(57)【要約】【課題】高密度、純粋アルミニウムの低融点及び低廉さを有する複合脱酸剤及びこれを用いる溶鋼及びスラグの処理方法を提供する。【解決手段】マトリックス成分としてアルミニウム２５〜５０ｗｔ％を溶解させ、溶融状態のアルミニウム内に固状の金属強化要素５０〜７５ｗｔ％を添加し、前記溶融状態のアルミニウムと前記固状の金属強化要素を均一に混合させながら前記溶融アルミニウムを液体−固体共存の半凝固状態に維持させ、前記半凝固状態で成形させる。【選択図】図２
2004211153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼及び製鉄の際に溶湯内に投入される脱酸剤の製造方法において、
マトリックス成分としてアルミニウム２５〜５０ｗｔ％を溶解させる段階と、溶融状態のアルミニウム内に固状の金属強化要素５０〜７５ｗｔ％を添加する段階と、
前記溶融状態のアルミニウムと前記固状の金属強化要素を均一に混合させながら前記溶融アルミニウムを液体−固体共存の半凝固状態に維持させる半凝固段階と、
前記半凝固状態で成形させる成形段階とを含むことを特徴とする複合脱酸剤の製造方法。
【請求項２】
前記金属強化要素は、Ｆｅ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＣａＯ及びＲＥＭからならう群から選択される１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１に記載の複合脱酸剤の製造方法。
【請求項３】
前記金属強化成分は、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｔｉ、及びＦｅ−Ｃｅからなる群から選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合脱酸剤の製造方法。
【請求項４】
前記金属強化要素は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃａ、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｃａからなる群から選択された１種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合脱酸剤の製造方法。
【請求項５】
溶湯に投入するに際して、複合脱酸剤の初期密度は溶湯の密度に対して０．４以上であり、前記複合脱酸剤のマトリックス成分であるアルミニウムが初期に溶湯内に溶解されるにつれて、連続的に増加して１．００〜１．０５に連続的に増加することを特徴とする請求項１に記載の複合脱酸剤の製造方法。
【請求項６】
製鋼及び製鉄の際に溶湯内に投入される脱酸剤において、
前記脱酸剤は、マトリックス成分である低融点の溶融状態のアルミニウム基地２５〜５０ｗｔ％に強化成分である高融点の金属強化要素５０〜７５ｗｔ％を添加させて、アルミニウム基地内に金属強化要素が分散されるようにして成形され、前記金属強化要素はＦｅ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＣａＯ及びＲＥＭからなる群から選択される１種又は２種以上であることを特徴とする複合脱酸剤。
【請求項７】
前記複合脱酸剤は、Ａｌ２５〜５０ｗｔ％、Ｃ０．０５〜０．９０ｗｔ％、Ｓｉ０．０５〜１．５０ｗｔ％、Ｍｎ０．１５〜１．２５ｗｔ％及びＦｅ残量からなることを特徴とする請求項６に記載の複合脱酸剤。
【請求項８】
前記金属強化要素は、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｔｉ、及びＦｅ−Ｃｅからなる群から選択される１種であることを特徴とする請求項６に記載の複合脱酸剤。
【請求項９】
前記金属強化要素はＦｅ−Ｓｉ−Ｃａ及びＡｌ−Ｓｉ−Ｃａからなる群から選択される１種であることを特徴とする請求項６に記載の複合脱酸剤。
【請求項１０】
製鋼及び製鉄の際に溶湯内に投入される脱酸剤の製造方法において、固状のアルミニウム２５〜５０ｗｔ％に固状の金属強化要素５０〜７５ｗｔ％を固定することにより複合脱酸剤を製造し、前記複合脱酸剤の密度と溶湯の密度を比較し、初期には複合脱酸剤が低密度を有し、溶湯に溶融されるにつれて密度が段々増加するようにすることを特徴とする複合脱酸剤の製造方法。
【請求項１１】
固状のアルミニウム２５〜５０ｗｔ％に固状の金属強化要素５０〜７５ｗｔ％が固定されることを特徴とする複合脱酸剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複合脱酸剤の製造方法とこの方法により製造された複合脱酸剤及び前記複合脱酸剤を用いる溶鋼及びスラグの処理方法に係り、より詳しくはアルミニウム基地内に強化要素が添加されることにより密度が高くなった複合脱酸剤及びこれを用いる溶鋼及びスラグの処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、製鋼過程において、Ｃ、Ｓｉ、Ｐその他の不純元素を除去するため、溶鋼中に酸素を吹き込んで酸化精錬を行う。精錬が進むにつれて、溶鋼中の酸素量が段々増加し、製鋼の末期には相当量の酸素が溶鋼中に残ることになる。
【０００３】
かかる酸素は鋳塊の際に炭素と反応して気泡を生成し、不完全鋼塊の原因となるか又は酸化物などの介在物などを形成して鋼質を悪化させる。脱酸はかかる酸素を溶鋼から除去することであり、酸素含量を低減させて介在物を減少させるだけでなく、介在物の形態又は分布を調整して清浄鋼を作る。
【０００４】
したがって、既存に用いられる脱酸剤は、主としてＡｌを塊、線などの形態に製造して製鋼過程中に添加するようになっている。しかし、図３に示すように、公知の方法によると、溶鋼を純粋アルミニウムで処理する場合、現在製鋼及び製鉄工程に用いられるアルミニウムが低融点及び低密度を有し、消耗量が多く、回収率が低いため、問題点として指摘されてきた。
【０００５】
したがって、純粋Ａｌは低密度を有するので、つまり溶鋼の密度（６．９ｇ／ｃｍ３）に比べ、純粋Ａｌの密度は２．４ｇ／ｃｍ３であるので、およそ０．３５倍くらい密度が低い。このため、Ａｌを溶湯中に投入すると、比重が低くて溶湯に混入されなく、投入の際に直ちに解けながら溶滴となりスラグに流入される。試験結果によると、およそ５４％以上の純粋Ａｌが無駄に損失される。一部の製鋼工場において、スラグ脱酸の際にも、比重が低いため、製鋼工程中に工場全体が煙及びガスの噴出により問題を引き起こすが、この際、Ａｌに強化元素で比重を高めてスラグ脱酸を行う場合、スラグの直下でスラグ脱酸させるので、すごい効果があるものであると試験結果から明かされた。
【０００６】
しかし、これまでの方法は、比重を高めるため、Ｆｅの溶湯にＡｌを添加する方法を試して特許として公表されたが、Ｆｅ−Ａｌが金属間化合物を形成し、これが溶融する温度が１４００〜１５００℃と高いため、脱酸に問題となり、特に製造原価が高い。ここで、長時間にわたって製鋼を行わなければならないので、迅速操業が趨勢である現在の製鋼及び製鉄工程に逆行する結果をもたらす。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、前記欠点を除去しながらも、高密度と、純粋アルミニウムの低融点及び低廉さは維持する複合脱酸剤の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明のほかの目的は、前記欠点を除去しながらも、高密度と、純粋アルミニウムの低融点及び低廉さは維持する溶鋼処理用複合脱酸剤を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらにほかの目的は、前記欠点を除去しながらも、高密度と、純粋アルミニウムの低融点及び低廉さは維持する溶鋼処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、製鋼及び製鉄の際に溶湯内に投入される脱酸剤の製造方法において、マトリックス成分としてアルミニウム２５〜５０ｗｔ％を溶解させる段階と、溶融状態のアルミニウム内に固状の金属強化要素５０〜７５ｗｔ％を添加する段階と、前記溶融状態のアルミニウムと前記固状の金属強化要素を均一に混合させながら前記溶融アルミニウムを液体−固体共存の半凝固状態に維持させる半凝固段階と、前記半凝固状態で成形させる成形段階とを含む複合脱酸剤の製造方法を提供する。
【００１１】
また、本発明は、製鋼及び製鉄の際に溶湯内に投入される脱酸剤において、前記脱酸剤は、マトリックス成分である低融点の溶融状態のアルミニウム基地２５〜５０ｗｔ％に強化成分である高融点の金属強化要素５０〜７５ｗｔ％を添加させて、アルミニウム基地内に金属強化要素が分散されるようにして成形され、前記金属強化要素はＦｅ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＣａＯ及びＲＥＭからなる群から選択される１種又は２種以上である複合脱酸剤を提供する。
【００１２】
また、本発明は、製鋼及び製鉄の際に溶湯内に投入される脱酸剤の製造方法において、固状のアルミニウム２５〜５０ｗｔ％に固状の金属強化要素５０〜７５ｗｔ％を固定することにより複合脱酸剤を製造し、前記複合脱酸剤の密度と溶湯の密度を比較し、初期には複合脱酸剤が低密度を有し、溶湯に溶融されるにつれて密度が段々増加するようにする複合脱酸剤の製造方法を提供する。
【００１３】
また、本発明は、固状のアルミニウム２５〜５０ｗｔ％に固状の金属強化要素５０〜７５ｗｔ％が固定される複合脱酸剤を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による複合脱酸剤及びそれを用いる溶鋼及びスラグの処理方法を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
本発明による複合脱酸剤は、炉内に高純度の純粋アルミニウムを溶解し、高い溶融点を有する強化要素である金属片をアルミニウム溶湯内に徐々に投入し、混合させるなどの多数の工程により製造される。前記金属強化要素はアルミニウムより比重が高いので下部に沈むことになるため、均一に分散されるようによく混合させながら半凝固状態で維持させると、金属強化要素の沈下が防止される。
【００１６】
一般に、合金は高融点を有する溶湯に低融点を有する金属を投入して製造されるが、本発明の複合脱酸剤は低融点を有する溶湯に高融点を有する金属（金属強化要素）を投入する方式で製造したもので、画期的な方法と言える。本発明において、溶鋼中に投入する金属強化要素としては希土類金属、Ｆｅ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｇ及びＴｉの１種又は２種以上が使用でき、ほかの構成としてはアルミニウムに二元合金であるＦｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｔｉ、Ｆｅ−Ｃｅを使用することができ、アルミニウムに三元合金であるＦｅ−Ｓｉ−Ｃａ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃａなどを使用することができ、より複雑な構成の合金を使用することもできる。複合酸化物の概略的形状は図１に示す。白色部はアルミニウム基地部を示し、黒色部はＦｅ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ又は希土類金属の１種又は２種以上を含む金属強化要素を示す。また、金属強化要素としては、鉄材パイプが用いるか、又は鋼片、鉄線片などを、大きさ０．１〜５０ｍｍ、重量０．１〜５０ｇの小片にしてアルミニウム基地内に添加する。
【００１７】
本発明の一実施例による複合脱酸剤は、低融点のアルミニウム溶湯内に高融点の鋼球を入れて製造したもので、脱酸剤の用途に合う大きさにして製鋼の際に脱酸剤として用いる。
【００１８】
本発明のほかの実施例によるアルミニウムの比重を高める方法としては、単にアルミニウムに鋼棒を縛って用いることもでき、あるいはアルミニウムに鋼ブロック又は環棒を入れて用いることもでき、あるいは鉄容器にアルミニウムを注ぎ凝固させることもできる。これらも本発明の範囲に属するものと理解すべきである。
【００１９】
また、本発明によると、アルミニウムを鉄基地合金とともに溶湯中に入れるに際して、溶鋼密度（６．９ｇ／ｃｍ３）に比べ４．０ｇ／ｃｍ３の密度を有するので、０．５以上の初期密度を有し、つぎのような成分範囲（重量％）のＡｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＴｉを含有する複合脱酸剤の形態として溶融物中に入れられる。
Ａｌ        ２５〜５０
Ｃ          ０．０５〜０．９０
Ｓｉ        ０．０５〜１．５０
Ｍｎ        ０．１５〜１．２５
Ｆｅ        残量
【００２０】
この複合脱酸剤は、マトリックス成分としてアルミニウムと、強化成分として鉄系合金形態のそのほかの成分を含有し、溶鋼中でのアルミニウム溶解は複合脱酸剤の溶鋼に対する相対比重を１．００〜１．０５まで連続して増加させることでなされる。
【００２１】
本発明によると、本方法は溶鋼内でアルミニウムが溶解するのに適合した条件を保障する。マトリックス成分としてアルミニウムが含まれ初期の低融点が維持される複合脱酸剤による溶鋼の処理により溶融物内で急速に溶解されるようにする。鉄基地合金が強化要素となる、複合脱酸剤による溶鋼処理は、必要に応じて重くする。即ち、溶鋼の密度に比べて複合脱酸剤の密度を見ると、その相対比重を０．５５〜０．７０まで増加させる。この程度の密度で複合脱酸剤はスラグ中に浮上しなく、容易に循環溶融流に入り、溶鋼中で脱酸と化学反応をする。
【００２２】
溶鋼をＡｌ−Ｆｅ合金複合脱酸剤で処理しているうちに、最初にアルミニウムのみが溶融し、ついで鉄ボールが分離され溶解され、Ａｌが溶解される過程を経る。アルミニウムが完全に溶融するまでは鉄基地合金から補強成分が溶融しない。これは、溶鋼の密度より大きい強化成分アルミニウムが存在するため、溶解のうちに複合脱酸剤の密度が連続して増加し、アルミニウム全体が溶解した瞬間には溶鋼の密度に比べ溶鋼との相対的比重が１．００〜１．０５の値を有する理由となる。
【００２３】
アルミニウムが溶解した後、鉄基地合金から強化成分が溶融する。その組成は溶鋼の組成と類似している。したがって、複合脱酸剤の強化部は溶鋼と易く混合して完全に融化する。
【００２４】
Ａｌ−Ｆｅ系合金で溶鋼を処理しているうちに、対流の影響のため、複合脱酸剤片が破片に分解される。これら破片はより小さい破片に徐々に分解される。
【００２５】
複合脱酸剤の破片の大きさの減少と破片密度の増加の組合せによりアルミニウムがより早く溶鋼中に溶解し溶融物により均一に分布する。したがって、アルミニウム損失が減少し、アルミニウムによる脱酸及び合金安定性が保障される。
【００２６】
複合脱酸剤中のアルミニウム重量比で２５〜５０％の範囲にあると、溶鋼処理に対する最適な条件が提供される。複合脱酸剤中のアルミニウム含量部が低いと、強化成分の増加及び複合脱酸剤消耗量の増加の必要性のため、溶融物での複合脱酸剤の冷却効果が強くなる。複合脱酸剤中のアルミニウム含量部が高くなるほどその密度が低くなり、溶融物中への混合性が悪くなり、アルミニウム損失が大きくなる。
【００２７】
前記提示した範囲内で複合脱酸剤内のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅの含量を調節することは、処理された鋼の含量に対する前記元素含量と類似したものを得る強化成分の必要性による。ところで、Ａｌ−Ｆｅ基地合金複合脱酸剤で溶鋼を処理すると、その化学的組成が変化しない。
【００２８】
実施例
含量が０．２５％Ｃ、０．７０％Ｍｎ、０．２５％Ｓｉ、０．０２％Ｓ、０．０３％Ｐである鋼を電気炉で溶融させ、最後の電気炉の外部の溶融物の産出の際にレードル内でアルミニウムで脱酸させた。レードルの容積を１／６から１／３までにし、溶鋼からＡｌを含有する複合脱酸剤を取った。鋼を注入する前、酸素及びアルミニウム含量を試験するため、レードルからいくつかのサンプルを選択した。炭素鋼と液体アルミニウムを混合することにより、アルミニウムを含有する複合脱酸剤を予備的に得た。比較のため、前記方法で、つまり純粋アルミニウム片を鋼重量錐により溶融物中に装入して鋼を脱酸させた。純粋アルミニウムの量と鋼の重量はアルミニウムと強化成分の消耗量に対して適切であった。
【００２９】
アルミニウム消耗量の比とアルミニウム損失の比を用いて鋼の処理方法の効率を評価した。
アルミニウム消耗量の比  Ｋｕｓｉｎｇはつぎの式により計算できる。
【００３０】
Ｋｕｓｉｎｇ  ＝  （Ａｌｒｅｓｔ  ＋  Ａｌ０）＊１００／ＡｌΣ０−−−−−−−−−−−−  （１）
ここで、Ａｌｒｅｓｔ  ：  鋼中のアルミニウム残留量、％；
【００３１】
Ａｌ０  ：  反応における溶存酸素の結合時のアルミニウム消耗量。
２［Ａｌ］  ＋  ３［Ｏ］  ＝  Ａｌ２Ｏ３
Ａｌ０  ＝  （［Ｏ］ｉｎｉｔｉａｌ  −  ［Ｏ］ｅｖｅｎｔｕａｌ）＊（２＊２７／３＊１６）  −−−−−−−−−−−−−  （２）
［Ｏ］ｉｎｉｔｉａｌ  及び  ［Ｏ］ｅｖｅｎｔｕａｌ ：  アルミニウムで鋼を脱酸する前と後の鋼内の溶存酸素の含量
Ａｌ Σ−  鋼の脱酸時のアルミニウム消耗量、％
溶存酸素含量はつぎのように計算できる。
【００３２】
ｌｇ［％Ｏ］  −  ｅ００［％Ｏ］  ＝  ｌｇ  ａ０  ＋  Σｅ０Ｒ［％Ｒ］，  −−−−−−−−−−−−  （３）
ｅ００ 及び  ｅ０Ｒ  ：  酸素と酸素及び鋼（Ｒ）の成分との相互作用の変数である。
ａ０  ：  液体鋼内の酸素の活性、％
ｌｇ  ａ０  の値は液体鋼中に電気化学的センサーを装入することにより実験的に決定した。測定のため、Ｍ０  ＋  Ｍ０ Ｏ２  を有するＺｒＯ２  ＋  １７％Ｙ２Ｏ３  のセンサーを用いた。この場合、
【００３３】
ｌｇ  ａ０  ＝  ２，６８５  −  （１０，０８７＊Ｅ  ＋  ５，６６０）／Ｔ  −−−−−−−−−−−−  （４）
ここで、Ｅ  ：  起電力センサーの測定値、ｍＶ；
Ｔ  ：  温度、°Ｋ
アルミニウム損失比はつぎの式により計算できる。
【００３４】
Ｋｌｏｓｓｅｓ  ＝  １００  −  Ｋｕｓｉｎｇ  −−−−−−−−−−−−  （５）
【００３５】
鋼の処理方法は表１及び表２に示す。
2004211153.tif 000003
2004211153.tif 000004
【００３６】
前記表１のＮｏ．  １の複合脱酸剤は表２のＮｏ．  １からから分かるように、最初状態の密度が４０００／ｃｍ３であり、溶鋼との相対比重が０．５８であり、Ａｌ溶解開始点の比重は０．５３であり、Ａｌ溶解最終点の比重は１．０５であり、残留Ａｌ量は０．０２８であり、使用されたＡｌの比は６６％であり、消耗されたＡｌの比は３４％である。これに対し、純粋アルミニウムを用いた表１のＮｏ．５のアルミニウムは、表２のＮｏ．５から分かるように、最初状態の密度が２７００ｇ／ｃｍ３であり、溶鋼との相対比重が０．３９であり、Ａｌの最終溶解点の比重が０．３５で比重の変化が殆どなく、残留Ａｌ量は０．０１２％であり、使用されたＡｌの比は４６％であり、消耗されたＡｌの比は５４％である。
【００３７】
前記表２の実施例から分かるように、本発明の複合脱酸剤は溶湯に対する相対比重が０．４以上であるが、これは、スラグの溶湯に対する比重が０．３であって、溶湯内に複合脱酸剤がスラグを通過するための最小の比重値であり、本発明の複合脱酸剤は、測定の結果、溶湯に対する比重が１．０５を超えていなかった。
【００３８】
鋼の処理に必要なアルミニウムの消耗量が同一であれば（０．１％）、複合脱酸剤内のアルミニウム含量が低いため、Ａｌ−Ｆｅ基地合金複合脱酸剤の脱酸効果は純粋アルミニウムより２〜４倍高い（複合脱酸剤はアルミニウム量が３７〜５０であり、純粋アルミニウムは１００％であるためである）。
【００３９】
Ａｌ−Ｆｅ基地合金複合脱酸剤の初期密度は純粋アルミニウムより１．４７〜１．９２倍高い。溶解過程中に密度の差が増加する。すなわち、溶解初期の値は１．５２〜２．０４であるが、最後には３まで到達することができる。
【００４０】
ところが、アルミニウムの消耗量の比は０．４６から０．６４〜０．７７まで増加する。これは、３９〜６７％増加したことを意味する。したがって、アルミニウムの損失が５４％から２３〜３６％まで減少する。
【００４１】
本発明によると、アルミニウムで製鋼工程中の脱酸処理を効果的に行うことで、鋼の品質改善によりその効率を保障する。鋼の品質は、溶湯での比重を高めてより強く脱酸し、より安定にアルミニウムを融化させ、均一にアルミニウムを分布させて、従来純粋アルミニウムを投入することより損失が減少させることにより、改善される。
【００４２】
前述したように、この複合脱酸剤を用いると、鋼の内部がきれいな清浄鋼の製造が可能であり、鋼の品質が大きく向上できる。脱酸の際に、アルミニウム脱酸剤を溶湯中に深く入れて溶解させることができるので、アルミニウムの損失を減少させるとともにアルミニウムを安定に溶解させることができる。よって、製鋼工程での脱酸効果を高めることができる画期的な発明である。
【００４３】
そのほか、ここで言及しない脱酸剤としてＣａ、希土類金属もこの方法に用いた結果、脱酸剤を少なく使用し、鋼中の酸素による欠陥が大幅減少する結果を表した。
【００４４】
また、スラグ脱酸剤として用いる場合、１５％Ｍｇ＋８５％Ａｌの溶湯に添加要素ＣａＯを２０〜５０ｗｔ％添加し、効果元素である鉄片を１０〜３０ｗｔ％添加して製造したスラグ脱酸剤をスラグ内に添加すると、スラグ脱酸剤の比重が高くてスラグの直下でスラグ脱酸を行うので、煙の発生が最小になるとともにガスの噴出が防止され、スラグ脱酸に大変な効果がある。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による、製鋼及び製鉄の際に投入される脱酸剤は、アルミニウム基地内にアルミニウムより比重が重くて融点が高い強化元素である金属片が固溶されることにより、従来純粋アルミニウム脱酸剤とは異なり、溶湯中の密度より高くて溶湯の深い下部まで投入されるので、アルミニウムが溶解された後、Ｆｅが溶解され、アルミニウムの脱酸効果を十分発揮して原価の節減及び鋼の品質の画期的向上をきたす効果がある。特に、レードル内にＡｌを添加するとき、粉塵及びガスが発生するが、本発明の脱酸剤を製鋼工程に投入すると、溶湯中に入ってすぐ反応するため、粉塵及びガスの発生が減少し、よって環境親和的である優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】複合脱酸剤の製造後の縦断面図である。
【図２】本発明による複合脱酸剤が溶湯中で循環しながら溶融する状態を示す工程図である。
【図３】従来のアルミニウム脱酸剤の溶湯中で溶融する状態を示す工程図である。
【図１】
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【図２】
2004211153.tif 000006
【図３】
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