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转炉炼钢生产3


本节主要内容
七、渣料的加入方法

七、渣料的加入方法
?关于渣料的加入,关键是要注意 渣料的分批和把握加入的时间。
1 、渣料分批 ? 目的:渣料应分批加入以加速石灰的熔化 (否则,会造成熔池温度下降过多,导致 渣料结团且石灰块表面形成一层金属凝壳 而推迟成渣)。 ? 批次:单渣操作时,渣料通常分成两批: 1/2~2/3及白云石全部(冶炼初期炉衬侵

七、渣料的加入方法
2、 加料时间 ? (1)第一批渣料在开吹的同时加入。 ? (2)第二批渣料,一般是在硅及锰的氧化基 本结束、头批渣料已经化好、碳焰初起的时 候(30吨的转炉开吹6 min左右)加入(如果 加入过早,炉内温度还低且头批渣料尚未化 好又加冷料,势必造成渣料结团难化;反之, 如果加入过晚,正值碳的激烈氧化时期,渣 中的(∑FeO)较低渣料亦难化。问题的关键 是正确判断炉况,头批渣料化好的标志是: 火焰软且稳定,炉内发出柔和的嗡嗡声,喷 出物为片状,落在炉壳上不粘贴;未化好的 情况是:炉口的火焰发散且不稳定,炉内发

§ 3.3 供氧制度

顶吹转炉是用带有拉瓦尔喷 头的水冷氧枪,将压力为0.7~ 1.5MPa的氧气从炉子的上方送入 炉内。实际生产中,氧枪喷头的 结构和尺寸已经确定,因此,转 炉的供氧制度主要是依据生产条 件确定合适的供氧量、供氧强度、

§ 3.3 供氧制度

一、供氧量和供氧强度 1 、供氧量 ? 定义:单位时间内供入熔池的氧气量, 单位是m3/min,或m3/h,故又称氧气流 量,常用Q表示。
? 计算公式:
每吨金属需氧量( 3 / t) 装入量(t) m ? 供氧量Q ? 供氧时间(min)

一、供氧量和供氧强度
1)每吨金属需氧量 它取决于铁水成分、所炼钢种的终点成 分及氧气利用率等因素,通常情况下为52~ 60m3/t。 2)供氧时间 国内不同容量转炉的供氧时间统计如下表: 转炉容量/t 12 30 50 120 供氧时间/min ~15 ~16 ~

一、供氧量和供氧强度

2 、供氧强度 ? 定义:单位时间内每吨金属的耗氧量,常用 I表示,单位是m3/t· min。 ? 计算公式:供氧强度I= =
供氧量(m 3 / min) 装入量(t) 每吨金属耗氧量( 3 / t ) m 供氧时间(min)

? 讨论:一定的生产条件下每吨金属的耗氧量是定 值,较高的供氧强度意味着供氧时间较短,即生 产率高。但实际生产中喷头的直径一定,只有通 过提高氧气的压力来实现,这样吹炼中喷溅严重 且氧气的利用率较低。一般情况下,随着转炉容 量的增大,H/D减小,生产中易喷,供氧强度减小,

二、供氧压力
? 定义:供氧压力是指转炉车间内氧压测定点 的表压值,又叫使用压力,符号P用,单位是 MPa。因此,它与P0的关系为: P用= P0-0.1+(0.015~0.025)MPa ? 取值:炉容的大小和原材料不同波动在0.7~ 1.5MPa之间。一般来说炉子容量越大,供氧 压力越高;吹炼中高磷铁水时,渣量大,易 喷,可适当低些。 ? 另外,国内各厂一般都采用分阶段衡压操作 (与分阶段定量装入相对应),即随炉龄增

三、枪位及其控制
? 所谓枪位,是指氧枪喷头端面距静止液面的距离, 常用H表示,单位是mm。 1 、枪位的变化范围和规律 关于枪位的确定,目前的做法是经验公式 计算,实践中修正。 一炉钢冶炼中枪位的变化范围可据以下的 经验公式确定: H=(37~46)P×D出 式中 P——供氧压力,MPa; D——喷头的出口直径,mm;

三、枪位及其控制
? 具体操作中,枪位控制通常遵循“高-低- 高-低”的原则: (1)前期高枪位化渣但应防喷溅。吹炼前期, 铁水中的硅迅速氧化,渣中的(SiO2)较高 而熔池的温度尚低,为了加速头批渣料的熔 化(尽早去P并减轻炉衬侵蚀),除加适量 萤石或氧化铁皮助熔外应采用较高的枪位, 保证渣中的(FeO)达到并维持在25~30% 的水平;否则,石灰表面生成C2S 外壳,阻 碍石灰溶解。当然,枪位亦不可过高,以防

(2)中期低枪位脱碳但应防返干。吹炼中期, 主要是脱碳,枪位应低些。但此时不仅吹入 的氧几乎全部用于碳的氧化,而且渣中的 (FeO)也被大量消耗,易出现“返干”现 象而影响S、P的去除,故不应太低,使渣 中的(FeO)保持在10~15%以上。 (3)后期提枪调渣控终点。吹炼后期,C-O 反应已弱,产生喷溅的可能性不大,此时的 基本任务是调好炉渣的氧化性和流动性继续 去除硫磷,并准确控制终点碳(较低),因 此枪位应适当高些。 (4)终点前点吹破坏泡沫渣。接近终点时,

2 、枪位的调节
(1)铁水温度:若遇铁水温度偏低,应先压枪 提温,而后再提枪化渣,以防渣中的(FeO) 积聚引发大喷,即采用低-高-低枪位操作。 (2)铁水成分:铁水硅、磷高时,若采用双渣 操作,可先低枪位脱硅、磷,倒掉酸性渣;若 单渣操作,由于石灰加入量大,应较高枪位化 渣。铁水含锰高时,有利于化渣,枪位则可适 当低些。 (3)装入量变化:炉内超装时,熔池液面高, 枪位应相应提高,否则,不仅化渣困难而且易 烧坏氧枪。 (4)炉内留渣:采用双渣留渣法时,由于渣中 (FeO)高,有利于石灰熔化,因此吹炼前期

恒压变枪操作的几种模式
? A 高—低—高的六段式操作 开吹枪位较高,及早形成初期渣;二 批料加入后适时降枪,吹炼中期炉渣返干时 又提枪化渣;吹炼后期先提枪化渣后降枪; 终点拉碳出钢。 ? B 高—低—高的五段式操作 五段式操作的前期与六段式操作基本 一致,熔渣返干时可加入适量助熔剂调整熔 渣流动性,以缩短吹炼时间

高一低一高一低的四段式操作

在铁水温度较高或渣料集中在吹炼前期 加入时可采用这种枪位操作。开吹时采用高 枪位化渣,使渣中含(FeO)量达25~30%, 促进石灰熔化,尽快形成具有一定碱度的炉 渣,增大前期脱磷和脱硫效率,同时也避免 酸性渣对炉衬的侵蚀。在炉渣化好后降枪脱 碳,为避免在碳氧化剧烈反应期出现返干现 象,适时提高枪位,使渣中(FeO)保持在 10~15%,以利磷、硫继续去除。在接近终 点时再降枪加强熔池搅拌,继续脱碳和均匀

§3.4 温度制度
氧气转炉的温度制度包括两方面的内容: 一是准确控制终点温度,

二是恰当控制冶炼过程温度。

一、热量来源与热量支出
1、热量来源 氧气转炉炼钢的热量来源主要是铁水的 物理热和化学热。物理热是指铁水带入的热 量,它与铁水温度有直接关系,化学热是铁 水中各元素氧化后放出的热量,它与铁水化 学成分直接相关。 哪些元素是转炉炼钢的主要热源,不仅 要看其热效应大小,还要视其氧化总量的多 少而定。

一、热量来源与热量支出
2、热量支出 钢水的物理热约占70%,这是一项主要 的支出,熔渣带走的热量大约占10%,它与 渣量的多少有关。因此在保证去除P、S的条 件下,采用最小的渣量。渣量过大不仅增加 渣料的消耗,也增加热量的损失,所以要求 铁水进行预处理,这样既可实现少渣操作; 同时在吹炼过程中也可减少喷溅,缩短吹炼 时间,减少炉与炉的间隔时间,减少热损失, 提高转炉的热效率。转炉热效率提高以后,

一、热量来源与热量支出
3、转炉炼钢的热平衡 为了准确的控制转炉的吹炼温度,需要 知道铁水中各成分氧化反应放出的总热量; 这些热量除了把熔池加热到出钢温度外,富 余多少热量?需要加多少冷却剂?这要经过热 有效热 平衡计算才能得出。(具体参见课本内容) 总热量
总热效率= ×100%

二、出钢温度的确定
出钢温度的高低受钢种、锭型和浇注方 法的影响,其依据原则是:
?保证浇注温度高于所炼钢种凝固温度50~ 100℃ ?考虑出钢过程和钢水运输、镇静时间、钢液 吹氩时的降温,一般为40~80℃。 ?考虑浇注方法和浇注锭型大小所用时间的降 温。

确定出钢温度t出 t出 = t熔+△t1+△t2 式中 t熔——钢液的熔点即液相线温度, 1539-∑△ti×[%i]-7 ℃; △t1 ——浇注所需的过热度即高于熔点 的温度值,通常为60~100℃左右; △t2 ——出钢及精炼过程中的温降值, 一般为40~80℃。

温度制度
氧气转炉的温度制度包括两方面的内容:

一是准确控制终点温度,

二是恰当控制冶炼过程温度。

三、确定冷却剂用量
1、冷却剂及其特点 ? 转炉炼钢的冷却剂主要是废钢和矿石。 ? 比较而言,废钢的冷却效应稳定,而且硅磷 含量也低,渣料消耗少,可降低生产成本; 但是,矿石可在不停吹的条件下加入,而且 具有化渣和氧化的能力。因此,目前一般是 矿石、废钢配合冷却,而且是以废钢为主, 且装料时加入;矿石在冶炼中视炉温的高低 随石灰适量加入。 ? 另外,冶炼终点钢液温度偏高时,通常加适

三、确定冷却剂用量
2、各冷却剂的冷却效应 冷却效应:是指每kg冷却剂加入转炉 后所消耗的热量,常用q表示,单位是kJ/kg。 (1)矿石的冷却效应:矿石冷却主要靠 Fe2O3的分解吸热,因此其冷却效应随铁矿的 成分不同而变化,含Fe2O370%、FeO10%时 铁矿石的冷却效应为:
q矿=1×C矿×△t+λ矿+1× (Fe2O3%×112/160×6456+FeO%×56/72×4247)

(2)废钢的冷却效应:废钢主要依靠升温吸 热来冷却熔池,由于不知准确成分,其熔点 通常按低碳钢的1500℃考虑,入炉温度按 25℃计算,于是废钢的冷却效应为: q废=1×[C固(t熔-25)+λ废+ C液(t出-t熔)] =1×[0.7×(1500-25)+272+0.837 (1650-1500)] =1430 kJ/kg (3)氧化铁皮的冷却效应:计算方法同矿石, 对于50%FeO、40%Fe2O3 的氧化铁皮,其

三、确定冷却剂用量
3、冷却剂用量的确定 关于冷却剂加入量的确定,有两种方案。 一种是定废钢,调矿石;另一种是定矿石, 调废钢。现以第一种方案为例说明冷却剂用 量的确定: 国内目前的平均水平是,废钢的加入量 为铁水量的8~12%,取10%。则矿石用量为: (Q余-10×q废)/q矿=(30000-10×1430) /5360

四、冷却剂用量的调整
通常各厂先依据自己的一般生产条件, 按照上述过程计算出冷却剂的标准用量,生产 中某炉钢冷却剂的具体用量则根据实际情况调 整铁矿的用量,调整量过大时可增减废钢的用 量。 首钢30t转炉的经验数据为:
(1)铁水含硅量:每波动0.1%,终点温度波动8~15℃; (2)铁水温度:每波动10℃,终点温度波动6℃; (3)铁水装入量:每波动1吨,终点温度波动8℃; (4)终点碳:每波动0.01%,终点温度波动3℃; 而终点温度每波动1℃,100kg铁水(还有15kg炉渣、10kg左右炉气) 热量变化为:

五、实际生产过程温度的控制

按照上述的计算结果 加入冷却剂,即可保证终点 温度。但是,吹炼过程中还 应根据炉内各个时期冶金反 应的需要及炉温的实际情况 调整熔池温度,保证冶炼的

五、实际生产过程温度的控制
? 1 吹炼初期 如果碳火焰上来的早(之前是硅、锰 氧化的火焰,发红),表明炉内温度已较高, 头批渣料也已化好,可适当提前加入二批渣 料;反之,若碳火焰迟迟上不来,说明开吹 以来温度一直偏低,则应适当压枪,加强各 元素的氧化,提高熔池温度,而后再加二批 渣料。 ? 2 吹炼中期

五、实际生产过程温度的控制
? 3 吹炼末期 接近终点(据耗氧量及吹氧时间判 断)时,停吹测温,并进行相应调整: ? 若温高,加石灰降之:高出度数×136/石 灰的冷却效应。 ? 若温低,加Fe-Si并点吹提之:1kgSi75氧 化放热1×0.75×17807=13352kJ,例如, 30吨钢液提温10℃需加Si75: 300×10×136/13352≈30 kg。

§3.5 终点控制和出钢操作
终点碳的
控制 本节重点内容

一、终点控制
1、 终点 熔池中金属的成分和温度达到所炼钢 种要求时,称为终点。 2 、终点的条件 吹炼到达终点的具体条件是: (1)含碳量进入所炼钢种的控制范围; (2)硫、磷含量低于规格下限; (3)温度达到出钢要求。

一、终点控制
3、 终点(碳)的控制 硫、磷的脱除情况比较复杂,因此 总是在吹炼过程中提前使之满足要求,这 样终点控制就简化为终点温度和终点碳的 控制。终点温度的控制前节已作阐述,故 在此仅介绍终点碳的控制。 拉碳法 终点碳的控制方法有两种

拉碳法
?终点碳:钢种规格-合金增碳量。 ?控制方式:在实际生产中拉碳法又分为一次拉 碳和高拉补吹两种控制方式。
? 转炉吹炼中将钢液的含碳量脱至出钢要求时停止吹氧的控 制方式称为一次拉碳法。 ? 冶炼中高碳钢时,将钢液的含碳量脱至高于出钢要求0.2~ 0.4%时停吹,取样、测温后,再按分析结果进行适当补吹 的控制方式称为高拉补吹法。

?主要优点:
? (1)终渣的(∑FeO)含量较低,金属收得率高,且有利 于延长炉衬寿命;

增 碳 法
?定义:吹炼平均含碳量大于0.08%的钢种时, 一律将钢液的碳脱至0.05%~0.06%时停吹, 出钢时包内增碳至钢种规格要求的操作方法 叫做增碳法。 ?终点碳:0.05%~0.06%。 ?主要优点: (1)终点容易命中,省去了拉碳法终 点前倒炉取样及校正成分和温度的补吹时间, 因而生产率较高; (2)终渣的(∑FeO)含量高,渣子

终点碳控制关键 采用拉碳法的关键在于, 吹炼过程中及时、准确地判断或 测定熔池的温度和含碳量努力提 高一次命中率。而采用增碳法时, 则应寻求含硫低、灰分少和干燥 的增碳剂。

一、终点控制
4、 终点的判断
?碳含量的判断 常用的判断仪器是热电偶结晶 定碳仪,其特点是简单、准确,但速 度慢。有前途的是红外、光谱等快速 分析仪。生产中多凭经验对钢液含碳 量进行判断,常用的方法有看火花、 看火焰、看供氧时间和耗氧量。

终点碳的经验判断
? (1)看火花:吹炼中会从炉口溅出金属液 滴,遇空气被氧化而爆裂形成火花并分叉, 火花分叉越多,金属含碳越高,当[C]小于 0.1%时,爆裂的碳火花几乎不分叉,形成 的是小火星。 ? (2)看火焰:金属含碳量较高时,碳氧反 应激烈,炉口的火焰白亮、有力,长且浓密; 当含碳量降到0.2%左右时,炉口的火焰稀 薄且收缩、发软、打晃。

?温度的判断
? 目前常用插入式热电偶测定钢液的温 度,生产中还可以借倒炉的机会观察 炉内情况凭经验进行判断。 ? 若炉膛白亮、渣面上有火焰和气泡冒 出,泡沫渣向外涌动,表明炉温较高; 反之,若渣面暗红,没有火焰冒出,

§3.6 脱氧及合金化操作
一、基本概念 脱氧:向钢液加入某些脱氧元素,脱除其中多余 氧的操作。 合金化:加入一种或几种合金元素,使其在钢中 的含量达到钢种规格要求的操作。 二、转炉炼钢中的脱氧与合金化 1 、脱氧合金化操作 转炉的脱氧合金化操作主要有以下两种: 1)包内脱氧合金化

§3.6 脱氧及合金化操作
2 、合金加入量的确定

计算公式:
[%M i ]规格 ? [%M i ]残

某合金加入量(kg/炉)=

%M i (合金)? f i

? 出钢量

公式应用的几点说明
(1)钢液残留: ? 钢液的残Si量一般为0.01~0.02%,称“痕 迹”,可以忽略。 ? 钢液的残Mn量则与终点碳和造渣方法有关: 终点碳低于0.08%时残锰为铁水含锰量的 30%; 终点碳高于0.16%时残锰为铁水含锰量的 40%;

公式应用的几点说明
(2)合金元素收得率:正确估计合金元素的 收得率是完成脱氧合金化任务的关键。对于 硅通常为75%左右,而锰则为80%左右,实 际生产中的具体数值与下列因素有关: ? 钢液温度高时合金元素的收得率高(均为吸 热反应); ? 终点碳高时合金元素的收得率高([C]高→[O] 低); ? 加入量大时合金元素的收得率高([O]一定, 合金元素氧化量也一定);

公式应用的几点说明
(3)注意: 若用复合脱氧剂如Mn-Si合 金时,按调锰计算其用量(该合金 含锰高),而后计算其带硅量,最 后计算补齐硅所需Fe-Si合金量。

应用举例
例:转炉使用含锰0.3%的铁水,采用拉碳法 吹炼20镇静钢, 20钢的成分为:C0.2%, Mn0.5%,Si0.8%,问: (1)用含Mn68%,C6.28%的Fe-Mn合金和 含Si75%的Fe-Si合金进行脱氧,需两种合金 各多少kg?终点碳应为多少? (2)改用Mn-Si合金(含Mn68%,Si18.5%, C1.5%)和Fe-Si合金脱氧,各需多少kg?终 点碳应为多少?

解: (1)Fe-Mn用量=(0.5%-0.3%×40%) ×30000/68%×85%=197 kg/炉 增碳量=197×6.28%×90%/30000=0.04% 故终点碳应为0.2%-0.04%=0.16% Fe-Si用量=0.8%×30000/75%×75%=427 kg/炉 (2)Mn-Si用量=(0.5%-0.3%×40%) ×30000/68%×85%=197 kg/炉 增碳量 =197×1.5%×90%/30000=0.01%

§3.7吹损与喷溅
一、吹损 1、定义 转炉吹炼过程中的金属损耗叫吹 损。 2、表示 金属的损失量占炉料装入量的百 分数即:(装入量-出钢量)/装入

3、组成
1)氧化损失 即吹炼过程中各元素氧化量的总和, 它取决于金属炉料成分和所炼钢种成分, 计算公式为∑i料-i终 2)烟尘损失 烟尘:吹炼过程中,一次反应区产生的铁蒸 汽在随烟气排除的过程中被氧化、冷却成固 态的铁的氧化物称烟尘。 损失:一般情况下每100kg金属料产生0.8~

3)渣中铁损 转炉的渣量一般为装入量的12~15%,取 13%。渣中的铁损包括以下两项: (1)渣中铁珠损失:该项损失与出钢前泡沫 渣破坏的程度有关,通常为8~10%,本例 取10%,则渣中的铁珠损失为: 13%×10%=1.3% (2)渣中FeO和Fe2O3损失:该项损失与终 渣的成分有关(取决于所炼钢种的含碳量), 本例取FeO为11%、Fe2O3为2%,折合成金

4)喷溅损失 即吹炼中由于发生喷溅而产生的金属 损失,它与操作中的喷溅程度有关(取决于 原材料条件、设备情况、生产工艺及操作水 平等因素),波动较大,一般为0.5~2.5%, 本例取1.5%。 于是转炉的总吹损为:
5.09%+0.65%+1.3%+1.3%+1.5%=9.84%

4、措施
由上述计算可知,转炉的吹炼损失是很 大的(这是LD法的突出缺点),应尽量减 少之,主要措施为: 1)贯彻精料原则 即铁水的Si、S、P尽量低些,石灰的 有效碱高些,不仅可减少元素的氧化损失, 而且还可减少渣量,从而减少渣中的金属损 失和喷溅损失。 2)提高操作水平

§3.7吹损与喷溅
二、喷溅
1 、定义 转炉吹炼过程中,钢或渣溢出、 喷出或溅出炉外的现象叫做喷溅。 2 、危害 喷溅不仅增加吹损,同时还加剧 炉衬侵蚀、产生粘枪、被迫降低供氧强 度甚至停吹等。

3、分类 据喷溅产生的原因及喷出物 不同,可分为三种。
金属飞溅 泡沫喷溅 爆发式喷溅

1)金属飞溅 定义:吹炼过程中不断从炉口溅出金属粒的现象称 为金属飞溅。 产生原因:开吹后不久,所加渣料尚未化好,氧气 射流将其吹向炉壁,使熔池的局部地区渣层变薄甚 至裸露,同时将金属粒和石灰粒溅出炉外。 吹炼中出现炉渣“返干”时也会发生金属喷 溅。所谓返干,是指吹炼中枪位控制过低或较低枪 位吹炼时间过长,使渣中的氧化亚铁含量过低,导 致2CaO· 2固相大量析出,与原有未熔颗粒一起 SiO 作用使熔渣粘度剧增的现象。

2)泡沫喷溅 定义:吹炼过程中,大量泡沫渣从 炉口溅出甚至自动溢出的现象称为 泡沫喷溅。 产生原因: 吹炼中枪位控制偏高, 渣中(FeO)过量,炉渣被严重泡 沫化,液面大幅上涨致使大量泡沫 渣从炉口溅出甚至自动溢出。

防止措施:控制好枪位,同时还应注意以下 问题: (1)不要过分超装并控制炉内渣量不要过 大,以保证足够的炉容比; (2)采取有关措施提前成渣,使得B=1.87 左右的泡沫渣高峰期与脱碳的峰值时刻错 开; (3)在脱碳高峰到达之前,应适当降低供 氧强度(m3/t· min),而后再平稳地恢复 到正常值。

3)爆发式喷溅 定义:吹炼过程中,大量的金属和炉渣突然 从炉口喷出的现象称为爆发式喷溅。 产生原因:爆发式喷溅往往是由于二批料加 入不当引起的。若二批料加入过早而且量大, 使熔池温度严重下降,炉内的碳氧反应被抑 制(因主要是吸热的间接氧化),渣中的 (FeO)积聚(达20~25%以上),一旦炉 温上升到1470℃以上,将会发生爆发式的 碳氧反应,瞬间产生大量的CO气体夺路而 出,并将金属和炉渣喷出炉外。

4 、预测
为防止喷溅发生,许多厂家采用 了预测技术,目前主要有以下三种方 法:

吹炼噪声预测法 炉内压力预测法 摄像观察法

1)吹炼噪声预测法 预测原理:它是利用吹炼过程中炉内成渣 情况与炉口发出的声音直接相关的特点,在 炉口安装声纳仪,根据冶炼中噪声的大小判 断炉渣的泡沫化程度,进而预报喷溅的可能 性。 测声装臵:整个装臵由取声器、声纳仪、 数/模转换器、计算机组成,称音频控渣仪。 具体运用:转炉开吹后噪声检测仪进入监 控状态,并在显示器上画出在线跟踪的音强 曲线;吹炼2min后,显示器上自动给出炉

2)炉内压力预测法
? 预测原理:由于发生喷溅的动能是炉内大量 气体排出时产生的上浮力,因此可以通过测 定炉内压力的变化来预测喷溅。 ? 测压装臵:检测装臵由汽缸、取压管、压力 剂和显示仪组成。 ? 具体运用:用气缸将取压管插入出钢口内, 直接测定炉内压力,并通过显示仪显示结果。 在喷溅发生前的30~60秒,炉内压力慢慢 增加,当炉内压力大于1000Pa时,喷溅就

3)摄像观察法。 它是在转炉上部侧壁安装 一个光导图象观测探头,将炉内 渣面图象传至炉外,然后用摄象 机摄象,并经图象处理装臵后显 示在屏幕上,操作人员可连续观 察化渣情况和渣面高度的变化情 况。


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