(57)【要約】【課題】フリューの燃焼不良を原因とする、コークス押し出し時の偏重荷重を抑制する。【解決手段】炉長方向に多数のフリューを備えた燃焼室と、炭化室とが、炉幅方向に交互に配設されたコークス炉の操業方法において、フリュー温度が所定温度以下に低下した異常フリューを特定する第１ステップと、前記異常フリューに隣接する前記炭化室の側壁温度と、前記異常フリューと前記炭化室を挟んで対向する健全フリューに隣接する前記炭化室の側壁温度と、の温度差を推定する第２ステップと、前記温度差を縮小するように前記健全フリューのフリュー温度を低下させる第３ステップと、を有することを特徴とするコークス炉の操業方法。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉長方向に多数のフリューを備えた燃焼室と、炭化室とが、炉幅方向に交互に配設されたコークス炉の操業方法において、
フリュー温度が所定温度以下に低下した異常フリューを特定する第１ステップと、
前記異常フリューに隣接する前記炭化室の側壁温度と、前記異常フリューと前記炭化室を挟んで対向する健全フリューに隣接する前記炭化室の側壁温度と、の温度差を推定する第２ステップと、
前記温度差を縮小するように前記健全フリューのフリュー温度を低下させる第３ステップと、
を有することを特徴とするコークス炉の操業方法。
【請求項２】
前記第１ステップにおいて、前記炉長方向の端部側に位置するフリューを除いた残りのフリューから前記異常フリューを特定することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の操業方法。
【請求項３】
コークスを押し出す際に、予め以下の計算式に基づき算出される偏重荷重偏差率と前記温度差との関係を推定しておき、
前記偏重荷重偏差率が許容範囲に収まるように前記健全フリューの温度を低下させることを特徴とする請求項１又は２に記載のコークス炉の操業方法。
偏重荷重偏差率＝（燃焼不良側の側壁への荷重）／（両側の側壁に加わる荷重）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不健全なフリューを発見した際のコークス炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉は、炉長方向に多数のフリュー（小燃焼室）を並設した燃焼室と、炭化室とを交互に並べることにより構成されている。特許文献１には、複数の炭化室および燃焼室が水平方向に交互に配列された室式コークス炉において、燃焼室の特定のフリューに燃焼不良がある場合であっても、そのフリューに対応する箇所の炭化室内の炉幅方向の温度を精度良く推算する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６２４１１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１では、フリューの燃焼不良と、コークス押し出し時に炭化室の一方の側壁に発生する偏重荷重との関係については、考慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本願発明のコークス炉の操業方法は、（１）炉長方向に多数のフリューを備えた燃焼室と、炭化室とが、炉幅方向に交互に配設されたコークス炉の操業方法において、フリュー温度が所定温度以下に低下した異常フリューを特定する第１ステップと、前記異常フリューに隣接する前記炭化室の側壁温度と、前記異常フリューと前記炭化室を挟んで対向する健全フリューに隣接する前記炭化室の側壁温度と、の温度差を推定する第２ステップと、前記温度差を縮小するように前記健全フリューのフリュー温度を低下させる第３ステップと、を有することを特徴とする。
【０００６】
（２）前記第１ステップにおいて、前記炉長方向の端部側に位置するフリューを除いた残りのフリューから前記異常フリューを特定することを特徴とする上記（１）に記載のコークス炉の操業方法。
【０００７】
（３）コークスを押し出す際に、予め以下の計算式に基づき算出される偏重荷重偏差率と前記温度差との関係を推定しておき、前記偏重荷重偏差率が許容範囲に収まるように前記健全フリューの温度を低下させることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のコークス炉の操業方法。
偏重荷重偏差率＝（燃焼不良側の側壁への荷重）／（両側の側壁に加わる荷重）
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、異常フリューに隣接する炭化室の炉壁温度と、前記異常フリューと前記炭化室を挟んで対向する健全フリューに隣接する前記炭化室の炉壁温度と、の温度差を縮小して、コークスケーキにおける炉長方向に延びる亀裂の位置を炉幅方向の中央側に制御させることができる。これにより、コークス押し出し時に炭化室の側壁の一方に荷重が偏重することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】試験コークス炉の断面図である。
【図２】左側側壁温度及び右側側壁温度を略同一温度に設定した状態で石炭を乾留したときの側壁温度及び乾留時間の関係を示すグラフである。
【図３】左側側壁温度を右側側壁温度よりも下げた状態で石炭を乾留したときの側壁温度及び乾留時間の関係を示すグラフである。
【図４】通常コークスケーキのＣＴ画像である。
【図５】異常コークスケーキのＣＴ画像である。
【図６】通常コークスケーキの圧縮量と側壁に加わる荷重との関係を示すグラフである。
【図７】異常コークスケーキの圧縮量と側壁に加わる荷重との関係を示すグラフである。
【図８】乾留時間と側壁温度との関係を示すグラフである。
【図９】コークスケーキのＣＴ画像である。
【図１０】コークスケーキの圧縮量と側壁に加わる荷重との関係を示すグラフである。
【図１１】コークス炉の一部における平面図である。
【図１２】健全なフリュー及び不健全なフリューそれぞれに対応する側壁温度の温度差（横軸）と、偏重荷重偏差率（縦軸）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明者等は、炉幅方向において対向する側壁の温度差とコークスケーキとの関係について、試験コークス炉を用いて検討した。図１は、試験コークス炉の断面図である。試験コークス炉１００は、炉本体１０１と、左右一対の耐熱煉瓦からなる側壁１０２と、乾留容器１０３と、熱電対１０４とを含む。炉本体１０１は、天壁部１０１a及び縦壁部１０１ｂを含み、炉本体１０１の内部には有天筒状の容器収容部１０１ｃが形成されている。炉本体１０１の縦壁部１０１ｂには、所定間隔毎にヒータ１０１ｄが配設されている。
【００１１】
一対の側壁１０２は、炉本体１０１の縦壁部１０１ｂに沿って配置され、乾留容器１０３を挟む位置に設けられている。側壁１０２と対向する乾留容器１０３の外面には、熱電対１０４が配設されている。乾留容器１０３の内部には、石炭Ｃが充填されている。
【００１２】
石炭Ｃが充填された乾留容器１０３を、試験コークス炉１００の容器収容部１０１ｃに収容して、石炭Ｃを１８．５時間乾留した。ここで、図１の左側に配設された熱電対１０４によって測温された温度を左側側壁温度、図１の右側に配設された熱電対１０４によって測温された温度を右側側壁温度と定義する。なお、熱電対１０４は、乾留容器１０３の外面に配置されているため、熱電対１０４によって測温された温度は、コークス炉の炭化室の側壁温度と見做すことができる。
【００１３】
図２のグラフは、左側側壁温度及び右側側壁温度を略同一温度に設定して、石炭Ｃを乾留したときの側壁温度及び乾留時間の関係を示している。図３のグラフは、左側側壁温度を右側側壁温度よりも低くして、石炭Ｃを乾留したときの側壁温度及び乾留時間の関係を示している。つまり、図３に示す乾留方法は、炉幅方向において対向するフリューのうち一方のフリューが燃焼不良を起こした状態を再現したものである。フリューの燃焼不良は、主として炉体が老朽化してフリューのポートが詰まることにより発生する。フリューが燃焼不良になると、当然のことながら、フリュー温度は低下する。
【００１４】
図４及び図５は、それぞれ図２及び図３に対応しており、製造したコークスケーキを、炉幅方向及び炉長方向を含む平面方向に沿って撮像したＣＴ画像である。ＣＴ画像の取得位置は、コークスケーキの高さ方向における略真中とした。なお、以下の説明において、図４及び図５に図示するコークスケーキをそれぞれ通常コークスケーキ及び異常コークスケーキと定義して、区別するものとする。
【００１５】
図４及び図５を参照して、通常コークスケーキの場合、炭中部亀裂は炉幅方向の略中央に形成され、異常コークスケーキの場合、炭中部亀裂は炉幅方向の中央よりも左側（つまり、側壁温度が低い側）にシフトした位置に形成された。炭中部亀裂とは、炉長方向に延びる１条の大亀裂のことである。
【００１６】
次に、本発明者等は、通常コークスケーキ及び異常コークスケーキのそれぞれについて、冷間圧縮試験を実施して、コークスケーキ圧縮時の側壁荷重変化を測定した。具体的には、炉長方向の一端側に配置される炉蓋と、炉幅方向の一端側に配置される右側壁と、炉幅方向の他端側に配置される左側壁と、炉長方向の他端側から炉蓋に向かってコークスケーキを押し込む押出し機と、右側壁及び左側壁（以下、これらを纏めて側壁と称する場合がある）の夫々に設けられたロードセルとを有する公知の冷間圧縮試験装置（例えば、特開平８−２８３７３０号公報参照）を用いて、コークスケーキの圧縮試験を行い、コークスケーキの圧縮量と側壁に加わる荷重との関係を調べた。
【００１７】
図６は通常コークスケーキの圧縮量と側壁に加わる荷重との関係を示すグラフであり、横軸が通常コークスケーキの圧縮量であり、縦軸が側壁に加わる荷重である。図７は異常コークスケーキの圧縮量と側壁に加わる荷重との関係を示すグラフであり、横軸が異常コークスケーキの圧縮量であり、縦軸が側壁に加わる荷重である。これらのグラフに示す「右側＋左側」は、右側壁及び左側壁に加わる夫々の荷重を合算した総荷重である。異常コークスケーキは、炭中部亀裂が左側壁側に寄った位置に配置されるように冷間圧縮試験装置に収めた。
【００１８】
図６を参照して、通常コークスケーキの場合、右側壁及び左側壁に加わる荷重はほぼ同じであった。図７を参照して、異常コークスケーキの場合、燃焼不足側に対応した左側壁に荷重が偏重することがわかった。通常コークスケーキの場合も、異常コークスケーキの場合も側壁に加わる総荷重に大きな差はないため、異常コークスケーキを押し出す際に燃焼不足側の側壁に加わる荷重は、通常コークスケーキの側壁荷重の倍近くになり、側壁損傷が懸念される。
【００１９】
異常コークスケーキを押し出す際に燃焼不足側の側壁に荷重が偏重する理由は、コークス塊の炉幅方向の長さの長短に応じて押し出し時の挙動が異なるからと考えられる。具体的には、図４及び図５に図示するように、コークスケーキは亀裂により複数のコークス塊に分断されており、コークスケーキを圧縮すると、最初に炉長方向に隣接するコークス塊の間に形成された亀裂（空隙）が埋まる。コークスケーキをさらに圧縮すると、コークス塊は炉長方向に移動するスペースがないため、一部のコークス塊が側壁側にせりだす。ここで、異常コークスケーキの燃焼不足側に位置するコークス塊は、図５に図示するようにサイズが小さく、炉壁方向に動きやすいため、燃焼不足側の側壁に最初にせりだし、側壁荷重が増大するものと推察される。
【００２０】
以上の実験結果及び考察から、本発明者等は、燃焼不良を起こしているフリュー側の側壁と燃焼不良を起こしていないフリュー側の側壁との温度差を小さくして、炭中部亀裂の形成位置を炉幅方向の略中央に制御することにより、荷重偏重を抑制する方法を検討した。ここで、燃焼不良のフリューに対して炉長方向に隣接する健全なフリューのフリュー温度を上げることにより、健全なフリューに隣接する側壁から燃焼不良のフリューに隣接する側壁に向かって熱の回り込みを起こし、これにより、燃焼不良により温度低下した側壁温度を上昇させることが考えられる。しかしながら、この方法では、温度上昇させたフリューの周辺に装炭された石炭が過熱状態となり、コークスが細粒化するため、かえって押出し負荷が増大するおそれがあると推察される。
【００２１】
そこで、本発明者等は、燃焼不良を起こしたフリューと炭化室を挟んで対向する健全なフリューの温度を低下させることにより、側壁間の温度バラツキを小さくする方法を検討した。この乾留条件を模擬するため、図１の試験コークス炉において、一対の側壁１０２の側壁温度を互いに略同一温度に設定して石炭を乾留する試験を行った。図８は、乾留時間と側壁温度との関係を示すグラフである。側壁温度は略７００℃とし、乾留時間は１８．５時間とした。
【００２２】
石炭乾留後に、炉幅方向及び炉長方向を含む平面に沿ってコークスケーキのCT画像を取得した。図９は、取得したCT画像であり、同図から、コークスケーキの炉幅方向の略中央に炭中部亀裂が形成されていることがわかる。また、生成されたコークスケーキについて、冷間圧縮試験を実施して、コークスケーキ圧縮時の側壁荷重変化を測定した。冷間圧縮試験の詳細は、上述したから、説明を繰り返さない。図１０は、図６に対応しており、コークスケーキの圧縮量と側壁に加わる荷重との関係を示すグラフである。
【００２３】
図１０から、一対の側壁１０２の側壁温度を互いに同一温度に設定して石炭を乾留し、コークスケーキの炉幅方向中央に炭中部亀裂を形成することにより、側壁荷重の偏重が抑制されることがわかった。なお、図１０は、図６よりも早いタイミングで側壁荷重が増大している。これは、図９のコークスケーキは、図４のコークスケーキよりも炉幅方向に延びる亀裂が少ないため、コークスケーキを圧縮したときに、コークス塊が早く側壁側にせりだしたものと考えられる。
【００２４】
次に、本発明の操業方法が適用されるコークス炉の一実施形態について図１１を参照しながら、説明する。図１１は、コークス炉の一部における平面図である。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する三軸であり、Ｘ軸はコークス炉の炉幅方向に対応しており、Ｙ軸はコークス炉の炉長方向に対応しており、Ｚ軸はコークス炉の高さ方向に対応している。
【００２５】
炭化室１０及び燃焼室２０は、炉幅方向（Ｘ軸方向）に交互に配列されている。炭化室１０の上部には図示しない装入穴が設けられており、この装入穴から炭化室１０の内部に向かって原料炭が装入される。原料炭には、複数銘柄の石炭からなる配合炭を用いることができる。なお、本実施形態のコークス炉で乾留されたコークスは、還元材としての高炉用コークスとして用いることができる。
【００２６】
燃焼室２０は、複数のフリューＦを炉長方向（Ｙ軸方向）に並べることによって構成されている。なお、説明の便宜上、各フリューFには番号を付している。ただし、本明細書では、各フリューを特に区別する必要がない場合には、フリュー番号を付さずに表記する。燃焼室２０の燃焼構造には、２分割式やヘアピン式等の種々の型式を用いることができる。例えば、２分割式のコークス炉では、燃料ガスの燃焼が行われる燃焼側と、燃焼排ガスを煙道へ引き落とす引き落とし側とに各フリューＦを２分割している。各フリューＦの上部は、コークス炉の炉長方向に向かって延びるトンネル状の上部水平焔道に繋がっている。燃焼側で発生した燃焼排ガスは、上部水平焔道を介して、引き落とし側から煙道へ排出される。２０〜３０分間このような燃焼処理をした後に、燃焼側と引き落とし側とが入れ替わって燃焼状態が継続される。
【００２７】
各フリューＦの底面には、燃焼ガス及び燃焼空気を導入するためのポート（不図示）が形成されている。各ポートには、ポートの開口面積を変化させるための耐火煉瓦を設置することができる。耐火煉瓦の位置を変えてポートの開口面積を変化させることにより、燃焼ガス及び燃焼空気の流量が変わり、各フリューFのフリュー温度を調節することができる。耐火煉瓦の位置は、各フリューの上部に形成された点検口（不図示）から差し込まれた長尺冶具によって変更することができる。なお、フリュー温度の調節方法は、上述の方法に限定されるものではなく、例えば、各フリューFに導入される燃焼ガス及び燃焼空気の流量を調節するための弁を管路に設けることにより、フリュー温度を調節できるようにしてもよい。
【００２８】
各フリューFには、底面の温度（フリュー温度）を検出するための温度センサ（不図示）が設けられている。温度センサには、例えば、サーモセンサを用いることができる。
【００２９】
上述の構成において、例えば、炉幅方向において対向するフリューＦ１５及びＦ４５のうち、フリューＦ１５が燃焼不良、フリューF４５が健全な場合には、フリューＦ１５に隣接する炭化室１０の側壁温度が、フリューF４５に隣接する炭化室１０の側壁温度よりも低くなる。側壁温度に差がある状態で石炭を乾留すると、フリューＦ１５及びＦ４５の間に生成されるコークスケーキの炭中部亀裂の位置が炉幅方向の中央よりもフリューＦ１５側にシフトする。
【００３０】
そこで、健全なフリューＦ４５のフリュー温度を下げることにより、フリューＦ１５及びＦ４５に隣接する炭化室１０の側壁温度の温度差を縮小する。これにより、コークスケーキにおける炭中部亀裂の位置を、炉幅方向中央側に近づける様に制御することができる。
【００３１】
具体的には、フリューＦ１５の温度が、管理温度に低下したときに、フリューＦ１５及びＦ４５に隣接する炭化室１０の側壁温度の温度差を推定し、温度差が所定値以上のときに、フリューＦ４５のフリュー温度を下げるとよい。管理温度は、コークス炉の稼働率に応じて変わるために特に限定しない。また、温度差の所定値は、後述の偏重荷重偏差率の設定値に基づき、定めることができる。なお、実コークス炉では、乾留中に炭化室１０の側壁温度を直接測温することができないため、フリュー温度から炭化室１０の側壁温度の温度差を推定することが望ましい。側壁温度の温度差を推定する方法は特に限定しないが、例えば、特許文献１に記載された方法を用いることができる。なお、フリュー温度を下げると、フリューＦ１５及びＦ４５の間に位置するコークスの強度は低下するが、コークス炉全体で製造されるコークスのコークス強度に与える影響は小さいため、コークスの品質を維持しながら、押し出し負荷を軽減することができる。
【００３２】
特許文献１に記載された推定方法を簡潔に説明すると、フリューＦの温度とコークスケーキ押し出し時の炭化室の側壁の温度とを実測し、これらの温度の関係を規定する関係式を予め求めておく。次に、燃焼不良のフリューＦにおけるフリュー温度とこのフリューＦの炉長方向に隣接する複数の健全なフリューＦにおけるフリュー温度とを実測して、前記の関係式に基づき、燃焼不良のフリューＦに隣接する炭化室の側壁温度を推定する。
【００３３】
この推定方法は、燃焼不良のフリューＦに隣接する炭化室の側壁温度を、隣接する複数の健全なフリューＦからの熱の回り込みを考慮して推定する方法である。つまり、燃焼不良のフリューＦに隣接する側壁は、健全なフリューＦに隣接する側壁よりも側壁温度が低いため、健全なフリューＦに隣接する側壁から熱が流れ込み、温度低下が抑制される。したがって、燃焼不良のフリューに隣接する側壁における側壁温度の低下量は、燃焼不良のフリューにおけるフリュー温度の低下量よりも小さくなる。この点を考慮して炭化室の側壁温度の温度差を推定することができる。
【００３４】
ただし、側壁温度の温度差の推定方法は、上述の方法に限定されるものではなく、例えば、特開昭５８−２９８８３号公報に記載されるような伝熱計算方法に基づき、推算してもよい。具体的には、測定したフリュー温度に所定の補正係数を乗じた温度をフリュー側の側壁温度としてもよい。
【００３５】
図１２は、健全なフリュー及び不健全なフリューそれぞれに対応する側壁温度の温度差（横軸）と、偏重荷重偏差率（縦軸）との関係を示すグラフである。ここで、偏重荷重偏差率は、以下の計算式に基づき算出することができる。
偏重荷重偏差率＝（燃焼不良側の側壁への荷重）／（両側の側壁に加わる荷重）したがって、一方の側壁（燃焼不良側のフリューFに対応した側壁）に荷重がすべて偏重すると、偏重荷重偏差率は１になる。両側の側壁に加わる荷重が均等になると、偏重荷重偏差率は０．５になる。図１２のグラフは、図１の試験コークス炉を用いて側壁温度の温度差を種々変更しながらコークスケーキを生成し、各コークスケーキについて冷間圧縮試験を実施することにより、取得できる。冷間圧縮試験については、上述したので、説明を繰り返さない。
【００３６】
実コークス炉では、フリュー温度を常時測定しているため、燃焼不良のフリューFを特定することができる。また、上述した推定方法に基づき、フリュー温度から側壁温度の温度差を推定することができる。側壁温度の温度差がわかれば、図１２に基づき、偏重荷重偏差率を求めることができる。
【００３７】
例えば、偏重荷重偏差率の許容値を０．７に設定した場合、側壁温度の温度差が図１２に示す「許容温度差」の範囲に収められるように、健全なフリューFのフリュー温度を下げるとよい。フリュー温度の下げ幅は、コークス炉の稼働率に応じて適宜変更することができる。
【００３８】
なお、全フリューが健全である場合は、偏重荷重偏差率は０．５が最も好適である。しかし、燃焼不良を起こしたフリューFと炭化室１０を挟んで対向する健全なフリューFの温度を低下させる場合に、偏重荷重偏差率の設定は、健全なフリューFにさらに隣接する炭化室１０を挟んで対向するフリューFの温度も考慮することが好ましい。具体的には、図１１のフリューＦ１５が燃焼不良、フリューF４５が健全で、かつ、フリューF４５の右側の炭化室１０を挟んで対向するフリューFの温度が健全な場合は、フリューF４５はフリューＦ１５と同等の温度まで下げるのではなく、フリューＦ１５よりも高い温度に設定することが推奨される。この様にすることで、フリューF４５と、フリューF４５の右側の炭化室１０を挟んで対向するフリューFとの温度差が緩和され、この炭化室１０の偏重荷重偏差率の悪化が抑制される。実炉では、さらに炉体の耐久性も考慮して、偏重荷重偏差率の許容値を設定することが良い。
【００３９】
一般的に、コークス炉の稼働率を高位に維持するためには、フリュー温度を高温にして乾留時間を短くする必要がある。したがって、コークス炉の稼働率を高位に維持する場合には、フリュー温度の低下量を抑制するのが好ましい。つまり、必ずしも、偏重荷重偏差率を０．５（つまり、炉幅方向において対向する側壁に働く荷重が互いに同じ）に改善するアクションを行う必要はなく、コークス炉の稼働率等を考慮しながら、側壁温度の温度差が許容温度差内に収められるように、健全なフリューＦのフリュー温度を低下させればよい。
【００４０】
ここで、フリュー列の端部側に位置するフリューＦは、外気による影響を受けて温度が上がりにくいため、フリュー温度を低下させると、コークスの品質が劣化するおそれがある。したがって、端部側に位置するフリューＦは、本願発明の対象から除くことが望ましい。具体的には、コークス炉の下限温度を下回る温度で操業されるフリューＦは、本願発明の対象から除くことが望ましい。下限温度は、コークス炉の稼働率等に応じて変動するため特に限定しない。
【００４１】
（変形例）
上述のコークス炉は、各フリューFのフリュー温度を独立して調節できる構成となっているが、本発明はこれに限るものではなく、炉長方向に並ぶフリューFを複数のブロックに分割し、ブロック単位でフリュー温度を調節可能なコークス炉にも適用することができる。この場合、例えば、ブロックに含まれる一つのフリューFが所定温度を下回った場合に、異常と判定して、炭化室１０を挟んで対向する健全側のブロックのフリュー温度を低下させてもよい。
【００４２】
変形例では、複数のフリューのフリュー温度が同時に変更されるため、コークスの品質及び稼働率が所望の条件を満足するように、フリュー温度の低下量を小さくすることが望ましい。
【符号の説明】
【００４３】
１０  炭化室
２０  燃焼室
F  フリュー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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