(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に下方外側に向けて円周配置された複数のノズル孔を有し、吹錬時に前記先端部から転炉内に挿入され前記ノズル孔から酸素ガスを溶銑に向けて噴射する上吹きランスに取り付けられ、
前記転炉の炉口に付着した地金を除去するために用いられる治具であって、
該治具は、前記複数のノズル孔にそれぞれ挿入される筒状部と、該筒状部の一端に各筒状部に対して傾斜して設けられるフランジ部とからなる、複数の取付け部材を有し、
前記フランジ部は、前記筒状部の一端と直接接続する上板と、該上板と所定の間隔をあけて対向する底板と、前記上板と前記底板との間の外周同士を接続する側部とからなり、
前記フランジ部がそれぞれ対応する前記筒状部と連通する中空部は、前記上板、前記底板および前記側部により区画され、該中空部と連通し、取付け状態で前記上吹きランスの外周側に位置する開口部では、前記上板と前記底板とが前記側部により接続されておらず、
前記複数のフランジ部は、上面視でリング状に配置され、
前記治具は、取付け状態で隣り合う前記フランジ部同士を拘束し、前記筒状部の抜け落ちを防止する拘束具をさらに有し、
該拘束具は、前記フランジ部の側部のうち、隣り合う前記フランジ部と対向する部分に各々設けられた小孔に挿入され、隣り合う前記フランジ部同士を直接的に拘束する複数のＵ字ボルトであることを特徴とする転炉炉口地金除去用治具。
【請求項２】
前記フランジ部は、取付け状態で水平方向に延在する請求項１に記載の転炉炉口地金除去用治具。
【請求項３】
前記筒状部の外周面にリング状弾性材を有する請求項１または２に記載の転炉炉口地金除去用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吹錬時に酸素ガスを噴射する上吹きランスに取り付けられて、転炉の炉口に付着した地金を除去するために用いられる治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すように、転炉７０での吹錬は、上吹きランス８０を炉口７４から炉内に挿入し、この上吹きランス８０から高純度の酸素ガスを転炉内の溶銑７２に向けて音速以上のスピードで吹きつけ、これにより、溶銑中の不純物を取り除くとともに、溶銑の炭素を酸化反応により除去する工程である。吹錬では、高速の酸素ガスの吹きつけにより溶銑の一部は上方に吹き飛ばされ、炉口７４近傍において急冷されて凝固し、炉口７４に付着する。
【０００３】
このように炉口７４に付着した地金７６（以下、本明細書において「炉口地金」という。）は、炉口を狭くして、スクラップや溶銑の挿入、さらには上吹きランスの挿入をも困難にする。よって、十数チャージに１回程度の頻度で炉口地金７６を除去する必要がある。
【０００４】
炉口地金除去専用のランスを用いて炉口地金を除去する方法がある。このランスは、酸素ガスを下方に噴射する上吹きランスとは異なり、ランス下部の外周面にノズル孔を配置するなどして、ランスに対して略垂直の方向に酸素を噴射するものである。転炉は通常、メインの上吹きランスと予備ランスの２本のランスを有するが、この予備ランスとして炉口地金除去専用ランスを設置する。
【０００５】
しかしこの方法では、吹錬中にメインの上吹きランスが使用不能となった場合、予備ランスが吹錬に使えないため、突発でメインの上吹きランスを交換する作業が必要となる。この作業は最大で１時間程度かかり、その間操業が停止となるため、減産につながってしまう。
【０００６】
そこで、予備ランスにも通常の上吹きランスを設置するとともに、この予備ランスの先端部に所定の治具を取り付けることによって、酸素ガスの向きを変更し炉口地金の除去を可能とする技術がある。この技術によれば、メインの上吹きランスが使用不能となった場合でも、治具を取り外すのみで予備ランスを吹錬に用いることができ、操業停止の必要がない。
【０００７】
このような炉口地金除去用の治具（炉口地金除去用ノズル）が特許文献１に記載されている。この炉口地金除去用ノズルは、酸素ランス１０の先端部外面に密接する円環状の金属板であるリング２５と、これに並行で円形の金属板である底板２１と、両者の間にあるスペーサ２６とを含む。スロート１４内を下方に通る酸素ガスは、底板２１に衝突して略水平方向に向きを変え、スペーサ２６の間を通って外部に噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−１３６９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の治具は、メインの上吹きランスが使用不能となった場合でも操業停止が不要である点で優れたものである。しかしながら、本発明者は以下の点において改良の余地があるとの認識に至った。すなわち、この治具では、フックボルトをスロート１４内に引っ掛けることにより、リング２５、スペーサ２６および底板２１を支持しているのみである。このため、炉口地金除去作業中に、治具が継続的に受ける酸素ガスの圧力により、治具がずれてしまったり、ある頻度で外れて炉内に落下してしまったりしていた。治具がずれると、酸素ガスの噴出方向が変わり、意図せず転炉の耐火物を損傷するおそれもある。また、治具の脱落頻度が高いと、その分生産効率が下がる。
【００１０】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、上吹きランスに安定して取り付けられ、炉口地金除去作業中に酸素ガスの圧力で上吹きランスから脱落しにくい転炉炉口地金除去用治具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成すべく本発明者が鋭意検討したところ、上吹きランスの先端部に傾斜して位置する複数のノズル孔のそれぞれに、筒状部と該筒状部の一端のフランジ部とからなる取付け部材を取り付け、その状態で、隣り合うフランジ部同士を拘束具により拘束することにより、安定した取付けが可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
本発明は、このような知見に基づきなされたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）先端部に下方外側に向けて円周配置された複数のノズル孔を有し、吹錬時に前記先端部から転炉内に挿入され前記ノズル孔から酸素ガスを溶銑に向けて噴射する上吹きランスに取り付けられ、
前記転炉の炉口に付着した地金を除去するために用いられる治具であって、
該治具は、前記複数のノズル孔にそれぞれ挿入される筒状部と、該筒状部の一端に各筒状部に対して傾斜して設けられるフランジ部とからなる、複数の取付け部材を有し、
前記フランジ部は、前記筒状部の一端と直接接続する上板と、該上板と所定の間隔をあけて対向する底板と、前記上板と前記底板との間の外周同士を接続する側部とからなり、
前記フランジ部がそれぞれ対応する前記筒状部と連通する中空部は、前記上板、前記底板および前記側部により区画され、該中空部と連通し、取付け状態で前記上吹きランスの外周側に位置する開口部では、前記上板と前記底板とが前記側部により接続されておらず、
前記複数のフランジ部は、上面視でリング状に配置され、
前記治具は、取付け状態で隣り合う前記フランジ部同士を拘束し、前記筒状部の抜け落ちを防止する拘束具をさらに有し、
該拘束具は、前記フランジ部の側部のうち、隣り合う前記フランジ部と対向する部分に各々設けられた小孔に挿入され、隣り合う前記フランジ部同士を直接的に拘束する複数のＵ字ボルトであることを特徴とする転炉炉口地金除去用治具。
【００１３】
（２）前記フランジ部は、取付け状態で水平方向に延在する上記（１）に記載の転炉炉口地金除去用治具。
【００１４】
（３）前記筒状部の外周面にリング状弾性材を有する上記（１）または（２）に記載の転炉炉口地金除去用治具。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の転炉炉口地金除去用治具は、上吹きランスに安定して取り付けられるため、炉口地金除去作業中に酸素ガスの圧力で上吹きランスから脱落しにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による転炉炉口地金除去用治具１００の斜視図である。
【図２】図１に示す治具１００を図１の上側から見た図である。
【図３】（Ａ）は、治具１００の一部品である取付け部材１０の正面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す取付け部材１０を（Ａ）の右側から見た図である。
【図４】治具１００を取り付ける上吹きランス８０の図であり、（Ａ）は、上吹きランスの先端部８２を下方から見た図であり、（Ｂ）は、先端部８２を（Ａ）のＩ−Ｉ断面で見た図である。
【図５】治具１００を上吹きランス８０に取り付けた状態の図であり、（Ａ）は、上吹きランスの先端部８２を下方から見た図であり、（Ｂ）は、先端部８２を（Ａ）のＩＩ−ＩＩ断面で見た図である。
【図６】治具１００を上吹きランス８０に取り付けた状態を説明する図である。
【図７】転炉に上吹きランスを挿入して吹錬している状態の説明図である。
【図８】転炉に、治具１００を取り付けた上吹きランスを挿入して、炉口地金を除去している状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の転炉炉口地金除去用治具の実施形態を説明する。図１〜図６を参照して、本実施形態の転炉炉口地金除去用治具１００（以下、単に治具１００という。）を説明する。
【００１９】
まず、治具１００を取り付ける上吹きランス８０について、図４（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。上吹きランス８０は、吹錬時に先端部８２から転炉７０（図７）内に挿入される。上吹きランスの先端部８２は、下方外側に向けて円周配置された５つのノズル孔８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃ，８４Ｄ，８４Ｅを有する。
【００２０】
「下方外側に向けて円周配置された」の意味を詳説する。まず、図４（Ａ）に示すように、５つのノズル孔８４Ａ〜８４Ｅは、先端部８２を下方から見た場合に円周上に（本実施形態では等間隔に）配置されている。図４（Ｂ）に示すように、ノズル孔８４Ａは、下方（すなわち上吹きランスの先端）に向かうほど、上吹きランスの中心軸から離れるように外側に向かって延在しており、ノズル孔８４Ａの中心軸は、上吹きランス８０の中心軸に対して角度θだけ傾斜している。その他のノズル孔８４Ｂ〜８４Ｅも同様に、下方に向かうほど、上吹きランスの中心軸から離れるように外側に向かって延在しており、それぞれの中心軸は上吹きランス８０の中心軸に対して角度θだけ傾斜している。つまり、５つのノズル孔８４Ａ〜８４Ｅは、下方に向かうほど互いに離れるとともに、上吹きランス８０の中心軸に直行する断面を先端部８２のどの位置でとっても、図４（Ａ）と同様に等間隔に位置している。上吹きランス８０の内部から供給される酸素ガスは、これらノズル孔８４Ａ〜８４Ｅから下方の溶銑に向けて噴射される。
【００２１】
ノズル孔の傾斜角θは特に限定されないが、１２〜１８度の範囲で適宜設定することができる。また、ノズル孔の形状はラバール形状でもストレート形状でもよい。ノズル孔の直径は４５〜７４ｍｍ程度、長さは２００〜４００ｍｍ程度とすることができる。なお、ノズル孔は２つ以上あれば個数は特に限定されないが、通常は４〜８個とする。なお、ノズル孔が２つの場合でも、各ノズルが既述のように延在していれば、先端部に「下方外側に向けて円周配置されている」とみなすことができる。
【００２２】
次に、このような上吹きランス８０に取り付けられる治具１００を、図１、図２、図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して説明する。治具１００は、図１および図２に示すように、５つの取付け部材１０，２０，３０，４０，５０と、拘束具としてのＵ字ボルト６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ，６０Ｅとを含む。本実施形態において、５つの取付け部材１０〜５０は同形であるため、代表して取付け部材１０について説明する。
【００２３】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、取付け部材１０は、筒状部１１とフランジ部１２とからなる。筒状部１１は、上吹きランスのノズル孔８４Ａに挿入されるものである。フランジ部１２は、筒状部の一端１１Ａに、筒状部１１に対して傾斜して設けられる。フランジ部１２は、筒状部の一端１１Ａと直接接続する上板１２Ａと、この上板１２Ａと所定の間隔（１０〜２０ｍｍ程度）をあけて対向する底板１２Ｂと、上板１２Ａおよび底板１２Ｂ間の外周同士を接続する側部１２Ｃとからなる。図２に示すように、フランジ部１２は、上面視で台形の下底を弧にした形状をしており、当該弧の部分では上板１２Ａと底板１２Ｂとは接続されておらず、図３（Ｂ）に示すように中空部１３と連通した開口部１４となっている。図３（Ｂ）および後述する図５（Ｂ）に示すように、上板１２Ａ、底板１２Ｂおよび側部１２Ｃにより区画される中空部１３は、筒状部１１の内部（中空）１１Ｃと連通している。側部１２Ｃのうち、フランジ部の上面視で台形の脚の位置となる部分には、小孔１５が設けられている。小孔１５は後述するＵ字ボルトを挿入するためのものである。筒状部の他端１１Ｂの形状は特に限定されない。
【００２４】
取付け部材１０の材質は、ＳＳ，ＳＵＳなどとすることができる。
【００２５】
筒状部１１は、位置に関わらず一定の内径および外径を有するストレート形状であることが好ましい。筒状部１１の外径は、該筒状部１１が挿入されるノズル孔の内径（ラバール形状の場合は、最小の内径）よりも２〜４ｍｍ小さくすることが好ましい。このクリアランスが２ｍｍ未満の場合、ランス孔への挿入が困難となり、４ｍｍ超えの場合、リング状弾性材６２（後述）によるシール性が悪化するためである。
【００２６】
本実施形態において、図１、図２および図５（Ａ）に示すように、５つの取付け部材１０〜５０の各フランジ部１２，２２，３２，４２，５２は、弧の部分（開口部）が外側を向くように互いに隣り合って配置される。フランジ部の形状は、本実施形態のものに限定されるものではない。しかし、本実施形態のように、酸素ガスを治具１００の側方の全方位に噴射できるように、フランジ部の開口部の形状を設計することが好ましい。本実施形態では、開口部１４は、７２度の方向に酸素ガスを噴射可能に延在する。中空部１３および開口部１４の高さ、すなわち上板１２Ａと底板１２Ｂとの距離は、１０〜２０ｍｍとすることが好ましい。
【００２７】
筒状部１１の外周面には、例えば輪ゴムなどのリング状弾性材６２を配置することが好ましい。リング状弾性材６２の作用効果については後述する。
【００２８】
次に、図２、図４、図５および図６を参照して、治具１００を上吹きランス８０に取り付ける方法を説明する。まず、５つの取付け部材１０〜５０の各筒状部１１，２１，３１，４１，５１を、上吹きランスの先端部８２の５つのノズル孔８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃ，８４Ｄ，８４Ｅにそれぞれ挿入する。このとき図５（Ａ）に示すように、各フランジ部の開口部が互いに外側を向き、上吹きランス８０の外周側に位置するようにする。各筒状部の外周面にはリング状弾性部材６２があるため、筒状部がノズル孔から抜け落ちることなく保持される。
【００２９】
次に、図５（Ａ）に示すように、隣り合うフランジ部同士を５つのＵ字ボルト６０Ａ〜６０Ｅにより拘束する。その後、各筒状部１１，２１，３１，４１，５１をノズル孔８４Ａ〜８４Ｅに沿って下方にスライドさせる。このとき、ノズル孔８４Ａ〜８４Ｅが既述のように傾斜していることから、各フランジ部１２，２２，３２，４２，５２は、互いに離れる方向に移動し、その一方でＵ字ボルト６０Ａ〜６０Ｅにより拘束されている。その結果、各フランジ部がＵ字ボルトにより強固に締め付けられる。Ｕ字ボルトによる固定の後は、筒状部１１，２１，３１，４１，５１がノズル孔から抜け落ちることはない。図６は、治具１００を上吹きランス８０に取り付けた状態を示している。
【００３０】
炉口地金の除去時には、図８に示すように、通常操業で使用していた上吹きランスに替えて、治具１００を取り付けた上吹きランス８０を炉口７４から炉内に挿入し、炉口地金７６の高さに治具１００が位置するように上吹きランス高さを調整する。図５を参照して、上吹きランス８０の内部から供給される酸素ガスは、筒状部１１を通過し、底板１２Ｂに衝突して向きを変え、開口部１４から噴射する。他の取付け部材２０〜５０についても、酸素ガスの経路は同様である。このように酸素ガスの圧力も、各フランジ部がＵ字ボルトによってさらに締め付けられる方向に作用する。そのため、本実施形態の治具１００は、炉口地金除去作業中に酸素ガスの圧力で上吹きランスから脱落するようなことはない。
【００３１】
ここで、炉口地金除去時の条件について説明する。送酸量は、１００００〜１８０００Ｎｍ３／ｈｒとすることが好ましい。１００００Ｎｍ３／ｈｒ未満の場合、炉口地金の除去効果を十分に得ることができず、１８０００Ｎｍ３／ｈｒ超えの場合、酸素ガスにより炉口から剥がれた地金が大量に治具１００にまで到達し、治具１００の溶損のおそれがあるからである。
【００３２】
酸素ガスの二次圧は、３〜７ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲とすることが好ましい。３ｋｇｆ／ｃｍ２より低いと治具からの酸素が主集塵に吸われ炉口地金の除去効果を十分に得ることができず、７ｋｇｆ／ｃｍ２より高いと酸素ガスにより炉口から剥がれた地金が大量に治具１００にまで到達し、治具１００の溶損のおそれがあるからである。
【００３３】
ここで、リング状弾性材６２は、ノズル孔の内壁と筒状部の外周との間をシールする作用も有する。つまり、リング状弾性材６２により酸素ガスを効率的に開口部１４から噴射させることができる。
【００３４】
図３（Ｂ）を参照して、筒状部１１に対するフランジ部１２の傾斜角は特に限定されない。しかし、本実施形態のように、治具１００を上吹きランス８０に取り付けた状態で、フランジ部１２が水平方向に延在するように設定することが好ましい。これにより、図８に示すように、酸素ガスを上吹きランス８０の中心軸に略垂直な方向に噴射することができ、効率的に炉口地金の除去をすることができる。
【００３５】
炉口地金の除去後は、治具１００を取り付けた上吹きランス８０を転炉から出して、通常操業用の上吹きランスを再度炉内に挿入する。その後、治具１００の点検を行う。具体的には、Ｕ字ボルト６０Ａ〜６０Ｅが変形していないか、取付け部材１０〜５０の溶損がないか、地金の付着がないかをチェックし、問題がなければ次回の炉口地金除去時に用いることができる。ただし、使用後には毎回、治具を軽く叩くことにより、治具１００に付着した地金を除去することが好ましい。特に、酸素ガスと接触する箇所に地金があると、地金が酸素ガスにより高温化して、取付け部材やＵ字ボルトの溶損の原因となるからである。
【００３６】
治具１００を上吹きランス８０から取り外す方法を説明する。まず、取付け部材１０〜５０をノズル孔８４Ａ〜８４Ｅに沿って上方に押し上げる。このとき、フランジ部１２を下方からハンマーで軽く叩いてもよい。このとき、各フランジ部１２，２２，３２，４２，５２は、互いに近づく方向に移動するため、Ｕ字ボルト６０Ａ〜６０Ｅが緩む。そこで、Ｕ字ボルト６０Ａ〜６０Ｅを外し、最後に取付け部材１０〜５０の筒状部をノズル孔８４Ａ〜８４Ｅから引き抜く。このように、治具１００は特殊な工具を用いることなく容易に上吹きランス８０から取り外すことができる。
【実施例】
【００３７】
（本発明例）
図１〜図６で説明した上吹きランスおよび転炉炉口地金除去用治具を用意した。この上吹きランスに治具を取り付けて、予備用ランスとした。７トン／ｃｈの転炉の炉口に付着した地金を、１０チャージに１回の頻度で上記予備用ランスを用いて除去した。上吹きランスおよび治具の緒元は、以下のとおりとした。
【００３８】
＜上吹きランス＞
上吹きランスの外径：３１２ｍｍ
ノズル孔の形状：ラバール形状
ノズル孔の内径：上端４７ｍｍ、最小４７ｍｍ、下端５２ｍｍ
ノズル孔の傾斜角θ：１６度
ノズル孔の長さ：１８０ｍｍ
【００３９】
＜治具＞
筒状部の長さ：２００ｍｍ
筒状部の外径：４５ｍｍ
筒状部の内径：４０ｍｍ
フランジ部上面視寸法：上底８５ｍｍ、弧の長さ１９０ｍｍ、両脚：８０ｍｍ
フランジ部の中空部および開口部の高さ：１３ｍｍ
筒状部に対するフランジ部の傾斜角：７２度
輪ゴム：太さ１ｍｍ、筒状部の中間位置に配置
【００４０】
炉口地金除去時の条件は以下のとおりとした。
送酸量：１６０００Ｎｍ３／ｈｒ
酸素ガス二次圧：５ｋｇｆ／ｃｍ２
【００４１】
（比較例）
本発明例の治具に替えて、特許文献１に記載の治具を取り付けた以外は、本発明例と同様の方法で、炉口地金の除去を行った。治具の緒元は、以下のとおりとした。
【００４２】
上吹きランスの先端に密着させる金属板リング：内径３０３ｍｍ、外径３１５ｍｍ
底板：外径３１５ｍｍ、円周上に５箇所穴を形成
スペーサ：高さ２５ｍｍ
フックボルト：５本を底板の穴から通し、上吹きランスに治具を固定
【００４３】
炉口地金除去時の条件は、本発明例のものから以下のように変更した。これは、治具の形状に適した条件として設定したものである。すなわち、比較例においては、本発明例と同等の酸素ガス二次圧を得るために、本発明例よりも送酸量を多くする必要があった。
送酸量：２５０００Ｎｍ３／ｈｒ
酸素ガス二次圧：５ｋｇｆ／ｃｍ２
【００４４】
＜評価１：治具の使用寿命＞
本発明例では、治具を１００回使った後でも、治具が上吹きランスからずれたり脱落したりすることはなく、毎回正常な炉口地金除去ができた。しかし、比較例では、１５回目の炉口地金除去時に治具が上吹きランスから脱落してしまい、治具の交換を余儀なくされた。
【００４５】
＜評価２：必要酸素量＞
１回の炉口地金除去に要した時間は、本発明例において１３分、比較例において１１分であった。その結果、１回の炉口地金除去に必要であった酸素量は、比較例では４４００Ｎｍ３／回であったのに対し、本発明例では、３５００Ｎｍ３／回であり、酸素の使用効率が２０％程度向上した。つまり、本発明例では、比較例よりも少ない酸素量で同等の除去効果を得ることができた。これは、治具の形状が変化したことにより、炉口への酸素到達効率が上がったためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の転炉炉口地金除去用治具は、上吹きランスに安定して取り付けられるため、炉口地金除去作業中に酸素ガスの圧力で上吹きランスから脱落しにくい。つまり、治具の使用寿命が長い。
【符号の説明】
【００４７】
１００  転炉炉口地金除去用治具
１０，２０，３０，４０，５０  取付け部材
１１  筒状部
１１Ａ  筒状部の一端
１１Ｂ  筒状部の他端
１１Ｃ  筒状部の内部（中空）
１２  フランジ部
１２Ａ  上板
１２Ｂ  底板
１２Ｃ  側部
１３  中空部
１４  開口部
１５  小孔
６０Ａ〜６０Ｅ  Ｕ字ボルト（拘束具）
６２  リング状弾性材
７０  転炉
７２  溶銑
７４  炉口
７６  炉口地金
８０  上吹きランス
８２  上吹きランスの先端部
８４Ａ〜８４Ｅ  ノズル孔
【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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