年产280万吨冷轧带钢厂工艺设计毕业设计论文.docx

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年产280万吨冷轧带钢厂工艺设计毕业设计论文

年产280万吨冷轧带钢厂工艺设计

摘要

本设计是参考上海宝钢2030mm冷轧厂而进行的冷轧带钢工艺设计,典型产品Q195,1200×0.5mm。

主体设备有浅槽酸洗机组、五机架全连续冷轧机组、罩式退火炉、单机架四滚式平整机组、六段式连续退火机组、横切、纵切及重卷机组、连续电镀锌机组、连续热镀锌机组等。

设计产品的品种主要有冷轧钢板、热镀锌板带、电镀锌板带、彩色涂层机组等。

掌握了现场生产工艺制度的制定方法、制定了产品方案及金属平衡、确定轧制工艺流程及工艺制度。

【关键词】:

板带钢,产品方案,全连续轧制,轧机

 

Anannualoutputof2.8milliontonscold-rolledstripsteelmillprocessdesign

Abstract

ThereferencedesignisShanghaiBaosteel2030mmcoldrollingmillandprocessdesignforthecoldrolledstripsteel,atypicalproductQ195,1200×0.5mm.

Shallowgrooveofthemainequipmentandpicklingline,five-standcontinuousrollingmill,hood-typeannealingfurnace,fourroll-formedsinglerackunit,Six-continuousannealingline,cross-cutting,slittingandrecoilingunit,continuousplatingzincunit,continuoushotgalvanizinglineandsoon.Designoftheproductvarietiesarecold-rolledsteel,hotgalvanizedstrip,galvanizedstrip,colorcoatedunits,etc..Productionprocesscontrolsystemonsitetodevelopmethodstodevelopproductsolutionsandmetalbalance,determinetherollingprocessandtechnologysystem.

【Keywords】:

steelstrip,productprograms,completelycontinuousrolling,mill

 

1综述

1.1我国冷轧板生产情况

我国现有冷轧薄板生产能力9.87Mt,1999年产量为7.54Mt,2000年产量略有增加。

我国有8套冷连轧机组能力7.56Mt,1999年产量为6.25Mt,基本达到或超过轧机设计能力(宝钢1550、1420mm冷轧新投产),大部分轧机设备利用率超过100%;另有生产硅钢和不锈钢的多辊轧机10套,能力8.25Mt,1999年产量为0.58Mt(张家港和宁波不锈钢生产线新投产),基本达到设计能力;加上11套单机架可逆轧机,能力1.485Mt,1999年产量不到0.8Mt,设备利用率平均约为45%。

1.2冷轧薄钢板生产的发展历史

钢的冷轧是在19世纪中叶始于德国,当时只能生产宽度20~25mm的冷轧钢带。

美国1859年建立了25mm冷轧机,1887年生产出宽度为l50mm的低碳钢带。

1880年以后冷轧钢带生产在美国、德国发展很快,产品宽度不断扩大,并逐步建立了附属设备,如剪切、矫直,平整和热处理设备等,产品质量也有了提高。

宽的冷轧薄板(钢带)是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的。

首先是美国早在1920年第一次成功地轧制出宽带钢,并很快由单机不可逆轧制而跨入单机可逆式轧制。

1926年阿姆柯公司巴持勒工厂建成四机架冷连轧机。

原苏联开始冷轧生产是在30年代中期,第一个冷轧车间建在伊里奇冶金工厂,是四辊式,用单张的热轧板作原料1938年在查波罗什工厂开始安装从国外引进的三机架1680mm冷连轧机及1680mm可逆式冷轧机,生产厚度为0.5~2.5mm,宽度为1500mm的钢板。

以后为了满足汽车工业的需要,该厂又建立了一台2180mm可逆式冷轧机。

1951年原苏联建设了一套2030mm全连续式五机架冷连轧机,年产250万t,安装在新利佩茨克。

日本1938年在东洋钢板松下工厂安装了第一台可逆式冷轧机,开始冷轧薄板的生产。

1940年在新日铁广坝厂建立了第一套四机架1420mm冷连轧机。

我国冷轧宽带钢的生产开始于1960年,首先建立了1700mm单机可逆式冷轧机,以后陆续投产了1200mm单机可逆式冷轧机,MKWl400mm偏八辊轧机、l150mm二十辊冷轧机和1250mmHC单机可逆式冷轧机等,70年代投产了我国第一套1700m血连续式五机架冷轧机,1988年建成了2030mm五机架全连续冷轧机。

现在我国投入生产的宽带钢轧机有18套,窄带钢轧机有418套。

在这30多年中,我国冷轧薄板生产能力增加了20多倍,生产装备技术水平已由只能生产低碳薄板而发展到能生产高碳钢、合金钢、高合金钢、不锈耐热冷轧薄板、镀锌板、涂层钢板、塑料复合薄板和硅钢片等。

但随着四化建设的发展,无论在数量和品种质量上都远远满足不了四化建设发展的需要,为此我们必须增建新轮机,改造现有冷轧机,大力发展冷轧生产。

从世界上看:

日本1960年冷轧板产量100万t,而30年后的今天生产能力已达2000多万t,增加了20倍。

原西德1950年年产冷轧板l6.3万t,而1974年达821.3万t,增加了50多倍。

冷轧薄板发展如此迅速的主要原因是:

钢材在热轧过程中的温降和温度分布不均给生产带来了难题,特别是在轧制厚度小而长度大的薄板带产品时,冷却上的差异引起的轧件首尾温差往往使产品尺寸超出公差范围,性能出现显著差异。

当厚度小于一定限度时,轧件在轧制过程中温降剧烈,以致根本不可能在轧制周期之内保持热轧所需的温度。

因此,从规格方面考虑,事实上存在着一个热轧厚度下限。

70年代初期,日、法、意、原西德等国曾致力于用热连轧精轧机组增加8、9机架来生产1mm式0.8mm的薄带。

但实践证明,从产品质量和设备重量来说这是不可行的。

现代热连轧机,目前设计可能轧出最小厚度为1.2mm,但实际生产中很少生产1.8mm或1.5mm以下的热轧板卷。

而冷轧则不存在热轧温降与温度不均匀的弊病,可以得到厚度更薄、精度更高的冷轧带钢和冷轧蹿板。

现代冷连轧宽带轧机和双机架二次冷轧可生产厚度为0.10~0.17mm的冷轧薄板,作为镀锡原板,即使不经二次冷轧也可生产0.2~3.5mm厚的冷轧薄板。

现代可逆式冷轧机可生产0.15~3.5mm厚的冷轧扳。

多辊冷轧机或窄带钢冷轧机则可生产最薄达0.001mm的产品。

一般0.15~0.38mm厚的板带为一般薄板,0.07~0.35mm厚的为较薄薄板,0.025~0.05mm厚的板带为极薄薄板,这些产品甩热轧方法是不可能生产的。

从厚度精度上看,现代热连厚度精度通常为士50μm,而现代冷连轧板厚精度高达土5μm,比热轧厚度精度高10倍。

从板形方面看,热轧板带平直度为50I(1I单位=10相对长度差),而冷轧板特别是现代化的宽带钢冷轧机轧制的带钢,其平直度能控制在5~20I以内。

目前热轧工艺技术水平尚不能使钢板表面在热轧过程中不被氧化,也不能完全避免由氧化铁皮造成的表面质量不良。

因此热轧不适于生产表面光洁程度要求较高的板带钢产品。

热轧板表面祖糙度热轧状态为20μm,酸洗后为25μm。

而冷轧板表面清洁光亮,并可根据不同用途制造不同表面粗糙度的钢板。

冷轧板按表面粗糙度分为3种:

一种是无光泽的钢板,其表面租糙度为3~10μm,一般适用于作冲压部件,并且当需涂喷刷漆时这种钢板附着性较强;第二种是光亮板,其表面祖糙度大于0.2μm,这种钢板主要作为装饰镀铬用厚板等;第三种是压印花纹钢板,采用表面具有70~120μm凸凹的平整辊平整钢板,这种钢板由于仪表壳及家具装饰等。

这样的表面质量热轧是无法满足的。

性能好、品种多、用途广。

冷轧钢板的另一突出优点是性能好、品种多、用途广。

通过一定的冷轧变形程度与冷轧后的热处理恰当的配合,可以在比较宽的范围内满足用户的要求。

如汽车用薄板几乎全部须经冲压成型,这样深冲性能就成为薄板生产和使用的核心问题。

冲压用钢的主要要求之一是具有占优势的有利织构(111)/(100)。

热轧薄板的塑性应变比R仅可达到0.8~0.95,而冷轧第一代沸腾钢汽车板R为1.0~1.2,第二代08A1钢R为1.4~1.8,而第三代冷轧汽车板R为1.8~2.8,这是热轧无法达到的。

硅钢是机电工业的重要材料之一,主要用户是电机制造业和杨变电设备制造业。

能源价格上浓、能源危机,必然要求使用低能耗材料,所以60年代就开始淘汰能耗高的热轧硅钢片,代之以冷轧硅钢片。

用10万t冷轧无取向硅钢制作电机比用10万t热轧硅钢制作电机,实测节能1.98亿KWh/a,电机运转10年就相当节约一个20万KW的发电厂全年的发电量。

而且用冷轧硅钢片生产36万KWA变压器其总重量是204t,而用热轧砖钢片制造一台12万KWA变压器,其重量即为20Dt。

因此,用冷轧硅钢片代替热轧砍钢片具有重大的经济价值。

冷轧还可以生产不锈钢板,用J:

家具与建筑装饰、化工工业等。

近年来表面处理钢板有很大发展。

以冷轧极为基板的各种涂层钢板品种繁多,用途极为广泛。

由于上述原因,冷轧薄板的生产得到迅速发展。

从产量上看,一般冷轧板产量约占轧材总产量的20%左右。

工艺技术装备不断革新。

早期的冷轧板轧制速度不到1m/s,而今已达41.6m/s。

钢板的宽度1905年是406mm,1925年是914mm,而今最宽可达2337mm。

钢卷重量也从几吨发展到60t。

一座现代化的冷筑厂年产量可以达到250万t。

1.3冷轧板带生产工艺的发展

目前,国内冷轧带钢生产多为单卷轧制,生产效率低,带钢头尾尺寸波动大,成材率低,一般为91%左右,严重制约生产效益的提高。

全连续轧制工艺的出现,实现了冷轧板钢生产的新突破,排除了单卷轧制的诸多缺陷,并取得了理想效果。

1.4冷轧板带材的特点

冷轧板带材具有精确的尺寸、较宽的厚度范围、可变的表面(光面、麻面、镀锌、镀锡、镀合金、涂塑等)、良好的工艺性能(可冲压性、可剪切性、可弯曲性、可焊接性等)、可变的力学和物理性能(退火、冷硬、半冷硬、趋向磁性、无趋向磁性等)等优点。

板形控制技术

随着冷轧板带后续加工(如汽车制造、镀锌、涂层等)对冷轧板形平直度要求的提高,板型控制问题已成为世界性课题,同时也促进了轧机机型和控制技术的发展。

板形的平直度涉及到轧机的形式,压下模式的选择,轧辊滚系变形,弯辊控制及板形检测等一系列问题。

目前,板形的自动检测是其中最新、最为先进的控制手段。

对板形的控制,从冷轧机发展形式来看分为两条途径:

一是增大轧辊系统机械强度以最大限度减少轧辊的弯曲变形;一是开发各种调控方法,补偿轧辊的弯曲变形以及轧辊热凸度,磨损及工艺参数等动态因素对板形的影响。

1.5冷轧板带的应用领域

冷轧板带用途很广,如汽车制造、电气产品、机车车辆、航空、精密仪表、食品罐头等。

冷轧普通薄钢板:

由普通碳素结构钢或低合金结构钢冷轧制成。

冷轧板表面质量较好。

具有良好的冲压性能。

对其要求要保证冷弯和杯试验合格,常用于汽车等行业和镀层板的原料。

冷轧薄钢板是普通碳素结构钢冷轧板的简称,也称冷轧板,俗称冷板,有时会被误写成冷扎板。

冷板是由普通碳素结构钢热轧钢带,经过进一步冷轧制成厚度小于4mm的钢板。

由于在常温下轧制,不产生氧化铁皮,因此,冷板表面质量好,尺寸精度高,再加之退火处理,其机械性能和工艺性能都优于热轧薄钢板,在许多领域里,特别是家电制造领域,已逐渐用它取代热轧薄钢板。

适用牌号:

Q195、Q215、Q235、Q275;SPCC(日本牌号);ST12(德国牌号)

符号:

Q—普通碳素结构钢屈服点(极限)的代号,它是“屈”的第一个汉语拼音字母的大小写;195、215、235、255、275—分别表示它们屈服点(极限)的数值,单位:

兆帕MPa(N/mm2);由于Q235钢的强度、塑性、韧性和焊接性等综合机械性能在普通碳素结构钢中属最好,能较好地满足一般的使用要求,所以应用范围十分广泛。

S-钢(Steel)、P-板(Plate)、C-冷轧(cold)、第四位C-普通级(common)。

ST-钢(Steel)、12-普通级冷轧薄钢板、 

标记:

尺寸精度—尺寸—钢板品种标准

冷轧钢板:

钢号—技术条件标准

标记示例:

B-0.57501500-GB708-88;钢板、标准号Q/BQB402,牌号SPCC,热处理状态退火+平整(S),表硬加工状态为麻面D,表面质量为FB级的切边(切边EC,不切边EM)钢板、厚度0.5mm,B级精度,宽度1000mm,A级精度,长度2000mm,A级精度,不平度精度为PF.A,则标记为:

钢板ECQ/BQB402-SPCC-SD-FB/(0.51000A2000A-PF.A);

冷轧钢板:

Q225-GB912-89

主要产地有:

宝钢、鞍钢、本钢、武钢、邯钢、包钢、唐钢、涟钢、济钢等

冷轧优质薄钢板:

主要包括各种优质钢冷轧薄板,最常用的是碳素结构钢板,尤其是深冲压用冷轧薄钢板,是由低碳优质钢08Al冷轧的薄板,钢板按表面质量分为三组;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,分别表示特别高级、高级、较高的精整表面,按拉延级别分为ZF、HF、F级(代表用于冲制拉延最复杂、很复杂、复杂的零件),根据钢板厚度允许偏差,又分为A、B两级精度、广泛用于汽车拖拉机工业。

冷轧钢板,表面光洁,加工优良,用于汽车、冰箱、洗衣机等家电,以及产业设备、各种建筑材料。

随着经济发展,冷轧钢板已被称为现代社会的必须材料。

冷轧产品的分类:

热轧酸洗、轧硬卷、普通冷轧、镀锌(电镀锌、耐指纹、热镀锌)、镀铝锌、电镀锡、彩涂、电工钢(矽钢片)等。

热轧酸洗:

轧硬卷:

在常温下,对热轧酸洗卷进行连续轧制。

产品特点:

因为没有经过退火处理,其硬度很高(HRB大于90),机械加工性能极差,只能进行简单的有方向性的小于90度的折弯加工(垂直于卷取方向)。

1.6近20年冷轧板带生产取得的成果

建设了一大批冷轧薄板厂,不乏有世界先进水平的冷轧厂。

装备了一批具有世界先进水平的生产机组。

宝钢的1550mm酸洗-冷连轧机组、连续退火机组、电镀锡和电镀锌机组,鞍钢的全氢罩式退火炉和(大连)热镀锌机组,武钢的电工钢退火机组、2230mm酸洗-冷连轧联合机组、彩涂机组等都是具有当前世界先进水平的生产机组。

已经可以生产轿车面板、家电板、烘烤硬化型和双相组织型的高强钢、超深冲钢和锌-铝合金板、铝-锌合金板等目前世界上最高质量水平的冷轧板带产品。

培养了一大批既掌握最新工艺技术,又有相当实践经验的技术人员,通过学习、移植、创新,已经可以独立自主的研制出有自主知识产权和特色的冷轧工艺、设备和控制系统技术。

鞍钢2#冷轧机组、龙盛公司的双机架冷轧家族以及多数酸洗、镀锌、涂层、退火机组的国产化成功实践充分证明了这一点。

1.7冷轧板带生产的发展远景展望

全连续轧制成功,相继出现酸洗—轧制联合机组和连续退火机组。

预计今后的发展在酸洗—轧制机组后面,配备三、四条带钢连续退火机组。

两机组之间用带卷输送装置连接,组成一个像餐叉子那种形状的联合作业线。

这种除鳞—轧制—退火联合生产线的车间布置简单,易于自动化。

世界冷轧板带技术发展很快。

近年来,我国虽然取得了长足发展,但与世界先进水平相距还很大。

薄板的产量在工业发达国家中一般占钢材产量的50%左右(美国>60%、日本约占45%),而我国则尚在20%左右。

冷轧薄板在工业发达国家一般占钢材产量的25%~30%,而我国在宝钢两套新机组建成后也只有4%左右,因此,今后我国要重点发展冷轧薄板,特别是汽车板,硅钢片和镀锡板的生产。

制定满足各个领域用户要求的、品种齐全的板带谱,尤其是品种繁多规格复杂,质量要求高的汽车用冷轧板,应促使其品种系列化

从生产品种安排来看,分工将更为专业化,大量板带由联合生产,一些厚度较厚的(如2mm)钢板轧后经罩式退火、平整、剪切成为成品,或由一般冷轧车间承担。

到那时,冷轧板带生产将达到一个新的更高的水平。

我国作为发展中国家,冷轧板带的生产必须加快发展,才能满足经济建设的需要。

冷轧生产技术正向大型化、集成化、高速化方向发展,而且在进一步地提高自动化和连续化水平。

产量和生产率都有显著的提高,产品质量更趋完美。

热轧生产技术的完善,使得某些薄规格热轧产品正在替代同规格的冷轧产品。

薄带钢连铸的产业化将会为冷轧原料提供新的来源。

高品质的冷轧成品尤其要注重工序的生产,要有纯净度高、品质优良、性能均匀的原板才能轧出优质的冷轧产品。

新型高效的全自动焊机、大张力拉伸矫直机、故障率低的活套、带快速回转刀头的圆盘剪、先进的自动补酸系统,是现代化大型酸洗机组的成熟实例。

酸洗-轧机联合机组将取代其他机型,成为冷轧机中的生力军。

对于特殊钢、高强钢和极薄带,可逆轧机(尤其是双机架可逆轧机)辅以现代化的控制手段仍将扮演不可替代的角色。

全氢罩式退火和连续退火机组将优势互补,平分秋色。

涂镀层产品更注重专业化生产,注重清洁和环保,注重降低能耗,注重开发综合性能优良的新品种。

全数字化的交流变频传动技术将取代其他形式,使得控制系统过程更快速、更准确。

新型激光测速仪和各种厚度、板形及平整度测量仪的应用,可使轧制成品的厚度精度达到1%以下,平整度小于81。

加快冷轧板带生产技术的发展是今后若干年品种结构调整的重点。

要坚持技术高起点,支持有冷轧原料、资金条件好、管理水平高的企业发展冷轧板带生产;产品要注重国际竞争力。

要鼓励合资,合作引进资金、技术和管理,缩小和国外先进产品的差距。

要坚持专业化生产,培养和创造自己的独特产品。

要注重发展速度和产品结构、质量、效益的统一。

不能犹豫徘徊,也不能盲目冒进。

一定要注重资源、环境、市场、技术、人才的有机统一。

1.8设计原则

以科技进步为主导,以市场为导向,以经济效益为中心,优化产品结构,选择高附加值、高技术含量的产品。

选用的工艺、技术和设备,要坚持成熟、可靠、适用、经济、先进的原则,立足国产化、节能节水、降低消耗、降低成本、增强产品竞争力。

要充分结合类似工程的设计和建设经验,在保证工艺技术、设备功能等,符合规范的前提下,优化设计方案,尽量节省投资。

设计要严格贯彻执行国家和地方政府有关节能、环保、安全、卫生、消防、减震设防与工程建设有关的法律、法规、标准、规范。

目前,我国冷轧板带钢产品市场有较大的缺口,年进口量大,落后轧机淘汰多,加上冷轧板带钢使用比例年年增加市场潜力大,又是高附加值产品,冷轧板带钢的发展前景是美好的。

因此,我国尽快建设一批冷轧板带钢生产线是很有必要的。

 

2生产方案及产品大纲的制定

2.1产品方案

产品方案是进行车间设计、制定产品生产工艺过程、确定轧机组成或选择各项设备的主要依据,包括车间拟生产的产品名称、品种、规格几年产量计划。

本车间依据设计任务书要求,经过对同类厂的调查和统计分析,选取具有代表性的品种和规格作为典型产品。

实际生产中为了满足用户客观上的使用要求,每个品种都必须满足形状、尺寸规格和内部性能的要求。

因而,各类产品的分类、编制、牌号、化学成分、品种规格和尺寸公差、生产技术条件、机械性能、验收规程、试验及包装方法、交货状态等,国家均有标准规定,如国标、冶标、企标等,如果国家没有标准规定,可由生产厂家和客户商定。

产品方案如表2.1所示。

2.1.1生产规模

宝山钢铁股份有限公司2030mm冷轧厂(以下简称宝钢2030mm冷轧厂)年生产规模280万t,其中冷轧板卷150万t,热镀锌板卷25万t,电镀锌板卷9万t,采涂板卷16万t,压型板10万t,另外,在2001年新建一条连续酸洗机组,增加热轧酸洗板70万t.

 

表2.1宝钢2030mm冷轧厂产品方案

序号

名称

规格/mm

品种

产量及百分比

备注

产量/t·a-1

百分比/%

1

冷轧产品

厚度:

0.3~3.5

宽度:

900~1850

CQ、DQ、DDQ

1500000

53.6

2

热镀锌产品

厚度:

0.3~3.5

宽度:

900~1850

FH、CQ、DQ、DDQ

250000

8.93

GI:

100%

镀层质量:

60~700g/m2双面:

规则锌花、表面钝化处理、涂油

3

电镀锌产品

厚度:

0.3~3.5

宽度:

900~1550

CQ、DQ、DDQ

90000

3.2

镀层厚度:

双面3/3~50/50g/m2

单面0/10~0/40g/m2

差厚3/20~20/30g/m2

4

彩涂产品

厚度:

0.3~3.5

宽度:

900~1550

有机溶胶、PVC胶等

160000

5.7

涂层厚度:

双面2.5~200um

5

压型板

厚度:

0.3~3.5

长度:

1500~12000

100000

3.57

6

热轧酸洗板

厚度:

0.3~3.5

宽度:

900~1550

700000

25

合计

2800000

100

2.2编制金属平衡表

编制金属平衡的目的在于根据设计任务书的要求,参照国内外同类企业或车间所能达到的先进指标,考虑本企业或车间的具体情况确定出为完成年计划产量所需要的投料量,其任务是确定各计算产品的成品率和编制金属平衡表。

2.2.1成材率

成材率:

指成品重量与投料之比的百分数。

其中

——成品率,%;

——投料量(原料重量),t;

——金属的损失重量,t。

成品率是一项重要的技术经济指标,成品率的高低反映了生产组织管理及生产技术水平的高低。

影响成品率的因素是各工序的各种损失。

金属损失主要有以下几种:

烧损:

金属在高温状态下的氧化损失称为烧损。

金属加热过程中的烧损与加热温度和时间有关系,加热温度越高,时间越长,烧损量就越大。

本车间三种计算产品的烧损均为1%。

溶损:

溶损是指在酸、碱洗或化学处理等过程中的溶解损失。

本车间无此类消耗。

几何损失:

分为切损和残屑。

切损是指切头、切尾、切边等大块残料损失。

钢材切损主要与钢种、坯料尺寸以及原料状况等有关。

本车间产品切损均为2%。

残屑指钢锭表面缺陷以及加工后产品表面缺陷清理所造成的损失。

本车间三种计算产品的表面损失均为1%。

工艺损失:

各工序生产中由于设备和工具、操作技术以及表面介质问题所造成的不符合质量要求的产品。

它与车间的技术装备、生产管理及操作水平有关。

本车间轧废为1%。

2.2.2编制金属平衡表

金属平衡是反映在某一定时期,制品金属材料的收支情况。

它是编制厂或车间生产预算与制定计划的重要数据。

同时对于设计工厂或车间的内部运输与外部运输,以及平面布置都是极为重要的依据。

因此,必须在确定成品率及金属损失率的基础上,编制出各种计算产品的金属平衡表。

本车间的金属平衡表见表2.2所示。

2.2金属平衡表

产品名称

板坯规格mm

金属消耗%

年产量万t

成材率%

坯料万t

烧损

切损

溶损

工艺损失

1

冷轧产品

0.3~3.5×900~1850

1.5

1

1 

0.3

150

95

158

2

热镀锌产品

0.3~3.0×900~1850

1.5

1

1

0.3

25

96

26

3

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