Combustión en hornos metalúrgicos final.docx

Combustión en hornos metalúrgicos
AUTOR(ES):
Ordoñez rosales, ian Brian
PRESENTADO A:
Mg.Ing. quito luna
UNIVERSIDAD O INSTITUCIÓN:
UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ
CARRIÓN
FACULTAD:
Ing. QUÍMICA Y METALÚRGICA
CARRERA:
Ing. METALÚRGICA
MATERIA:
Hornos metalúrgicos
HUACHO – PERÚ

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión
COMBUSTION EN HORNOS METALURGICOS
2
I. DEDICATORIA
Este presente trabajo está dedicado
primeramente a dios luego a todas las personas
que nos han apoyado y han hecho que el trabajo
se realice y se culmine

3
RESUMEN
ouii

4
Contenido
DEDICATORIA ............................................................................................................... 2

5
PRESENTACIÓN
El presente trabajo tiene como tema principal combustión enhornos metalúrgicos , para
lo cual hemos recopilado datos informativos del internet, revistas, folletos, sintetizando y
analizando las partes más importantes de lo que se quiere dar a conocer.
Así mismo el trabajo está acompañado de gráficos a colores, para un mejor entendimiento
visual de los estudiantes, esperando que sea de gran importancia y utilidad.

6
Introducción

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I. HORNOS METALURGICOS
1.1 HORNOS METALURGICOS
Los hornos industriales son los equipos o dispositivos utilizados en la industria, en los
que se calientan los materiales y las piezas o elementos colocados en su interior por
encima de la temperatura ambiente. El objeto de este calentamiento puede ser muy
variado, por ejemplo:
- Alcanzar la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones químicas
necesarias para la obtención de un determinado producto.
- Cambios de estado (Fusión de los metales y vaporización). - Ablandar para una
operación de conformado posterior.
- Tratar térmicamente para impartir determinadas propiedades.
- Recubrir las piezas con otros elementos, operación que se facilita frecuentemente
operando a temperatura superior a la del ambiente (Vitrificado de los productos
cerámicos). (uniovi, 2006)
Los hornos industriales metalúrgicos están en el centro de las operaciones de estas industrias,
proporcionando el calor a fuego directo o a inducción necesario para llevar a cabo las funciones de
procesamiento que van desde la reducción de mineral de hierro a su forma más maleable,arrabio,a la
fabricación de acero, fundición de metales y tratamiento térmico de metales básicos.(Induction,2009)
Los hornos pueden ser eléctricos (de arco, de resistencia o de inducción) o de
combustible.
En siderurgia se denomina horno alto el que se emplea para reducir minerales de hierro y
transformarlos en arrabio, metal fundido que contiene entre 2,6 y un 4,3% de carbono y
cantidades variables de manganeso, azufre y fósforo. (PEDRO, 2002)
1.2 CLASIFICACIÓN DE HORNOS SEGUN SUS FUENTES DE CALOR
• Hidrocarburos .- -Contacto entre materiales y productos de la combustión, per no con
los combustibles (Schafer, 2013)
• Eléctricos.- Un horno de inducción es un horno eléctrico en el que el calor es generado
por la inducción eléctrica de un medio conductivo (un metal) en un crisol, alrededor del
cual se encuentran enrolladas bobinas magnéticas. (Schafer, 2013)
1.2.1 De acuerdo a su temperatura de trabajo
Hornos : temperatura de trabajo superiores a 550 °c
Estufas : temperaturas de trabajo inferiores a 550 °c
1.2.2 De acuerdo con su uso
Hornos de cemento
Hornos de cal
Hornos de coque
Hornos cerámicos ,etc

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1.2.3 De acuerdo con su forma de operación
Continuos
Descontinuos
Peridicos
1.2.4 De acuerdo con su fuente de energia
Combustibles: solidos, liquidos o gaseosos y mixtos
Energia eléctrica
mixtas
II. Tipos de hornos metalúrgicos
2.1 Alto horno
Alto horno es un reactor vertical que emplea carbono para reducir los
óxidos de hierro que se encuentran en la naturaleza. El objetivo del horno
alto es producir arrabio de una manera uniforme tanto en composición
como en cantidad. El arrabio es hierro líquido con 4-5% C y 0,4-0,8% Si,
apto para su trasformación posterior en acero. El parámetro operativo más
crítico del horno alto es la temperatura de colada, la cual debe ser superior
a 1400ºC para facilitar la evacuación del arrabio y la escoria líquidos, y su
posterior tratamiento en la acería. (BAQUET, 2005)
2.1.1 .- combustión .- A través de las toberas se introduce en el horno aire
precalentado, El viento caliente quema el combustible que se encuentra frente a
las toberas, el cual es bien cok, o bien otro combustible complementario que se
haya introducido también a través de las toberas (carbón pulverizado, gas,
aceite pesado, etc.). Esta combustión da lugar a una llama de temperatura
elevada en torno a los 2200ºC (BAQUET, 2005)
2.1.2 Partes de un Alto Horno
 La Cuba.- De forma troncocónica, constituye la parte superior del alto horno, por la zona más
alta y estrecha, denominada boca, se introduce la carga compuesta por:
 El mineral de hierro, que puede ser de diferentes composiciones: hematites y limonita (óxido
férrico), magnetita (óxido ferroso férrico) y siderita (carbonato).
 El combustible, que eneralmente es Coque, producto obtenido de la destilación del carbón de
hulla de gran poder calorífico y pobre en cenizas. En los primeros Altos Hornos, instalados en
Gran Bretaña, a mediados del siglo XVII, se utilizaba como combustible el carbón vegetal. En la
actualidad cada vez se Utilizan más los altos hornos eléctricos.
 El fundente, que uede ser roca calcárea o arcilla, según la ganga sea ácida o básica,
respectivamente. El fundente se combinación químicamente con la ganga para Formar la
escoria, que queda flotando en el hierro líquido y, entonces, se puede separar fácilmente por
decantación. La carga va Descendiendo poco a poco y temperatura y su volumen aumentan a
medida que baja. Este aumento de volumen exige que la cuba se ensanche hasta llegar al
vientre.

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 El etalaje.- También de forma troncocónica. En esta parte del horno se produce una notable
disminución del volumen de los materiales, como consecuencia de las transformaciones
químicas que tienen lugar en él. La zona inferior es de diámetro menor, una causa de esta
disminución de volumen y, también, por el Hecho de que la fusión de la carga hace que esta
fluya sin dejar espacios libres.
 El Crisol.- Es un cilindro de gran capacidad, que recoge la fundición líquida, así como la
escoria, que queda flotando en estado líquido. En la zona de unión del etalaje y el crisol, se
insertan las Toberas, que son unos tubos mediante los cuales se inyecta una corriente de aire
comprimido y calentado previamente en el Crisol. (BAQUET, 2005)
Alto horno
Fuente :( http://docentes.uto.edu.bo/cvelascoh/wp-
content/uploads/DESCRIPCION_DE_HORNOS_METALURGICOS.pdf)

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Refractarios alto horno :
Fuente
(http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/PrinciplesBlastFurnace.pdf)
2.2 Horno de Cubilote : El horno de cubilote su nombre proviene de la
palabra cupa que significa cuba es un horno cilíndrico compuesto de
una capa exterior de acero y una capa interior de ladrillos. Los
mismos pueden variar en su tamaño desde sólo 1 pie (30 cm) de
diámetro hasta más de 10 pies (3 metros) y son utilizados para
derretir hierro crudo o bronce. El cubilote es un horno de uso
generalizado en metalúrgica debido a su operación sencilla, eficiente
y económica. (nacional, 2004)
2.2.1 Combustion del horno de cubilote : El horno de cubilote es un horno que
funciona con combustible sólido y en el cual la carga metálica, el
combustible y el carburante están en íntimo contacto entre sí. Esto
permite un intercambio térmico directo y activo, y por lo tanto, un
rendimiento elevado. Sin embargo, por causa de este mismo contacto
entre el metal, las cenizas y el oxígeno, el hierro colado producido no
puede ser rigurosamente controlado desde el punto de vista metalúrgico.
(nacional, 2004)
2.2.2 Partes de un horno cubiote
 chimenea cana de coque
 piquera de metal
 puerta de carga
 refratario
 caja de viento

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 tobera
 piso de arena
Fuente
(http://www.scielo.org.co/img/revistas/rfiua/n36/36a06i01.gif)
2.3 Hornos Bessemer: Es un horno en forma de pera que está
forrado con refractario de línea ácida o básica. Elconvertidor se carga
con chatarra fría y se le vacía arrabio derretido, posteriormente se
leinyecta aire a alta presión con lo que se eleva la temperatura por
arriba del punto defusión del hierro, haciendo que este hierva. Con lo
anterior las impurezas son eliminadas yse obtiene acero de alta
calidad. Este horno ha sido substituido por el BOF. (eugenio, 2001)
2.3.1 Combustión en los hornos bessermer: el sistema permite convertir el hierro en
acero mediante el proceso de descarburación gracias ala introducción de
chorros de aire caliente , este sistema logro mejorar la calidad y la producción
del producto consumiente menos mineral y utilizando además un tipo de
mineral no fosfato extraído de las propias minas
2.3.2 Partes de los hornos Bessemer .-
 Recipiente
 Cavidad inferior
 Entrada de aire
 Caja de cierre
 Toma de aire mecanismo buscalante
 Boca

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Fuente (https://encrypted-
tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcS4W0lK4hK1NR3cGajTJJTsXpBXzF5ewokz
uIWtR6sM8qEbrYmu)
2.4 El horno reverbero - El horno de reverbero es un tipo de horno generalmente
rectangular, cubierto por una bóveda de ladrillo refractario y con chimenea, que
refleja (o reverbera) el calor producido en un sitio independiente del hogar donde se
hace la lumbre. Es utilizado para realizar la fusión del concentrado de cobre y
separar la escoria, así como para la fundición de mineral y el refinado o la fusión de
metales de bajo punto de fusión como el aluminio.
Tales hornos se usan en la producción de cobre, estaño y níquel, en la producción de
ciertos hormigones y cementos y en el reciclado del aluminio. Los hornos de reverbero se
utilizan para la fundición tanto de metales férreos como de metales no férreos, como cobre
latón, bronce y aluminio. (Schafer, 2013)

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2.4.1 Combustion en el horno reverbero : El horno de reverbero es un tipo
de horno generalmente rectangular, cubierto por una
bóveda de ladrillo refractario, que refleja (o reverbera) el
calor producido en un sitio independiente del hogar donde
se hace la lumbre. Tiene siempre chimenea. El
combustible no está en contacto directo con el contenido,
sino que lo calienta por medio de una llama insuflada
sobre él desde otra cámara siendo por tanto el
calentamiento indirecto.
2.4.2 Partes de un horno reverbero -.
Fuente (http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/cmI/10-Hornos_industriales.pdf)
2.5 .- HORNO SIMER-MARTIN
Los procesos de afino son una serie de operaciones que tienen como objeto la
eliminación de impurezas y así purificar el arrabio obtenido en el alto horno y
obtener un acero con las especificaciones deseadas en cuanto a composición.
Para llevar a cabo estos procesos es necesaria la utilización de diversos hornos, los
cuales se han ido modificando y modernizando a lo largo de los años. En este caso
echaremos un vistazo al pasado y nos situaremos alrededor del año 1864, fecha en
la cual se crea el horno Martin Siemens.
2.5.1 Combustion del horno simer-martin
El horno Martin-Siemens es calentado con aceite, gas de coquería,gas de
gasógenos o una mezcla da gas de alto horno y de coquería, si se dispone de ella.
Cuando se emplea un gas de poco poder calorífico, como el gas de gasógeno o la
mezcla citada, es fundamental precalentar el gas en un regenerador. El aire se

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recalienta siempre para conseguir la máxima economía térmica y lograr una elevada
temperatura de llama.
2.5.2 Partes de un horno simer-martin
2.5.3 Fuene (http://tallereducacional.files.wordpress.com/2011/01/ simer-martin
.jpg)
2.6 Horno de mufla
El horno mufla de alta temperatura para laboratorio esta equipado con un control digital
que se encarga de regular la temperatura. Con éste tipo de control logra una mayor
precisión y estabilidad. Por ende fiabilidad en procesos llevados a cabo en su laboratorio.
Ademas el control que poseen el horno mufla de alta temperatura para laboratorio de
Acequilabs está diseñado para alcanzar temperaturas de hasta 1100°C. Esto se logra
gracias a su robusto aislamiento del material refractario. (reservado, 2007)
2.6.1 : combustión del horno de mufla : es mediantes suministro eléctrico
2.6.2 Partes de un horno de mufla :
 Control de un solo punto de consigna
 Temporizador digital 99 hr 59 min 59 seg
 Visualización de temperatura por medio de un display amplio y LED de alta
luminosidad
 Resolución: 1 dígito Temperatura programable
 Interruptor luminoso que indica la puesta en marcha
 Interruptor de seguridad para apertura de puerta
 Calentamiento en paredes laterales
 Los elementos de calefacción en tubos garantizan una radiación libre del calor para
tiempos de calentamiento cortos
 Protección contra ruptura de sensor
 Salida de aire en la parte superior
 Alarma audible por exceso de temperatura
 Fácil manejo e intuitivo

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Fuente (http://www.ictsl.net/images/20982200853_462.jpg)
2.7 Hornos rotatorios :
Los hornos rotatorios constan de un cilindro largo de acero que gira alrededor de u eje
en el caso de trabajo a alta temperaturas hay que recubrir el cilindro con ladrillo
refractario en su inferior ya sea para aislarlo del exterior o para proteger el acero
La función principal del hono es convertir los residuos solids, liquidos o pastosos en
gases. Ello se consigue en este tipo de horno gracias a:
 .Variación de la velocidad e inclinación del horno con lo que el tiempo de
residencia de los solidos aumenta hasta lograr su total destrucción.
 .Aumento de la temperatura muy por encima el que pueda conseguirse en un
horno de parrillas puesto que su interior esta íntegramente construido con
materiales refractarios y aislantes
 Posibilidad de trabajar con un exceso de aire minimo, estequiomeria e incluso
defecto de aire, en estas condiciones la velocidad de la corriente de gass es muy
débil y se minimiza el arrastre de material particulado
 Posibilidad de inyecar aire de combustión caliente (mas de 250°c) con lo que la
calidad y cinetica de los procesos se ve muy mejorada (elias, 2006)

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Fuente
(http://tecno1bachiller.weebly.com/uploads/1/4/3/0/14304700/8977098_orig.gif)
2.8 Hornos de túnel
Como su nombre los dice, consta de un túnel que puede ser recto o ircular, y
por el interior del cual se mueve la carga de un extremo a otro
Para darle movimiento ala carga se utiliza una vagoneta movida sobre rieles o
una banda de tela metálica
2.8.1 El túnel se divide principalmente en 3 zonas
Zona de precalentamiento
Zona de combustión o de cochura
Zona de enfriamiento

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III. Tipos de horno de crisol
3.1 Hornos pozo
El crisol es removido del horno llevado hasta los molde para vacias el metal este crisol
se puede construir sobre y bajo del nivel del suelo, ambos casos el horno es fijo. Existen
en una variedad de tamaño para acomodar crisoles desde 15 a 150kg de capacidad de
latón. Son extremadamente flexibles, tanto en relación a las aleaciones como a las
cantidades. Se pueden usar crisoles distintos para diferentes aleaciones y hasta cirto
punto crisoles de distintos para diferentes aleaciones y hasa cierto unto crisoles de
distintos tamaño en un mismo horno. (PAYARES, 2009)
3.2 Horno basculante
Son hornos movibles apoyados sobre un sistema de sustentación.
Usualmente se les utiliza cuando es necesaria una producción
relativamente grande de una aleación determinada. El metal es
transferido a los moldes en una cuchara o un crisol precalentado, con
la excepción de casos especiales en que es vaciado directamente. El
tipo original de horno basculante, con capacidades de 70 a 750 kg de
latón, bascula en torno a un eje central. Su desventaja es que el punto
de descarga acompaña el movimiento basculante. Para superar este
inconveniente se desarrolló un horno basculante de eje en la piquera,
con capacidad de 200 a 750 kg de latón, y el modelo moderno es
basculado por pistones hidráulicos, otorgando la ventaja de un mayor
control en la operación de vaciado.
3.2.1 Combustión en hornos de basculantes.- Cuando se encienden los hornos de
crisol basculables se calienta el crisol vacío, al principio suavemente,
con la menor llama posible que puedan dar los quemadores durante los
primeros 10 min. Después se aumenta por etapas la velocidad de
calentamiento hasta, que el crisol se ponga al rojo, en cuyo momento se
le carga y se pone el quemador al máximo. El tiempo necesario para
llevar los crisoles al rojo debe ser de, aproximadamente 30 min. para
capacidades de hasta 300 kg de laton , 45min para 450 a 700 g de laton
o 225 kg de aluminio y de 75 min para 450 kg de aluminio
Los crisoles deben de encargarse con el horno vertical, empleando tenazas suficiente
largas para que puedan llegar al fondo del crisol

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IV. TIPOS DE QUEMADORES Y COMBUSTIBLES
4.1 Quemador.- Es la unidad que indica la combustión. Para el caso de
combustibles líquidos debe proveer la inyección de combustible por medio
de insuflamiento de aire. Provee también el espacio para atomización y
mezcla previa, así como para la combustión.
Un quemador ideal debe cumplir ciertas especificaciones básicas:
1. Permitir alcanzar una temperatura controlada uniforme en el horno.
2. Permitir obtener una atmósfera controlada y uniforme en el horno.
3. No debe deteriorarse debido al calor generado.
Dichos principios son sencillos pero difíciles de obtenerlos ya que si la
temperatura del horno es bastante uniforme, la atmósfera del horno no se
mantiene constante. Para nuestro caso vamos a utilizar quemadores de
combustibles mixtos, ya que es el tipo que se desarrolla en nuestro
proyecto.
4. Permitir obtener una atmósfera controlada y uniforme en el horno.
5. No debe deteriorarse debido al calor generado.

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Dichos principios son sencillos pero difíciles de obtenerlos ya que si la
temperatura del horno es bastante uniforme, la atmósfera del horno no se
mantiene constante. Para nuestro caso vamos a utilizar quemadores de
combustibles mixtos, ya que es el tipo que se desarrolla en nuestro
proyecto.
1. Después de vaporizarse, con obtención de combustión similares a las
de las combustiones gaseosas.
2. Después de que el combustible se atomicé, bajo el efecto del calor
transmitido por las paredes y los gases calientes contenidos en la cámara
de combustión, se evaporan y arden instantáneamente. (PINO, 2009)
4.2 Quemadores a Diesel
Los quemadores fósiles solo pueden ser quemados por dos formas:
1. Vaporizarlos antes de la ignición, y así poder quemarlos como si fuera
gas.
2. Rompiéndolos en finas gotas las cuales serán inyectadas hacia el aire
caliente, los que serán inyectadas hacia el aire caliente, los que serán
evaporadas mientras son quemadas.

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En el primer caso el combustible debe ser refinado, o de alta votalidad y
no debe ser bituminoso o sea no debe ser pasado, denso e impuro. Este
tipo de combustible no es muy utilizado en la escala industrial.
En el segundo caso, el combustible fósil liquido es calentado parea tener
una viscosidad adecuada baja y luego atomizada.
4.3 Quemadores de gas .-
Muchos quemadores domésticos y algunos industriales usan llamas
estabilizadas en la tobera, en una modificación del quemador Bunsen
tradicional
El gas combustible induce su propia provisión de aire por un proceso de
eyector regulado por el registro), y los reactantes están premezclados al
llegar a las toberas de quemado. La llama es estabilizada por la pérdida
de calor al cuerpo del quemador. (PINO, 2009)

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V. Bibliografía
 BAQUET, I. G. (2005).
http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/PrinciplesBlastFurnace.pdf.
 elias, x. (2006). http://www.bvsde.paho.org/cursoa_reas/e/fulltext/Ponencias-
ID55.pdf.
 eugenio, l. (2001). https://es.scribd.com/doc/90824666/Hornos-Bessemer.
 Induction, E. H. (2009). http://electroheatinduction.com.mx/hornos-industriales-
en-la-metalurgia/.
 nacional, i. p. (2004).
http://www.sepi.upiicsa.ipn.mx/sab/ProcManuf/UMD/Unidad2/Contenido/2.2.3.
a.htm.
 PAYARES, A. E. (2009).
 PEDRO, F. ( 2002).
 PINO, F. J. (2009).
http://www.academia.edu/8082546/DISE%C3%91O_C%C3%81LCULO_Y_CO
NSTRUCCI%C3%93N_DE_UN_HORNO_DE_FUNDICI%C3%93N_DE_ALU
MINIO_TIPO_BASCULANTE_Y_SUS_MOLDES.
 reservado, d. (2007). https://acequilabs.com.co/productos/equipos-para-
laboratorio/muflas-para-laboratorio/horno-mufla-de-alta-temperatura-para-
laboratorio-detail.html.
 Schafer, J. A. (2013). http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/cmI/10-
Hornos_industriales.pdf.
 uniovi. (2006). http://www6.uniovi.es/.

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VI. ANEXOS
6.1 TABLAS
Fuente (https://image.slidesharecdn.com/hornobasculante-150501093713-
conversion-gate01/95/horno-basculante-23-638.jpg?cb=1430476831)
Tabla 2
Fuente (http://www.scalofrios.es/Calor/combustion/img/combustibles.jpg)

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6.2 Ejercicio
Un alto horno produce un arrabio que contiene :
C = 3.6%
Si= 1.4%
Fe=95.0%
EL MINERAL CONTENIA
Fe202 = 80%
SiO2 = 12%
Al2O2 =8%
El coque (1 kilogramo por kilogramo de arrabio) contenia :
SiO2 = 10%
C = 90%
EL FUNDENTE (0.40 KILOGRAMOS DE ARRABIO ) era CaCO2 PURO el gas
contenia 28% CO y 12 % CO2
Preguntas
Por toneladas de arrabio producido
a)el peso del mineral utilizado
b) el peso de la ecoria producida
SOLUCION
a) Peso en arrabio = peso de Fe en mineral
Fe en arrabio =80(112/160)56%
Mineral =95’/0.56=1696 Kg
Peso del mineral = 1696 Kg /ton de arrabio
b) Escoria =SiO2+CaO+Al2O3
Si O2 EN MINERA = 1696X0.12=203.4KG
SI O2 en coque = 1000x0.1=100.0 kg
Total Sio2 cargado =203.4+100=303,4kg
Si en arrabio =1000x0.14=14kg
So O2 reducida=14(60/28)=30 kg
Si O2 es escoria =303.4-30=273.4 kg
CaCO2 cargada =1000x0.4=400Kg
CaO de esta =400(56/100)=224 kg
Al2O2= 1696X0.08=135.6 KG
ESCORIA SERIA = 273.4+135.6+224=633Kg
Escoria producida = 633 kg/ton de arrabio

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