DE1508112A1 - Method and arrangement for treating molten metal - Google Patents
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Description
Verfahren und Anordnung zum Behandeln von MetallschmelzenMethod and arrangement for treating molten metal
Me Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen, z.B. von Stahlschmelzen, und auch eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens.Me invention relates to a method for treating molten metal, e.g. from molten steel, and also an arrangement for carrying out the process.
Viele Verfahren zur Raffination von Schmelzen sind bekannt, z.B. das Entgasen der Schmelzen in einem Lichtbogenofen bei gleichzeitiger Umrührung. Eine solche Anlage ist aber ziemlich aufwendig und kompliziert. Es ist an und für sich auch bekannt, Stahlschmelzen unter Vakuum bei gleichzeitiger Umrührung zu entgasen, z.B. mit elektromagnetischer, mehrphasiger und niederfrequenter Umrührung. Man kann so ein hochwertiges Produkt erhalten, sofern zuvor nach dem Schmelzen auch eine Frischung, Schlackenreaktionen und Analysenjustierungen durchgeführt werden. Dafür sind aber neben üblichen Lichtbogenöfenanlagen gewöhnlich auch einmal besondere Prischungs- und Schlackenreaktionseinrichtungen und zum anderen besondere Umrührungs- Entgaeungseinheiten erforderlich, was ebenfalls einen verhältnismässig grossen Aufwand erfordert.Many processes for refining melts are known, e.g. degassing the melts in an electric arc furnace at the same time Stirring. However, such a system is quite expensive and complicated. It is also known in and of itself To degas steel melts under vacuum with simultaneous stirring, e.g. with electromagnetic, multi-phase and low-frequency Stirring. A high-quality product can be obtained in this way, provided that it is also freshened after melting, slag reactions and analysis adjustments are carried out. But besides the usual electric arc furnace systems, there are usually also on the one hand, special mixing and slag reaction devices and, on the other hand, special stirring and degassing units are required, which is also a relatively large effort requires.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, nach dem Frischungs-, Sthlackenreaktions- und eventuell Analysenjustierungsprozesse in direktem Anschluss an die Entgasung und Umrührung ausgeführt werden können. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Schmelze in mehreren Schritten so durchgeführt wird, dass der Tiegel oder die Giesspfanne mit der unbehandelten Schmelze entweder mit einem Deckel mit Elektroden zwecks Erwärmung der Schmelze oder mit einem Deckel mit Evakuierungsleitungen abgedeckt bzw. in einen Vakuumtank eingefahren wird. Das Verfahren gestattet, alle für die Behandlung der Schmelze notwendigen Prozesse in einer sehr einfachen Anlage durchzuführen, wobei nur ein Umrührer benutzt und gleichzeitig eine Umrührung sowohl während der Frischung als auch während der Entgasung erhalten wird. Bei der Friechung der Schmelze wird sowohl eine Homogenisierung der Schmelze als auch ein Wärmeausgleich erhalten und durch Wahl einer nach oben gerichteten Phasenfolge für die Umrührungsspule auch eine nach innen gerichtete Bad- und Schlackenbewegung an der Oberfläche, wodurch Schlackenreaktionen am Tiegelfutter vermieden werden. Während der Entgasung wird eine motorische Umrührung mit einer Bewegung des Bades vom Tiegelboden zur Oberfläche erhalten, d.h. die ganze Schmelze wird der Entgasung an der Oberfläche des Bades ausgesetzt.The invention relates to a method according to which fresh, Sthlacken reaction and possibly analysis adjustment processes can be carried out in direct connection to the degassing and agitation. The method is characterized in that the treatment of the melt is carried out in several steps so that the crucible or the pouring ladle with the untreated Melt either with a lid with electrodes to heat the melt or with a lid with evacuation lines is covered or moved into a vacuum tank. The process allows all necessary for the treatment of the melt Carry out processes in a very simple system, using only one agitator and one agitation at the same time is obtained both during refining and during degassing. When frying the melt, both a Homogenization of the melt and a heat balance obtained and by choosing an upward phase sequence for the Agitation coil also causes inward bath and slag motion at the surface, causing slag reactions be avoided on the pan feed. During the degassing, a motorized agitation with a movement of the bath from Keep the crucible bottom to the surface, i.e. the entire melt is exposed to degassing on the surface of the bath.
Man will zuweilen die Entgasung bei verhältnismässig hohem Vakuum, z.B. von der Grössenordnung 0,1 Torr, vor der Erwärmung ausführen. Dann besteht aber die Gefahr, dass beim letzterenSometimes you want the degassing at a relatively high Vacuum, e.g. of the order of 0.1 Torr, before heating carry out. But then there is the risk that with the latter
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Prozess der Effekt der Entgasung teilweise verlorengeht, d.h. die Schmelze kann wieder die schädlichen Oase aufnehmen, von denen sie zuvor befreit worden ist (z.B. Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenoxyd etc.). Diese Nachteile können erfindungsgemäss dadurch beseitigt werden, dass Deckel mit den durchgehenden Elektroden im wesentlichen gasdicht an die Griesspfanne am Erwärmungsplatz angeschlossen wird. Man kann so entweder eine gewisse Entgasung bei Unterdruck (bis zu 50 a 100 Torr) und/oder eine Behandlung in Schutzgasatmosphäre (der eingeschlossenen, nicht erneuerten Luft oberhalb der Schmelze oder einem anderen Schutzgas) durchführen, so dass die während der eigentlichen Entgasung erreichte Entgasung beibehalten oder sogar noch verbessert wird. Man kann auch durch dieses gasdichte Anschliessen des Deckels in einem einzigen Schritt-Erwärmung: -Entgasung- in gewissen Fällen eine zufriedenstellende Behandlung der Schmelze ohne besondere Entgasungsschritte bei hohem Vakuum erhalten.In the process, the degassing effect is partially lost, i.e. the melt can take up the harmful oasis again which it has previously been released (e.g. hydrogen, nitrogen, oxygen, carbon oxide, etc.). These disadvantages can be eliminated according to the invention that cover with the continuous electrodes essentially gas-tight to the semolina is connected to the heating place. You can either achieve a certain degree of degassing at negative pressure (up to 50 to 100 Torr) and / or a treatment in a protective gas atmosphere (the enclosed, non-renewed air above the melt or another protective gas) so that the degassing achieved during the actual degassing is maintained or is even improved. This gas-tight connection of the lid can also be used to heat up in a single step: Degassing - in certain cases a satisfactory treatment of the melt without special degassing steps obtained high vacuum.
Diese Ausführungsform kann auoh so geändert werden, dass die Griesspfanne mit dem Umrührer feststeht, während der gasdicht anschliessbare Deckel mit den Elektroden bzw. der vakuumdicht anschliessbare Deckel mit mindestens einer Evakuierungsleitung schwenkbar oder anderweitig auf die Griesspfanne aufsetzbar ist.This embodiment can also be modified so that the Semolina with the stirrer is fixed, while the gas-tight connectable lid with the electrodes or the vacuum-tight connectable cover with at least one evacuation line can be pivoted or otherwise placed on the semolina.
Eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung ist entweder dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel oder die Pfanne zusammen mit dem Umrührer auf einem Wagen angeordnet ist,An arrangement for carrying out the method of the invention is either characterized in that the crucible or the The pan is arranged on a trolley together with the stirrer,
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der zwischen den ortsfest angeordneten Evakuierungs- und Erwärmungsvorrichtungen verschiebbar ist oder dass der Tiegel oder die Pfanne mit dem Umrührer ortsfest angeordnet und die Deckel zur Evakuierung und zur Erwärmung heb- und senkbar und schwenkbar neben dem Tiegel so angeordnet sind, dass sie abwechselnd auf den Tiegel aufgesetzt werden können. Eine Anordnung geaäss der Erfindung erfordert keine vollständige Frisohungseinheit und Entgasungseinheit, sondern es kann in ein und derselben Anlage der bewegliche Tiegel-Umrührerteil entweder mit einer Erwärmungs-. einheit mit Elektroden oder einer Vakuumeinheit kombiniert werden und die Umrührung mit ein und demselben Umrührer während der ganzen Zeit erfolgen.between the stationary evacuation and heating devices is displaceable or that the crucible or pan with the agitator is arranged in a stationary manner and the lid for evacuation and heating can be raised, lowered and swiveled next to the crucible so that they alternately open the crucible can be put on. An arrangement according to the invention does not require a complete hairdressing unit and Degassing unit, but the movable crucible agitator part can either be combined with a heating system in one and the same system. unit can be combined with electrodes or a vacuum unit and the agitation with one and the same agitator during done all the time.
Die Umrührungskraft wird durch Verwendung von mehrphasigem Strom und niedriger Frequenz (0,1-10) und zwar in der Form eines Wanderfeldes erhalten, das sich axial bewegt und die Schmelze mitsich zieht wie auch das Drehfeld im Asynchronmotor den Rotor mitsich zieht. Allein durch Vakuum erhält man zwar auch eine gewisse axiale und nach oben gerichtete Strömung auf Grund von aufsteigenden Gasblasen, z.B. in Zusammenhang mit der Bildung von CO, dieser Effekt ist jedoch auf den Oberteil der Schmelze begrenzt, während die Bodenschmelze unbeeinflusst bleibt, ein Nachteil, der durch motorische Umrührung vermieden wird. Auch durch netzfrequenten, mehrphasigen Strom kann man eine gewisse Umrührung in der Schmelze erhalten, diese wird aber repulsiv und gewisse Teile der Schmelze gelangen niemals zur Oberfläche, einThe stirring force is achieved through the use of multiphase electricity and low frequency (0.1-10) in the form of a traveling field moving axially and with the melt pulls the rotor with it like the rotating field in the asynchronous motor. A certain amount can be obtained through vacuum alone axial and upward flow due to rising gas bubbles, e.g. in connection with the formation of CO, However, this effect is limited to the top of the melt, while the bottom melt remains unaffected, a disadvantage, which is avoided by motorized stirring. A certain amount of agitation can also be achieved with mains-frequency, multi-phase current received in the melt, but this becomes repulsive and certain parts of the melt never reach the surface
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Nachteil, der durch die aussergewöhnlich niedrige Frequenz von 0,1-10 Hz vermieden wird. Indem man den Tiegelmantel unmagnetisch macht, kann die Umrührungskraft die Tiegelwand durchdringen und in die Schmelze gelangen.Disadvantage due to the unusually low frequency of 0.1-10 Hz is avoided. By making the crucible jacket non-magnetic, the stirring force can penetrate the crucible wall and get into the melt.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung "beschrieben, in dieser zeigen :The invention is described below with reference to the drawing " in this show:
Pig. 1 eine bewegliche Einheit beim Einfüllen der Schmelze,Pig. 1 a movable unit when pouring the melt,
Fig. 2 die Einheit an der Erwärmungsstelle, Pig. 3 die gleiche Einheit an der Entgasungssteile, Pig. 4- eine andere bewegliche und Pig. 5 eine ortsfeste Einheit.Figure 2 shows the unit at the heating point, Pig. 3 the same unit on the degassing part, Pig. 4- another movable and pig. 5 a stationary unit.
Ein Tiegel oder eine Giesspfanne 11, zweckmässig aus einer Stampfmasse, ist in einer mehrphasigen Umrührerwicklung 12 für niedrige Frequenz (0,1-10 Hz) mit zugehörigem keramischem Schutz 13 und Eisenkern H angeordnet. Die Wicklung besteht aus einer oder mehreren Zylinderspulen. Der Tiegel 11 und die Umrührwicklung mit Zubehör sind auf einem Wagen 15 angeordnet, so dass sie zu den verschiedenen Stationen gefahren werden können. Der Tiegel hat im Boden eine Auslassöffnung, die in üblicher Weise mit einem Stopfen 16 verschlossen werden kann. Der Stopfen ist nur in Fig. 1 gezeigt. Die Schmelze wird in den Tiegel von oben aus einem oberhalb des Tiegels befindlichen Lichtbogenofen, Giesspfanne od.dgl. (nicht gezeigt) eingefüllt, was durch einen Pfeil angedeutet ist. Nach dem Einfüllen wird die Schmelze mitA crucible or a pouring ladle 11, expediently from one Ramming mass is in a multi-phase agitator winding 12 for low frequency (0.1-10 Hz) with associated ceramic protection 13 and iron core H arranged. The winding consists of one or more solenoid coils. The crucible 11 and the stirring winding with accessories are arranged on a trolley 15 so that they can be driven to the various stations. Of the The crucible has an outlet opening in the bottom which can be closed with a stopper 16 in the usual way. The stopper is shown only in fig. The melt is fed into the crucible from above from an electric arc furnace located above the crucible, Ladle or the like. (not shown) filled, which is indicated by an arrow. After filling, the melt is with
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Hilfe der Wicklung 12 umgerührt, um eine Homogenisierung und einen Ausgleich der Temperatur zu erreichen. Die Umruhrungsrichtung der Schmelze nach der Figur wird durch eine nach oben gerichtete Phasenfolge der Wicklung erhalten.Help the winding 12 stirred to homogenize and to achieve an equalization of the temperature. The direction of movement the melt according to the figure is obtained by an upward phase sequence of the winding.
Der Tiegel wird dann mit dem Wagen 15 zu einer Erwärmungsstelle (Pig. 2) mit einem heb- und senkbaren Deckel 17 mit Elektroden 18 (Söderbergelektroden oder Graphitelektroden) gefahren. Der Deckel 17 wird bis zur Anlage mit der oberen Kante des Tiegels abgesenkt, und die Schmelze wird durch den Lichtbogen von den Elektroden erwärmt, denen eine entsprechende elektrische Leistung zugeführt wird. Bei diesem Vorgang kann eine Frischung der Schmelze (eventuell auch Sauerstoffeinblasung) zusammen mit zweckmässigen Schlackenreaktionen und ev. Analysenjustierungen durchgeführt werden. Die Umrührung der Schmelze wird dabei fortgesetzt, wie die Pfeile in Fig. 2 zeigen. Hierdurch wird die Temperatur ausgeglichen, nicht zuletzt an den Elektroden 18, und gleichzeitig eine Homogenisierung der Schmelze erhalten. Durch die nach innen gerichtete Badbewegung an der Oberfläche, die durch die aufwärts gerichtete Phasenfolge in der Spule erhalten wird, werden gleichzeitig Schlackenreaktionen an den Tiegelwänden verhindert.The crucible is then with the carriage 15 to a heating point (Pig. 2) with a liftable and lowerable cover 17 with electrodes 18 (Söderberg electrodes or graphite electrodes). The lid 17 is up to the plant with the upper edge of the crucible lowered, and the melt is heated by the arc from the electrodes, to which a corresponding electrical Power is supplied. During this process, the melt can be refreshed (possibly also oxygen injection) together with Appropriate slag reactions and possibly analysis adjustments are carried out. The agitation of the melt is thereby continued, as the arrows in Fig. 2 show. This compensates for the temperature, not least at the electrodes 18, and at the same time a homogenization of the melt is obtained. Due to the inward movement of the bath on the surface, which is obtained by the upward phase sequence in the coil, slag reactions at the same time Crucible walls prevented.
Wenn dieser Teil der Schmelzenbehandlung abgeschlossen ist, werden die Elektroden abgeschaltet, der Deckel 18 wird abgehoben und der Tiegel wird zu der Entgasungsstelle (Pig. 3) gefahren. Hier wird ein vakuumdichter Deckel 19 auf die Ober-When this part of the melt treatment is completed, the electrodes are switched off and the lid 18 is lifted off and the crucible is moved to the degassing point (Pig. 3). Here a vacuum-tight cover 19 is placed on the upper
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kante des Tiegels 11 gelegt und der Raum zwischen Deckel und Schmelze durch eine Leitung 20 von einer nicht gezeigten Evakuierungspumpe "bis zu einem Druck von unter 50 Torr, zweckmäesig unter 20 Torr, vorzugsweise unter 0,1 Torr, evakuiert. Mit Hilfe der immer noch stattfindenden Umrührung, die eventuell beim Transport unterbrochen werden kann, werden N2» H2 und O2 aus der Schmelze entfernt, und es wird ein hochwertiger Stahl erhalten. Der Umrührer ergibt auch eine gewisse Warmhaltung der Schmelze.The edge of the crucible 11 is placed and the space between the lid and the melt is evacuated through a line 20 from an evacuation pump (not shown) to a pressure of below 50 Torr, expediently below 20 Torr, preferably below 0.1 Torr. With the help of the still The stirring that takes place, which can possibly be interrupted during transport, removes N 2 »H 2 and O 2 from the melt, and a high-quality steel is obtained.
Nachdem der gewünschte Heinheitsgrad des Stahls erreicht ist, wird die Schmelze in Kokillen eingefüllt oder in eine gewünschte Form gegossen, wonach die Einheit für erneute Abzapfung unbehandelter Schmelze bereit ist.After the desired degree of unity of the steel has been reached, the melt is poured into permanent molds or poured into a desired shape, after which the unit is untreated for re-tapping Melt is ready.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 4 nimmt eine Giesspfanne 21 aus einer Stampfmasse oder ein Tiegel mit unmagnetischer Wand die unbehandelte Schmelze, z.B. Stahlschmelze, auf. Der Tiegel sitzt wieder in einem Umrührer 23. Dieser kann zylindrisch oder auch einseitig im Verhältnis zur Giesspfanne 21 angeordnet sein. Die Giesspfanne 21 mit dem Umrührer 23 (mehrphasig, 0,1-5 Hz) sitzt auf einem Wagen 24, der zwischen einer Entgasungsvorrichtung für Vakuumentgasung bis auf einen Druck unter 20 Torr, zweckmässig unter 0,1 Torr, und einer Heizstelle bewegbar ist. Die Entgasungsvorrichtung besteht aus einer an die Gieespfanne 21 vakuumdicht anschliessbaren Haube 25 mit einer oder mehreren Evakuierungsleitungen 26. Die Erwärmungs- oder Heizvorrichtung besteht aus einem im grossen und ganzen gasdicht schliessenden Deckel 27In the Pig. 4 takes a ladle 21 from a ramming mass or a crucible with a non-magnetic wall the untreated melt, e.g. steel melt. The crucible sits again in a stirrer 23. This can be cylindrical or can also be arranged on one side in relation to the pouring ladle 21. The pouring ladle 21 with the agitator 23 (multi-phase, 0.1-5 Hz) sits on a carriage 24, which is useful between a degassing device for vacuum degassing up to a pressure below 20 Torr below 0.1 Torr, and a heating point is movable. The degassing device consists of a vacuum-tight to the pouring ladle 21 connectable hood 25 with one or more evacuation lines 26. The warming or heating device consists of a cover 27 that closes in a largely gas-tight manner
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mit durchgehenden Elektroden 28, die durch den Deckel gasdioht geführt sind. Der Deckel 27 ist eventuell mit einer oder mehreren Evakuierungsleitungen29 versehen und kann bis zu einer gasdicht schliessenden lage auf die Giesspfanne 21 abgesenkt werden.with continuous electrodes 28 which gasdioht through the cover are led. The cover 27 is possibly provided with one or more evacuation lines 29 and can be gas-tight up to one The closing position can be lowered onto the pouring ladle 21.
Die Behandlung der Schmelze beginnt wie zuv#r mit dem Einfüllen der Schmelze bzw. mit dem Einsetzen der gefüllten Gieespfanne 21 in den Umrührer 23 auf dem Wagen 24. Der Wagen mit der Giesspfanne wird zur Entgasungslage geschoben, die Haube 25 wird vakuumdicht auf die Giesspfanne 21 gesetzt, wonach die Schmelze unter Umrührung entgast wird.The treatment of the melt begins as before with the filling the melt or with the insertion of the filled ladle 21 into the agitator 23 on the carriage 24. The carriage with the pouring ladle is pushed to the degassing position, the hood 25 becomes vacuum-tight placed on the pouring ladle 21, after which the melt is degassed with stirring.
Danach wird der Wagen 24 mit der Schmelze in die Erwärmungslage geschoben, der Deckel 27 wird in der Hauptsache gasdicht auf die Giesspfanne aufgesetzt. Die Schmelze wird mit Hilfe der Lichtbögen der Elektroden 28 unter gleichzeitiger Umrührung erwärmt. Eventuell wird die eingeschlossene Luft über der Schmelze ohne Zufuhr von neuer Luft bei oder etwas über atmosphärischem Druck gehalten, wodurch die Reinheit der Schmelze in Hinblick auf die Gaseinschliessungen bei der Erwärmung nach der vorherigen Entgasung beibehalten werden kann. Eventuell kannein gewisses Vakuum auch hier über der Schmelze eingehalten werden (Evakuierung über die Leitung 29) bis auf 100 a 50 Torr, doch nicht niedriger, da die Lichtbögen bei niedrigerem Druck nicht konzentriert brennen.Thereafter, the carriage 24 with the melt is pushed into the heating position, the cover 27 is mainly gas-tight on the Put on the pouring pan. The melt is heated with the aid of the arcs of the electrodes 28 while stirring at the same time. Eventually, the trapped air above the melt becomes at or slightly above atmospheric pressure without the addition of new air maintained, whereby the purity of the melt with regard to the gas inclusions during the heating after the previous degassing can be maintained. A certain vacuum can possibly also be maintained above the melt here (evacuation via line 29) down to 100 to 50 Torr, but not lower, since the arcs do not burn concentrated at lower pressure.
Statt die eingeschlossene Luft ohne Zufuhr von neuer Luft zu benutzen, kann ein besonderes Schutzgas verwendet werden. DieInstead of using the enclosed air without supplying new air, a special protective gas can be used. the
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entgaste und im übrigen fertigbehandelte Schmelze kann danach auf einem geeigneten Platz abgezapft oder abgegossen werden. Der Entgasungsschritt (bei 25) kann in gewissen Fällen weggelassen werden, auch kann die Reihenfolge Entgasung-Erwärmung umgekehrt werden.degassed and otherwise completely treated melt can then be tapped or poured off at a suitable place. Of the The degassing step (at 25) can be omitted in certain cases, and the degassing-heating sequence can also be reversed will.
In Fig. 5 ist eine Anordnung gezeigt, bei der die Giesspfanne mit dem Umrührer 23 feststeht. Mit einem Hebezeug- 31 kann auf die Giesspfanne entweder ein vakuumdicht anschliessbarer Deokel 30 mit mindestens einer Evakuierungsleitung oder ein Deokel 32 mit Elektroden 28 und mindestens einer Evakuierungeleitung aufgesetzt werden. Der Deckel ist im wesentlichen gasdicht an die Giesspfanne anshliessbar, nachdem er mit einem nioht gezeigten Hebe- und/oder Drehorgan abgesenkt ist.In FIG. 5 an arrangement is shown in which the pouring ladle with the agitator 23 is stationary. With a hoist 31 can the pouring ladle either a vacuum-tight connectable deodorant 30 with at least one evacuation line or a deodorant 32 with electrodes 28 and at least one evacuation line will. The lid can be connected to the pouring ladle in a substantially gas-tight manner, after it has been shown with a nioht Lifting and / or rotating member is lowered.
Das Verfahren und die Anordnung naoh der Erfindung können in verschiedenen Weisen im Rahmen der Patentansprüche variiert werden. Z.B. kann der vakuumdicht schliessende Deckel duroh einen Vakuumtank mit Evakuierungsleitungen ersetet werden, in den der Tiegel mit dem Umrührer eingefahren werden kann.The method and the arrangement according to the invention can be found in can be varied in different ways within the scope of the claims. For example, the vacuum-tight lid can be duroh a vacuum tank with evacuation lines can be replaced in that the crucible can be retracted with the stirrer.
Patentansprüche tClaims t 909840/0526909840/0526
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