KR101201768B1 - 슬라이딩 게이트 어셈블리 및 이의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 턴디쉬와 침지노즐 사이에서 유동되는 용강에 외기가 혼입되는 것을 방지하는 슬라이딩 게이트 어셈블리 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 일실시예에 따른 슬라이딩 게이트 어셈블리는 턴디쉬의 하부에 설치되어 턴디쉬에서 주형으로 주입되는 용강량을 조절하는 슬라이딩 게이트와; 상기 턴디쉬의 하부에 설치되어 상기 슬라이딩 게이트를 둘러싸서 밀폐시키는 실링 카세트와; 상기 실링 카세트 내부의 진공압을 측정 및 조절하는 감압 유닛을 포함한다.

Description

슬라이딩 게이트 어셈블리 및 이의 제어 방법{SLIDING GATE ASSEMBLY AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 슬라이딩 게이트 어셈블리 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 턴디쉬와 침지노즐 사이에서 유동되는 용강에 외기가 혼입되는 것을 방지하는 슬라이딩 게이트 어셈블리 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조 설비는 제강 공정에서 생산된 용강을 레이들에 담아 이송하여 연속주조 공정에서 롱노즐을 사용하여 턴디쉬에 받고 이후 주형으로 공급하여 원하는 크기의 주편으로 연속 생산하는 설비이다.

턴디쉬에서 주형으로 주입되는 용강의 양을 제어하는 방법으로는 스토퍼에 의한 방식과 슬라이딩 게이트에 의한 방식이 사용된다.

도 1은 종래의 슬라이딩 게이트 방식이 적용된 연속 주조 설비의 요부를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 종래의 슬라이딩 게이트에서 음압에 의해 발생되는 중앙 플레이트의 균열을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면 슬라이드 게이트(Sliding Gate)(20)는 상부 플레이트(Upper plate)(21), 중앙 플레이트(Middle plate)(22), 하부 플레이트(Lower plate)(23)가 적층되고, 상기 중앙 플레이트(22)가 실린더(25)의 작동에 의해 상부 플레이트(21)와 하부 플레이트(23) 사이에서 슬라이딩 됨에 따라 용강의 유량을 제어한다.

이러한 슬라이딩 게이트(20)는 대기 중에 개방되는 구조로 이루어지고, 용강의 토출시 중앙 플레이트(22)의 상면 및 하부에서 생성되는 음압으로 인해 도 2에 도시된 바와 같이 중앙 플레이트(22)에는 크랙(C)이 발생되는 문제가 발생된다. 이렇게 중앙 플레이트(22)에 크랙(C)이 발생되는 경우, 이를 통하여 음압이 발생하는 영역(S)으로 외기가 슬라이딩 게이트(20) 내부로 혼입되고, 이에 따라 용강의 재산화, 노즐막힘 심화, 기포성 결함 및 난류생성으로 인한 탕면 불안정 등과 같은 문제점이 발생되었다.

그래서, 현재까지는 슬라이딩 게이트(20)의 내부로 외기가 혼입되는 것을 방지하기 위하여 슬라이딩 게이트(20) 및 턴디쉬(10)의 용강 배출구에 가스 주입관(30)을 형성하고, 상기 가스 주입관(30)을 통하여 슬라이딩 게이트(20)에 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 주입하여 외기의 혼입을 저감하는 방법이 제안되어 사용되고 있었다. 하지만, 이러한 방법도 외기가 슬라이딩 게이트(20) 내부로 혼입되는 것을 완벽하게 차단하기는 어려웠고, 외기가 혼입되는 것을 방지하기 위하여 대량으로 아르곤 가스를 주입하게 되면 아르곤 가스가 용강 내부로 혼입되어 기포성 결함의 원인으로 작용하는 문제점이 있었다.

본 발명의 실시 형태는 턴디쉬에서 주형으로 용강을 주입시키는 슬라이딩 게이트를 밀폐시키고, 슬라이딩 게이트 및 그 주변을 감압시켜서 슬라이딩 게이트 내부로 외기가 혼입되는 것을 방지할 수 있는 슬라이딩 게이트 어셈블리 및 이의 제어 방법을 제공한다.

특히, 슬라이딩 게이트로 용강이 유동되는 경우에 슬라이딩 게이트의 개도량에 따라 슬라이딩 게이트의 내부에서 발생되는 음압의 변화에 대응하여 슬라이딩 게이트 및 그 주변의 감압정도를 조절하여 슬라이딩 게이트의 손상 및 용강의 외부 유출도 방지할 수 있는 슬라이딩 게이트 어셈블리 및 이의 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 슬라이딩 게이트 어셈블리는 턴디쉬의 하부에 설치되어 턴디쉬에서 주형으로 주입되는 용강량을 조절하는 슬라이딩 게이트와; 상기 턴디쉬의 하부에 설치되어 상기 슬라이딩 게이트를 둘러싸서 밀폐시키는 실링 카세트와; 상기 실링 카세트 내부의 진공압을 측정 및 조절하는 감압 유닛을 포함한다.

상기 감압 유닛은 상기 실링 카세트에 연결되는 진공 배관과; 상기 진공 배관에 연결되어 상기 실링 카세트 내부의 진공압을 측정하는 진공 압력계와; 상기 진공 배관에 연결되어 상기 실링 카세트 내부에 진공을 제공하는 진공 수단과; 상기 진공 수단에 연결되어 상기 실링 카세트 내부의 진공압을 조절하는 진공 컨트롤러를 포함한다.

상기 진공 수단은 진공 이젝터인 것을 특징으로 한다.

상기 슬라이딩 게이트를 따라 유동되는 용강에서 발생되는 음압을 측정하는 음압 측정 수단을 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 슬라이딩 게이트 어셈블리 제어 방법은 용강이 담기는 턴디쉬에서 주형으로 주입되는 용강의 양을 슬라이딩 게이트 어셈블리로 제어하는 방법에 있어서, 상기 슬라이딩 게이트를 실링 카세트로 밀폐시키고, 상기 실링 카세트 내부를 감압시키는 것을 특징으로 한다.

상기 슬라이딩 게이트의 개도량에 따라 상기 실링 카세트 내부의 감압 정도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 슬라이딩 게이트를 따라 유동되는 용강에서 발생되는 음압을 측정하고, 측정된 음압의 정도에 따라 상기 실링 카세트 내부의 감압 정도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 실링 카세트 내부를 61.325 Kpa ~ 101.315 Kpa로 감압시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 슬라이딩 게이트를 사용하여 용강이 주형으로 주입될 때 슬라이딩 게이트의 내부 및 주변을 밀폐시키고, 감압시켜서 외기가 슬라이딩 게이트의 내부로 혼입되는 것을 방지하여 용강이 재산화되는 것을 방지할 수 있다.

이에 따라 극청정을 요구하는 강종을 안정적으로 생산할 수 있고, 외기 중에 포함된 산소에 의한 개재물 생성을 억제하여 개재물성 결함 및 침지노즐 막힘 감소 및 외기의 저감으로 탕면 안정을 도모할 수 있다.

또한, 유동되는 용강이 외기와 접촉되는 것을 방지하기 위하여 슬라이딩 게이트로 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를 취입시킬 필요가 없기 때문에 용강 중으로 불활성 가스가 혼입되어 기포성 결함을 유발하는 문제를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 슬라이딩 게이트 방식이 적용된 연속 주조 설비의 요부를 개략적으로 보여주는 도면이고,
도 2는 종래의 슬라이딩 게이트에서 음압에 의해 발생되는 중앙 플레이트의 균열을 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 슬라이딩 게이트 어셈블리를 보여주는 도면이고,
도 4는 슬라이딩 게이트의 감압 정도에 따른 효과를 나타내는 그래프이고,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 슬라이딩 게이트 어셈블리의 적용 전후에 연주설비에서 생산된 주편의 결함 정도를 분석한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 슬라이딩 게이트 어셈블리를 보여주는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 슬라이딩 게이트 내의 용강 재산화 방지 장치는 턴디쉬(10)의 하부에 설치되어 턴디쉬(10)에서 주형(40)으로 주입되는 용강량을 조절하는 슬라이딩 게이트(20)와; 상기 턴디쉬(10)의 하부에 설치되어 상기 슬라이딩 게이트(20)를 둘러싸서 밀폐시키는 실링 카세트(100)와; 상기 실링 카세트(100) 내부의 진공압을 측정 및 조절하는 감압 유닛(200)을 포함한다. 그리고, 상기 슬라이딩 게이트(20)를 따라 유동되는 용강에서 발생되는 음압을 측정하는 음압 측정 수단(300)을 포함한다.

슬라이딩 게이트(20)는 턴디쉬(10)의 바닥면과 침지노즐(11)의 상단 사이에 구비되어 턴디쉬(10)에서 주형(40)으로 유입되는 용강의 유양을 조절하는 수단으로서, 상기 슬라이딩 게이트(20)는 턴디쉬(10)의 하면에서 침지노즐(11)의 상단 방향으로 상부 플레이트(Upper plate)(21), 중앙 플레이트(Middle plate)(22), 하부 플레이트(Lower plate)(23)가 순차적으로 배치되고, 상기 중앙 플레이트(22)는 상기 상부 플레이트(21)와 하부 플레이트(23) 사이에서 슬라이딩 되도록 구비된다. 이때 상기 중앙 플레이트(22)는 실린더(25)의 운동축에 설치되어 실린더(25)의 작동에 의해 슬라이드 운동 된다. 이때 상기 슬라이딩 게이트(20), 즉 상부 플레이트(21), 중앙 플레이트(22) 및 하부 플레이트(23)에는 불활성 가스의 유입을 위한 별도의 가스 유입 배관(도 1의 30)이 형성될 필요가 없다.

실링 카세트(100)는 상기 슬라이딩 게이트(20) 및 그 주변을 밀폐시켜서 실링 카세트(100) 외부와 내부를 차단시키는 수단으로, 함체 형상으로 제작되는데 상기 슬라이딩 게이트(20) 및 그 주변을 밀폐시킬 수 있다면 어떠한 형상으로 제작되어도 무방하다. 바람직하게는 상기 실링 카세트(100)의 내부는 상기 슬라이딩 게이트(20)가 수용되는 수용부가 형성되고, 상부는 상기 턴디쉬(10)의 바닥면에 대응되는 형상으로 제작되어 턴디쉬(10)의 바닥면을 실링한다. 그리고, 상기 실링 카세트(100)의 하부는 침지노즐(11)이 실링되는 형상으로 제작되어 실링 카세트(100)와 침지노즐(11) 사이가 실링 된다.

감압 유닛(200)은 상기 실링 카세트(100)의 내부 및 그 주변을 감압시키는 수단으로서, 상기 감압 유닛(200)은 상기 실링 카세트(100)에 연결되는 진공 배관(210)과; 상기 진공 배관(210)에 연결되어 상기 실링 카세트(100) 내부의 진공압을 측정하는 진공 압력계(220)와; 상기 진공 배관(210)에 연결되어 상기 실링 카세트(100) 내부에 진공을 제공하는 진공 수단(230)과; 상기 진공 수단(230)에 연결되어 상기 실링 카세트(100) 내부의 진공압을 조절하는 진공 컨트롤러(240)를 포함한다.

상기 진공 배관(210)은 일측이 상기 실링 카세트(100)의 내부에 연통되고, 타측이 상기 진공 압력계(220), 진공 수단(230) 및 진공 컨트롤러(240)가 연결된다.

상기 진공 압력계(220)는 진공 배관(210) 내부의 압력을 측정하고 표시하는 수단으로서, 진공 배관(210) 내부의 압력, 바람직하게는 실링 카세트(100) 내부의 압력을 측정하고, 측정된 값이 확인되도록 표시하는 동시에 측정된 값을 상기 진공 컨트롤러(240) 및 슬라이딩 게이트(20)의 작동을 제어하는 컴퓨터(PC)(50)에 전달한다.

상기 진공 수단(230)은 상기 진공 배관(210)에 연결되어 상기 실링 카세트(100) 내부를 감압시키는 수단으로서, 상기 실링 카세트(100) 내부를 감압시킬 수 있는 다양한 수단이 적용될 수 있다. 하지만, 종래의 로터리(Rotary) 펌프나 실린더(Cylinder)펌프 등은 고압을 낼 수는 있으나 내화물 찌꺼기 등이 혼입되면서 잦은 고장을 일으켜 장시간의 주조에 사용하기가 어려운 문제가 있기 때문에, 이물질의 혼입에 민감하지 않고, 진공이 가능한 장치로써 진공 이젝터(ejector)를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 진공 컨트롤러(240)는 상기 진공 수단(230)의 작동을 제어하여 진공 수단(230)에 의해 상기 실링 카세트(100) 내부의 감압량을 조절하는 수단이다.

음압 측정 수단(300)은 상기 슬라이딩 게이트(20) 내부에서 유동되는 용강에서 발생되는 음압의 정도를 측정하는 수단으로서, 용강의 유동에 따라 발생되는 음압을 측정할 수 있는 다양한 방식의 측정수단이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음압 측정 수단(300)은 별도의 측정장치를 설치하지 않고 상기 슬라이딩 게이트(20)의 개도량을 수치해석으로 계산하는 방법으로 대체될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 슬라이딩 게이트 내의 용강 재산화 방지 장치를 사용하여 연주시 슬라이딩 게이트 내의 용강이 재산화되는 것을 방지하는 방법을 설명한다.

먼저, 슬라이딩 게이트(20)에 의해 턴디쉬(10)의 용강이 주형으로 유입되는 것을 차단한 상태에서 실링 카세트(100)를 턴디쉬(10)와 침지노즐(11) 사이에 설치하여 슬라이딩 게이트(20)를 밀폐시킨다. 그리고, 진공 수단(230)을 작동시켜 실링 카세트(100) 내부를 감압시킨다. 그러면 슬라이딩 게이트(20) 내부 및 그 주변이 대기압보다 낮은 상태로 감압 된다. 이에 따라 슬라이딩 게이트(20)로 외기가 혼입되는 것을 방지한다.

이렇게 슬라이딩 게이트(20) 내부 및 그 주변으로 외기가 혼입되는 것을 방지한 상태에서 슬라이딩 게이트(20)의 중앙 플레이트(22)를 슬라이딩시켜 용강이 주형(40)으로 주입되도록 한다.

그리고, 용강의 주입 시작과 동시에 음압 측정 수단(300)을 통하여 슬라이딩 게이트(20) 내부에서 발생되는 음압을 측정한다. 또한, 진공 압력계(220)를 통하여 실링 카세트(100) 내부의 진공압을 측정한다. 이렇게 음압 측정 수단(300) 및 진공 압력계(220)에서 측정되는 음압값과 진공압값은 컴퓨터(50)에 전달되고, 컴퓨터(50)에서는 상기 측정된 음압값에 따라 진공압값을 조절하기 위하여 진공 컨트롤러(240) 및 슬라이딩 게이트(20)의 작동을 제어한다.

예를 들어 슬라이딩 게이트(20)의 개도량이 많아져서 슬라이딩 게이트(20)에서 발생되는 음압이 높아지면 이에 대응하여 실링 카세트(100) 내부의 감압량을 향상시킨다. 반대로 슬라이딩 게이트(20)의 개도량이 적어져서 슬라이딩 게이트(20)에서 발생되는 음압이 낮아지면 이에 대응하여 실링 카세트 내부의 감압량을 저하시킨다.

이렇게 슬라이딩 게이트(20)의 개도량 또는/및 음압 측정 수단(300)에서 측정되는 음압값에 대응하여 실링 카세트(100) 내부의 압력을 조절한다. 상기 실링 카세트(100) 내부의 압력은 대기압보다는 낮게 조절된다. 바람직하게는 상기 실링 카세트(100) 내부의 적정 압력은 61.325 Kpa ~ 101.315 Kpa이다. 실링 카세트(100)의 내부 압력이 제시된 적정 압력에 비해 큰 경우, 외기가 혼입이 될 수 있으며, 실링 카세트(100)의 내부 압력이 제시된 적정 압력에 비해 작은 경우, 열충격으로 발생한 내화물의 균열(Crack)(도 2의 C) 및 용손 부위로 용강이 흡입되게 되며, 이는 조업사고를 야기하는 문제가 발생 된다.

다음으로, 본 발명에 따른 슬라이딩 게이트 내의 용강 재산화 방지 장치를 사용하는 실시예와 본 발명에 따른 장치를 사용하지 않는 종래의 연주 방식에 따른 비교예를 비교한다.

도 4는 슬라이딩 게이트의 감압 정도에 따른 효과를 나타내는 그래프로서, 본 실험은 본 발명에 따른 슬라이딩 게이트 내의 용강 재산화 방지 장치를 사용하여 실링 카세트 내부의 감압량을 변화시키며 연주를 실시하고, 그에 따른 설비 및 주편의 상태를 관찰한 결과를 보여준다.

도 4에 알 수 있듯이, 적정 감압도 미만으로 감압시켜 연주를 실시하였을 때("A"구간, "C"구간)에는 탕면 변동이나, 주편의 품질 등을 살펴본 결과 효과가 거의 없는 것으로 판단되었다. 이는 부족한 감압량으로 인해 슬라이딩 게이트의 중앙 플레이트 사이로 외기가 계속해서 혼입되고 있다는 것을 보여주는 결과이다.

그리고, 적정 감압도 보다 과도하게 감압시켜 연주를 실시하였을 때("B"구간)에는 주조가 진행되고 시간이 흐른 후 탕면 변동 및 슬라이딩 게이트 토출량 컨트롤에 문제가 발생하였다. 이를 분석해본 결과 주조가 시작되면서 슬라이딩 게이트에 열충격에 의한 미세균열이 발생하고 주조가 진행될수록 그 균열이 성장하게 되었으며, 중앙 플레이트와 용강과의 마찰로 인해 내화물에 용손이 발생하고, 이 두 공간으로 용강이 빨려들어가 슬라이딩 게이트의 토출량 컨트롤에 이상이 발생하여 심한 탕면변동으로 이어지는 것을 확인되었다.

이러한 경험으로 보아 적정 감압량이 존재하는 것을 판단하게 되었으며, 수치해석을 이용하여 그 정도를 파악하여 적정 감압도를 맞추어 연주를 실시하였을 때("D"구간)에는 연주 조업상 전혀 문제가 없었으며, 공정 데이터를 분석했을 때 탕면 적중율 종래 98.1%, 감압 유닛 적용시 99.4%로 탕면 안정도에서는 월등히 좋은 결과를 보였다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 슬라이딩 게이트 어셈블리의 적용 전후에 연주설비에서 생산된 주편의 결함 정도를 분석한 그래프로서, 도 5a에서 알 수 있듯이 주편의 표면검사에서도 감압 유닛을 설치한 실시예가 종래의 비교예에 비하여 주편 표층하 결함이 월등히 줄어든 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 5b에서 알 수 있듯이 초음파장치로 표층 10mm이하로 검사를 해보았을 때 실시예가 종래의 비교예에 비하여 실제 압연공정에서 문제가 발생할 수 있는 1mm이상 크기의 결함이 80%이상 개선되어 월등히 줄어드는 결과를 얻었다.

상기 결과에서 알 수 있듯이 슬라이딩 게이트의 감압 정도가 무엇보다 중요함을 알게 되었다.

그리고, 감압 유닛의 진공 수단으로 진공 이젝터를 사용하여 간단한 구조임에도 압력제어, 내구성 등의 원하는 목적을 충분히 충족시켜주고 있다. 종래에 사용하던 원심형(Rotary) 펌프나 실린더 펌프는 이물질로 인한 내구성이 상당히 떨어졌으나 진공 이젝터 타입으로 변경한 결과 10여 차례 테스트를 진행해도 아무런 문제를 발생시키지 않았다.

본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.

10: 턴디쉬 20: 슬라이딩 게이트
21: 상부 플레이트 22: 중앙 플레이트
23: 하부 플레이트 40: 주형
50: 컴퓨터 100: 실링 카세트
200: 감압 유닛 210: 진공 배관
220: 진공 압력계 230: 진공 수단
240: 진공 컨트롤러 300: 음압 측정 수단

Claims (8)

1. 턴디쉬의 하부에 설치되어 턴디쉬에서 주형으로 주입되는 용강량을 조절하는 슬라이딩 게이트와;
   상기 턴디쉬의 하부에 설치되어 상기 슬라이딩 게이트를 둘러싸서 밀폐시키는 실링 카세트와;
   상기 실링 카세트 내부의 진공압을 측정 및 조절하는 감압 유닛과;
   상기 슬라이딩 게이트를 따라 유동되는 용강에서 발생되는 음압을 측정하는 음압 측정 수단을 포함하고,
   상기 감압 유닛은
   상기 실링 카세트 내부의 진공압을 측정하는 진공 압력계와;
   상기 음압 측정 수단에서 측정된 음압값에 따라 상기 슬라이딩 게이트 작동을 제어하여, 상기 슬라이딩 게이트의 개도량을 조절함으로써, 상기 실링 카세트 내부의 진공압을 조절하는 진공 컨트롤러를 포함하는 슬라이딩 게이트 어셈블리.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 감압 유닛은
   상기 실링 카세트에 연결되는 진공 배관과;
   상기 진공 배관에 연결되어 상기 실링 카세트 내부에 진공을 제공하는 진공 수단을 포함하고,
   상기 진공 압력계는 상기 진공 배관에 연결되는 슬라이딩 게이트 어셈블리.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 진공 수단은 진공 이젝터인 슬라이딩 게이트 어셈블리.
   
4. 삭제
5. 용강이 담기는 턴디쉬에서 주형으로 주입되는 용강의 양을 슬라이딩 게이트 어셈블리로 제어하는 방법에 있어서,
   상기 슬라이딩 게이트를 실링 카세트로 밀폐시키고, 상기 실링 카세트 내부를 감압하는 과정;
   상기 슬라이딩 게이트를 따라 유동되는 용강에 의한 상기 슬라이딩 게이트 내부의 음압값을 측정하는 과정;
   상기 실링 카세트 내부의 감압 정도를 조절하는 과정을 포함하고,
   상기 실링 카세트 내부의 감압 정도를 조절하는 과정은,
   상기 슬라이딩 게이트 내부의 음압값에 따라 상기 슬라이딩 게이트의 작동을 제어하여, 상기 슬라이딩 게이트의 개도량을 조절하는 슬라이딩 게이트 어셈블리 제어 방법.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 실링 카세트 내부를 61.325 Kpa ~ 101.315 Kpa로 감압시키는 슬라이딩 게이트 어셈블리 제어 방법.
   

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