TWI729473B - 燒結礦的製造方法 - Google Patents

Abstract

為了提出一種藉由使用有助於縮小燒結機托板上的原料裝入層中出現的濕潤帶的大小的造粒燒結原料來實現燒結礦的生產性的提高等的有效方法，本發明為一種使用如下造粒燒結原料作為裝入燒結機的托板上的造粒燒結原料來進行燒結的方法，所述造粒燒結原料在利用造粒機造粒含有10 mass%以上粒徑為150 μm以下的微粉鐵礦石的所述燒結調配原料時，向所述造粒機中吹入水蒸氣，藉此加熱為比所述燒結調配原料的裝入所述造粒機中之前的初始溫度高10℃以上的溫度且進行調濕。

Description

燒結礦的製造方法

本發明是有關於一種燒結礦的製造方法，尤其是提出一種藉由使用有助於縮小燒結機托板（pallet）上的原料裝入層中出現的濕潤帶的大小的造粒燒結原料來實現燒結礦的生產性的提高等的有效方法。

先前，已知在燒結機的操作中，濕潤帶對托板上的原料裝入層的壓力損失的影響大，藉由實現該濕潤帶所佔比例的縮小，主要進行了實現碳材使用量的減少且實現燒結生產性的提高的努力。例如專利文獻1中揭示了一種燒結礦的製造方法：在含有碳材的燒結原料中加入水與黏合劑來造粒，接著將利用旋轉爐進行乾燥而獲得的造粒燒結原料裝入托板上進行燒結。然而，在所述現有技術的情況下，為了使用旋轉爐等乾燥造粒燒結原料，需要旋轉爐等特別的設備。

除此以外，專利文獻2中提出了如下方法：將裝入高爐中的作為高爐用原料的塊礦石裝入燒結機上附帶設置的冷卻器中，事先對所述塊礦石進行乾燥。即，所述方法是在燒結機的冷卻裝置（冷卻器）中的裝置內溫度（被冷卻燒結礦的溫度）達到300℃～600℃的部位裝入高爐用塊礦石，事先對其進行乾燥的方法。

通常，燒結機的生產量（t/h）由生產率（t/（h×m² ））×燒結機面積（m² ）決定。即，燒結礦的生產量由燒結機的規格（機寬、機長）、裝入層的厚度、燒結原料的體積密度、燒結（燃燒）時間、成品燒結礦的良率等決定。因此，認為為了使燒結礦的生產量增加，有效的是改善裝入層的通氣性（壓損）而縮短燒結時間，提高成品燒結礦的強度而實現良率的提高等。

且說，作為燒結原料的粉鐵礦石近年來實際情況是由於高品質鐵礦石的枯竭而低品質化，其結果，不僅導致爐渣成分的增加或鐵礦石的進一步的微粉化，而且由於氧化鋁（Al₂ O₃ ）含量的增大或微粉比率的增大，結果導致造粒性的下降。另一方面，自高爐中的溶鐵製造成本的減少或CO₂ 產生量的減少的觀點考慮，尋求低爐渣比，伴隨於此，作為燒結礦，尋求高被還原性且高強度者。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2007-169780號公報 專利文獻2：日本專利特開2013-119667號公報

[發明所欲解決之課題]

以上揭示的各現有技術中，於欲提高燒結礦的生產性的情況下，例如在利用旋轉爐預先乾燥造粒燒結原料的專利文獻1中揭示的方法中，需要新的專用的設備（旋轉爐），設備費用增加，除此以外，除了燒結製程中使用的凝結材以外亦需要燃料，存在成本變高的問題。

另外，專利文獻2中揭示的方法是將燒結機冷卻器的熱源用於高爐中裝入的塊鐵礦石的預熱的方法。因此，所述方法並非為藉由利用改善造粒燒結原料本身且控制托板上的原料裝入層的濕潤帶而實現燒結礦的生產性的提高或品質的提高的技術。

通常，已知關於含有大量的被稱作顆粒供料（pellet feed）的粒徑150 μm以下的微粉鐵礦石的燒結調配原料，若將其造粒，則生成粒徑不一致且微粉僅凝聚的粗大凝聚粒子。此種粗大的凝聚粒子由於結合強度弱，因此若於燒結機的托板上以一定的層厚堆積，則於施加負載（壓縮力）時容易被破壞，所述凝聚粒子容易粉化而導致裝入層的空隙率的下降。其結果，使裝入層的通氣性惡化而阻礙燒結原料的燃燒。其結果，燒結礦的燒結時間變長，導致燒結礦的生產性的下降。另一方面，若縮短燒結時間，則存在燒結變得不充分，導致燒結礦良率的下降，進而燒結礦的生產性下降的問題。

因此，本發明的目的在於解決現有技術所具有的所述課題，尤其是提供一種燒結礦的製造方法：在燒結機中裝入在造粒時使用水蒸氣加熱加濕為一定以上的溫度而成的造粒燒結原料，藉此可實現裝入層的通氣性的改善，進而實現燒結礦的生產性的提高。 [解決課題之手段]

本發明中，為了解決所述課題，藉由向在將燒結調配原料造粒時使用的圓筒混合機或艾氏混合機（Eirich mixer）等高速攪拌混合機或製粒機等造粒機中吹入如水蒸氣般的蒸氣來對所述燒結調配原料進行加熱、調濕且造粒，製成如下燒結用熱造粒原料（造粒燒結原料）並將其裝入燒結機的托板上，所述燒結用熱造粒原料（造粒燒結原料）設為比裝入圓筒混合機前的燒結調配原料的初始溫度高的溫度，例如使所述造粒燒結原料的溫度上升至比所述燒結調配原料的初始溫度高45℃以上的溫度、更佳為60℃以上且未滿70℃的溫度。

即，本發明為一種燒結礦的製造方法，在從燒結機的原料供礦部循環移動的托板上，裝入對至少含有鐵礦石、碳材、副原料的燒結調配原料進行造粒而成的造粒燒結原料而形成裝入層，之後，使用點火爐對所述裝入層的碳材點火，另一方面，利用托板下方的風箱抽吸所述裝入層上的氣體並導入所述裝入層中，藉此使所述碳材燃燒來製造燒結礦，所述燒結礦的製造方法的特徵在於： 使用如下造粒燒結原料作為裝入所述托板上的造粒燒結原料，所述造粒燒結原料在利用造粒機造粒含有10 mass%以上粒徑為150 μm以下的微粉鐵礦石的所述燒結調配原料時，向所述造粒機中吹入水蒸氣，藉此加熱為比所述燒結調配原料的裝入所述造粒機中之前的初始溫度高10℃以上的溫度且進行調濕。

再者，本發明中，較佳為 （1）所述造粒燒結原料是加熱為45℃以上且未滿70℃的溫度者， （2）所述造粒燒結原料調濕為6 mass%～10 mass%的目標水分量， （3）關於造粒後的溫度超過70℃的所述造粒燒結原料，所述造粒燒結原料的水分量比70℃以下的目標水分量高0.5 mass%～3.0 mass%， （4）於所述造粒機中的水蒸氣吹入時，以成為下述比率的方式向所述燒結調配原料中直接吹入所述水蒸氣， 注釋 W₅₀ /Wm≦0.8 其中， W₅₀ ：水蒸氣的吹入所引起的升溫寬度成為最高溫度的50%以上的範圍的寬度 Wm：存在調配原料的寬度 （5）於所述造粒機中的水蒸氣吹入時，以成為下述比率的方式向所述燒結調配原料中直接吹入所述水蒸氣， 注釋 W₅₀ /Wm≦0.6 其中， W₅₀ ：水蒸氣的吹入所引起的升溫寬度成為最高溫度的50%以上的範圍的寬度 Wm：存在調配原料的寬度。 [發明的效果]

根據本發明，藉由於在圓筒混合機、艾氏混合機等高速攪拌混合機或製粒機等造粒機中造粒燒結調配原料時吹入水蒸氣進行造粒，而製成加熱且調濕為比起始原料（原料場地放置的原料）的初始溫度（裝入造粒機等之前的燒結調配原料的溫度）高10℃以上的溫度的造粒燒結原料，因此作為燒結調配原料，可更多地使用包含粒徑為150 μm以下的微粉鐵礦石的燒結原料。而且，根據本發明，於將以所述方式獲得的造粒燒結原料裝入燒結機托板上的情況下，原料裝入層的通氣性得到改善，因此可飛躍性地提高燒結礦的生產率。

關於為了製造燒結礦而裝入燒結機托板上的造粒燒結原料（準粒子（pseudoparticle）），通常將以算術平均粒徑計為1.0 mm～5.0 mm左右的大小的被稱為燒結料（sinter feed）的鐵礦石粉、製鐵廠內產生的各種粉末等雜鐵源、石灰石或生石灰、製鋼爐渣等含CaO原料、焦炭屑（coke breeze）或無煙煤等凝結材、作為任意調配原料的包含精煉鎳爐渣或白雲石、蛇紋石等的含MgO原料、包含精煉鎳爐渣、矽石（矽砂）等的含SiO₂ 原料等調配用燒結原料首先貯存於料斗中，而且自所述料斗中將該些燒結原料在輸送機上以規定的比例切下且進行調配，而製成燒結調配原料，將其放入至所述造粒機中，一面進行攪拌混合一面施加必要的調濕而進行造粒，從而製成算術平均粒徑為3.0 mm～6.0 mm左右的造粒燒結原料（準粒子）。

在本說明書中，所謂算術平均粒徑是由「Σ（di×Vi）」定義的粒徑，所謂調和平均粒徑是由「1/Σ（Vi/di）」定義的粒徑。但是，Vi是第i個粒度範圍中所存在的粒子的存在比率，di是第i個粒度範圍的代表粒徑。

在本發明中，作為用於造粒所述燒結調配原料的造粒機，如上所述，亦可使用高速攪拌混合機或製粒機，但較佳為使用圖1A、圖1B所示的圓筒混合機，亦可使用多台該些機器。以下，作為造粒機，以圓筒混合機為例進行說明。

再者，利用所述圓筒混合機進行造粒處理而獲得的造粒燒結原料（準粒子）首先經由配置於燒結機上的裝入裝置，以成為400 mm～600 mm前後的厚度（高度）的方式裝入燒結機托板上，堆積而形成原料裝入層。接著，藉由設置於該原料裝入層的上方的點火爐，對該原料裝入層中含有的碳材進行點火。而且，藉由利用配置於所述托板下的風箱進行的下方抽吸，使該原料裝入層中的所述碳材從表層開始依次燃燒，利用此時產生的燃燒熱，使所述裝入原料（以準粒子為主體的造粒燒結原料）依次燃燒熔融，藉此進行燒結。之後，在燒結機的托板上獲得的燒結層（燒結塊）經由破碎機、燒結機冷卻器進行篩分處理而整粒，分別回收5 mm以上的塊狀的成品燒結礦與未滿5 mm的返礦。

圖1A、圖1B是用於說明使用造粒機（圓筒混合機）來製造（造粒）首先供給至燒結機的造粒燒結原料的階段的本發明的一實施方式的圖。如該圖所示，本發明是一種製成造粒燒結原料2的方法，所述造粒燒結原料2在利用如圓筒混合機1般的造粒機造粒燒結調配原料時，向該圓筒混合機1中吹入（噴射）例如水蒸氣，藉此升溫至比裝入該圓筒混合機1時的燒結調配原料的初始溫度、例如大氣溫度以上～35℃左右的溫度（圓筒混合機入口側溫度）至少高10℃以上的溫度，所述造粒燒結原料2較佳為以該造粒燒結原料的溫度成為45℃～未滿70℃的溫度的方式加熱加濕而調濕為後述的規定的水分量。

根據所述方法，可使裝入燒結機托板3上的裝入層中的該造粒燒結原料2的溫度比通常高，進而可減少裝入層中的燃燒熔融帶中蒸發的水分再凝聚的情況。其結果，根據該方法，可減少燒結機中的壓力損失（尤其是濕潤帶），進而可提高燒結機中的燒結礦的生產率。

再者，亦可將利用適合於本發明的造粒方法製造的造粒燒結原料（準粒子）與利用不適合於本發明的造粒方法製造的燒結原料併用且裝入燒結機托板中來製造燒結礦。該情況下，藉由將利用適合於本發明的造粒方法製造的造粒燒結原料相對於燒結機中的裝入物的合計量而裝入50 mass%以上，可獲得本發明所期望的效果。

再者，燒結調配原料與造粒燒結原料的溫度可在造粒機的前後使用熱電偶等接觸式溫度計進行測定，但亦可使用放射溫度計等非接觸式溫度計進行測定。尤其是在使用放射溫度計的情況下，有時根據燒結調配原料的種類放射率在0.6～1.0的範圍內不同而產生溫度的測定誤差，因此理想的是藉由事先同時使用放射溫度計與接觸式溫度計進行測定來設定放射率。

此處，作為用以升溫至比所述圓筒混合機1的入口側的燒結調配原料的溫度高10℃以上的溫度所需要的水蒸氣的吹入量，理想的是藉由吹入3 kg/t-s以上、較佳為4 kg/t-s以上且25 kg/t-s左右的量而調濕為作為該造粒燒結原料的目標水分量、即、6 mass%～10 mass%。其原因在於：若為所述吹入量，則可達成確保作為造粒燒結原料的理想的水分量（6 mass%～10 mass%）與確保燒結機托板3上的裝入層的良好的通氣性，進而在提高燒結礦的生產率的方面有效。即，理想的水分量根據作為圓筒混合機入口側的水分或原料使用的鐵礦石品種、粒徑而不同，但通常的造粒燒結原料為6 mass%～10 mass%左右。

通常，100℃下的水的顯熱為2200 kJ/kg以上，即便水的比熱為4.2 kJ/kg，水蒸氣返回液體的水中時的熱量亦非常大。圖2是表示使水蒸氣的吹入時間變化時的造粒後的造粒燒結原料的溫度變化的圖。由該圖可知，在靈活利用水蒸氣所具有的顯熱的情況下，燒結調配原料的溫度可藉由數十秒左右的造粒處理，容易升溫至比即將裝入圓筒混合機之前的燒結調配原料的溫度高10℃以上的溫度、即、45℃左右以上、較佳為70℃左右。

但是，根據發明者等人的研究發現，若造粒的造粒燒結原料（準粒子）的溫度超過70℃，則從該造粒燒結原料中的蒸發變得活躍，不僅會導致造粒後的準粒子的水分下降，而且會顯著地發生蒸發潛熱引起的吸熱。

例如圖3是表示在圓筒混合機出口側的造粒後的造粒燒結原料的水分值相對於造粒燒結原料的溫度的變化的圖。由該圖可知，若該造粒燒結原料的溫度為70℃附近，則由於溫度的上升所引起的水蒸氣的凝縮，亦引起水分上升，但若同時達到該溫度，則反而出現水分的下降現象，發生所謂的水分從該造粒燒結原料中蒸發。即，在蒸氣配管的開度為2/4、3/4的情況下，開度大的一者由升溫引起的水分的上升亦快，但在發明者等人的實驗中，如圖3所示，認為若造粒燒結原料的溫度超過70℃，則反而發生水分的下降，從加濕變為乾燥。

因此，在本發明中，可知較佳為於從所述圓筒混合機排出的造粒燒結原料（準粒子）的溫度超過70℃時，考慮到因水蒸氣的吹入而凝縮的水分量，而添加工廠用水、熱水或者水蒸氣的凝縮水等，藉此水分調整為例如比造粒燒結原料的目標水分量（6 mass%～10 mass%）高0.5 mass%～3.0mass%左右、即、6.5 mass%～13 mass%。 另外，吹入的水蒸氣的熱理想的是不經由圓筒混合機的圓筒內表面，而向調配原料直接傳熱。

接著，以下對評價從水蒸氣向燒結調配原料的傳熱的方法進行說明。首先，在實驗室中，向預先靜置為厚度150 mm以上的厚度的燒結調配原料吹入1分鐘水蒸氣，然後立即利用熱像（thermography）測定該燒結調配原料表面的溫度分佈。而且，求出相較於不吹入水蒸氣時的溫度To與溫度最高的部位的溫度Tmax的中間溫度（Tmax+To）/2而言溫度更高的範圍（比中間溫度高的溫度區域）部分的寬度W₅₀ ，將其示於圖5A中。再者，在該測定中，使該燒結調配原料與蒸氣噴嘴之間的距離L變化而進行，作為距離L與寬度W₅₀ 的關係，示於圖5B中。此處，所謂W₅₀ 是溫度比伴隨著水蒸氣的吹入而上升的中間溫度高的區域（範圍）的寬度。即，水蒸氣吹入所引起的升溫寬度為最高溫度的50%以上的範圍的寬度。

如此，按照蒸氣噴嘴的種類與蒸氣吹入速度準備距離L與寬度W₅₀ 的關係，在實際的圓筒混合機的造粒中，求出根據蒸氣噴嘴的種類、蒸氣吹入速度、燒結調配原料與蒸氣噴嘴之間的距離L而求出的寬度W₅₀ 相對於存在燒結調配原料的寬度Wm的比率：W₅₀ /Wm來作為評價自水蒸氣向調配原料的直接傳熱的指標（圖5C）。其結果，可知比率W₅₀ /Wm的值理想的是1.2以下，更理想的是0.8以下，進而理想的是0.6以下。 注釋 W₅₀ /Wm≦0.8 其中， W₅₀ ：水蒸氣的吹入所引起的升溫寬度成為最高溫度的50%以上的範圍的寬度 Wm：存在調配原料的寬度

若所述燒結調配原料中的微粉鐵礦石（算術平均粒徑150 μm以下）含有水分，則容易塑造造粒粒子（準粒子）。因此，鐵礦石的粒子較佳為以不破碎的程度的力在乾燥狀態下壓碎後進行篩分使用。作為該微粉鐵礦石以外的含鐵原料，將以算術平均粒徑計超過150 μm～10000 μm的大小的鐵礦石或粉末等副產物、或者蛇紋石等含MgO原料或矽石等含SiO₂ 原料等與含有CaO的各種副原料以及碳材一起調配。

再者，利用如上所述的造粒處理而獲得的造粒燒結原料（準粒子）的粒徑較佳為以調和平均粒徑計為0.5 mm～2 mm左右的大小。其原因在於：若為0.5 mm以上，則可促進燒結機中的通氣，若為2 mm以下，則可擔保燒結時間，可表現出煆燒後的燒結礦的強度。 [實施例]

表1是對比適合於本發明方法的實施例與依照現有方法的比較例的例子。該些例子是以不向圓筒混合機中吹入水蒸氣的比較例1～比較例3[其中，該例子中，相對於裝入圓筒混合機前的調配燒結原料：35℃，由於作為黏合劑添加（≦2 mass%）的CaO與水反應而生成CaOH₂ 時產生的發熱（上升+7.5℃：各例均共通）的影響，造粒燒結原料的溫度成為42℃前後]為基準，在模擬燒結機的鍋試驗裝置中比較燒結時的通氣性指數或生產率等。

再者，在比較例2、比較例3中，燒結調配原料中的微粉鐵礦石的比率增加，伴隨著微粉比率的增加，造粒燒結原料的調和平均粒徑及通氣性指數下降，燒結機中的生產率亦下降。

另一方面，實施例1～實施例4中，將圓筒混合機入口側的燒結調配原料的溫度設為35℃，變為造粒燒結原料的溫度上升為10℃以上的55.7℃～69.8℃，因此自通氣性指數或生產率的方面考慮，顯現出顯著的效果。進而，在實施例2及實施例3中，燒結原料中的微粉的比率為15 mass%～20 mass%，與未以相同的微粉比率添加蒸氣的條件相比較時的生產率的改善效果大於比較例。另外，如圖4所示，若微粉比率為10 mass%以下，則相對於圓筒混合機中的蒸氣添加的條件而言的生產率的改善效果停留在4%前後，相對於此，若微粉比率為15 mass%以上，則增大至6%以上。其原因在於：微粉比率越高，燒結機上伴隨著水分的再凝聚而形成的濕潤帶中的造粒粒子破壞的比率越高。相對於此，認為原因在於：藉由應用本發明方法，難以發生水分的再凝聚，濕潤帶的形成得到抑制，結果可抑制造粒粒子的破壞。因此，確認到於燒結調配原料中的微粉的比率為15 mass%以上的情況下，藉由應用本發明方法，可獲得更顯著的效果。

另外，實施例1～實施例4是在W₅₀ /Wm為1.2的條件下吹入蒸氣的例子。另一方面，實施例5是在基本上與實施例4相同的條件下使W₅₀ /Wm變化為0.8的例子。其結果，可以比實施例4少10%的水蒸氣吹入量（18.1 kg/t-s）獲得與實施例4同等的加熱效果與燒結機中的生產率提高效果。作為實施例6，在基本上與實施例4相同的條件下使下述比率W₅₀ /Wm變化為0.6。其結果，即便以相對於實施例4少20%的水蒸氣吹入量，亦可獲得與實施例4同等的加熱效果與燒結機中的生產率上升效果。

[表1]

※調和平均粒徑是將乾燥值下的代表粒徑的倒數與各粒度的重量比率的積合計並求出其倒數的值。 [產業上之可利用性]

本發明的所述技術以使用水蒸氣加熱燒結調配原料的例子進行了說明，關於加熱用蒸氣，亦可利用其他蒸氣。

1:圓筒混合機 2:造粒燒結原料 3:燒結機托板 L:距離 To:不吹入水蒸氣時的溫度 Tmax:溫度最高的部位的溫度 （Tmax+To）/2:中間溫度 W₅₀:寬度 Wm:寬度

圖1A、圖1B是表示本發明的製程流程的圖，圖1A是表示圓筒混合機及蒸氣配管的配置的示意圖，圖1B是表示圓筒混合機的內部狀況的剖面圖。 圖2是表示變更水蒸氣的吹入時間時的蒸氣吹入時間與造粒燒結原料升溫溫度的關係的圖。 圖3是表示造粒燒結原料的溫度與造粒後的水分的關係的圖。 圖4是表示燒結原料中的150 μm以下的微粉比率與生產率改善效果的關係的圖。 圖5A、圖5B、圖5C是關於評價伴隨著水蒸氣的吹入而向燒結調配原料的傳熱的方法的說明圖。

1:圓筒混合機

2:造粒燒結原料

3:燒結機托板

Claims (6)

1. 一種燒結礦的製造方法，在從燒結機的原料供礦部循環移動的托板上，裝入對至少含有鐵礦石、碳材、副原料的燒結調配原料進行造粒而成的造粒燒結原料而形成裝入層；之後，使用點火爐對所述裝入層的所述碳材點火，另一方面，利用所述托板下方的風箱抽吸所述裝入層上的氣體並導入所述裝入層中，藉此使所述碳材燃燒來製造燒結礦，所述燒結礦的製造方法的特徵在於：使用如下造粒燒結原料作為裝入所述托板上的造粒燒結原料，所述造粒燒結原料在利用造粒機造粒含有10mass%以上粒徑為150μm以下的微粉鐵礦石的所述燒結調配原料時，向所述造粒機中吹入3kg/t-s以上的水蒸氣，藉此加熱為比所述燒結調配原料的裝入所述造粒機中之前的初始溫度高10℃以上的溫度且進行調濕，所述初始溫度為大氣溫度以上~35℃左右的溫度，所述造粒燒結原料調濕為6.5mass%~10mass%的目標水分量。
2. 如申請專利範圍第1項所述的燒結礦的製造方法，其中所述造粒燒結原料是加熱為45℃以上且未滿70℃的溫度者。
3. 如申請專利範圍第1項所述的燒結礦的製造方法，其中關於造粒後的溫度超過70℃的所述造粒燒結原料，所述造粒燒結原料的水分量比70℃以下的目標水分量高0.5mass%~3.0mass%。
4. 如申請專利範圍第2項所述的燒結礦的製造方法，其中關於造粒後的溫度超過70℃的所述造粒燒結原料，所述造粒燒結原料的水分量比70℃以下的目標水分量高0.5mass%~3.0mass%。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的燒結礦的製造方法，其中於所述造粒機中的水蒸氣吹入時，以成為下述比率的方式向所述燒結調配原料中直接吹入所述水蒸氣：W₅₀/Wm≦0.8其中，W₅₀：水蒸氣的吹入所引起的升溫寬度成為最高溫度的50%以上的範圍的寬度Wm：存在調配原料的寬度。
6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的燒結礦的製造方法，其中於所述造粒機中的水蒸氣吹入時，以成為下述比率的方式向所述燒結調配原料中直接吹入所述水蒸氣：W₅₀/Wm≦0.6其中，W₅₀：水蒸氣的吹入所引起的升溫寬度成為最高溫度的50% 以上的範圍的寬度，Wm：存在調配原料的寬度。

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