(57)【要約】【課題】双ドラム方式の冷却処理装置を用い、比較的塩基度が高く粘性のある溶融スラグを効率的に冷却処理する。【解決手段】双ドラム方式の冷却処理装置を用いて塩基度２以上の溶融スラグを冷却処理するに際し、スラグ展伸手段２により、溶融スラグを冷却ドラム１の上部外周面にドラム幅方向で展伸した状態に付着させ、冷却ドラム１上で冷却する。スラグ展伸手段２により溶融スラグをドラム幅方向で展伸させるので、粘性のある溶融スラグを高い冷却効率で冷却することができ、高い生産性でスラグ凝固体を得ることができる。また、溶融スラグの冷却速度も高くなるので、特に塩基度が高いスラグについても粉化しにくいスラグ凝固体を得ることができる。【選択図】図１
2008308397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ドラム（１）を備え、該１対の冷却ドラム（１）の上部外周面間に溶融スラグが供給される冷却処理装置を用いて、スラグ塩基度［質量比：％ＣａＯ／％ＳｉＯ２］が２以上の溶融スラグを冷却処理するに際し、
冷却処理装置が備えるスラグ展伸手段（２）により、溶融スラグを冷却ドラム（１）の上部外周面にドラム幅方向で展伸した状態に付着させ、冷却ドラム（１）上で冷却することを特徴とする溶融スラグの冷却処理方法。
【請求項２】
スラグ展伸手段（２）が、冷却ドラム（１）の上部外周面に付着した溶融スラグを圧延して展伸させる圧延ロールであることを特徴とする請求項１に記載の溶融スラグの冷却処理方法。
【請求項３】
スラグ展伸手段（２）が、溶融スラグを冷却ドラム（１）の上部外周面にドラム幅方向で振り分けて供給する供給手段であることを特徴とする請求項１に記載の溶融スラグの冷却処理方法。
【請求項４】
スラグ展伸手段（２）が、冷却ドラム（１）の軸心に付与された傾斜と、軸心が傾斜した冷却ドラム（１）の高所側の上部外周面に溶融スラグを供給する供給手段からなることを特徴とする請求項１に記載の溶融スラグの冷却処理方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の冷却処理方法で冷却され、凝固したスラグを破砕処理または／および磨砕処理して粒状のスラグ製品を得ることを特徴とするスラグ製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉脱炭精錬スラグなどのような塩基度が比較的高い溶融スラグを冷却処理するための方法と、この冷却処理方法を用いたスラグ製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製造プロセスで発生する溶融スラグ（例えば、製鋼スラグ）の多くは、冷却ヤードにおいて放冷した後、散水して冷却される。また、一部では、パン冷却方式と呼ばれる鉄製の容器に流し込んで散水冷却する方法も採られることがある。
一方、高炉スラグやごみ焼却灰溶融スラグなどの溶融スラグを冷却処理するための装置として、双ドラム方式のスラグ冷却処理装置が知られている（例えば、特許文献１など）。このスラグ冷却処理装置は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ドラムを備えており、この１対の冷却ドラムの上部外周面間に上方から溶融スラグが供給され、スラグ液溜まりが形成される。このスラグ液溜まりから、回転する冷却ドラムの表面に付着することで溶融スラグが持ち出され、この溶融スラグは冷却ドラム面に付着した状態で適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態）まで冷却された後、所定のドラム回転位置において自重により冷却ドラム面から剥離し、回収手段に回収される。
【０００３】
このような冷却処理装置で溶融スラグを冷却処理することにより、（i）従来のような広大な冷却ヤードが必要ない、（ii）厚みの小さいスラグ凝固体が得られるため、所望の粒度の土木材料や粗骨材などへの加工が容易であるとともに、破砕処理して粒状スラグを製造する際の粉や細粒品の発生量が少ないため、製品歩留まりが向上する、（iii）冷却のための散水が不要であるか若しくは散水量が少なくて済むため、水分を含まない若しくは水分量が少ないスラグが得られ、セメント原料などに供する場合に乾燥処理を必要としない、などの利点がある。
【特許文献１】特許第３６１３１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、転炉脱炭精錬スラグなどのように塩基度［質量比：％ＣａＯ／％ＳｉＯ２］（以下、単に「塩基度」という）が比較的高い溶融スラグは粘性が高く、このような粘性の高い溶融スラグを上記のような従来のスラグ冷却処理装置で冷却処理する場合、高粘性のために溶融スラグが冷却ドラム面に均一に付着しにくく、ドラム面全体を有効に使用した冷却処理を行うことができない。このため溶融スラグの冷却効率が低く、高い生産性が得られないことが判った。また、塩基度が高いスラグ（特に、塩基度≧３）は粉化しやすく、このようなスラグは溶融状態から急冷することにより、粉化しにくくすることができるが、従来のスラグ冷却処理装置で冷却処理した場合、高粘性のために厚みを薄くすることができず、十分な冷却速度が得られないため、冷却後の粉化を適切に抑制できないことが判った。
【０００５】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、双ドラム方式のスラグ冷却処理装置を用い、比較的塩基度が高く、粘性のある溶融スラグを効率的に冷却処理することができ、また、特に塩基度が高いスラグであっても粉化しにくいスラグ凝固体を得ることができる溶融スラグの冷却処理方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような冷却処理方法を用いたスラグ製品の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ドラム（１）を備え、該１対の冷却ドラム（１）の上部外周面間に溶融スラグが供給される冷却処理装置を用いて、スラグ塩基度［質量比：％ＣａＯ／％ＳｉＯ２］が２以上の溶融スラグを冷却処理するに際し、
冷却処理装置が備えるスラグ展伸手段（２）により、溶融スラグを冷却ドラム（１）の上部外周面にドラム幅方向で展伸した状態に付着させ、冷却ドラム（１）上で冷却することを特徴とする溶融スラグの冷却処理方法。
【０００７】
［2］上記［1］の冷却処理方法において、スラグ展伸手段（２）が、冷却ドラム（１）の上部外周面に付着した溶融スラグを圧延して展伸させる圧延ロールであることを特徴とする溶融スラグの冷却処理方法。
［3］上記［1］の冷却処理方法において、スラグ展伸手段（２）が、溶融スラグを冷却ドラム（１）の上部外周面にドラム幅方向で振り分けて供給する供給手段であることを特徴とする溶融スラグの冷却処理方法。
［4］上記［1］の冷却処理方法において、スラグ展伸手段（２）が、冷却ドラム（１）の軸心に付与された傾斜と、軸心が傾斜した冷却ドラム（１）の高所側の上部外周面に溶融スラグを供給する供給手段からなることを特徴とする溶融スラグの冷却処理方法。
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの冷却処理方法で冷却され、凝固したスラグを破砕処理または／および磨砕処理して粒状のスラグ製品を得ることを特徴とするスラグ製品の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による溶融スラグの冷却処理方法によれば、スラグ展伸手段（２）が、溶融スラグを冷却ドラム（１）の上部外周面にドラム幅方向で展伸した状態に付着させるので、比較的塩基度が高く、粘性のある溶融スラグを高い冷却効率で冷却することができ、高い生産性でスラグ凝固体を得ることができる。また、溶融スラグを高い冷却速度で冷却できるので、特に塩基度が高いスラグについても粉化しにくいスラグ凝固体を得ることができる。
また、本発明によるスラグ製品の製造方法によれば、上記のような冷却処理方法を用いることにより、所望の粒度を有し、且つ粉化しにくいスラグ製品を低コストに安定して製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明において冷却処理の対象となるスラグは、スラグ塩基度［質量比：％ＣａＯ／％ＳｉＯ２］（以下、単に「塩基度」という）が２以上の溶融スラグであり、一般にこのような塩基度の溶融スラグは粘性が高い。スラグは塩基度≧２であればよく、種類に制限はないが、例えば、普通鋼およびステンレス鋼の転炉脱炭精錬スラグ、脱燐スラグ、電気炉スラグなどの製鋼スラグ、鉄鉱石やクロム鉱石などの鉱石溶融還元スラグ、廃棄物ガス化溶融スラグ、ごみ焼却灰溶融スラグなどが挙げられる。
【００１０】
図１〜図３は、本発明による溶融スラグの冷却処理方法の一実施形態を模式的に示すもので、図１は正面図、図２は平面図、図３は冷却ドラムに付設された圧延ロールの作用を示す説明図である。
本発明法で使用する溶融スラグの冷却処理装置は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ドラム１ａ，１ｂを備えている。この冷却ドラム１ａ，１ｂは、駆動装置（図示せず）により上記の回転方向に回転駆動する。なお、冷却ドラム１ａ，１ｂは、操業条件に応じて回転数を制御できるようにすることが好ましい。
【００１１】
この１対の冷却ドラム１ａ，１ｂは、本実施形態では互いの外周面が接しているが、冷却ドラム１ａ，１ｂ間に他の部材（例えば、スラグ液溜まりＡにガスなどの流体を供給するための流体供給手段を備えた部材）を介在させ、両冷却ドラム１ａ，１ｂの外周面がこの部材に接するような構造としてもよい。
前記冷却ドラム１ａ，１ｂの内部には、冷媒を通すための流路を有する内部冷却機構（図示せず）が設けられ、この内部冷却機構に対する冷媒供給部と冷媒排出部がドラム軸の各端部に各々設けられている。なお、冷媒には一般に水（冷却水）が用いられるが、他の流体（液体または気体）を用いてもよい。
【００１２】
また、冷却ドラム幅方向の両端側には、冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間に形成される断面Ｖ溝状の凹部（スラグ液溜まりＡが形成される凹部）の両端を塞ぐための堰板８が、冷却ドラム１ａ，１ｂの端面に接するようにして設けられている。この堰板８は、適当な支持部材を介して装置本体（基体）に支持される。なお、特開２００１−２０８４８３号公報に示されるように、一方の冷却ドラム（例えば、冷却ドラム１ａ）の幅方向両端にフランジを形成するとともに、このフランジが他方の冷却ドラム（例えば、冷却ドラム１ｂ）の端面に接するようにし、このフランジによって堰板８が形成されるような構造としてもよい。
なお、溶融スラグの粘性や供給量・供給形態などからして、溶融スラグが冷却ドラム１ａ，１ｂ間の幅方向両端から流出するおそれがない場合には、上記堰板８は設けなくてもよい。
【００１３】
前記冷却ドラム１ａ，１ｂの上部には、スラグ展伸手段２である圧延ロール３が冷却ドラムと平行に設けられている。この圧延ロール３は、冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面に付着した溶融スラグＳを圧延してドラム幅方向に展伸させるもので、その外周面３０が、冷却ドラム１ａ，１ｂの外周面との間で所定の間隔ｔを形成するようにして、支持アーム９に回転自在に支持されている。本実施形態では、支持アーム９の先端（下端）に上下方向に長い長円形の軸受孔９０が形成され、この軸受孔９０に圧延ロール３のロール軸３１が上下スライド可能に支持されている。したがって、本実施形態の圧延ロール３は非駆動であり、その自重で冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面に付着した溶融スラグＳを間隔ｔの厚さに圧延する。
本実施形態のように、圧延ロール３を支持アーム９に上下スライド可能に支持させることにより、冷却ドラム面に付着した溶融スラグ中に固い塊状物が含まれている場合でも、圧延ロール３が上方に逃げることにより塊状物を通過させることができる。
【００１４】
なお、圧延ロール３は、冷却ドラム面との間で所定の間隔ｔを有するように、支持アーム９に対して回転自在に固定的に支持させる構造としてもよい。この場合、圧延ロール３を上下方向で位置調整可能とし、間隔ｔを調整できるようにすることが好ましい。また、圧延ロール３は駆動ロールとしてもよい。
圧延ロール３は、冷却ドラム面に付着した溶融スラグＳを圧延して展伸させるものであるため、その外径は冷却ドラム１ａ，１ｂの外径よりも十分小さくてよいが、ロール長さが長くなるとスラグ熱や自重で撓み、冷却ドラム面との間隔ｔがドラム幅方向でバラツキやすくなるため、ロール長さやロール剛性に応じて外径を選択することが好ましい。
また、圧延ロール３についても、前記冷却ドラム１ａ，１ｂと同様の内部冷却機構を備えた方が、溶融スラグの冷却効率および圧延ロールの耐久性の観点から好ましい。
【００１５】
前記冷却ドラム１ａ，１ｂの上方には、冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間（断面Ｖ溝状の凹部）に溶融スラグＳを供給するためのスラグ樋４が配置される。このスラグ樋４には、スラグ鍋５から溶融スラグＳが供給される。
各冷却ドラム１ａ，１ｂの側方（外側）には、冷却されて冷却ドラム面から剥離したスラグＳxを受け取り、搬送するための搬送コンベア６が配置されている。冷却ドラム１ａ，１ｂの表面に付着して冷却されるスラグは、冷却ドラム面がドラム下方側に回り込み始める回転位置において自重により冷却ドラム面から剥離するので、本実施形態の搬送コンベア６は、このようして剥離するスラグＳxを受けられるような高さ位置に配置されている。なお、冷却ドラム面から剥離したスラグＳxを搬送コンベア６にガイドするためのガイド部材を設けてもよい。
搬送コンベア６の搬送先には、スラグＳxを受け入れ、このスラグＳxを冷媒で冷却することにより熱回収を行うためのスラグバケット７が設けられている。なお、搬送コンベア６を設けることなく、冷却ドラム１ａ，１ｂとスラグバケット７間にシュートを設け、冷却ドラム１ａ，１ｂから剥離したスラグＳxを、このシュートを介してスラグバケット７に装入するようにしてもよい。
【００１６】
本実施形態の溶融スラグの冷却処理方法では、対向する外周部分が上向きに回転する冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間（断面Ｖ溝状の凹部）に、スラグ樋４から塩基度≧２の溶融スラグＳが供給され、スラグ液溜まりＡが形成される。溶融スラグＳは、回転する冷却ドラム１ａ，１ｂの表面に付着することでスラグ液溜まりＡから持ち出される。ここで、粘性の高い溶融スラグＳは、冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間に供給されても、図２に示すようにドラム幅方向（ドラム軸方向）に広がりにくく、このため回転する冷却ドラム面によりスラグ液溜まりＡから持ち出される溶融スラグＳは、ドラム幅方向で冷却ドラム面に不均一に付着した状態（冷却ドラム面に局部的に付着した状態）になる。このままの状態では、溶融スラグＳの冷却効率が非常に悪く、しかも、スラグが冷却ドラムから剥離する際に凝固状態が不均一になり、品質にバラツキを生じる。本発明ではこのように冷却ドラム面に不均一に付着した溶融スラグＳは、図３に示すように圧延ロール３で圧延されることでドラム幅方向に展伸される。これにより、溶融スラグＳの冷却効率が高まるとともに、溶融スラグＳの冷却速度も高くなる。溶融スラグＳは冷却ドラム面に付着した状態で適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態）まで冷却された後、所定のドラム回転位置において自重により冷却ドラム面から自然に剥離し、この剥離したスラグＳxはそのまま搬送コンベア６に受け取られ、この搬送コンベア６で搬送されスラグバケット７に装入される。なお、搬送コンベア６の搬送速度は、冷却ドラム１ａ，１ｂの周速とほぼ一致している。
スラグＳxを搬送コンベア６からスラグバケット７などに払い出す際には、必要に応じて、スラグＳxを適当な手段で粗破砕してもよい。
以上のように、溶融スラグＳがスラグ展伸手段２である圧延ロール３によってドラム幅方向に展伸される結果、溶融スラグＳの厚みが薄くなってスラグの冷却効率が高まり、生産性が向上するとともに、溶融スラグＳの冷却速度も高くなるため、粉化しにくいスラグ凝固体を得ることができる。また、スラグの凝固状態が均一化し、均一な品質のスラグ凝固体を得ることができる。
【００１７】
スラグバケット７内には冷媒が供給され、スラグＳxの冷却が行われる。なお、冷却ドラム１ａ，１ｂから剥離したスラグＳxの冷却は、他の手段や場所で行ってもよい。冷却されたスラグＳxはスラグ製品とするための破砕処理または／および磨砕処理のための工程に送られ、さらに必要に応じて、篩い分けなどによる整粒が施される。
通常、冷却ドラム１ａ，１ｂによる冷却が完了した直後のスラグＳxは、適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態）にあるが、未だ可塑性を有しているので、冷却ドラム面から剥離し、搬送コンベア６に受け取られるスラグＳxは板状の連続体である。ただし、スラグＳxの厚さや凝固の程度によっては、冷却ドラム面から剥離し、搬送コンベア６に受け取られる間に板状スラグの連続体が千切れることもあるが、特に問題はない。
【００１８】
図４は、スラグ展伸手段２として圧延ロール３を用いる本発明法の他の実施形態を模式的に示す平面図である。
この実施形態では、各冷却ドラム１ａ，１ｂに対して、複数の圧延ロール３ｘ〜３ｚを配置したものである。具体的には、冷却ドラム回転方向の上流側位置におけるドラム幅方向中央部に圧延ロール３ｘを配置するとともに、冷却ドラム回転方向の下流側位置におけるドラム幅方向両側部分に、圧延ロール３ｙ，３ｚを配置したものである。圧延ロール３ｙ，３ｚのドラム幅方向での圧延範囲は、圧延ロール３ｘのドラム幅方向での圧延範囲と一部ラップしている。このように冷却ドラム回転方向の上流側と下流側に圧延ロール３ｘ〜３ｚを配置することにより、冷却ドラム面上の溶融スラグＳを段階的に順次展伸させることができる。本実施形態のように短い圧延ロール３ｘ〜３ｚは、長手方向の撓みが小さいので、冷却ドラム幅方向でスラグの圧延厚さを均一にするのに有利である。
なお、その他の装置構成と冷却処理形態は、図１〜図３の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明を省略するか、若しくは図示を省略する。
【００１９】
図９は、圧延ロール３の内部冷却機構の一実施形態を示している。圧延ロール３は、その内部に冷媒流路１０を有するとともに、ロール軸３１a，３１ｂの軸方向に沿って冷媒通路１１a，１１bを有している。本実施形態では、圧延ロール３の内部を単純な中空状にしてこの中空部を冷媒流路１０とし、この冷媒流路１０の両端に前記冷媒通路１１a，１１bが連通した構造としてある。このような構造としたのは、次のような理由による。スラグ冷却処理装置では、冷媒を通じてスラグ顕熱の回収を行うことが好ましく、その場合のスラグ冷却・熱回収の形態の一つとして、冷媒流路を流れる冷却水の蒸発潜熱によりスラグを冷却し、その蒸気を冷媒流路から回収することが考えられる。ここで、圧延ロール３は、その下部のみが溶融スラグと接触して常に熱されるので、本実施形態のようにロール内部を中空にして冷媒流路１０を構成した場合、その内部の冷却水は熱されて沸騰し、熱水の対流が生じる。このため、冷媒通路１１aから冷媒流路１０内に導入された冷却水は、すぐに冷媒通路１１bから流出するのではなく、上記のような熱水の対流によって冷媒流路１０内に適当に留まって冷媒として機能するとともに、その蒸発潜熱により少ない冷却水量で高い冷却効果が得られる。一方、冷媒流路１０内で発生した蒸気は、冷媒流路１０を出てから冷媒循環路の途中で容易に分離・回収することができる。
【００２０】
また、本発明法では、スラグ展伸手段２を、溶融スラグＳを冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面にドラム幅方向で振り分けて供給する供給手段で構成することができる。図５および図６は、そのような本発明法の一実施形態を模式的に示すもので、図５は平面図、図６は側面図である。
この実施形態では、冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間（断面Ｖ溝状の凹部）に溶融スラグＳを供給するためのスラグ樋４xを、１対の冷却ドラム１ａ，１ｂ間の上方位置にドラム幅方向に沿って配置するとともに、このスラグ樋４xの先端側を上下方向回動可能とし、溶融スラグＳをドラム幅方向で振り分けて供給できるようにしたものである。
すなわち、この実施形態では、スラグ樋４xから冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間に溶融スラグＳを供給する際に、図６に示すようにスラグ樋４xの先端側を上下方向で回動させ、溶融スラグＳをドラム幅方向で振り分けて供給するものであり、これにより、冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間には、ドラム幅方向で一様なスラグ液溜まりＡが形成され、このため冷却ドラム面には、溶融スラグＳがドラム幅方向で均一に付着する。これにより、溶融スラグＳの冷却効率が高まるとともに、溶融スラグＳの冷却速度も高くなる。溶融スラグＳは冷却ドラム面に付着した状態で適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態）まで冷却される。
なお、その他の装置構成と冷却処理形態は、図１〜図３の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明を省略するか、若しくは図示を省略する。
【００２１】
以上のように、スラグ展伸手段２である溶融スラグ供給手段（スラグ樋４x）によって溶融スラグＳがドラム幅方向に展伸される結果、溶融スラグＳの冷却効率が高まり、生産性が向上するとともに、溶融スラグＳの冷却速度も高くなるため、粉化しにくいスラグ凝固体を得ることができる。また、スラグの凝固状態が均一化し、均一な品質のスラグ凝固体を得ることができる。
溶融スラグＳを冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面にドラム幅方向で振り分けて供給する供給手段としては、本実施形態のような上下方向に回動するスラグ樋４xの他に、（i）冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間の上方を水平移動して溶融スラグＳを供給する手段、（ii）水平方向に回動することで先端が冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間上を移動するスラグ樋、など適宜な構成のものを使用することができる。
【００２２】
また、本発明法では、スラグ展伸手段２を、冷却ドラム１ａ，１ｂの軸心に付与された傾斜と、この軸心が傾斜した冷却ドラム１ａ，１ｂの高所側に溶融スラグを供給する供給手段で構成することができる。図７および図８は、そのような本発明法の一実施形態を模式的に示すもので、図７は正面図、図８は側面図である。
この実施形態では、冷却ドラム１ａ，１ｂの軸心を水平方向に対して傾斜角θだけ傾斜させ、この軸心が傾斜した冷却ドラム１ａ，１ｂの高所側の上部外周面間に、スラグ樋４から溶融スラグＳを供給するようにしたものである。
このようにして供給された溶融スラグＳは、ドラム幅方向で高所側から低所側に流れ、冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間（断面Ｖ溝状の凹部）には、ドラム幅方向で一様なスラグ液溜まりＡが形成され、このため冷却ドラム面には、溶融スラグＳがドラム幅方向で均一に付着する。これにより、溶融スラグＳの冷却効率が高まるとともに、溶融スラグＳの冷却速度も高くなる。溶融スラグＳは冷却ドラム面に付着した状態で適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態）まで冷却される。
【００２３】
前記傾斜角θの大きさは特に限定されないが、傾斜角θが小さすぎると溶融スラグＳをドラム幅方向に展伸させる効果が乏しく、一方、大きすぎると適正なスラグ液溜まりＡを形成することが難しくなるなどの問題を生じるため、傾斜角θは３°以上であって、１０°以下とすることが好ましい。
なお、その他の装置構成と冷却処理形態は、図１〜図３の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明を省略するか、若しくは図示を省略する。
以上のように、スラグ展伸手段２である、冷却ドラムの軸心に付与された傾斜角θと溶融スラグ供給手段（スラグ樋４）によって溶融スラグＳがドラム幅方向に展伸される結果、溶融スラグＳの冷却効率が高まり、生産性が向上するとともに、溶融スラグＳの冷却速度も高くなるため、粉化しにくいスラグ凝固体を得ることができる。また、スラグの凝固状態が均一化し、均一な品質のスラグ凝固体を得ることができる。
【００２４】
次に、以上述べた各実施形態に共通して適用可能な、種々の実施形態について説明する。
冷却ドラム１ａ，１ｂを冷却するために、冷却ドラム内にさきに述べたような内部冷却機構を設ける代わりに、或いはそのような内部冷却機構に加えて、冷却ドラム１ａ，１ｂの下部外周面に冷却用流体を吹き付けるドラム冷却手段を設けてもよい。この冷却手段は、例えば、冷却ドラム１ａ，１ｂの下部外周面に水や空気などの冷却用流体を吹き付けるノズルなどにより構成できる。
また、冷却ドラム１ａ，１ｂから剥離したスラグＳxを、冷却ドラム１ａ，１ｂと搬送コンベア６間または搬送コンベア６上で冷却する冷却手段を設けてもよい。この冷却手段は、例えば、スラグＳxに水や空気などの冷却用流体を吹き付けるノズルなどにより構成できる。このような冷却手段を有する実施形態は、図１０に示してあるので、後に詳述する。
【００２５】
本発明法では、例えば、（a）スラグ液溜まりＡの溶融スラグの温度調整、（b）スラグの改質、（c）溶融スラグの顕熱回収、のうちの１つ以上を目的として、流体供給手段からスラグ液溜まりＡ内にガスなどの流体を供給してもよい。流体としては、例えば、空気、酸素富化空気、酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガス、水蒸気、天然ガス、都市ガス、プロパンガス、コークス炉ガスなどが挙げられる。流体を供給する方法としては、例えば、冷却ドラム１ａ，１ｂ間に流体供給手段を備えた部材を介在させ、或いは堰板８に流体供給手段を設け、これらの流体供給手段からスラグ液溜まりＡ内に流体を供給する方法、スラグ液溜まりＡの上方から流体吹込手段によりスラグ液溜まりＡ中に流体を吹き込む方法、などの方法を採用できる。
上記（a）の溶融スラグの温度調整では、通常、流体の供給により溶融スラグの温度を低下させる。流体としては、例えば、空気、窒素ガス、水蒸気などを用いることができる。
【００２６】
上記（b）のスラグの改質では、例えば、スラグ中のｆ-ＣａＯ量の低減を目的とする場合には、空気、酸素富化空気、酸素ガスなどの酸素または酸素含有ガスを用いることができる。このようなガスを溶融スラグに供給するとスラグ中のＦｅＯが酸化され、これがｆ-ＣａＯと結びついて２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３を形成するので、スラグ中のｆ-ＣａＯ量が低下し、得られたスラグ凝固体を路盤材などに使用した場合の水和膨張が抑制できる。
【００２７】
上記（c）の溶融スラグの顕熱回収では、後述するように供給された流体を回収し、この流体から熱回収を行う。流体としては、例えば、空気、窒素ガス、水蒸気などを用いることができる。
また、水蒸気（水）と天然ガスなどの炭化水素系成分含有ガスをスラグ液溜まりＡ内に同時に供給することにより、水蒸気改質反応が生じ、この改質反応の吸熱にスラグの顕熱が供給されるため溶融スラグの冷却を促進できるとともに、反応により生成するガスを可燃性ガスとして回収ないし熱回収することができる。炭化水素系成分含有ガスとして、例えばメタンガスを用いた場合、ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２の反応が生じる。
【００２８】
また、本発明法では、（a）スラグ液溜まりＡの溶融スラグの温度調整、（b）スラグの改質、（c）スラグの破砕または磨砕処理で生じたスラグ粉の再利用による製品歩留まり向上、のうちの１つ以上を目的として、スラグ液溜まりＡ内の溶融スラグに粉体を添加することができる。この粉体としては、例えば、スラグ粉、珪砂、フライアッシュ、レンガ屑、酸化鉄粉、ダスト、スラッジ、鉄鉱石粉などが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。
上記（a）の溶融スラグの温度調整では、粉体の供給により溶融スラグの温度を低下させる。
上記（b）のスラグの改質では、例えば、珪砂やフライアッシュなどのＳｉＯ２源、アルミナレンガ屑などのＡｌ２Ｏ３源、酸化鉄粉や鉄鉱石粉などの酸化鉄源を溶融スラグに添加することによりスラグ中のｆ-ＣａＯ量が低下し、得られたスラグ凝固体を路盤材などに使用した場合の水和膨張が抑制できる。
上記（c）については、本発明法で冷却されたスラグを破砕処理または／および磨砕処理した際に生じたスラグ粉を添加すれば、製品歩留まりを向上させることができる。
【００２９】
本発明法を実施するに当たって、溶融スラグの顕熱を効率的に熱回収することは、省エネルギーや排出ＣＯ２の削減の観点から特に好ましい。この溶融スラグの顕熱回収としては、下記（i）〜（iii）のうちの少なくとも１つ、好ましくは２つ以上、特に好ましくは全部の熱回収を行うことが望ましい。
（i）冷却ドラム１ａ，１ｂおよび／または圧延ロール３内を通過する冷媒から熱回収を行う。
（ii）冷却ドラム１ａ，１ｂで冷却したスラグＳxを、さらに冷媒（例えば、蒸気、水、空気など）と接触させて冷却し、この冷媒を回収することで熱回収を行う。この方法では、基本的に閉鎖空間でスラグに冷媒を接触させた後、スラグと熱交換した冷媒を回収する。例えば、（a）冷却ドラム１ａ，１ｂで冷却されたスラグＳxを搬送手段で搬送しつつ冷媒と接触させ、この冷媒から熱回収を行う方法、（b）冷却ドラム１ａ，１ｂで冷却されたスラグＳxを、冷媒が供給される冷却用容器に収容して冷却し、前記冷媒から熱回収を行う方法、など種々の方法を採ることができる。
（iii）スラグ液溜まりＡ内の溶融スラグＳ中に流体を吹き込む場合、吹き込まれた流体を回収し、この流体から熱回収を行う。
【００３０】
前記（i）の形態では、冷却ドラム１ａ，１ｂおよび／または圧延ロール３の内部冷却機構を通過した冷媒から熱回収を行う。
前記（ii）の（a）形態では、例えば、図１〜図８の実施形態の搬送コンベア６をトンネルで覆い、このトンネル内部に冷媒を流すことでスラグを冷却し、その冷媒から熱回収を行う。
前記（ii）の（b）の形態では、例えば、図１〜図８の実施形態のスラグバケット７を通過する冷媒から熱回収を行う。
前記（iii）の形態では、例えば、冷却ドラム１ａ，１ｂの上方に流体回収用のフードなどを設けて、スラグ液溜まりＡの溶融スラグＳを通過した流体を回収し、この流体から熱回収を行う。
前記（i）〜（iii）のいずれの場合も、熱回収設備（図示せず）において冷媒や気体から熱回収を行う。
【００３１】
溶融スラグを大量処理（例えば、スラグ処理量：１ｔ／min以上）する大型の冷却処理装置に対してスラグ鍋から注湯するような場合、注湯される溶融スラグの荷重によって冷却ドラムが損耗するのを避けるため、冷却ドラムの上方にタンディッシュを設け、スラグ鍋の溶融スラグを一旦タンディッシュに移し、このタンディッシュから冷却ドラム（スラグ液溜まりＡ）に注湯を行うことが好ましい。図１０は、その一実施形態を示すものであり、５がスラグ鍋、１３がタンディッシュであり、溶融スラグＳはこのタンディッシュ１３から真下の冷却ドラム１ａ，１ｂ（スラグ液溜まりＡ）に注湯される。
【００３２】
本発明の冷却処理装置では、冷却ドラム１ａ，１ｂから剥離したスラグＳxは未だ相当の高温であり（スラグＳxによっては、内部が未だ溶融または部分溶融状態にある）、このため冷却ドラム１ａ，１ｂから剥離したスラグＳxは、通常、散水冷却によりさらに冷却される。散水冷却は、シャワー状散水による冷却、スプレー冷却、ミスト冷却のいずれでもよいが、そのなかでもミスト冷却は、（a）スプレー冷却に較べて冷却水量の制御範囲が広く、スラグ量やスラグ温度に応じて、スラグを適切に冷却でき且つ廃水を生じない最適な冷却水量を供給できる、（b）水滴サイズがかなり小さいので、熱伝導率が非常に小さいスラグを短時間で効率的に冷却することができる、（c）微小水滴が加圧空気により加速されて大きな衝突速度でスラグに衝突するため、高い冷却効果が得られる、などの理由から特に好ましい。
【００３３】
図１０の実施形態では、冷却ドラム１ａ，１ｂから剥離したスラグＳx（搬送コンベア６で搬送中のスラグＳx）、さらにはドラム面上で冷却中のスラグや圧延ロール３のロール面に対して、冷媒供給手段１４からミスト（水＋圧縮空気）などの冷媒ｃを供給（噴射）し、それらを冷却している。また、この実施形態では、冷却ドラム１ａ，１ｂの下面にも、冷媒供給手段１４aからミスト（水＋圧縮空気）などの冷媒ｃを供給（噴射）し、ドラム面を冷却している。冷媒ｃとしては、ミストの他にスプレー水などを用いることもできる。
【００３４】
なお、この冷媒ｃを回収することにより、スラグ顕熱を回収することも可能であり、その場合には、例えば、冷却処理装置Ｘと冷媒供給手段１４，１４aなどの装置出側の設備をカバーで覆い、冷媒ｃとスラグとの接触により発生した蒸気および加熱された気体を、排気管を通じてカバーから回収し、熱交換器で他の熱媒と熱交換することにより、スラグ顕熱が回収できる。
図１０のその他の装置構成と冷却処理形態は、図１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３５】
本発明のスラグ製品の製造方法では、本発明の冷却処理方法で冷却され、凝固したスラグを破砕処理または／および磨砕処理し、必要に応じて、篩い分けなどにより整粒することにより、粒状のスラグ製品を得ることができる。このスラグ製品の種類に制限はないが、通常は、土木材料や建築材料となるスラグ製品である。例えば、路盤材、細骨材、海洋土木材料などが挙げられる。
本発明で得られるスラグ製品は、急冷することにより製造されるため粉化が抑制され、このため微粉部分が少なくなり、海洋土木材として利用する際に海水が白濁することがない。また、薄い層状に急冷凝固させるため、破砕工程が簡略化でき、微粒分の少ない細骨材とすることができる。また、緻密質なものとなるため吸水率は低く、アスコン用にも利用できる硬質なものとなる。また、細粒状であるためエージングも容易であり、蒸気エージングを適用しなくても、大気エージングで膨張が抑制できるので、路盤材としても利用できる。
【実施例】
【００３６】
［実施例１］
図１〜図３に示す構造の冷却処理装置を用い、転炉脱炭精錬（転炉出鋼温度：１６４０〜１６６０℃、スラグ排出量：約１５ｔ）で転炉から排出された塩基度３．８の溶融スラグ（転炉脱炭精錬スラグ）を冷却処理した。冷却処理装置の仕様および運転条件は以下のとおりである。
・冷却ドラム１ａ，１ｂ：外径１．６ｍ×長さ（ドラム幅方向での長さ）３ｍ、水冷式
・圧延ロール３：外径０．３ｍ
・冷却ドラム１ａ，１ｂ−圧延ロール３間のギャップ：５ｍｍ
・冷却ドラム１ａ，１ｂの回転速度：３ｒｐｍ
【００３７】
転炉から排出された溶融スラグＳをスラグ鍋５に受けて冷却処理装置まで搬送し、このスラグ鍋５内の溶融スラグＳを、スラグ樋４を介して約１ｔ／ｍｉｎの供給速度で冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間の幅方向中央付近に約１２分間に亘り供給した。なお、スラグ鍋５に混入した溶銑が冷却処理装置に供給されないようにするため、スラグ鍋５中に溶融スラグＳが１／４程度残る段階で、冷却処理装置への溶融スラグＳの供給を停止した。
冷却ドラム面に供給される溶融スラグＳは、粘性が高いために流動性に乏しく、しかも冷却ドラム１ａ，１ｂとの接触で急冷されるため、その供給位置ではドラム幅方向で１〜２ｍ程度しか広がらないが、圧延ロール３により厚さが約１０ｍｍから５ｍｍに圧延された結果、冷却ドラム幅方向のほぼ全長に亘り展伸され、高い冷却効率で溶融スラグＳを冷却処理することができた。
【００３８】
冷却ドラム１ａ，１ｂから剥離し、搬送コンベア６上に移る際のスラグＳxの表面温度を放射温度計で測定したところ、スラグ表面温度は８００℃以下であった。スラグＳxは搬送コンベア６による搬送中にクラックが入り、砕けた状態でスラグバケット７に収容された。スラグバケット７での冷却後のスラグ性状を確認したが、塩基度が３．８と高いにも関わらず、冷却処理装置で急冷されたことにより、通常の徐冷されたスラグのような粉化現象は見られなかった。
スラグバケット７内で冷却した後、５ｍｍ以下に破砕処理してスラグ製品とした。このスラグ製品は、最大粒径５ｍｍで微粉部分の少ない砂状になっており、絶乾密度は３．１ｇ／ｃｍ３と通常のコンクリート細骨材と比べて１割以上高かった。
また、このスラグ製品を、海洋土木材としての使用を想定して２倍量の海水中に入れ、３時間後の海水の濁度を測定する試験に供したが、Ｍｇ（ＯＨ）２を生成して海水が白濁することもなかった。これは、細粒ではあるが微粉が少ないため、水と接触してもｐＨが上昇しにくいためであると考えられる。
【００３９】
［実施例２］
図５および図６に示す構造の冷却処理装置を用い、実施例１と同様の溶融スラグ（転炉脱炭精錬スラグ）を冷却処理した。冷却処理装置の仕様および運転条件は以下のとおりである。
・冷却ドラム１ａ，１ｂ：外径１．６ｍ×長さ（ドラム幅方向での長さ）３ｍ、水冷式
・冷却ドラム１ａ，１ｂの回転速度：３ｒｐｍ
・スラグ樋４x：上下方向回動（傾動）式
転炉から排出された溶融スラグＳをスラグ鍋５に受けて冷却処理装置まで搬送し、このスラグ鍋５内の溶融スラグＳを、スラグ樋４xを介して約１ｔ／ｍｉｎの供給速度で冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間に約１２分間に亘り供給した。その際、スラグ樋４xを２往復／ｍｉｎで上下方向に回動（傾動）させ、冷却ドラム１ａ，１ｂのほぼ全幅に溶融スラグＳを供給した。なお、スラグ鍋５に混入した溶銑が冷却処理装置に供給されないようにするため、スラグ鍋５中に溶融スラグＳが１／４程度残る段階で、冷却処理装置への溶融スラグＳの供給を停止した。
【００４０】
溶融スラグＳは、冷却ドラム幅方向のほぼ全長に亘り展伸され、高い冷却効率で溶融スラグＳを冷却処理することができた。冷却ドラム１ａ，１ｂから剥離したスラグＳxの厚みは３〜７ｍｍで未凝固部はなく、溶融スラグをほぼ均一に冷却・凝固させることができた。スラグＳxは搬送コンベア６による搬送中にクラックが入り、砕けた状態でスラグバケット７に収容された。スラグバケット７での冷却後のスラグ性状および５ｍｍ以下に破砕処理したスラグ製品についても、実施例１と同様の性状、性能を有していた。
【００４１】
［実施例３］
図７および図８に示す構造の冷却処理装置を用い、実施例１と同様の溶融スラグ（転炉脱炭精錬スラグ）を冷却処理した。冷却処理装置の仕様および運転条件は以下のとおりである。
・冷却ドラム１ａ，１ｂ：外径１．６ｍ×長さ（ドラム幅方向での長さ）３ｍ、水冷式
・冷却ドラム１ａ，１ｂの傾斜角θ：５°
・冷却ドラム１ａ，１ｂの回転速度：３ｒｐｍ
【００４２】
転炉から排出された溶融スラグＳをスラグ鍋５に受けて冷却処理装置まで搬送し、このスラグ鍋５内の溶融スラグＳを、スラグ樋４を介して約１ｔ／ｍｉｎの供給速度で冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間に約１２分間に亘り供給した。その際、傾斜した冷却ドラム１ａ，１ｂの高所側の端部に近い部分に溶融スラグＳを流し、低所側の端部方向に流れるようにすることで、冷却ドラム１ａ，１ｂのほぼ全幅に溶融スラグＳが供給されるようにした。なお、スラグ鍋５に混入した溶銑が冷却処理装置に供給されないようにするため、スラグ鍋５中に溶融スラグＳが１／４程度残る段階で、冷却処理装置への溶融スラグＳの供給を停止した。
【００４３】
溶融スラグＳは、冷却ドラム幅方向のほぼ全長に亘り展伸され、高い冷却効率で溶融スラグＳを冷却処理することができた。冷却ドラム１ａ，１ｂから剥離したスラグＳxの厚みは３〜７ｍｍで未凝固部はなく、溶融スラグをほぼ均一に冷却・凝固させることができた。スラグＳxは搬送コンベア６による搬送中にクラックが入り、砕けた状態でスラグバケット７に収容された。スラグバケット７での冷却後のスラグ性状および５ｍｍ以下に破砕処理したスラグ製品についても、実施例１と同様の性状、性能を有していた。
【００４４】
［実施例４］
図１〜図３に示す構造の冷却処理装置を用い、転炉方式でクロム鉱石を溶融還元した際に発生するスラグを冷却処理した。溶融還元炉の出鋼温度は１５４０〜１５６０℃、スラグ排出量は約５０ｔで、塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ２＝２．４の溶融スラグ（クロム鉱石溶融還元炉スラグ）を冷却処理した。冷却処理装置の仕様および運転条件は以下のとおりである。
・冷却ドラム１ａ，１ｂ：外径１．６ｍ×長さ（ドラム幅方向での長さ）３ｍ、水冷式
・圧延ロール３：外径０．３ｍ
・冷却ドラム１ａ，１ｂ−圧延ロール３間のギャップ：３ｍｍ
・冷却ドラム１ａ，１ｂの回転速度：５ｒｐｍ
【００４５】
溶融還元炉から排出された溶融スラグＳをスラグ鍋５に受けて冷却処理装置まで搬送し、このスラグ鍋５内の溶融スラグＳを、スラグ樋４を介して約１ｔ／ｍｉｎの供給速度で冷却ドラム１ａ，１ｂの上部外周面間の幅方向中央付近に約３５分間に亘り供給した。なお、スラグ鍋５に混入した溶銑が冷却処理装置に供給されないようにするため、スラグ鍋５中に溶融スラグＳがおよそ１／４程度残る段階で、冷却処理装置への溶融スラグＳの供給を停止した。
冷却ドラム面に供給される溶融スラグＳは、粘性が高いために流動性に乏しく、しかも冷却ドラム１ａ，１ｂとの接触で急冷されるため、その供給位置ではドラム幅方向で１〜２ｍ程度しか広がらないが、圧延ロール３により厚さが８〜１０ｍｍから３ｍｍに圧延された結果、冷却ドラム幅方向のほぼ全長に亘り展伸され、高い冷却効率で溶融スラグＳを冷却処理することができた。
【００４６】
冷却ドラム１ａ，１ｂから剥離し、搬送コンベア６上に移る際のスラグＳxの表面温度を放射温度計で測定したところ、スラグ表面温度は７００℃以下であった。スラグＳxは搬送コンベア６による搬送中にクラックが入り、砕けた状態でスラグバケット７に収容された。
通常、クロム鉱石溶融還元炉スラグは、塩基度が２以上あるが還元精錬スラグのためＰを含有しておらず、冷却中にスラグ中主要鉱物相であるダイカルシウム・シリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）の相変態が生じ、粉状のスラグとなる。本発明例では、冷却ドラム上で厚みを３ｍｍにして急冷することで、相変態が防止でき、スラグの粉化が生じなかった。
スラグバケット７内で冷却した後、破砕し５ｍｍ以下に分級して砂状のスラグ製品とした。このスラグ製品は、微粉部分の少ない砂状になっており、絶乾密度は２．９ｇ／ｃｍ３であった。
また、このスラグ製品を、海洋土木材としての使用を想定して２倍量の海水中に入れ、３時間後の海水の濁度を測定する試験に供したが、Ｍｇ（ＯＨ）２を生成して海水が白濁することもなかった。これは、細粒ではあるが微粉が少ないため、水と接触してもｐＨが上昇しにくいためであると考えられる。
【００４７】
［比較例］
図１および図２に示す構造において圧延ロール３を有しない冷却処理装置を用い、実施例１と同様の溶融スラグ（転炉脱炭精錬スラグ）を冷却処理した。冷却処理装置の仕様および運転条件は以下のとおりである。
・冷却ドラム：外径１．６ｍ×長さ（ドラム幅方向での長さ）３ｍ、水冷式
・冷却ドラムの回転速度：３ｒｐｍ
転炉から排出された溶融スラグをスラグ鍋に受けて冷却処理装置まで搬送し、このスラグ鍋内の溶融スラグを、スラグ樋を介して約１ｔ／ｍｉｎの供給速度で冷却ドラムの上部外周面間に約１２分間に亘り供給した。なお、スラグ鍋に混入した溶銑が冷却処理装置に供給されないようにするため、スラグ鍋中に溶融スラグＳが１／４程度残る段階で、冷却処理装置への溶融スラグＳの供給を停止した。
【００４８】
冷却ドラムの幅方向中央付近に供給された溶融スラグＳは、ドラム幅の半分程度までしか拡がらず、ほぼそのままの状態で冷却ドラム面上で冷却された。冷却ドラムから剥離したスラグＳxの厚みは７〜２０ｍｍでバラツキがあった。このため厚みの厚い部分は、冷却ドラム付着側と表面の大気側しか凝固しておらず、内部に未凝固部分があり、搬送コンベアに移る際に表面凝固層が割れて溶融スラグが流れ出すことがあった。このように未凝固の溶融スラグが流れ出すと、スラグバケット内でスラグどうしが付着して塊状物となり、破砕工程を増やす必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による溶融スラグの冷却処理方法の一実施形態を模式的に示す正面図
【図２】図１の実施形態の平面図
【図３】図１の実施形態において冷却ドラムに付設された圧延ロールの作用を示す説明図
【図４】本発明による溶融スラグの冷却処理方法の他の実施形態を模式的に示す平面図
【図５】本発明による溶融スラグの冷却処理方法の他の実施形態を模式的に示す平面図
【図６】図５の実施形態の側面図
【図７】本発明による溶融スラグの冷却処理方法の他の実施形態を模式的に示す正面図
【図８】図７の実施形態の側面図
【図９】図１〜図４の実施形態に示される圧延ロールの模式断面図
【図１０】本発明による溶融スラグの冷却処理方法の他の実施形態を模式的に示す正面図
【符号の説明】
【００５０】
１ａ，１ｂ  冷却ドラム
２  スラグ展伸手段
３，３x，３y，３z  圧延ロール
４，４x  スラグ樋
５  スラグ鍋
６  搬送コンベア
７  スラグバケット
８  堰板
９  支持アーム
１３  タンディッシュ
１４，１４a  冷媒供給手段
１０  冷媒流路
１１a，１１b  冷媒通路
３０  外周面
３１  ロール軸
９０  軸受孔
Ａ  スラグ液溜まり
Ｓ  溶融スラグ
Ｓx  スラグ
【図１】
2008308397.tif 000003
【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】
2008308397.tif 000009
【図８】
2008308397.tif 000010
【図９】
2008308397.tif 000011
【図１０】
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