(57)【要約】【課題】ＮａＣｌやＫＣｌの塩化物により、炉壁（耐火物）が剥離するのを抑制し、炉壁の長寿命化を図り得る焼却残渣の溶融炉を提供する。【解決手段】焼却残渣の溶融室１を有する炉本体３の溶融スラグを貯溜する貯溜本体部３ａの内壁面に、内側から順番に、第１耐火材４および第２耐火材５を設けるとともに、炉本体３と第２耐火材５との間を吸引し得る吸引用ノズル１１を設け、上記第１耐火材４として、炭化物（ＳｉＣ）を略８０％（質量％）含有し、残部を炭素（Ｃ）および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）としたものであり、保守作業時に、吸引用ノズル１１にて第１耐火材４の外周面を減圧させて、第１耐火材４に滲み込んだ塩化物を均一に拡散させ得るようにしたもの。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却残渣の溶融室を有する炉本体の少なくとも溶融スラグを貯溜する貯溜本体部の内壁面に、炭化物、窒化物およびホウ化物のうち少なくとも１種類からなる非酸化物成分を含む耐火物を設けるとともに、この貯溜本体部に、上記耐火物に滲み込んだ溶融スラグの塩化物を移動・拡散させるために、当該耐火物の外周面を吸引し得る吸引用ノズルを設けたことを特徴とする焼却残渣の溶融炉。
【請求項２】
焼却残渣の溶融室を有する炉本体の少なくとも溶融スラグを貯溜する貯溜本体部の内壁面に、炭化物、窒化物およびホウ化物のうち少なくとも１種類からなる非酸化物成分を含む耐火物を設けるとともに、上記耐火物に滲み込んだ溶融スラグの塩化物を移動・拡散させるために、上記炉本体に溶融室内を加圧し得る加圧用ノズルを設けたことを特徴とする焼却残渣の溶融炉。
【請求項３】
焼却残渣の溶融室を有する炉本体の少なくとも溶融スラグを貯溜する貯溜本体部の内壁面に、炭化物、窒化物およびホウ化物のうち少なくとも１種類からなる非酸化物成分を含む耐火物を設け、
上記耐火物に滲み込んだ溶融スラグの塩化物を移動・拡散させるために、上記炉本体に、耐火物の外周面を吸引し得る吸引用ノズルを設けるとともに上記溶融室内を加圧し得る加圧用ノズルを設けたことを特徴とする焼却残渣の溶融炉。
【請求項４】
焼却残渣の溶融室を有する炉本体の少なくとも溶融スラグを貯溜する貯溜本体部の内壁面に、炭化物、窒化物およびホウ化物のうち少なくとも１種類からなる非酸化物成分を含む耐火物を設け、
上記耐火物に滲み込んだ溶融スラグの塩化物を移動・拡散させるために、上記貯溜本体部を鉛直軸心回りで回転自在に支持するとともに当該貯溜本体部を回転させる回転駆動手段を具備したことを特徴とする焼却残渣の溶融炉。
【請求項５】
炉本体と耐火物との間に水または水蒸気を供給して塩化物を水溶状態で回収し得る塩化物回収手段を具備したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の焼却残渣の溶融炉。
【請求項６】
請求項４に記載の溶融炉の保守作業時に、貯溜本体部を回転駆動手段により鉛直軸心回りで回転させることを特徴とする溶融炉の保守方法。
【請求項７】
請求項５に記載の溶融炉の保守作業時に、炉本体と耐火物との間に水または水蒸気を供給して塩化物を水溶状態で回収することを特徴とする溶融炉の保守方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却残渣を溶融させてなる溶融スラグ中の塩化物を、炉壁に設けられた耐火物に、均一に浸透（拡散）させ得る焼却残渣の溶融炉および溶融炉の保守方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物は増加する傾向にあり、多くの廃棄物の処理は焼却によるものが主であるが、最終的に発生した灰や煤塵（飛灰）は、最終処分場に埋め立て処分される。しかしながら、最終処分場が逼迫している昨今では、灰や煤塵の減容化を図る目的で、より高温下でこれらを溶融する処理が進められている。
【０００３】
この溶融を行うための溶融炉は、１４００〜１５００℃の高温が必要であり、安定した運転のためには炉壁に用いる耐火物が重要な役割を担っている。また，炉に冷却構造を持たせることで耐火物自体の温度を低減させ、接触部表面に灰溶融物すなわち溶融スラグを付着させることで、耐火物を保護する試みがなされている。
【０００４】
このような溶融炉の場合、炉材としては冷却を効果的に行うために、熱伝導率の高い材料が用いられ、通常は酸化物ではなく、炭化物、窒化物、ホウ化物などの非酸化物を含有した材料が用いられている。
【０００５】
しかしながら、これらの材料によると、溶融スラグに含まれる酸素により酸化され、溶融スラグと反応して時間の経過とともに溶解して減肉が進み（溶損）、また焼却灰や煤塵に含まれているＮａＣｌやＫＣｌのような塩化物が耐火物内部に浸透し、組織の密度変化をもたらすことによる剥離が生じて短時間で減肉してしまうという問題がある。
【０００６】
ところで、溶損の場合は定期的な炉内計測等により減肉速度の推定や炉修時期の予測が可能であるが、浸透が生じた場合の密度変化による剥離損傷は、上述したように、極めて短時間で発生するため、予測は不可能に近い。
【０００７】
したがって、浸透物による組織変化を如何にして防ぐかが、安定運転を行うための重要事項になっており、このため、ＮａＣｌやＫＣｌなどの塩化物を溶融炉稼動中に除去する方法として、新たに排出口を設けるようにした構造が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−５０５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら，上記の構造によると、排出口に塩化物に濡れ易い材料を使用しているために閉塞が生じたり、また溶融スラグに残存するＮａＣｌやＫＣｌが耐火物中に均一に分布せず、しかも除去できないために、ＮａＣｌやＫＣｌ分が多く分布する箇所を中心に耐火物への浸透が進み、結果的には剥離が生じ、耐火物の長寿命化を図ることができないという課題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、ＮａＣｌやＫＣｌの塩化物により、耐火物が剥離するのを抑制して長寿命化を図り得る焼却残渣の溶融炉および溶融炉の保守方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る焼却残渣の溶融炉は、焼却残渣の溶融室を有する炉本体の少なくとも溶融スラグを貯溜する貯溜本体部の内壁面に、炭化物、窒化物およびホウ化物のうち少なくとも１種類からなる非酸化物成分を含む耐火物を設けるとともに、この貯溜本体部に、上記耐火物に滲み込んだ溶融スラグの塩化物を移動・拡散させるために、当該耐火物の外周面を吸引し得る吸引用ノズルを設けたものである。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る焼却残渣の溶融炉は、焼却残渣の溶融室を有する炉本体の少なくとも溶融スラグを貯溜する貯溜本体部の内壁面に、炭化物、窒化物およびホウ化物のうち少なくとも１種類からなる非酸化物成分を含む耐火物を設けるとともに、上記耐火物に滲み込んだ溶融スラグの塩化物を移動・拡散させるために、上記炉本体に溶融室内を加圧し得る加圧用ノズルを設けたものである。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る焼却残渣の溶融炉は、焼却残渣の溶融室を有する炉本体の少なくとも溶融スラグを貯溜する貯溜本体部の内壁面に、炭化物、窒化物およびホウ化物のうち少なくとも１種類からなる非酸化物成分を含む耐火物を設け、
上記耐火物に滲み込んだ溶融スラグの塩化物を移動・拡散させるために、上記炉本体に、耐火物の外周面を吸引し得る吸引用ノズルを設けるとともに上記溶融室内を加圧し得る加圧用ノズルを設けたものである。
【００１３】
また、本発明の請求項４に係る焼却残渣の溶融炉は、焼却残渣の溶融室を有する炉本体の少なくとも溶融スラグを貯溜する貯溜本体部の内壁面に、炭化物、窒化物およびホウ化物のうち少なくとも１種類からなる非酸化物成分を含む耐火物を設け、
上記耐火物に滲み込んだ溶融スラグの塩化物を移動・拡散させるために、上記貯溜本体部を鉛直軸心回りで回転自在に支持するとともに当該貯溜本体部を回転させる回転駆動手段を具備したものである。
【００１４】
また、本発明の請求項５に係る焼却残渣の溶融炉は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の溶融炉の炉本体と耐火物との間に水または水蒸気を供給して塩化物を水溶状態で回収し得る塩化物回収手段を具備したものである。
【００１５】
また、本発明の請求項６に係る溶融炉の保守方法は、請求項４に記載の溶融炉の保守作業時に、貯溜本体部を回転駆動手段により鉛直軸心回りで回転させる方法である。
さらに、本発明の請求項７に係る溶融炉の保守方法は、請求項５に記載の溶融炉の保守作業時に、炉本体と耐火物との間に水または水蒸気を供給して塩化物を水溶状態で回収する方法である。
【発明の効果】
【００１６】
上述した各溶融炉の構成および保守方法によると、耐火物の外周面を減圧し若しくは耐火物の溶融スラグとの接触する内周面側を加圧することにより、または溶融炉の保守作業時に、炉本体を回転させることにより、塩化物を耐火物の厚さ方向で移動させることができ、したがってその移動に伴う厚さと直交する面内での移動により塩化物の濃度の均一化（拡散）を図ることができるので、濃度差に起因する剥離損傷を防止でき、延いては、耐火物の長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係る焼却残渣の溶融炉および溶融炉の保守方法について説明する。
まず、本発明の要旨について概略的に説明すると、焼却残渣を溶融させた場合、その溶融物である溶融スラグ中には、少なくとも、ＮａＣｌやＫＣｌなどの塩化物が多く含まれており、この塩化物が炉本体の内壁面に設けられた耐火物（耐火材ともいう）に滲み込むことになるが、耐火物中での塩化物の濃度にできるだけ偏り（所謂、濃度むら）が生じないようにすることにある。
【００１８】
このため、溶融スラグ中の塩化物を、耐火物内周面（表面）から強制的に引き込むことによりまたは耐火物外周面（表面）から強制的に引き出すようにして、すなわち塩化物を耐火物の厚さ方向で強制的に移動させることにより、壁面に沿う方向での移動および拡散（移動・拡散）をさそうことにより、耐火物中での塩化物の濃度むらを減らすようにしたものである。
【００１９】
以下、そのための溶融炉の構成および耐火物中の塩化物の濃度むらを減じる保守方法（保守点検方法ともいう）について説明する。
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係る焼却残渣の溶融炉および溶融炉の保守方法すなわち保守作業について説明する。
【００２０】
まず、焼却残渣の溶融炉を図１に基づき説明する。
この溶融炉は、大きく分けて、溶融室１を有するとともに焼却残渣の投入口２を有し且つ加熱手段（図示しないが、例えば加熱ヒータ、プラズマ発生用電極など）が設けられた例えば円筒状の炉本体３と、この炉本体３の溶融室１および投入口２の内壁面全体に所定厚さでもって配置された耐火物４とから構成されている。
【００２１】
上記炉本体３は、焼却残渣の溶融物、すなわち溶融スラグＭを貯溜する貯溜本体部３ａと、溶融室１全体を覆う蓋部３ｂとから構成されており、投入口２は蓋部３ｂ側に設けられている。
【００２２】
上記貯溜本体部３ａの内壁面と炉本体３の内壁面全体に設けられる耐火物４との間には、別の耐火物５が配置されているとともに、この貯溜本体部３ａの所定位置（例えば、壁部の上方寄り位置または下方寄り位置）には、吸引用ノズル１１が設けられている。この吸引用ノズル１１には、吸引ファン（吸引手段の一例で、真空ポンプでもよい）１２などが接続されている。上記炉本体３の大きさとしては、例えば直径（外径）が１ｍ、高さが５０ｃｍのものが用いられており、したがって耐火物４，５は円筒状に形成されている。
【００２３】
なお、貯溜本体部３ａにおける耐火物については、溶融スラグＭに直接接触する側の耐火物４を第１耐火物と称するとともに、その外側の別の耐火物５を第２耐火物と称して説明し、また耐火物の溶融スラグと接触する内周面側を稼動面側とも称し、炉本体（所謂、炉殻である）と接触する外周面側を背面側とも称する。
【００２４】
上記第１耐火物４としては、主成分である炭化物（非酸化物の一例）、例えばＳｉＣが５０〜９５％（耐火物としての機能を発揮し得るのに好適な範囲である）、残部が副成分としてのＣ（炭素）およびＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）が含有されたものが使用される。この副成分は、化学的性質、機械的性質などを付与するためのものである。
【００２５】
具体的には、炭化物であるＳｉＣが８０％程度、副成分としてのＣおよびＡｌ２Ｏ３が２０％程度の割合で含有されたものが使用され、また副成分の内訳は、例えばＣが２％程度およびＡｌ２Ｏ３が１８％程度の割合で含有される。
【００２６】
なお、耐火物の製造時には、結合剤が数％、例えば３〜５％程度（主成分と副成分との合計を１００とした場合の３〜５という意味である）添加される。
また、上記第２耐火物５としては、上記第１耐火物４と同一の材料が用いられるとともに当該第１耐火物４よりも粗くされて通気性が良くされている。つまり、第２耐火物５は、第１耐火物４の外面全体（底部外面および側部外面）に配置されて、空気の流れを分散させる機能を有している。
【００２７】
なお、上記貯溜本体部３ａと蓋部３ｂとの接合用フランジ同士間には、シール材６が配置されている。
この溶融炉において、投入口２から焼却残渣が溶融室１内に投入されると、加熱手段により加熱されて溶融スラグＭとなり、溶融炉から取り出された後、固形化などの処理が行われる。
【００２８】
そして、焼却残渣の溶融時においては、吸引ファン１２により吸引用ノズル１１を介して炉本体３から空気が吸引されており、通気性のよい第２耐火物５を介して第１耐火物４の外周面全体が減圧（例えば、稼動時の圧力に対して−０．００１ＭＰａの減圧）されるため、第１耐火物４の内周面側に滲み込んだ塩化物が外周面側に吸引されて移動する。この移動する最中に、塩化物は徐々に円周面に沿って拡がり、すなわち第１耐火物４の内部で拡散されて、濃度むらが減少される。
【００２９】
なお、空気を吸引しない場合、塩化物の耐火物における半径方向（厚さ方向）での濃度は、溶融スラグに接触する内周面側（稼動面側）よりも外周面側（背面側）の方が少し高くなっているとともに、その壁面に沿う面内（円筒面内）では濃度むらが生じており、したがって密度変化が生じているため、このままの状態であると剥落が発生することになる。
【００３０】
また、溶融炉の保守を行う際に下記の作業が行われる。
すなわち、溶融炉を停止させた状態（溶融スラグが排出されている）で、吸引用ノズル１１に配管（図示せず）を接続するとともに、この配管から水または水蒸気を供給して第２耐火物５の外周面に水または水蒸気を吹き付け（供給する）、そして配管を介して水または水蒸気を吸引により回収する（吸引用ノズル、配管、水または水蒸気の供給装置および吸引ファン、真空ポンプなどの吸引手段により、塩化物回収手段が構成される）。
【００３１】
この回収された水または水蒸気を乾燥させたところ、純度９０％以上のＮａＣｌとＫＣｌとの混合物が得られた。この混合物すなわち塩化物は工業塩の原料として、十分に、再利用が可能であることが確認された。なお、水または水蒸気の吹付量は耐火物の面積１ｍ２当たり１０リットル／ｈであり、またその吹き付けは間欠的に行った。
【００３２】
このように、耐火物の外周面側、すなわち第２耐火物５と炉本体３との間を減圧することにより、第１耐火物４中の塩化物をその厚さ方向で移動させることができ、しかもその移動に伴い耐火物の厚さと直交する面内での移動が生じることにより、塩化物の濃度の拡散化、すなわち濃度むらを減少させることができるので、濃度差に起因する剥離損傷を防止でき、延いては、耐火物の長寿命化を図ることができる。
【００３３】
また、溶融炉の保守作業時に、水または水蒸気を第２耐火物５の外周面側に吹き付けた後、これら水または水蒸気を回収し、そしてこの水または水蒸気を乾燥させることにより、塩化物を回収して再利用をすることができるので、経済的である。
【００３４】
なお、上記実施の形態１においては、溶融時に吸引するように説明したが、保守作業時に行うようにしてもよい。
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る焼却残渣の溶融炉およびその保守方法について説明する。
【００３５】
上記実施の形態１においては、貯溜本体部に設けられた耐火物の外周面を減圧させるように説明したが、本実施の形態２においては、溶融室内を、すなわち耐火物の内周面を加圧させるようにしたものである。なお、本実施の形態２と実施の形態１と異なる箇所は加圧機能を付加しただけであるため、実施の形態１と同一の構成部材については、同一の部材番号を付して簡単に説明する。
【００３６】
図２に示すように、この溶融炉は、炉本体３の蓋部３ｂの投入口２の上方に、空気の供給口（空気供給管でもある）２１を設けるとともに、この供給口２１に空気の送風ファン（加圧手段の一例で、空気圧縮機などでもよい）２２を接続したものである。
【００３７】
したがって、溶融時に、送風ファン２２により空気を溶融室１内に押し込む（例えば、稼動時の圧力に対して０．００１ＭＰａの増圧）とともに吸引ファン１２により外周面にて吸い込む（例えば、稼動時の圧力に対して−０．００１ＭＰａの減圧）ことにより、耐火物４に滲み込んだＮａＣｌやＫＣｌなどの塩化物を、一層、内周面側から外周面側に移動させることができ、この移動により、塩化物は耐火物３内でより拡散されることになる。
【００３８】
この場合も、実施の形態１と同様に、溶融炉の保守作業時に、吸引用ノズル１１に配管（図示せず）を接続するとともに、この配管から水または水蒸気を供給して第２耐火物５の外周面側に水または水蒸気を吹き付け（供給し）、そして配管を介して、塩化物を含んだ水または水蒸気を吸引により回収する（吸引用ノズル、配管、水または水蒸気の供給装置および吸引手段により、塩化物回収手段が構成される）。
【００３９】
したがって、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果、正確に言うと、加圧が行われている分だけ一層、塩化物の濃度むらを減少させることができる。
なお、本実施の形態２においては、吸引ファン１２に加えて送風ファン２２を設けたが、送風ファン２２により溶融室１内を加圧するだけでもよく、この場合、貯溜本体部３ａ側には、例えば空気抜き用の開口部（またはノズル）を形成しておけばよい。この場合、保守作業時においては、例えばこの開口部を介して、水または水蒸気の供給およびその回収を吸引手段により行えばよい。
【００４０】
なお、上記実施の形態２においては、溶融時に加圧および吸引するように説明したが、保守作業時に行うようにしてもよい。
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３に係る焼却残渣の溶融炉およびその保守方法について説明する。
【００４１】
上記各実施の形態においては、耐火物の外周面を減圧、または耐火物の外周面を減圧するとともに内周面を加圧するようにしたが、本実施の形態３においては、保守作業時に、耐火物を回転させて当該耐火物に滲み込んでいる塩化物に遠心力を付与するようにしたものである。
【００４２】
本実施の形態３に係る溶融炉は、図３および図４に示すように、大きく分けて、溶融室３１を有するとともに焼却残渣の投入口３２を有し且つ加熱手段（図示しないが、例えば加熱ヒータ、プラズマ発生用電極など）が設けられた炉本体３３と、この炉本体３３の溶融室３１および投入口３２の内壁面に所定厚さでもって配置された実施の形態１と同様の第１耐火物３４および第２耐火物３５とから構成されている。また、炉本体３３の貯溜本体部３３ａの適所には、水または水蒸気を供給および排出するためのノズル３６が設けられている。なお、貯溜本体部３３ａと蓋部３３ｂとの間には、シール材３７が設けられている。
【００４３】
さらに、上記炉本体３３の底部には、中心に軸部３８ａが垂下されてなる上側支持板体３８が固定されるとともに、炉本体３３の下方には、上記上側支持板体３８を複数個の球体（軸受用ボール）３９を介して回転自在に支持する下側支持板体４０が配置され、また下側支持板体４０の中心を挿通された上側支持板体３８の軸部３８ａの下部に従動側歯車４１が取り付けられるとともに、この従動側歯車４１に噛合する駆動側歯車４２を有する電動機４３が具備されたものである。なお、上記各支持板体３８，４０の表面には、球体３９を案内する溝部３８ｂ，４０ａがそれぞれ形成されている。
【００４４】
また、本実施の形態３においては、第２耐火物３５は第１耐火物３４の側壁部３４ａの周囲にだけ配置されるとともに、この第１耐火物３４の側壁部３４ａおよび第２耐火物３５は、それぞれレンガとして積み上げられている。なお、両耐火物３４，３５同士の目地が一致しないように積み上げられている。
【００４５】
したがって、電動機４３を駆動することにより、炉本体３１全体を、所定速度でもって鉛直軸心周りで回転させることができる。
上記構成において、保守作業時に、電動機４３により炉本体３３を例えば毎分１０回転の速度でもって回転させると、第１耐火物３４に滲み込んでいるＮａＣｌやＫＣｌなどの塩化物に遠心力が作用して外周側に移動するとともに、目地を介しても、塩化物は外側の第２耐火物３５に移動し、結果として塩化物の濃度むらが解消される。
【００４６】
そして、その後、実施の形態１と同様に、ノズル３６に配管（図示せず）を接続するとともに、この配管から水または水蒸気を供給して第２耐火物３５の外周面側に水または水蒸気を吹き付け（供給し）、且つ配管を介して、塩化物を含んだ水または水蒸気を吸引により回収し得るようにされている。したがって、このノズル３６には、水若しくは水蒸気の供給装置または吸引装置が接続され、これらにより、塩化物回収手段が構成される。
【００４７】
上述した構成および保守作業により、実施の形態１と同様の効果が得られる。
ところで、上記各実施の形態においては、耐火物として、炭化物（ＳｉＣ）を含有させたものを用いたが、例えば炭化物の代わりの非酸化物として、窒化物［Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素），ＡｌＮ（窒化アルミニウム），ＺｒＮ（窒化ジルコニウム）］またはホウ化物［ＺｒＢ２（硼化ジルコニウム），Ｂ４Ｃ（炭化硼素）］を、炭化物と同様の割合で含有させたものを用いてもよい。また、炭化物、窒化物およびホウ化物のうち、２種以上の成分を組み合わせたものを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る溶融炉の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る溶融炉の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る溶融炉の断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１      溶融室
２      投入口
３      炉本体
３ａ    貯溜本体部
３ｂ    蓋部
４      耐火物（第１耐火物）
５      耐火物（第２耐火物）
１１      吸引用ノズル
１２      吸引ファン
２１      空気供給口
２２      送風ファン
３１      溶融室
３２      投入口
３３      炉本体
３３ａ    貯溜本体部
３３ｂ    蓋部
３４      耐火物（第１耐火物）
３５      耐火物（第２耐火物）
３６      ノズル
３８      上側支持板体
３９      球体
４０      下側支持板体
４１      従動側歯車
４２      駆動側歯車
４３      電動機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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