％的阔叶木浆制成。
26、根据权利要求25所述的纸，其特征在于，0至30体积％的所述纸浆由预热法木片化学机械浆(CTMP)组成。
27、根据权利要求23和24中任一项所述的纸，其特征在于，所述纸由20体积％至60体积％的针叶木浆和40体积％至80体积％的阔叶木浆制成。
28、根据权利要求23至27中任一项所述的纸，其特征在于，所述纸的平均纤维长度在0.5毫米至3.0毫米的范围内。
29、根据权利要求23至28中任一项所述的纸，其特征在于，所述纸是起皱的。
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