DE1041255B - Process for melting ductile metals - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Es handelt sich bei der Erfindung um eine Verbesserung der Verfahren, hochschmelzende Metalle, insbesondere Metalle der Nebenreihen der IV. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems und Legierungen davon mit besten Verarbeitungseigenschaften aus den chemisch vorgereinigten metallischen Ausgangswerk&toffen zu erschmelzen. Es wird also verlangt, daß die erschmolzenen reinen Metalle nicht spröde sind, eine geringe Härte und große Duktilität aufweisen. Außerdem sollen sie frei von Lunkern und Gaseinschlüssen sein, die auch ihre Korrosionseigenschaften verschlechtern würden.The invention is an improvement of the process, refractory metals, in particular metals of the secondary rows of IV. to VI. Group of the Periodic Table and alloys thereof with the best processing properties the chemically pre-cleaned metallic starting materials to melt. It is thus required that the molten pure metals not become brittle are low in hardness and high in ductility. In addition, they should be free of cavities and Be gas inclusions, which also their corrosion properties would worsen.
Demnach ist vor allem die Aufgabe gestellt, das neue Verfahren in der Weise zu führen, daß die Anwesenheit von bestimmten Gasen, wie Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd, die mit dem geschmolzenen Metall reagieren könnten oder durch Eindringen in die Schmelze zu Lunkerbildung und Inhomogenitäten führen würden, beim Schmelzvorgang weitgehendst -unterbunden wird.Accordingly, the main task is to conduct the new procedure in such a way that the attendance of certain gases such as oxygen, nitrogen, hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, which could react with the molten metal or by penetrating into the melt The formation of cavities and inhomogeneities would be largely prevented during the melting process.
Mittels der Erfindung sollen auch die Schwierigkeiten gemeistert werden, die darauf beruhen, daß für die meisten der in Betracht kommenden Metalle eigentlich kein Tiegelmaterial zu finden ist, welches mit der Metallschmelze nicht reagiert.The invention also addresses the difficulties be mastered, which are based on that for most of the metals in question there is actually no crucible material to be found that does not react with the molten metal.
Dazu wird noch ein Weg gezeigt, um größere technische Mengen von Metallen kontinuierlich in der vei langten Reinheit zu erschmelzen. Insofern übertrifft es in seiner Bedeutung auch das Verfahren des Schmelzens im frei tragenden Magnetfeld, welches bis jetzt nur im Laboratoriumsmaßstab sich als brauchbar erwiesen 'hat.In addition, a way is shown to keep larger technical quantities of metals continuously in the long to melt purity. In this respect, it also surpasses the process of the Melting in the cantilevered magnetic field, which until now has only been useful on a laboratory scale has proven '.
Schließlich verbessert die Erfindung auch das Lichtbogenschmelzen im Vakuum oder in inerten Gasen, wobei bislang eine zur Erhöhung der Sprödigkeit und Härte führende Gasaufnahme nicht vermieden werden konnte.Finally, the invention also improves arc melting in a vacuum or in inert gases, so far, a gas uptake leading to an increase in brittleness and hardness has not been avoided could.
Nach dem neu entwickelten Verfahren der Erfindung zum Erschmelzen hochschmelzender Metalle der
Nebenreihe der IV. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems und von Legierungen davon in duktiler und
homogener Form wird in aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen ein aus schwamm-, pulver- oder spanförmigem
oder dergleichen vorliegendem, chemisch vorgereinigtem metallischem Rohwerkstoff vorzugsweise
endlos zu fertigender Stab mittels Induktionserhitzung im Hochvakuum abgeschmolzen und aus
dem vom Stab abtropfenden geschmolzenen Metall beim Erstarren eine tropfsteinförmige, im Maße des
Anwachsens laufend weitergeschobene Elektrode aufgebaut, deren anderes Ende in die Lichtbogenzone
eingeführt und dort wiederum laufend abgeschmolzen wird. Unter dem Lichtbogen bildet sich dann die
Metallschmelze, welche im wassergekühlten Tiegel Verfahren zum Erschmelzen
duktiler MetalleAccording to the newly developed method of the invention for melting refractory metals of the secondary series of IV. To VI. Group of the periodic system and of alloys thereof in ductile and homogeneous form, a rod made of spongy, powdery or chiped or similar, chemically pre-cleaned metallic raw material, preferably endlessly to be manufactured, is melted off by means of induction heating in a high vacuum and from the rod that drips off from the rod When the molten metal solidifies, a dripstone-shaped electrode is built up, which is continuously pushed further as it grows, the other end of which is inserted into the arc zone and is again continuously melted there. The metal melt then forms under the arc, which is then melted in the water-cooled crucible
ductile metals
Anmelder:Applicant:
W. C. HeraeusW. C. Heraeus
Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
Hanau/M., Heraeusstr. 12-14Company with limited liability,
Hanau / M., Heraeusstr. 12-14
DipL-Phys. Helmut Gruber, Hanau/M.,
ist als Erfinder genannt wordenDiploma Phys. Helmut Gruber, Hanau / M.,
has been named as the inventor
erstarrt und das Metall in der gewünschten Beschaffenheit liefert.solidifies and delivers the metal in the desired consistency.
Die weiteren Einzelheiten der Erfindung seien an Hand von zwei zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Anlagen beschrieben, die in den beiden Figuren schematisch dargestellt sind.The further details of the invention are given with reference to two for carrying out the method suitable systems described, which are shown schematically in the two figures.
Mit einer Anlage nach Fig. 1 läuft das Verfahren in der Weise ab, daß unmittelbar aus körnigem, schwamm-, span- oder pulverförmigem Metall 1, das in dieser Form als chemisch gereinigter Rohstoff zu beziehen ist, ein genügend fester Stab 2 durch Strangpressen, durch taktweises Anpressen dosiert zugeteilter Mengen am oberen Ende 3 des Stabes aufgebaut wird.With a system according to Fig. 1, the process takes place in such a way that directly from granular, Sponge, chip or powdery metal 1, which in this form as a chemically purified raw material is related, a sufficiently strong rod 2 by extrusion, metered by pressing on a dosed basis Amounts is built up at the top 3 of the rod.
Gleichzeitig wird dieser dadurch schrittweise nach unten geschoben. Sein unteres Ende 4 taucht in die wassergekühlte, im Hochvakuum angeordnete Induktionsheizspule 5 ein und wird im Maße des Vorschubes abgeschmolzen. Die fallenden Metalltropfen 6 gelangen in eine wassergekühlte Rohrmuffel 7 und wachsen bei ihrem Erkalten zu einem tropfsteinförmigen, zylindrischen Stab 8 an, welcher als selbstverzehrende Abschmelzelektrode für das Lichtbogenschmelzen dient. Im Maße des Anwachsens und der gewünschten Abschmelzgeschwindigkeit wird die Elektrode 8 mittels der Vorschubrollenpaare 9 und 10 nach unten bewegt. Ihr unteres Ende 11 taucht in die Lichtbogenzone innerhalb des wassergekühlten Schmelztiegels 12 ein. Das im Lichtbogen abschmelzende Metall der selbstverzehrenden Elektrode bildet den im wassergekühlten Tiegel 12 schnell erstarrenden Metallblock 13. Dieser muß im Maße des Anwachsens nach unten abgesenkt werden. Dazu ist der Boden 14 des Tiegels beweglich und ruht auf einem mit Außengewinde ver-At the same time, this is gradually pushed down. Its lower end 4 plunges into that water-cooled, arranged in a high vacuum induction heating coil 5 and is in the measure of the advance melted off. The falling metal droplets 6 arrive into a water-cooled tubular muffle 7 and grow into a dripstone-shaped, cylindrical one as it cools down Rod 8, which acts as a consumable consumable electrode for arc melting serves. To the extent of the growth and the desired melting rate, the electrode 8 is by means of the feed roller pairs 9 and 10 moved downwards. Your lower end 11 dips into the arc zone inside the water-cooled crucible 12. The metal that melts in the arc The self-consuming electrode forms the metal block which rapidly solidifies in the water-cooled crucible 12 13. This must be lowered in proportion to the growth. This is the bottom 14 of the crucible movable and rests on an externally threaded
809 658/363809 658/363
sehenen Schaft 17, so daß bei laufendem Motor 15 das Kegelradgetriebe 16 den Schaft 17 nach unten senken kann.See shaft 17, so that when the engine 15 is running, the bevel gear 16 moves the shaft 17 downwards can lower.
Weitere wichtige Einzelheiten aus der dargestellten Anlage gewährleisten ihre technische Brauchbarkeit. So wird im allgemeinen eine Zuführungsvorrichtung mit Behälter 18, Transportschnecke 19 und Fallrinne 20 für den Rohstoff notwendig sein. Eine motorgetriebene Exzenterpresse 22 preßt und formt mittels des Stempels 21 den zerkleinerten Metallschwamm zum porösen Stab 2. Vom Rohrstück 32 und beispielsweise drei Druckstufenkammern 23, 24 und 25 wird die Überführungsleitung für diesen Stab gebildet, der auf diese Art und Weise vom Atmosphärendruck in die unter Hochvakuum gehaltene Induktionssrihmelzkammer 46 laufend übergeführt werden kann. An die Druckstufenkammern und die Induktionskammern 46 sind Punpenaggregate mit den schematisch dargestellten Pumpen 26 bis 31 bzw. das aus der Diffusionspumpe 33 und der Vorpumpe 34 bestehende Aggregat angeschlossen, welche die Entgasung bewirken und einen bis Hochvakuum stufenweise fallenden Druck erzeugen können. Vorzugsweise werden zur Evakuierung der Druckstufenkammer sehr leistungsfähige, für das Hochvakuum speziell ausgebildete Rootsgebläsepumpen als Hochvakuumstufen verwandt.Other important details from the system shown ensure its technical usefulness. Thus, in general, a feed device with a container 18, a screw conveyor 19 and a chute is used 20 may be necessary for the raw material. A motor-driven eccentric press 22 presses and forms by means of of the punch 21 the crushed metal sponge to the porous rod 2. From the pipe section 32 and, for example three compression chambers 23, 24 and 25, the transfer line for this rod is formed, the in this way from atmospheric pressure into the induction belt chamber kept under high vacuum 46 can be transferred continuously. To the compression chambers and the induction chambers 46 are pump units with the schematically illustrated pumps 26 to 31 or that from the diffusion pump 33 and the backing pump 34 connected existing unit, which cause the degassing and a until high vacuum can generate gradually falling pressure. Preferably used for evacuation the compression chamber are very powerful Roots blower pumps specially designed for the high vacuum used as high vacuum stages.
Durch die Trennwand 35 von der Induktionskammer 46 geschieden folgt vor der Lichtbogenzone nochmals eine Vorkammer 36, weldhe an das aus der Diffusionspumpe 37 und der Vorpumpe 38 bestehende Hochvakuumpumpenaggregat angeschlossen ist. Es gelingt so, die von der tropfsteinförmigen Elektrode 8 noch adsorbierten und außerdem beim Schmelzen in der Lichtbogenzone ausgetriebenen Gase voll abzusaugen und zu verhindern, daß nennenswerte Teile davon wieder vom mittleren Teil der Tropfsteinelektrode 8 adsorbiert werden.Separated by the partition 35 from the induction chamber 46 follows in front of the arc zone again an antechamber 36, which is connected to the one consisting of the diffusion pump 37 and the fore pump 38 High vacuum pump unit is connected. It is thus possible to remove the stalactite-shaped electrode 8 the gases still adsorbed and also expelled when melting in the arc zone and to prevent significant parts of it from coming back from the central part of the stalactite electrode 8 are adsorbed.
Der Schmelztiegel 12, der die Lichtbogenzone und den erstarrenden Metallblock 13 aufnimmt, ist mit einem Kühlmantel 39 für strömende Kühlflüssigkeit, meist Wasser, versehen, damit die Schmelzwärme rasch fortgeführt werden kann. Unterhalb des Tiegels 12 nimmt ein Gehäuse 40 die Absenkvorrichtung für den Tiegelboden 16 und auch den unteren Stromanschluß 41 für den Lichtbogen auf. Die Aufgabe der oberen Stromanschlüsse können die Vorschubrollenpaare 9 und 10 übernehmen. Auch der absenkbare Boden des Metalltiegels ist für die Flüssigkeitskühlung und die Zu- und Ableitungen 42α und 42b eingerichtet. Schließlich bleibt noch zu erwähnen, daß die Möglichkeit der Zuführung eines inerten Gases in eine Druckstufenkammer etwa in 24 vorgesehen sein sollte, indem eine Gasflasche 43 mit einer ein Druckreduzierventil 44 und Mengenmesser 45 umfassenden Leitung angeschlossen ist.The crucible 12, which receives the arc zone and the solidifying metal block 13, is provided with a cooling jacket 39 for flowing cooling liquid, usually water, so that the heat of fusion can be continued quickly. Below the crucible 12, a housing 40 accommodates the lowering device for the crucible bottom 16 and also the lower power connection 41 for the arc. The feed roller pairs 9 and 10 can take on the task of the upper power connections. The lowerable bottom of the metal crucible is also set up for liquid cooling and the inlet and outlet lines 42 α and 42 b . Finally, it should be mentioned that the possibility of feeding an inert gas into a pressure stage chamber should be provided approximately in 24 by connecting a gas bottle 43 with a line comprising a pressure reducing valve 44 and flow meter 45.
Bei der Anlage nach Fig. 1 kann der poröse, durch Strangpressen geformte Metallstab 3 von der Außenatmosphäre in die unter Vakuum stehende Induktionsschmelzkammer 46 übergeführt werden, weil mittels der Pumpenaggregate und der Druckstufenkammern ein stufenweise fallender Druck längs des vorbewegten Stabes aufrechterhalten wird. Der Durchmesser der Überführungsstrecke ist im übrigen so bemessen, daß nur ein außerordentlich geringes, den Vorschub gerade noch nicht hemmendes Spiel zwischen ihrer Wandung und dem Stab verbleibt. Es ist so gewährleistet, daß das Metall zumindest durch das Schmelzen in der Induktionserhitzungskammer vollkommen entgast in die Lichtbogenzone eintritt und sich dann ein Metallblock 13 bilden kann, der keine störenden, zu Verunreinigungen, Lunkerbildung oder Sprödigkeit führende Gaseinschlüsse enthält.In the system according to FIG. 1, the porous metal rod 3 formed by extrusion can be removed from the outside atmosphere be transferred into the vacuum induction melting chamber 46 because by means of of the pump units and the pressure stage chambers a gradually falling pressure along the forward movement Staff is maintained. The diameter of the transfer section is also dimensioned so that only an extraordinarily small play between its walls, which does not hinder the advance and the staff remains. It is thus guaranteed that the metal at least by melting in the Induction heating chamber completely degassed enters the arc zone and then becomes a metal block 13 can form, which does not cause any disruptive contamination, voids or brittleness Contains gas inclusions.
Die in Fig. 2 gezeigte Anlage zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung unterscheidet sich hauptsächlich in bezug auf den Aufbau des durch Induktionserhitzung zu schmelzenden Stabes. Sie erlaubt die Verwendung von vorgefertigten, etwa durch Strangpressen aus dem metallischen Ausgangswerkstoff geformten porösen Stäben 47. Sie sind am oberen Ende der Anlage in einem Behälter 50 untergebracht und werden im Maße des gewünschten Vorschubes in die Schweißkammer 48 mittels der Führungsmuffe 54 eingeführt. Etwa in der Mitte der Schweißkammer werden sie zweckmäßig gegenseitig sich überlappend, mittels der Elektroden 49 α und 49 b zusammengeschweißt. Vorzugsweise führt man dabei durch die Düse 53 ein Schutzgas über eine mit dem Druckreduzierventil 52 an die Gasflasche 43 angeschlossene Leitung der Schweißstelle zu. Die zusammengeschweißten Elektroden 56 werden über die Führungsmuffe 55 in die Überführungsstrecke 60, und zwar mittels des Rollenpaares 9, weitergeschoben. Die Überführungsstrecke umfaßt im dargestellten Beispiel nur noch eine mittels schematisch gezeigter Pumpen 58 und 59 zu evakuierende Druckstufenkammer 47. Das untere Ende des verschweißten, aber noch porösen Metallstabes 56 wird dann wie im Beispiel nach Fig. 1 durch Induktionserhitzung abgeschmolzen, und auch die weitere Ausbildung der Anlage ist im wesentlichen ähnlich der nach Fig. 1.The plant shown in Fig. 2 for carrying out the method of the invention differs mainly with regard to the structure of the rod to be melted by induction heating. It allows the use of prefabricated porous rods 47, for example formed from the metallic starting material by extrusion. Approximately in the middle of the welding chamber, they are expediently mutually overlapping, welded together by means of the electrodes 49 α and 49 b . A protective gas is preferably supplied to the welding point through the nozzle 53 via a line connected to the gas bottle 43 with the pressure reducing valve 52. The welded together electrodes 56 are pushed on via the guide sleeve 55 into the transfer path 60, specifically by means of the pair of rollers 9. In the example shown, the transfer section comprises only one pressure stage chamber 47 to be evacuated by means of pumps 58 and 59 shown schematically. The lower end of the welded but still porous metal rod 56 is then melted off by induction heating as in the example according to FIG the system is essentially similar to that of FIG. 1.
Das Verfahren der Erfindung erlaubt eine kontinuierliche Durchführung in untereinanderliegenden Abschnitten von Schmelzanlagen, die vorteilhafterweise als Einheit ausgebildet sind. Grundsätzlich kann es jedoch auch in getrennten Schritten ablaufen, indem zuerst stranggepreßte Stäbe aus dem chemisch gereinigten Ausgangsmaterial außerhalb des eigentlichen Lichtbogenofens durch Induktionserhitzung abgesohmolzen werden, um tropfsteinförmige Elektroden zu bilden. Die weitere Durchführung umfaßt lediglich dann das eigentliche Lichtbogenschmelzen in einer entsprechenden vereinfachten Anlage.The method of the invention allows a continuous implementation in sections lying one below the other of melting plants, which are advantageously designed as a unit. In principle, however, it can also proceed in separate steps by first removing extruded rods from the chemically cleaned Starting material outside the actual arc furnace melted off by induction heating to form dripstone-shaped electrodes. The further implementation then only includes that actual arc melting in a correspondingly simplified system.
Es versteht sich, daß die vollkontinuierliche Durchführung des Verfahrens in den figürlich dargestellten Anlagen besondere elektrische Regeleinrichtungen für die Koordinierung der Geschwindigkeit des Aufbaues der Metallstäbe, des Vorschubes der Stäbe und der Elektroden und des Abschmelzens in der Induktionserhitzungs- und der Lichtbogenkammer erfordert.It goes without saying that the fully continuous implementation of the process in the figures shown Systems special electrical control devices for coordinating the speed of construction the metal rods, the feed of the rods and the electrodes and the melting in the induction heating and the arc chamber requires.
Mit dem Verfahren der Erfindung ergeben sich Ingots, deren Eigenschaften vergleichbar sind mit solchen kleinen Proben von Metallen, die im Laboratoriumsmaßstab bei bestmöglichem Hochvakuum ohne Tiegel so hoch erhitzt wurden, bis örtlich Schmelzen eintrat, und weldhe immer Härte aufweisen, die um 20 bis 30 Einheiten der Vickers- oder Brinell-Härteskala tiefer lagen als von Metallproben desselben Ausgangsmaterials, die unter den bestmöglichen Bedingungen im Lichtbogenofen, sei es unter inertem Gas, sei es im Hochvakuum erschmolzen wurden. Es zeigt sich so, daß das zweimalige Schmelzen gemäß dem Erfindungsverfahren die großmaßstäbliche Erzeugung von Metallen einer Güte möglich macht, die bislang nur im Laboratoriumsmaßstab erzielt werden konnte. Offenbar hat das vorgeschlagene erste Schmelzen durch Induktionserhitzung im Hochvakuum von möglichst geringem Druck, etwa von unter 10—3 Torr, vorzugsweise 10—* bis 10~5 Torr, und ohne Benutzung von besonderen Schmelztiegeln den entscheidenden Einfluß auf die erzielte Güte,The method of the invention results in ingots whose properties are comparable to those small samples of metals that were heated on a laboratory scale at the best possible high vacuum without a crucible until local melting occurred, and which always have a hardness of around 20 to 30 units the Vickers or Brinell hardness scale were lower than metal samples of the same starting material that were melted under the best possible conditions in an electric arc furnace, be it under an inert gas or in a high vacuum. It turns out that the double melting according to the inventive method makes possible the large-scale production of metals of a quality that could previously only be achieved on a laboratory scale. Apparently the proposed first melted by induction heating in a high vacuum by the lowest possible pressure, such as less than 10- 3 Torr, preferably 10 ~ to 10 ~ 5 torr, and without the use of special crucibles the decisive influence on the quality achieved,
während das Lichtbogenschmelzen im zweiten Arbeitsgang im wesentlichen zur Erzielung "homogener Sdhmelzblöcke notwendig ist. In der Lichtbogenschmelzzone kann deshalb ein 'höherer Druck, vorzugsweise eines inerten Gases, herrschen, z. B. empfiehlt sich ein Druck von 10 bis 100 Torr.while the arc melting in the second pass is essentially necessary to achieve "homogeneous smelting blocks. In the arc melting zone can therefore a 'higher pressure, preferably an inert gas, prevail, for. B. recommends a pressure of 10 to 100 torr.
Audh mittels des beschriebenen Verfahrens lassen sich Legierungen der hochschmelzenden Metalle der Nebenreihe der IV. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems in duktiler Form großmaßstäblich erschmelzen, indem etwa als Ausgangsmaterial ein Gemisch der Legierungsmetalle genommen wird. Bewährt hat sich das Verfahren der Erfindung jedenfalls vor allem zum Erschmelzen von Titan und Zirkonium, Niob und Tantal und Molybdän und Wolfram in Blöcken von einer hervorragenden Duktilität.Alloys of the refractory metals of the Side row of the IV. To VI. Melting the group of the periodic table in ductile form on a large scale, by taking a mixture of alloy metals as the starting material. Has proven itself the method of the invention in any case primarily for melting titanium and zirconium, niobium and tantalum and molybdenum and tungsten in blocks of excellent ductility.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEH24127A DE1041255B (en) | 1955-06-11 | 1955-06-11 | Process for melting ductile metals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEH24127A DE1041255B (en) | 1955-06-11 | 1955-06-11 | Process for melting ductile metals |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1041255B true DE1041255B (en) | 1958-10-16 |
Family
ID=7149701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEH24127A Pending DE1041255B (en) | 1955-06-11 | 1955-06-11 | Process for melting ductile metals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1041255B (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1120149B (en) * | 1958-02-19 | 1961-12-21 | Stauffer Chemical Co | Method and device for vacuum melting of metals |
| DE1208429B (en) * | 1960-10-21 | 1966-01-05 | Heraeus Gmbh W C | Vacuum induction melting furnace |
| DE1964052A1 (en) * | 1969-09-18 | 1971-04-01 | Boehler & Co Ag Geb | Method and device for electroslag remelting of metals, in particular steel |
-
1955
- 1955-06-11 DE DEH24127A patent/DE1041255B/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1120149B (en) * | 1958-02-19 | 1961-12-21 | Stauffer Chemical Co | Method and device for vacuum melting of metals |
| DE1208429B (en) * | 1960-10-21 | 1966-01-05 | Heraeus Gmbh W C | Vacuum induction melting furnace |
| DE1964052A1 (en) * | 1969-09-18 | 1971-04-01 | Boehler & Co Ag Geb | Method and device for electroslag remelting of metals, in particular steel |
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