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耐火材料的基本特性可以通过它的物理性能和高温使用性能来表示。
A、耐火材料的物理性能：
主要包括体积密度、真比重、气孔率、吸水率、透气性、耐压强度、热膨胀性、导电性及热容量等。
这些物理性能的好坏，直接影响着耐火材料的使用性能。
a、气孔率
在耐火制品内，有许多大小不同，形状不一的气孔。
（1）和大气相通的气孔称为开口气孔；
（2）贯穿耐火制品的气孔称为连通气孔；
（3）不和大气相通的气孔称为闭口气孔；
其中气孔率可分为：
若耐火砖块的总体积（包括其中的全部气孔）为V、质量为
M、开口气孔的体积为V1、闭口气孔的体积为V2，连通气孔的体积为V3，则：
（1）真气孔率=×
100%
即砖块中全部气孔体积（包括开口、闭口和连通的气孔）占整块体积的百分率。
（2）显气孔率=
×
即砖块中外通气孔（包括开口和连通的气孔）体积占整块体积的百分率。
（3）闭口气孔率=
即砖块中闭口气孔体积占整块体积的百分率。
b、体积密度（容重）：
包括全部气孔在内的1m3砖块体积
的质量。
体积密度=（kg/m3）
c、真密度：
不包括气孔在内的单位体积砖块重量与4℃水的单
位体积重量之比。
真比重=
d、吸水率：
是原料中所有开口气孔所吸收的水的质量Mw与
砖块质量M之比值。
用下述公式计算:
吸水率=×
吸水率测定方法简便，在生产实际中常用来鉴定耐火原料的质量。
原料烧结程度愈好其吸水率愈低。
e、热膨胀性：
耐火制品受热膨胀，冷后收缩，这种变化属于可逆变化的。
耐火制品的热膨胀性能主要取决于其化学—矿物组成和所受的温度。
耐火制品的热膨胀性可用线膨胀系数或体积膨胀系数来表示，也可用线膨胀百分率或体积膨胀百分率表示。
B、耐火材料的使用性能
通常用来表示耐火材料使用性能的一些指标如耐火度、荷重软化温度、抗渣性、热稳定性、残余收缩等都是在特定的实验条件下测定出来的，和实际使用情况有着一定距离。
a、耐火度
1、定义：
耐火材料抵抗高温而不变形的性能叫耐火度。
加热时，耐火材料中各种矿物组成之会发生反应，并生成易熔的低熔点结合物而使之软化，故耐火度只是表明耐火材料软化一定程度时的温度。
2、耐火度的测定
测定耐火度时，将耐火材料试样制成一个上底每边为2mm，下底每边为8mm，高mm、截面呈等边三角形的三角锥体。
把三角锥体试样和比较用的标准锥体放在一起热。
三角锥体在高温作用下则软化而弯倒，当锥的顶点弯倒并触及底板（放置试锥用的时，此时的温度（与标准锥比较）称为该材料的耐火度，三角锥体软倒情况如下图所示。
应该注意的是：
耐火度并不能代表耐火材料的实际使用温度。
因为在实际使用时，耐火材料承受一定的机械强度，故实际使用温度比测定的耐火度低。
B、荷重软化温度
耐火材料在常温下的耐压强度很高，但在高温下发生软化，耐压强度也就显著降低一般用荷重软化温度来评定耐火材料的高温结构强度。
荷重软化温度就是耐火材料受压发生一定变形量
的温度。
2、测定方法：
将待测耐火材料制成高为50mm，直径为36mm圆柱体试样，在196kPa的荷重压力下，按照一定的升温速度加热，测出试样的开始变形温度和压缩4％及40%的温度作为试样的荷重软化温度。
氧化硅质耐火材料的荷重软化温度和耐火度接近，因此氧化硅质耐火材的高温结构强度好；
而粘土质耐火材料的荷重软化温度远比其耐火度低，这是粘土质耐火材料的一个缺点。
氧化镁质耐火材料的耐火度虽然很高，但其高温结构强度同样很差，所以实际使用温度仍然低于其耐火度很多。
当然，在没有荷重的情况下，其使用温度可以大大提高。
C、热稳定性
耐火材料抵抗温度急剧变化而不破裂或剥落的能力
称热稳定性或称耐急冷急热性。
耐火材料的热稳定性是一个非常重要的性质，因为在很多情况下，耐火材料处于温度急剧变化的工作条件下。
热稳定性的测定方法很多。
我国部颁的测定方法是将试样在850℃下加热40分钟后，再置于流动的冷水（10~20℃）中冷却，并反复进行几次，直到其脱落部分的重量达到最初总重量的20％时为止，此时其经受的耐急冷急热次数就作为该材料的温度极度抵抗性指标。
耐火材料的抵抗温度急变性能，除和它本身的物理性质如膨胀型、导热性、孔隙度等有关外，还与制品的尺寸、形状有关，一般薄的、尺寸不大和形状简单的制品，比厚的、尺寸较大和形状复杂的制品有较好的耐急冷急热性。
D、高温体积稳定性
定义：
耐火材料在高温下长期使用时体积发生不可逆变化。
有些体积膨胀叫残存膨胀，有些体积收缩叫残存收缩。
这一变化严重时往往会引起炉子的开裂和倒塌。
因此，
使用耐火材料时，对这个性能必须十分注意。
和镁砖在使用过程中常产生残存收缩，硅砖常产生
膨胀现象。
只有碳质制品的高温体积稳定性良好。
各种耐火材料的残存膨帐和残存收缩的允许值一般为
0.5～l.0％范围内。
E、抗渣性
耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀的能力称为抗渣性。
耐火材料受炉渣侵蚀的过程是很复杂的，因而使测定抗渣性的方法很难标准化。
影响材料抗渣性的主要因素有：
a、炉渣化学性质
炉渣主要分酸性渣和碱性渣。
含酸性较多的耐火材料，对酸性炉渣的抵抗能力强，对碱性炉渣的抵抗能力差;
碱性耐火材料对碱性渣的抵抗能力强，对酸性渣的抵抗能力差。
b、工作温度
温度在800~900℃时，炉渣对材料的侵蚀作用不大显著，但温度达到1200~1400℃以上时，材料的抗渣性就大大降低。
c、耐火材料的致密程度
提高耐火材料的致密度，降低它的气孔率是提高耐火材料抗渣性的主要措施，可以在制砖过程中选择合适的颗粒配比和较高的成型压力。
第四章4.2硅质耐火材料
硅质耐火材料
1、理解二氧化硅的晶型转变；
2、掌握硅砖的性能入用途；
硅砖的性质及用途。
4.2.1硅砖
硅砖就是一种含SiO2在93%以上的氧化硅质耐火材料。
4.3.1二氧化硅的结晶转变
二氧化硅在不同温度下的结晶状态（同素异晶
体）有下列几种：
（1）α一石英，β一石英；
（2）α－鳞石英，β－鳞石英，γ－鳞石英；
（3）α－白硅石，β－白硅石。
以上α是指较高温度下的结晶形态，β和γ是指较低温度下的结晶形态。
SiO2的各种同素异晶体在不同温度下会发生转变，这种转变按其本质的不同可分为下列两类：
1、迟钝型转变
这是由一种结晶构造过渡到另一种新的结晶构造。
这种转变是从结晶的边缘开始的，极其缓慢地发展到结晶中心，所以需要很长的时间且在一定温度范围下才能完成。
迟钝型转变一般只向着一个方向进行。
SiO2结晶的迟钝型转变有：
（1）
（2）
（3）
（4）
2、高低型转变
这种转变不是由结晶表面逐渐向中心发展，而是整个结晶同时转变。
在转变时结晶内部结构变化较小，所以转变是可逆的。
属于这类转变的有：
（2）
（3）
（4）
硅砖的性质及用途
1、硅砖的性能
（1）属酸性耐火材料，对酸性渣侵蚀的抵抗能力强，对碱性渣侵蚀的抵抗能力弱。
（2）耐火度较一般粘土砖高，达1710～1730℃。
（3）荷重软化温度高，几乎接近其耐火度，一般都在1620℃以上，这是硅砖的最大优点。
（4）热稳定性差，水冷次数只有1～2次，这主要是因为有高低型晶体转变的缘故，所以硅砖不宜用于温度有急变之处。
（5）体积稳定性差，加热时产生体积膨胀，故砌砖时必须注意留出适当的膨胀缝。
此外，硅砖在低温下体积变化更大，所以烘烤炉子时，低温下（600℃以下）升温应缓慢。
（6）硅砖的真比重一般情况下其变化范围为2.33～2.42，以小为好，真比重小，说明石英晶型转变完全，使用过程的残余膨胀就小。
2、硅砖的用途
硅砖是酸性冶炼设备的主要砌筑材料，也是炼焦炉、铜熔炼炉等不可缺少的筑炉材料。
由于硅砖的荷重软化温度高，因而也可用在碱性平炉和电炉炉顶上，甚至蓄热室上层格子砖也可用它来砌筑。
使用硅砖时应注意下列事项：
（1）硅砖在200~300℃和578℃时由于高低型晶型转变，体积骤然膨胀，故在烘炉时在600℃以下升温不宜太快，否则有破裂的危险。
在冷却至600℃以下时应避免剧烈的温度变化。
（2）尽量避免和碱性炉渣接触。
4.2.2石英玻璃及其制品
石英玻璃：
以SiO2为单一组分的玻璃相，为非晶质结构。
用硅石或硅化物为原料，经高温熔化或气相沉积而成。
1.透明石英玻璃
不含或少含气泡等散射质点的石英玻璃。
安全使用温度是1100℃。
2.不透明石英玻璃
含有大量微小气泡等散射质点的石英玻璃。
其隔热性能优于透明石英玻璃，但其他性能不如透明石英玻璃。
主要性能：
化学稳定性好、耐高温、热膨胀系数小、耐热震性很高并具有良好的电绝缘性，能透过红外线、紫外线。
石英陶瓷制品（再烧结制品）
第四章硅酸铝质耐火材料
硅酸铝质耐火材料
1、明确黏土质耐火材料、高铝质耐火材料、半硅质耐火材料的定义
2、掌握黏土质耐火材料、高铝质耐火材料、半硅质耐火材料的主要性能及用途；
1、黏土质耐火材料、高铝质耐火材料、半硅质耐火材料的使用性能
2、高铝砖的性能
硅酸铝质耐火材料是由Al2O3和SiO2及少量杂质所组成，根据其Al2O3含量不同可分为：
1、半硅质耐火材料（含A12O315~30%）
2、粘土质耐火材料（含Al2O330~46％）
3、高铝质耐火材料（含A12O3＞40%）
4.3.1粘土质耐火材料
自然界产出的粘土质耐火材料有耐火粘土和高岭土，主要组成为高岭石（Al2O3·
2SiO2·
2H2O），其余部分为K2O、Na2O、CaO、MgO,TiO2及Fe2O3等杂质，含量约为6~7％。
根据Al2O3、SiO2和杂质含量的不同，耐火粘土又分为硬质粘土和软质粘土两种。
粘土受热后，首先放出结晶水，继续升高温度，则发生一系列变化而烧结，用化学式可表示为：
3（Al2O3·
2SiO2，·
2H2O）→3A12O3.2SiO2＋4SiO2＋6H2O↑
高岭石莫来石白硅石
l、粘土砖的性质
a、耐火度
一般粘土砖的耐火度在1580~1730℃。
当温度升高到1545℃时就产生液相，砖开始变软，达到1800℃时全部变成液相。
当含有少量碱性化合物时，则其耐火度将显著降低。
b、荷重软化温度
因为粘土砖在较低的温度下出现液相而开始软比，如果受外力就会变形，所以粘土砖的荷重软化温度比耐火度低很多，只有1350℃左右。
c、抗渣性
粘土砖是弱酸性的耐火材料，它能抵抗酸性渣的侵蚀，对碱性渣侵蚀作用的抵抗能力则稍差。
d、热稳定性
粘土砖的热膨胀系数小，所以它的热稳定性好。
在850℃时的水冷次数一般为l0~15次。
e、体积稳定性
粘土砖在高温下出现再结晶现象，使砖的体积缩小．同时产生液相。
由于液相表面张力的作用，使固体颗粒相互靠近，气孔率低，使砖的体积缩小，因此粘土砖在高温下有残存收缩的性质。
2、粘土砖用途
粘土砖用途广泛。
凡无特殊要求的砖体均可用粘土砖筑、高炉、热风炉、化铁炉、平炉和电炉等温度较低部分使用粘土砖。
盛钢桶、浇铸系统用砖、加热炉、热处理炉、燃烧室、烟道、烟囱等均使用粘土砖。
粘土砖尤其适用于温度变化较大部位。
4.3.2半硅质耐火材料
SiO2含量大于65%，Al2O3含量为15~30%的耐火材料属于半酸性耐火材料或叫半硅砖，其耐火度不应低于1610℃。
半硅砖的各种性能介于粘土砖和硅砖之间，其特点是：
（1）耐火度为1650～1710℃。
（2）热稳定性比粘土砖差，因石英膨胀系数大。
（3）荷重软化开始温度为1350～1450℃，因含有较多的石英，故比一般的粘土砖稍高。
（4）体积稳定性好，因为原料中粘土的收缩被SiO2的膨胀所抵消，若含SiO2多则会有残余膨胀产生。
（5）抗酸性渣的侵蚀性好。
半硅砖所用原料广泛，价格低，加上具有上述特性，所以使用范围较广，可以代替二、三等粘土砖。
常用以砌筑化铁炉内衬，加热炉炉顶和烟囱等。
4.3.3高铝质耐火材料
含Al2O3在46％以上，用刚玉、高铝钒土或硅线石系矿物作原料制成的耐火材料统称为高铝质耐火材料。
目前以铝钒土为制造高铝质耐火材料的主要原料
1、高铝砖的性质
a、耐火度:
1750~1790℃，属于高级耐火材料。
b、荷重软化温度:
比粘土砖高,没有硅砖高
c、抗渣性：
接近于中性耐火材料，抗碱性渣的能力比抗酸性渣的能力弱些。
此外，高铝砖的热膨胀系数小，温度急变抵抗性很好，和粘土砖一样，在高温下也会发生残存收缩。
2、高铝砖的用途
常用它来代替高质量的粘土砖和硅砖，以提高炉子的寿命。
目前主要用于砌筑高炉、热风炉、电炉炉顶、鼓风炉、反射炉、回转窑内衬。
此外，高铝砖还广泛地用做平炉蓄热式格子砖、浇注系统用的塞头、水口砖等。
但高铝砖价格要比粘土砖高，故用粘土砖能够满足要求的地方就不必使用高铝砖。
第四章4.4镁质耐火材料
镁质耐火材料
1、掌握氧化镁质耐火材料的主要使用性能；
2、知道氧化镁质耐火材料的用途；
氧化镁质耐火材料的使用性能。
4.4.1镁砖
镁质耐火材料
含氧化镁（MgO）在80～95％以上的耐火材料，属于镁石质耐火材料（主要是镁砖）。
制造镁石质耐火材料的原料是菱镁矿。
它的主要成分是MgCO3,此外还含有CaO、SiO2、Fe2O3等杂质。
菱镁矿必须经过煅烧才能使用。
烧成后的镁砖中矿物组成为：
方镁石（MgO）占80～90%；
铁酸镁（MgO·
Fe2O3）,镁橄榄石（2MgO·
SiO2），钙镁橄榄石（CaO·
MgO·
SiO2）以及玻璃质等，共约8~20％。
1、镁砖的主要性能
a、耐火度
因为方镁石（MgO）结晶的熔点很高，可达2800℃，故镁砖的耐火度在一般耐火砖中是最高的，通常在000℃以上。
这是镁砖的优点之一，常用做高温燃烧室或熔炼炉的砌筑料。
b、高温结构强度
镁砖的高温强度不好，荷重开始软化温度在1500~1550℃之间，比耐火度低500℃以上，所以，不用镁砖砌筑高温炉的炉拱，以免在高温下受压变形，因炉拱砖承受的挤压力较大
镁砖属于碱性耐火材料，对于CaO、FeO等碱性熔渣的抵抗能力很强，故通常用做碱性熔炼炉的砌筑材料，但对于酸渣的抵抗力则很差。
镁砖不能与酸性耐火材料相接触。
镁砖的热稳定性很差，只能承受水冷2～8次。
镁砖的热膨胀系数大，在20~1500℃之间的线膨胀系数为14.3×
106，故砌砖过程中，应留足够的膨胀缝。
f、导热性
镁砖的导热能力约为粘土砖的几倍。
故镁砖砌筑的炉体外层，一般应有足够的隔热层，以减少散热损失。
不过镁砖的导热性随温度升高而下降。
g、水化性
煅烧不够的氧化镁与水作用，产生以下反应：
MgO+H2O→Mg（OH）2
这称为水化反应。
由于此反应，体积膨胀77.7%，使镁砖遭受严重破坏，产生裂纹或崩落。
镁砖在储存过程中必须注意防潮。
2、镁砖的应用。
炼钢工业中可用来砌筑碱性平炉炉底和炉墙，顶吹转炉炉衬，电弧炉炉墙、炉底，均热炉和加热炉炉底，混铁炉内衬。
有色冶金工业中用以砌筑铜、镍、铅鼓风炉炉缸、前床，精炼铜反射炉，矿石电炉内村等。
4.4.2镁铝砖
1、镁铝砖
镁铝砖是采用含钙少的煅烧镁砂（MgO>
90%，CaO＜2.2%）作原料，加入约8%的工业氧化铝粉，以亚硫酸纸浆废液做结合剂，在1580℃的高温下烧成的制品。
镁铝砖的矿相组成是以方镁石为主晶，镁铝尖晶石（MgO.Al2O3）为基质。
后者代替镁砖中的钙镁橄榄石，成为方镁石的结合剂。
镁铝砖与镁砖比较，具有以下特点：
（1）镁铝砖的耐急冷急热性好，可承受水冷20~25次，甚至更高。
（2）由于镁铝尖晶石本身的熔点较高，故镁铝砖的高温结构强度比镁砖有所改善，达到1520～1580℃，甚至更高。
镁铝砖具有以上优良性能，故在我国已广泛用做炼钢平炉，炼铜反射炉等高温熔炼炉炉顶的砌筑材料，取得了延长炉子寿命的效果。
大型平炉可达300炉左右，中小型平炉在1000炉以上。
4.4.3、镁铬砖
镁铬砖是加铬铁矿于烧结镁砂中做为原料制成的含Cr2O3≥8％的耐火制品，其主要矿相组成为方镁石和含铬尖晶石（MgO.Cr2O3）。
镁铬砖对碱性熔渣的侵蚀有一定的抵抗能力，高温下的
体积稳定性好，在1500℃时重烧线收缩很小。
主要缺点是铬尖
晶石吸收氧化铁后，使砖的组织改变，引起“暴胀”，加速砖的损坏。
镁铬砖常用来砌筑炼铜炉、电炉、回转窑及平炉的某些部位。
3、铬质耐火砖
含Cr2O3量较高（30%以上），而MgO量较少（10~30%）的耐火砖为铬质耐火砖。
它的主要特性是属于中性耐火材料，因为Cr2O3属于中性氧化物，故对碱性熔渣和酸性熔渣都有良好的抵抗能力。
铬砖有时用来砌筑在酸性耐火砖和碱性耐火砖交界的地方，以免酸性耐火砖与碱性耐火砖之间在高温下起反应。
4.4.4、镁碳砖
镁碳砖是采用高纯度镁砂、电熔镁砂、石墨粉为原料，以中温沥青为结合剂，高压成型而制成。
镁碳砖在我国是近几年来发展起来的一种新型高级耐火材料。
该制品具有热稳定性好，荷重软化温度与高温抗折强度高，抗碱性渣侵蚀能力强的特点。
镁碳砖是当前炼钢炉采用的主要耐火材料之一，它主要用于转炉、电炉的渣线部位其炉衬及炉外精炼的钢包等。
由于其性能比镁砖和焦油白云石砖好，故用在炼钢炉上炉龄寿命可大大提高。
第四章4.5白云石质火材料
白云石质火材料
1、掌握白云石质耐火材料的主要性能
2、了解白云石质耐火材料的用途；
白云石质耐火材料的用途。
4.5.1焦油白云石砖
白云石质耐火材料是以白云石为主要材料制成的，含CaO在40%以上，MgO大于30%的耐火制品。
白云石的化学组成为MgCO3·
CaCO3，必须经过高温（1500~1600℃）煅烧，才能使用。
煅烧后的白云石熟料，主要矿相组成为方镁石（MgO）以及α－CaO晶型。
熟料破碎至一定粒度，通常称为冶金白云石砂，可做制砖原料。
4.5.2镁质白云石砖
与焦油白云石砖区别：
前者采用了石蜡作结合剂，以便在结合剂烧尽后形成陶瓷结合或直接结合，后者将烧成砖在沥青中进行真空-压力浸渍，使沥青填满颗粒间隙中。
第四章4.6碳质耐火材料
碳质耐火材料
1、掌握碳质耐火材料的种类；
2、掌握碳质耐火材料的性质及用途。
碳质耐火材料的用途
4.6.1碳质制品
碳质耐火材料是用碳及其化合物制成的。
包括碳质制品、石墨粘土质制品、碳化硅制品等。
含碳耐火材料具有下列特性：
（1）耐火度高，因为碳实际上是不熔化的物质，在3500℃时升华；
（2）碳质制品是中性耐火材料，具有很好的抗渣性；
（3）高的导热性和导电性；
（4）热膨胀系数小，热稳定性好;
（5）高温强度高，耐磨性好；
（6）碳和石墨在氧化气氛中会燃烧，碳化硅在高温下也慢慢发生氧化作用，这是含碳耐火材料的主要缺点。
4.6.1、碳质制品
冶金工业所使用的碳质制品主要是碳砖。
目前碳砖用以砌筑高炉风口以下的炉缸和炉底部位，也用来做铝电解槽的内衬。
中小型高炉常在现场采用碳质材料直接捣固的技术。
高炉使用碳砖，其最大优点是高温强度大和高温体积稳定。
质量好的碳砖具有光泽，敲击发出清脆的声音。
如有沙音，则表示制品有裂纹或多孔。
4.6.2、石墨黏土质制品
石墨是碳的一种结晶形态，常见的石墨质耐火制品，有熔炼金属的石墨坩埚及铸钢用的石墨塞头砖等，此外还可做成电极使用。
石墨制品的特性，基本土与碳砖相同。
石墨质制品的导热能力比碳砖更高。
同时由于石墨晶型的抗氧化能力较强，加之石墨颗粒周围有粘土构成的保护膜，故石墨制品的抗氧化能力比碳砖强得多，可做成坩埚直接在高温火焰中使用。
不过石墨制品的耐火度较碳砖低，一般在2000℃上下。
这是因结合剂（耐火粘土）的耐火度低的缘故。
4.6.3、碳化硅质制品
碳化硅耐火制品是以碳化硅为原料，加入耐火粘土、石英等做结合剂，或不加结合剂（靠本身再结晶而结合）所制成的。
碳化硅质制品基本上保留了前述碳质耐火材料所具有的特性。
所不同的是加人了粘土等结合剂的制品，导致整个制品的耐火度及高温强度的下降。
以粘土结合的碳化硅制品，其耐火度约1800℃，荷重软化开始温度界于1620~1640℃之间。
此外，碳化硅制品在较高温度下才易被氧化，抗氧化能力比碳砖强的多。
碳化硅制品的导热能力也较好，用来制做炼锌蒸馏竖罐，换热器元件等。
碳化硅同样有一定的导电能力，常制成电阻发热元件。
此外，碳化硅耐火制品价格昂贵，因而限制了它的使用范围。
第四章4.7不定形耐火材料
不定形耐火材料
1、掌握不定形耐火材料的主要分类；
2、掌握不定形耐火材料的性能与用途
不定形耐火材料的性能及用途
传统的筑炉方式是耐火砖作为主体的，散状料（如耐火泥）只是作为砌砖的泥浆、砖缝填料或补炉料。
但近二十年来，国内外散状耐火材料有了很大发展，出现了各种耐火混凝土（浇注料）、耐火可塑料及多种捣打料、喷涂料。
4.7.1、耐火浇注料（耐火混凝土）
耐火混凝土的使用温度在900℃以上，甚至可达1600~1800℃。
根据所用胶结料的不同，耐火混凝土可分为硅酸盐水泥耐火混凝土、铝酸盐水泥耐火混凝土、水玻璃耐火混凝土、磷酸盐耐火混凝土、镁质耐火混凝土等，此外还有轻质耐火混凝土。
A、硅酸盐水泥耐火混凝土
为了使硅酸盐水泥成为耐火混凝土的一种胶结料，必须消除其中氧化钙的作用，当加人水泥重量50~100％的细粘土熟料粉作掺合料时，它与氧化钙结合成稳定
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