DE1257748B - Device for forming spheres from granular material with a high melting point - Google Patents

Device for forming spheres from granular material with a high melting point

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DE1257748B
DE1257748B DEE25696A DEE0025696A DE1257748B DE 1257748 B DE1257748 B DE 1257748B DE E25696 A DEE25696 A DE E25696A DE E0025696 A DEE0025696 A DE E0025696A DE 1257748 B DE1257748 B DE 1257748B
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Thomas A J Jaques
Richard T Smyth
Derek William Sturge
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European Atomic Energy Community Euratom
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European Atomic Energy Community Euratom
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.: Int. Cl .:

BOIjBOIj

Deutsche KL: 12 g-1/01 German KL: 12 g -1/01

Nummer: 1257748Number: 1257748

Aktenzeichen: E 25696IV a/12 gFile number: E 25696IV a / 12 g

Anmeldetag: 17. Oktober 1963 Filing date: October 17, 1963

Auslegetag: 4. Januar 1968Open date: January 4, 1968

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bilden von Kügelchen aus körnigem Material mit hohem Schmelzpunkt, bestehend aus einem mit einer Zufuhrleitung für Arbeitsgas verbundenen Arbeitsgasraum, einer Ionisierungsanordnung mit einer Anode und einer Kathode, einer mit dem Arbeitsgasraum verbundenen Zufuhrleitung für das körnige Material und einer Öffnung im Arbeitsgasraum für den Auslaß der Kügelchen.The invention relates to an apparatus for forming beads of granular material with high Melting point, consisting of a working gas space connected to a supply line for working gas, an ionization arrangement with an anode and a cathode, one with the working gas space connected supply line for the granular material and an opening in the working gas space for the outlet the globules.

Mit derartigen Vorrichtungen, bei denen das Plasma sich normalerweise radial um eine Elektrode ausbildet, ist es bisher kaum möglich gewesen, in zufriedenstellender Weise Kügelchen mit einem Durchmesser von mehr als 200 μπα herzustellen.With such devices in which the plasma normally moves radially around an electrode forms, it has hitherto hardly been possible to satisfactorily produce beads with a diameter of more than 200 μπα to produce.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit der es möglich ist, Kügelchen mit hohem Schmelzpunkt bis zur Größe von 700 μΐη herzustellen.The object of the invention is therefore to provide a device of the type mentioned at the outset, with which makes it possible to produce beads with a high melting point up to a size of 700 μm.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung einen Schmelzraum enthält, der folgende Teile aufweist:This object is achieved according to the invention in that the device contains a melting chamber, which has the following parts:

an seiner Oberseite eine Materialzufuhrleitung, eine diese umgebende Arbeitsgaszuführleitung, einen Ring, der die Auslässe der Leitungen ummantelt, und eine erste ringförmige Elektrode, die den Ring umgibt, wobei der Ring über die erste Elektrode in Bewegungsrichtung der Teilchen hinausragt, aus einem elektrisch leitenden Material besteht und elektrisch leitend mit der ringförmigen Elektrode verbunden ist, ferner an seiner Unterseite einen Austritt aus dem Schmelzraum, dessen Mittelachse die Verlängerung der Mittelachse des Ringes bildet und der Bestandteil der Ionisierungsanordnung ist,on its upper side a material supply line, a working gas supply line surrounding it, a ring encasing the outlets of the lines and a first ring-shaped electrode, which surrounds the ring, the ring over the first electrode in the direction of movement of the particles protrudes, consists of an electrically conductive material and is electrically conductive with the annular electrode is connected, also an outlet from the underside Melting chamber, the central axis of which forms the extension of the central axis of the ring and is part of the ionization arrangement,

und daß sich an den Schmelzraum ein Kühlraum für die Kügelchen anschließt.and that a cooling space for the beads is connected to the melting space.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Teilchen sich während einer relativ langen Zeit im Bereich der höchsten Temperatur befinden, d. h. im wesentlichen auf der Mittelachse des Plasmas, das bei der Vorrichtung nach der Erfindung eine geeignete zylindrische Konfiguration besitzt.This arrangement ensures that the particles are in the for a relatively long time The area of the highest temperature, d. H. essentially on the central axis of the plasma that in the device of the invention has a suitable cylindrical configuration.

Zwischen dem Ring, der eine Verlängerung der ersten Elektrode bildet und mit dieser elektrisch leitend verbunden ist, und dem Austritt aus dem Schmelzraum bildet sich eine zylindrische Plasmasäule aus, in die die umzuformenden Teilchen axial eingebracht werden und in der sie während ihrer Fortbewegung gehalten werden. Danach treten die Teilchen in einen Kühlraum ein. Das Plasma ist leicht regelbar. Mit den herkömmlichen Vorrichtungen warBetween the ring, which forms an extension of the first electrode, and electrically with it Is conductively connected, and the exit from the melting chamber forms a cylindrical plasma column from, in which the particles to be formed are introduced axially and in which they during their Movement are kept. The particles then enter a cold room. The plasma is light adjustable. With the conventional devices was

Vorrichtung zum Bilden von Kügelchen aus
körnigem Material mit hohem SchmelzpunktApparatus for forming beads from
granular material with a high melting point

Anmelder:Applicant:

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM),European Atomic Energy Community (EURATOM),

BrüsselBrussels

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. R. Müller-BörnerDipl.-Ing. R. Müller-Borner

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,and Dipl.-Ing. H.-H. Wey, patent attorneys,

1000 Berlin-Dahlem, Podbielskiallee 681000 Berlin-Dahlem, Podbielskiallee 68

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Thomas A. J. Jaques,Thomas A. J. Jaques,

Radipole-Weymouth, Dorset;Radipole-Weymouth, Dorset;

Richard T. Smyth,Richard T. Smyth,

Winton, Bournemouth, Hampshire;Winton, Bournemouth, Hampshire;

Derek William Sturge,Derek William Sturge,

Dorchester, Dorset (Großbritannien)Dorchester, Dorset (Great Britain)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Großbritannien vom 26. Oktober 1962 (40 569)Great Britain October 26, 1962 (40 569)

es nicht möglich, die Teilchen längere Zeit in der heißesten Zone zu halten.it is not possible to keep the particles in the hottest zone for a long time.

Es ist vorteilhaft, die Vorrichtung so auszubilden, daß im Arbeitsraum unteratmosphärischer Druck herrscht.It is advantageous to design the device so that sub-atmospheric pressure in the working space prevails.

Zu einer weiteren Verbesserung der Eigenschaften der Vorrichtung nach der Erfindung trägt es bei, daß der Austritt aus dem Schmelzraum düsenförmig ausgebildet ist.To a further improvement of the properties of the device according to the invention it contributes that the outlet from the melting chamber is nozzle-shaped.

Für die Ausbildung der zweiten Elektrode sind zwei Ausführungsformen möglich, nämlich, daß der Austritt die zweite Elektrode bildet oder daß die zweite Elektrode exzentrisch zur ersten Elektrode außerhalb des Schmelzraumes angeordnet ist und der Austritt als Kollimator ausgebildet ist. Beide Möglichkeiten können je nach den geforderten Eigenschaften der Vorrichtung Vorteile mit sich bringen.For the formation of the second electrode, two embodiments are possible, namely that the Exit forms the second electrode or that the second electrode is eccentric to the first electrode is arranged outside the melting chamber and the outlet is designed as a collimator. Both options can bring advantages depending on the required properties of the device.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawings and will be described in more detail below explained. It shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung und F i g. 1 shows a longitudinal section through an embodiment of a device according to the invention and

709 717/579709 717/579

Claims (5)

3 43 4 Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Anlage, Der Austritt 24' kann die Kathode des Plasmaderen Kernstück eine Vorrichtung nach Fig. 1 bilden generators bilden, er kann aber auch als Kollimator kann. wirken, wobei dann die Kathode 24" aus einem2 shows a schematic view of a system. The outlet 24 'can be the cathode of the plasma veins The core of a device according to FIG. 1 form a generator, but it can also be used as a collimator can. act, then the cathode 24 ″ from a Die Vorrichtung nach F i g. 1 ist in bezug auf ihre wassergekühlten Wolframteil besteht, das von dem Achse X-X allgemein symmetrisch aufgebaut. 5 Austritt axial getrennt und zu seiner Mittellinie ver-The device according to FIG. 1 is composed of its water-cooled tungsten part that is generally symmetrical about the axis XX. 5 outlet axially separated and connected to its center line F i g. 1 zeigt einen Kühlraum 1, in dem ein unter- setzt angeordnet ist.F i g. 1 shows a cooling space 1 in which a is arranged below. atmosphärischer Druck erzeugt werden kann und an In Betrieb wird der Druck in der Kammer 1 bisatmospheric pressure can be generated and at In operation the pressure in the chamber is 1 to dem sich an seiner Oberseite ein Schmelzraum an- auf 10 Torr verringert, wobei dem Plasmagenerator schließt, der ein Zuführrohr 2 für den Anschluß an Arbeitsgas zugeführt wird und zur Unterhaltung eines einen Vorrat aus gekörntem Material mit unregel- io Gasplasmas eine in bezug auf den in der Kammer mäßiger Oberfläche besitzt. An der Unterseite des herrschenden Unterdruck ausreichende Spannung an Kühlraumes 1 ist eine Auslaßöffnung 3 vorgesehen. die Kathode und die Anode angelegt wird. Die zu In der Nähe des Einlaßrohrs 2 ist ein Plasmagenera- Kügelchen umzubildenden Teilchen werden durch tor 4 angebracht, der ausreichend Wärme zum die Materialzufuhrleitung 6« hindurch zugeführt und Schmelzen der Teilchen erzeugt. 15 treten durch den Graphitring 16 hindurch in die Mittewhich is reduced to 10 Torr on its upper side a melting chamber, with the plasma generator closes, which is supplied with a supply pipe 2 for connection to working gas and for maintaining a a supply of granular material with an irregular gas plasma relative to that in the chamber has a moderate surface. Sufficient tension on the underside of the prevailing negative pressure An outlet opening 3 is provided in the cooling chamber 1. the cathode and the anode is applied. The too In the vicinity of the inlet tube 2 is a plasma generator bead to be transformed by particles Tor 4 attached, the sufficient heat to the material supply line 6 ″ supplied through and Melting of the particles is generated. 15 pass through the graphite ring 16 into the center Der Plasmagenerator 4 besitzt eine erste Elek- des Plasmas hinein, wo sie schmelzen und sich zu trode 5, in dem Ausführungsbeispiel die Anode, die kugeligen Teilchen umbilden. Die Teilchen strömen an einem Ende eines kurzen Rohrs 7 aus isolieren- nach ihrem Schmelzen durch die in dem Kühlraum dem Material angeordnet ist, das einen inneren Ab- vorhandene Öffnung aus.The plasma generator 4 has a first electrode of the plasma in, where they melt and close trode 5, in the exemplary embodiment the anode, which transform the spherical particles. The particles flow at one end of a short tube 7 from isolate after it has melted through the one in the cooling space the material is arranged, which has an inner absent opening. satz 7 α aufweist. 20 Durch Einbringen der zu schmelzenden Teilchen Theorem 7 has α . 20 By introducing the particles to be melted Die Anode 5 hat die Form eines mit einer Nut ver- in die Mitte des Plasmas ist es möglich, die Zeit, sehenen Kupferringes 8, der auf der Oberseite des während der die Teilchen sich in dem heißen Bereich Absatzes la aufliegt, wobei der obere Rand der Nut aufhalten, zu verlängern, wobei durch axiales mit der Stirnfläche 7 & des Rohrs 7 abschneidet. Eine Trennen der Anode von der Kathode an Stelle des mittels Bolzen 10 auf der Stirnfläche Ib befestigte 25 üblicheren radialen Trennens von einer gegebenen Stirnplatte 9 verschließt die in dem Ring 8 vor- Achse für die Teilchen eine längere Verweilzeit bei handene Nut und bildet so einen Kühlkanal 11 für hoher Temperatur erzielt wird, die Anode. Die Stirnplatte 9 ist durch einen Kühl- Eine für kleine Produktionsmengen geeignete An-The anode 5 has the shape of a copper ring 8 provided with a groove in the middle of the plasma, which rests on the upper side of the paragraph la during which the particles are in the hot area, whereby the upper edge stop the groove, lengthen it, cutting axially with the end face 7 & of the tube 7. Separating the anode from the cathode instead of the more common radial separation from a given end plate 9, which is fastened by means of bolts 10 on the end face Ib , closes the groove in the ring 8 for a longer dwell time for the particles and thus forms a cooling channel 11 for high temperature is achieved, the anode. The front plate 9 is equipped with a cooling system suitable for small production quantities. mitteleinlaß 12 und einen Kühlmittelauslaß 13 sowie lage zum Bilden von Kügelchen ist in F i g. 2 daraußerdem durch eine zentrale Öffnung 14 durch- 30 gestellt.center inlet 12 and a coolant outlet 13 and location for forming beads is shown in FIG. 2 as well placed through a central opening 14 through 30. brochen, die zur Aufnahme der Zuführeinheit von In F i g. 2 ist der Plasmagenerator, der von der inbroken, which is used to receive the feed unit of In F i g. 2 is the plasma generator that is used by the in einem Isolator 15 umgeben ist. Die Zuführeinheit 6 F i g. 1 beschriebenen Bauart sein kann, am oberen enthält eine an einen Teilchenvorrat angeschlossene Ende einer Kühlsäule 51 vorgesehen, die so angeord-Materialzufuhrleitung 6 a und eine an einen Arbeits- net ist, daß sie die in dem Plasma geschmolzenen gasvorrat angeschlossene Arbeitsgaszufuhrleitung 6 b 35 Teilchen aufnimmt. Die Wand der Säule ist mit Hilfe in Form eines äußeren konzentrischen und koaxialen einer schraubenlinienförmig verlaufenden, an der Rohrs. Dichtungsringe bilden eine gasdichte Ab- Außenseite der Wand befestigten Schlange 52 gedichtung zwischen den aneinander anliegenden kühlt, durch die Wasser geleitet werden kann, das Flächen der Stirnplatte 9, des Rohrs 7 und des mit über die Leitung 53 eingelassen wird und über die einer Nut versehenen Ringes 8. An dem Innendurch- 40 Leitung 54 abfließt. Der untere Abschnitt der Wand messer des Ringes 8 ist ein Distanzstück 8 a aus iso- ist trichterförmig ausgebildet und leitet die in freiem lierendem Material befestigt, von dem ein Graphit- Flug gekühlten Teilchen in ein Rohr 55 hinein, das ring 16 herabhängt. Die Auslässe der Leitungen 6 a in ein Kühlöl enthaltendes tragbares Gefäß 56 hinein und 6 b sind also durch den Ring 16 koaxial um- herabhängt. Das Innere der Säule ist zwecks Vergeben. 45 ringerung des Druckes in der Vorrichtung auf 10 Torr In das von der Stirnplatte 9 entfernt gelegene Ende über die Leitung 57 an eine Vakuumpumpe 58 andes Rohrs 7 ist ein ringförmiges Teil 17 eingepaßt, geschlossen.an insulator 15 is surrounded. The feed unit 6 F i g. May be the type described 1 at the top contains an attached to a Teilchenvorrat end of a cooling column 51 is provided, which so angeord material supply line 6 a and a net is to a work that it molten in the plasma gas supply connected the working gas feed line 6 b 35 particles records. The wall of the column is in the form of an outer concentric and coaxial one extending helically to the pipe. Sealing rings form a gas-tight outer side of the wall-mounted coil 52 seal between the adjacent cools, through which water can be passed, the surfaces of the face plate 9, the pipe 7 and the with over the line 53 is let in and over the grooved Ring 8. At the inner passage 40 line 54 flows off. The lower portion of the wall knife of the ring 8 is a spacer 8 a from iso is funnel-shaped and directs the fixed in free floating material from which a graphite flight cooled particles into a tube 55, the ring 16 hangs down. The outlets of the lines 6 a and 6 b into a portable vessel 56 containing cooling oil are thus coaxially suspended around the ring 16. The inside of the pillar is for the purpose of forgiveness. 45 Reduction of the pressure in the device to 10 Torr In the end remote from the face plate 9 via the line 57 to a vacuum pump 58 and the tube 7, an annular part 17 is fitted, closed. das von einander getrennt angeordnete Flansche 17 a, Die Ansicht nach F i g. 2 zeigt den Plasmagenera-the separately arranged flanges 17 a, the view according to FIG. 2 shows the plasma generator 17 b sowie einen zentralen rohrförmigen Abschnitt tor 50 von außen. Er besitzt Anschlüsse 59, 60, 6117 b and a central tubular portion gate 50 from the outside. It has connections 59, 60, 61 17 c aufweist. Die Flansche 17 a, V7b haben einen 50 und 62 für den Ein-und Auslaß einer Kühlflüssigkeit solchen Durchmesser, daß der Flansch 17 a, dereinen sowie eine Einlaßleitung 63 für Arbeitsgas, das aus an seinem Außenumfang verlaufenden Dichtungsring einer Flasche 64 zugeführt wird.17 c. The flanges 17a, V7b have a diameter 50 and 62 for the inlet and outlet of a cooling liquid such that the flange 17a, the one and an inlet line 63 for working gas, which is fed from a sealing ring extending on its outer circumference of a bottle 64. 18 aufweist, sich an das Rohr 7 und gegen den Ab- Vorzugsweise wird wegen seiner hohen Wärmeleitsatz 7a anlegen kann, während der Flansch 17 & sich fähigkeit Helium als Arbeitsgas verwendet, jedoch gegen die Stirnfläche des Rohrs 7 anlegt, an dem er 55 kann an seiner Stelle auch jedes beliebige andere gemitteis Bolzen oder Schrauben 19 befestigt ist. Ein eignete Gas verwendet werden.18 has, to the pipe 7 and against the Ab- Preferably is because of its high thermal conductivity 7a can apply while the flange 17 & is able to use helium as the working gas, however against the end face of the tube 7, on which it 55 can also be any other center in its place Bolts or screws 19 is attached. A suitable gas can be used. Dichtungsring 20 ermöglicht eine zufriedenstellende Als Beispiel für das in der beschriebenen VorAbdichtung für eine zwischen dem Außenumfang des richtung hergestellte Produkt wurden bei Verwendung rohrförmigen Abschnitts 17 c, den Flanschen 17 a, von Heliumgas in einer Menge von 128 l/min Teil-17 δ sowie der Innenseite des Rohrs 7 gebildeten 60 chen aus Uran- und Thoriumkarbid verarbeitet. Ringkammer 21.Sealing ring 20 enables a satisfactory As an example of that in the pre-seal described for a product manufactured between the outer circumference of the direction have been used tubular section 17 c, the flanges 17 a, of helium gas in an amount of 128 l / min part-17 δ and the inside of the tube 7 processed 60 surfaces made of uranium and thorium carbide. Annular chamber 21. Die Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts 17 c Patentansprüche: ist mit einem Ring aus Graphit oder einem sonstigenThe inner surface of the tubular section 17c claims: is with a ring made of graphite or other geeigneten feuerfesten Material ausgekleidet und 1. Vorrichtung zum Bilden von Kügelchen aussuitable refractory material; and 1. apparatus for forming beads bildet so einen düsenförmigen Austritt 24'. Die Wand 65 körnigem Material mit hohem Schmelzpunkt, be-thus forms a nozzle-shaped outlet 24 '. The wall 65 granular material with a high melting point, loading des Rohrs 7 weist (nicht dargestellte) Öffnungen auf, stehend aus einem mit einer Zufuhrleitung fürof the tube 7 has (not shown) openings, standing out from a with a supply line for die die Kammer 21 mit Kühlmittel-Zufuhr- und Arbeitsgas verbundenen Arbeitsgasraum, einerthe chamber 21 connected to the coolant supply and working gas working gas space, one -Rückflußleitungen 22 bzw. 23 in Verbindung setzen. Ionisierungsanordnung mit einer Anode und einer-Connect return lines 22 or 23. Ionization arrangement with an anode and a Kathode, einer mit dem Arbeitsgasraum verbundenen Zufuhrleitung für das körnige Material und einer Öffnung im Arbeitsgasraum für den Auslaß der Kügelchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Schmelzraum enthält, der folgende Teile aufweist:Cathode, a supply line for the granular material connected to the working gas space and an opening in the working gas space for the outlet of the beads, characterized in that that the device contains a melting chamber which has the following parts: an seiner Oberseite eine Materialzufuhrleitung (6 a), eine diese umgebende Arbeitsgaszuführleitung(6&), einen Ring (16), der die Anlässe der Leitungen (6 a, 6 b) ummantelt, und eine erste ringförmige Elektrode (S, 8), die den Ring (16) umgibt, wobei der Ring (16) über die erste Elektrode (5, 8) in Bewegungsrichtung der Teilchen hinausragt, aus einem elektrisch leitenden Material besteht und elektrisch leitend mit der ringförmigen Elektrode (8) verbunden ist, ferner an seiner Unterseite einen Austritt (24') aus dem Schmelzraum, dessen Mittelachse die Verlängerung der Mittelachse (X-X) des Ringes (16) bildet und der Bestandteil deron its upper side a material supply line (6 a), a working gas supply line (6 &) surrounding it, a ring (16) which encases the ends of the lines (6 a, 6 b) , and a first annular electrode (S, 8) which surrounds the ring (16), the ring (16) protruding beyond the first electrode (5, 8) in the direction of movement of the particles, made of an electrically conductive material and electrically conductively connected to the ring-shaped electrode (8), and also to its Underside an outlet (24 ') from the melting chamber, the central axis of which forms the extension of the central axis (XX) of the ring (16) and is part of the Ionisierungsanordnung ist,
und daß sich an den Schmelzraum ein Kühlraum (1) für die Kügelchen anschließt.Ionization arrangement is
and that a cooling chamber (1) for the beads is connected to the melting chamber. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsgasraum so ausgebildet ist, daß unteratmosphärischer Druck angewendet werden kann.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the working gas space is designed is that sub-atmospheric pressure can be used. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt (24') aus dem Schmelzraum düsenförmig ausgebildet ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the outlet (24 ') from the melting chamber is designed in the shape of a nozzle. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt (24') die zweite Elektrode bildet.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outlet (24 ') forms the second electrode. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (24") exzentrisch zur ersten Elektrode (5, 8) außerhalb des Schmelzraumes angeordnet ist und der Austritt (24') als Kollimator ausgebildet ist.5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second Electrode (24 ") arranged eccentrically to the first electrode (5, 8) outside of the melting chamber and the outlet (24 ') is designed as a collimator. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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