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文檔簡介

冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材第1頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六毛管軋制管坯穿孔第2頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第3頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第4頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第5頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六毛管軋制:熱軋無縫鋼管的主要變形工序減壁:使毛管壁厚接近/達(dá)到成品管壁厚,S↓;減徑:減少外徑D↓;消除毛管的縱向壁厚不均、提高荒管內(nèi)外表面質(zhì)量、控制荒管外徑和真圓度。軋管方法如下圖所示:其中斜軋法軋管的工藝設(shè)備和變形基本上與斜軋穿孔/延伸相似,故本章主要討論毛管縱軋。第6頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第7頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六5.1自動軋管機(jī)及其軋管過程瑞士人1903年發(fā)明第一套第8頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六2.自動軋管機(jī)軋管過程結(jié)構(gòu):工作機(jī)座為二輥不可逆式縱軋機(jī);在工作輥后設(shè)置一對高速反向旋軋的回送輥;快速升降機(jī)構(gòu)(上工作輥、下回送輥):軋后的荒管回送到前臺圖5-4:環(huán)形孔型:圓孔型(2-5個)軋輥+錐形/球形頂頭。毛管軋制:兩道次(低于950°會軋破)→變形量的分配由兩道頂頭的直徑來調(diào)整。第9頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六自動軋管機(jī)軋管過程過程:第一道后→快速提升上工作輥:打開孔型→快速提升下回送輥(40-80mm):夾持軋后荒管,將其快速回送到軋管機(jī)前臺,并翻轉(zhuǎn)90°→工作輥恢復(fù)到原位,回送輥恢復(fù)到打開位置→第二道軋制→再回送到前臺→翻料裝置移出軋制線→均整第二道次作用:消除第一道次的壁厚不均,特別是輥縫部位,需要翻鋼再軋,還有就是消除螺旋。第一道:1.3-1.8;第二道:1.05-1.25第10頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第11頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第12頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六高Cr鑄鐵第13頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六3.自動軋管變形過程a.變形區(qū)組成:減徑區(qū)l1(軋管準(zhǔn)備區(qū)):軋輥咬入毛管(一次咬入)→接觸頂頭為止;減壁區(qū)l2:頂頭穿入毛管(二次咬入)→外表脫離軋輥為止。b.軋管變形過程:根據(jù)變形特點分為三個階段①壓扁變形階段:減徑區(qū)四點接觸→高向壓縮、橫向?qū)挾取?。?4頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六②減徑變形階段:壁厚↑:特別是開口處大③減壁變形階段:開始接觸頂頭!輥型和頂頭組成的環(huán)狀間隙↓為什么自動軋管機(jī)壁厚不均?孔型開口處變形小,壁較厚,且受附加軸向拉應(yīng)力的作用(橫裂);而孔型頂部變形大,壁較薄→導(dǎo)致橫向壁厚不均。設(shè)置均整工序:壁厚不均→穿孔后:18-20%;軋管第一道后:50-60%;第二道后:20%左右;均整后:8-12%。第15頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第16頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第17頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六b>a(a<Dm)第18頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六為什么b>a?孔型?。。簬?cè)壁開口的圓孔型或橢圓孔型,其b>a。a的作用:壓下使鋼管延伸,因此,a<Dm。b的作用(孔型側(cè)壁)

:主要是保證毛管的正常咬入,同時有橫向?qū)捳沟挠嗟兀乐巩a(chǎn)生耳子和劃傷毛管。如果采用正圓孔型,即沒有側(cè)壁,b=a,則b<Dm,無法被孔型咬入,會啃傷毛管。b↑,橢圓度↑:易咬入、防耳子;但增加壁厚不均。延伸小可采用小橢圓度。第19頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第20頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六10.軋管機(jī)工具材質(zhì)工作輥---鑄鐵:無限冷硬鑄鐵、球墨鑄鐵、冷硬球墨鑄鐵回送輥---鍛鋼:退火后的中碳鍛鋼→f↑、回送↑頂頭---鑄鋼:Cr32Ni5、Cr15Ni2等鎳鉻鑄鋼第21頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第22頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第23頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第24頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六變形過程:變形量小、變形區(qū)長→主要改善質(zhì)量減徑區(qū):短、咬入荒管;減壁區(qū):軋輥軸線與軋制線傾斜,內(nèi)表面與頂頭表面間隙逐漸減小→壓縮壁厚;輾軋區(qū):精整管壁;歸圓區(qū):圓正荒管第25頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第26頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第27頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六5.3連續(xù)式軋管機(jī)毛管套在長心棒上,多機(jī)架順次排列,且軋輥互錯90°。MM(MandrelMill)連軋管機(jī):心棒隨同管子自由運動→浮動芯棒MPM(Multi-StandPipeMill):心棒限動、速度可控→限動芯棒第28頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第29頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六限動芯棒連軋管機(jī)MPM=Multi-StandPipeMill中國第一套限動芯棒連軋管機(jī)組,引進(jìn)自意大利,于1992年在天津鋼管集團(tuán)股份有限公司投產(chǎn)。經(jīng)技術(shù)改造,天津鋼管集團(tuán)的Φ250mm限動芯棒連軋管機(jī)組已經(jīng)由設(shè)計年產(chǎn)能力50萬噸,擴(kuò)大到現(xiàn)在的年產(chǎn)能力100萬噸。

第30頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六限動芯棒連軋管機(jī)是在浮動芯棒連軋管機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。限動芯棒連軋管機(jī)于20世紀(jì)60年代中期進(jìn)行了工藝試驗并獲得了可喜的成果。1978年世界上第一套限動芯棒連軋管機(jī)在意大利達(dá)爾明鋼管廠建成投產(chǎn),將連軋管工藝發(fā)展到了一個新的水準(zhǔn)。第31頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六限動芯棒連軋管機(jī)在整個軋制過程中對芯棒的運行加以控制,使其以設(shè)定的恒定速度前進(jìn),軋制過程結(jié)束時,由脫管機(jī)將荒管與芯棒分離后,荒管被移送到下道工序進(jìn)一步加工;芯棒則返回,撥出軋制線后,冷卻、潤滑后循環(huán)使用。MPM使得鋼管壁厚偏差得到改善,工具、能耗有所降低,將連軋管機(jī)軋制鋼管的最大外徑由194mm擴(kuò)大到426mm。第32頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六MPM一經(jīng)問世,因其在技術(shù)、產(chǎn)量、質(zhì)量、自動化和勞動生產(chǎn)率等諸方面的突出優(yōu)勢,引起了無縫鋼管界的廣泛關(guān)注并得到認(rèn)同和推崇,目前已使其在除大洋州以外的五大洲得以迅速的推廣應(yīng)用;特別是1978年到1992年間的前15年,受當(dāng)時石油產(chǎn)業(yè)對油井管需求旺盛的影響,促使了MPM技術(shù)的飛速發(fā)展,相繼建成投產(chǎn)了10套限動芯棒連軋管機(jī)組,從第二套到第十套僅用了10年的時間。第33頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六序號機(jī)組名稱廠名國家投產(chǎn)年份設(shè)計年產(chǎn)量(/萬噸)成品管規(guī)格DXS(mm)機(jī)架數(shù)365mm達(dá)爾明廠意大利197850159~365X3.5~258

245mm京濱廠日本198360114~245X4.5~408

273mm坦姆薩廠墨西哥198360114~273X4.5~407

245mm費爾菲爾美國19836089~245X5.4~327

245mm北方星鋼廠美國198730114~2457

245mm阿爾戈馬廠加拿大19863048~178X3.6~327

245mm希德爾卡廠阿根廷198835140~273X4.5~356

245mm西多廠委內(nèi)瑞拉1990-114~245X4.5~35-

426mm伏爾加鋼管廠俄羅斯199072114~245X4.5~35

159~426X6.0~35.07

250mm天津鋼管集團(tuán)中國

199250114~273X4.5~357

第34頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六限動芯棒連軋管機(jī)(MPM機(jī)組)是二十世紀(jì)末期世界上最先進(jìn)的軋管工藝。

自從2003年,天津鋼管集團(tuán)股份有限公司投產(chǎn)了世界上第一套PQF(三輥限動芯棒連軋管機(jī))機(jī)組后,PQF已經(jīng)取代了MPM的位置,成為了世界上對先進(jìn)軋管工藝的代名詞。MPM連軋管機(jī)在PQF出現(xiàn)以前,都是兩輥式的,即由兩個軋輥為一組組成孔型,兩個軋輥相互平行,相鄰兩個孔型的輥縫相錯90°;PQF為三輥式的,即由三個軋輥為一組構(gòu)成孔型,三個軋輥互成120°,相鄰兩個孔型的輥縫相錯60°;使上一架孔型的槽底對應(yīng)下一架孔型的槽頂。

第35頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六1.MM軋管機(jī)組特點①結(jié)構(gòu):8-9架二輥式軋機(jī),軋輥軸線與地面成45°,相鄰機(jī)架軋輥軸線互相垂直,機(jī)架采用高剛度的預(yù)應(yīng)力軋機(jī)②直流電機(jī)單獨傳動,提高軋機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)響應(yīng)度③后配有現(xiàn)代張力減徑機(jī)④新的電控技術(shù)第36頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第37頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六優(yōu)點:生產(chǎn)率高,達(dá)75萬噸;鋼管質(zhì)量及尺寸精度高;可軋長33m長的荒管,減徑后可達(dá)165m;變形量大,μz可達(dá)5,可軋厚壁毛管,減小穿孔變形量;自動化程度高;成本低,消耗低,折舊費小,適合生產(chǎn)小口徑無縫鋼管缺點:一次投資費用大大直徑心棒加工、儲存及維修難,Φ168mm以下小口徑管不適合生產(chǎn)高合金鋼管脫棒問題:不適合太薄、太厚、太長的鋼管生產(chǎn)第38頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六2.MM軋管軋制特點變形特點:壁厚均勻(后一架消除前一架)

每架軋制:

孔型頂部:受壓→軸向延伸、

圓周橫向?qū)捳梗?/p>

孔型側(cè)壁:不接觸心棒→受孔型頂部軸向延伸的附加拉壓力作用→軸向延伸、周向拉縮

故:頂部金屬寬展與側(cè)壁金屬的拉縮保持一定關(guān)系時,孔型正常充滿。第39頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六根據(jù)塑性理論:孔型才正常充滿過充滿:耳子、飛翅欠充滿:使荒管斷面呈四角/八角形隨后機(jī)架也會過充滿(連鎖反應(yīng))最佳:第40頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六3.MM運動特點心棒:軸向僅受軋件摩擦力作用,處于全浮動狀態(tài)。金屬速度逐架升高,而芯棒為剛體,某一時刻只有一個速度,芯棒速度Vt=各架金屬速度的平均值,為中性面a.入口-中性面:金屬速度<心棒速度→金屬后滑b.中性面-出口:前滑第41頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第42頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第43頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六連軋管機(jī)軋管過程:1.咬入階段:毛管依次進(jìn)入各架軋機(jī)建立連軋過程,心棒運動速度、中性面位置隨各架咬入跳躍性地增大。2.穩(wěn)定軋制階段:連軋過程建立、心棒速度及中性面處于某一穩(wěn)定位置。3.拋鋼階段:毛管尾端逐架離開,金屬平均速度↑、心棒運動速度跳躍性增加,中性面向出口側(cè)移動。第44頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六金屬與心棒相對滑動,心棒長度方向上摩擦力分布不一,對金屬變形有以下影響:1.使金屬內(nèi)表面受切向應(yīng)力作用,利于延伸,毛管橫截面↓,但不均勻。2.摩擦力使金屬向心棒中性面移動,使該截面面積增加。3.心棒中性面:,摩擦力使壓應(yīng)力↑→軋制力↑→軋機(jī)彈跳↑→軋后斷面↑;中性面兩側(cè):相對滑動↑→軋制力↓→軋機(jī)彈跳↓→軋后斷面↓。4.竹節(jié)缺陷怎樣產(chǎn)生的?第45頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六結(jié)論心棒中性面處軋件斷面大>設(shè)定值。1.穩(wěn)定軋制:毛管各截面通過心棒中性面的機(jī)率相同→軋后荒管斷面尺寸一致。2.咬入、拋鋼階段:心棒中性面位置變化,毛管各截面通過中性面的幾率不同→幾率大的截面軋后斷面尺寸大(壁厚與外徑大)→連軋管時出“竹節(jié)”缺陷。第46頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六1.德國和日本:管端增厚電控技術(shù),一套附加電控裝置,使前三架動態(tài)校準(zhǔn),使各架管子出口速度不變,減輕了“竹節(jié)”。2.前蘇聯(lián):機(jī)械方法控制荒管頭尾增厚,當(dāng)管子通過頭尾倒數(shù)2-3架時,臨時加大壓下量;當(dāng)管子中部通過時,恢復(fù)正常,這種方法可使頭尾增厚限制在0.15-0.2mm范圍內(nèi)。第47頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六6.連軋管過程采用何種張力制度?張力軋制:助于延伸變形,減小橫向變形;但易使管子抱心棒、脫棒困難。推力軋制:不利延伸、橫向變形↑→荒管橫向壁厚不均→荒管呈竹節(jié)形。理想:無張力、無推力的自由狀態(tài)連軋。第48頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六實際:心棒的存在無法使用活套協(xié)調(diào)各架間的金屬秒流量;孔型內(nèi)不均勻變形產(chǎn)生干擾性的縱向張力。故:要使各架金屬秒流量恒定不變無法實現(xiàn)。張力制度:張力逐漸減小→過渡到推力軋制!1-3架采用0.5-1%張力,中間機(jī)架0.5-0%張力:保證軋制穩(wěn)定又不將心棒抱得太緊后幾架采用0-1%的推力:利用脫棒。第49頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第50頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第51頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六7.心棒材質(zhì):鉻鉬圓鋼:C:0.3-0.4%;Cr:4-6%;Mo:1.5-0.5%;V少量。加工:粗車、精車(去直徑2-4mm)、滾壓、矯直、拋光(磨床/砂輪磨機(jī))、調(diào)質(zhì)處理、最終矯直。加工精度±0.05mm,七級表面光潔度,淬火層厚度5-10mm,HRC為55-60;可返修2-5次,總軋出量1.2萬根荒管。心棒抽出后采用水冷,為防止出現(xiàn)表面龜裂,冷卻水溫控制為70-80℃。第52頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六潤滑作用:變形均勻、能耗降低、橫向壁厚不均↓、改善內(nèi)表面質(zhì)量、壽命提高。潤滑劑要求:減摩性好、附著力強(qiáng)、易于涂抹、不與金屬反應(yīng)、資源豐富無害。潤滑劑:水溶性石磨油(含水53±3%)、石磨溶液(石磨20%、高分子聚合物15%、水)、重油與石磨混合劑(10:1)。預(yù)熱心棒250-300℃,涂層厚度0.2-0.3mm。第53頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六5.3三輥軋管機(jī)軋管(高精度厚壁管)阿塞爾(Assel)由美國人J.Assel研制,1935年第一臺在美國軸承廠安裝。生產(chǎn)<Ф240mm的鋼管,管長8-10m。結(jié)構(gòu):工作輥安裝在兩個機(jī)架上,一個機(jī)架固定不動,另一臺圍繞軋機(jī)中心線0-25度---實現(xiàn)送進(jìn)角的同步調(diào)整,軋輥為錐形,輾軋角固定在3-7度。第54頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六優(yōu)點:生產(chǎn)厚壁管、尺寸精度高(外徑±0.5%、壁厚±5-7.5%)、表面質(zhì)量好、軋機(jī)調(diào)整方便、易變規(guī)格、軋管機(jī)工具消耗少、易實現(xiàn)自動化。缺點:生產(chǎn)效率低、需采用優(yōu)質(zhì)管坯,薄壁管生產(chǎn)難→軸承管、槍炮等高精度厚壁管。第55頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第56頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第57頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第58頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第59頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六咬入段AB:毛管直徑略減輾軋段BC:軋輥臺肩處,減壁均整段CD和規(guī)圓段DE:平整加工、減少尾三角第60頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六輥身:入口錐、輥肩、平整段、出口錐變形區(qū):咬入(減徑)區(qū)、減壁區(qū)、平整區(qū)、歸圓區(qū)阿塞爾軋管機(jī):只能軋Dc/Sc≤12的較厚鋼管。軋更薄的荒管時,尾部會出現(xiàn)“尾三角”,軋制過程無法終了→出現(xiàn)新的特朗斯瓦爾軋管機(jī)來克服此問題,1967年法國專利。第61頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六Trasval特朗斯瓦爾克服:1967年英法聯(lián)合研發(fā),變送進(jìn)角和孔喉大小的新型三輥軋管機(jī)---Trasval特朗斯瓦爾??朔踩堑拇胧?.Trasval軋管機(jī)機(jī)架的入口牌坊可以繞軋制線旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)了軋制中變送進(jìn)角,變軋制速度,在軋到薄壁管尾時快速轉(zhuǎn)動機(jī)架,使送進(jìn)角減小,孔喉增大。2.此外,在此外在三個軋輥的軸承座下安放了快速回退油缸,在軋到管尾時快速將軋輥抬起,直接增大孔喉直徑。兩個措施都是為軋到管尾時使管壁增厚,使D/S比值下降,從而避免出現(xiàn)管尾三角形而后卡。特朗斯瓦爾軋機(jī)的芯棒操作可采用全浮、半浮和回退三種方式。第62頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六優(yōu)點:1.可軋薄壁管:軋尾部時使α變小,同時孔喉增大,可軋Dc/Sc≤50。2.提高機(jī)組產(chǎn)量:可采用大的α和軋輥轉(zhuǎn)速(僅尾部α?。?,可↑產(chǎn)量;而Assel為防止尾三角,其α和軋輥轉(zhuǎn)速都很低,因為是固定的,所以產(chǎn)量小。3.改變α還可生產(chǎn)變截面管,如管端加厚管。第63頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六生產(chǎn)中的α、軋輥轉(zhuǎn)速nα先大后小軋輥轉(zhuǎn)速n應(yīng)取大為好,但過大會增加滑移。薄壁管,α小第64頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六三輥軋輥機(jī)心棒操作方式1.全浮動(隨動):常用!心棒隨同管子自由運動,配有專門的脫棒機(jī),心棒冷卻、潤滑。換心棒軋下一根。優(yōu)點:效率高、質(zhì)量好、速度快、輔助時間少、生產(chǎn)率高、方便簡單、不易出現(xiàn)尾三角,利于軋薄壁管,出現(xiàn)尾三角D/S=12。缺點:心棒長、備用量多、需專門的脫棒機(jī)構(gòu)。第65頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六2.半浮動心棒(限動心棒):厚壁管,心棒裝在小車上,可自由旋轉(zhuǎn),其前進(jìn)速度<管子的前進(jìn)速度,有專門的機(jī)構(gòu)控制。包鋼120現(xiàn)場采用軋后心棒抽出返回原位,再軋下一根毛管。優(yōu)點:心棒短(為全浮的一半),只需一根心棒,無專門脫棒。缺點:生產(chǎn)率低、易出現(xiàn)尾三角(出現(xiàn)尾三角D/S=10)、處理事故不便。3.回退式:特厚壁管,小車限制心棒,軋管開始時芯棒開始后退,邊軋邊后退,軋制結(jié)束時心棒抽出也全部完成。生產(chǎn)率低,更易出現(xiàn)尾三角,出現(xiàn)尾三角D/S=8。第66頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六心棒材質(zhì)、熱處理與潤滑同MM冷軋管機(jī),全浮動時心棒工作長度L0比軋后荒管大1-1.2m。第67頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六Accu-Roll軋管機(jī)軋管定義:最新軋管設(shè)備,帶主動導(dǎo)盤二輥臥式斜軋機(jī)。20世紀(jì)80年代在狄舍爾軋管機(jī)基礎(chǔ)上做了改進(jìn):1.芯棒改為限動2.軋輥改為錐形輥---增加了輥長和輾軋角3.導(dǎo)盤改為水平布置---便于維修與更換優(yōu)點:增加了主傳動功率,提高了軋速,增強(qiáng)了機(jī)架與導(dǎo)盤系統(tǒng)的剛度。精密軋管機(jī)accurateroll:限動、錐形輥、臥式的二輥斜軋管機(jī)。世界上第一臺Φ114精密軋管機(jī)由中美聯(lián)合設(shè)計,1990年在煙臺鋼管廠投產(chǎn)。目前成都無縫鋼管廠Φ180精密軋管機(jī)水平較高。第68頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六結(jié)構(gòu)特點1.兩個錐形軋輥:且直徑沿軋制方向↑,↑縱向延伸、↓附加扭轉(zhuǎn)變形,有φ、α。2.兩個大直徑主動導(dǎo)盤:其圓周線速度>荒管出口速度→軸向滑動↑;導(dǎo)盤起支撐作用,壽命長,使荒管尺寸穩(wěn)定、↓表面劃傷和壓痕,可軋Dz/Sz=4-40,靈活多用;導(dǎo)盤可垂直調(diào)整→改變孔型直徑;沿軋制線調(diào)整→更好地支撐毛管;沿軸向調(diào)整→最大程度的導(dǎo)向。第69頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六3.限動心棒:用長2.44-3.05m的心棒可軋18.3m的荒管;整個心棒都在工作→磨損均勻,壽命提高;心棒受壓小,無需鍍鉻;可在線/線外插棒。4.軋輥無輥肩:三輥軋管機(jī)因輥肩減壁量集中→降低軋輥壽命和均整壁厚效果。5.后臺設(shè)置18.3m的輥式定心裝置,對荒管良好導(dǎo)向,助于改善壁厚不均。第70頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第71頁,共78頁,2023年,2月20日,星期六第72頁,共78頁,2023

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