JP2567770B2 - 乾式の耐火物用組成物 - Google Patents

乾式の耐火物用組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は耐火物用組成物に係り、特に水を必要とせ
ずに形成することができるものに関する。
この発明は、さらに連続的な溶融金属の鋳込みにおい
て使われるタンデッシュ（湯だまり）若しくは溶融金属
の鋳込みにおいて使われる取鍋における耐久性内張りを
コートするための使用可能でかつ使い捨て用の単一の内
張りを形成する耐火物用組成物に関する。
この発明は、さらに振動の補助が有る無しのどちらに
おいても乾式の状態で適用することができる耐火物用組
成物に関する。
タンデッシュは、例えば鋼の連続的な鋳込みのような
連続的な鋳込み方法において使われる溶融金属のための
大きな中間保持用の容器である。
タンデッシュは、実際に、原鉱の製錬または溶融金属
の精製が起こっている炉から取り出した運搬用取鍋から
大量の溶融金属を受け取る中間工程の貯蔵所であり、そ
れらの溶融金属を鋳込みシステムに運ぶものである。
入り口と出口のノズルシステムは、タンデッシュに入
る溶融金属量とタンデッシュから出る溶融金属量を制御
している。
タンデッシュは、それ自身、一般的には、耐火物用組
成物の幾つかの層で内張りされている鋼製の容器であ
る。
耐久性の内張りは、一般的に耐火煉瓦からなるが、容
器を保護するための内側の内張りとして役に立つ。
耐久性の内張りは、さらに、使用可能でかつ使い捨て
用の耐火物用組成物の内張りで順番に覆われており、そ
の耐火物用組成物は一般的には銃、スプレー、こて塗
り、乾式状態の振動によって耐久性の内張りに適用され
る。
使い捨て用の内張りは、タンデッシュ内の溶融金属と
直接接触しており、耐久製の内張りを溶融金属の接触か
ら保護するものである。
一般的には、使い捨て用のタンデッシュの内張りとし
て使われる２つのタイプの単一の耐火物用組成物があ
る。そして、一方のタイプの単一の耐火物用組成物は、
その組成物を耐久性の内張りに適用するために液相の添
加、通常は水の添加を必要とするが、他方のタイプは、
組成物を耐久性の内張りに適用するために液相を必要と
しない。
液相を必要とするそれらの組成物は、銃、スプレー、
こて塗りによって適用される。液相を必要としないそれ
らの組成物は、“乾式の振動性物”と呼ばれる。
乾式の振動性物は、一般的には以下に示す２つの方法
のうちの１つによって形成される。一方は、適用厚さを
抑制するために形成型を使用する。他方は、成形型の使
用を必要としない。
成形型は、容器の内側寸法の輪郭に型どられている。
この方法によれば、大きく複雑な容器内で単一の耐火物
（乾式の振動性物）の厚さを所望の厚さにすることがで
きる。
成形型を必要としない方法は、成形型が不要な方法と
呼ばれるが、容器を約1200゜F〜約2000゜Fに予備加熱す
る工程を含んでいる。一度予備加熱されると、容器は完
全に乾燥した単一の耐火物で満たされる。耐火物は約１
〜５分間容器内で硬化される。
この時間が経過後、限定された厚さの実用の内張りが
形成され、硬化されていない耐火物が再使用のために再
生される。この方法は、硬化のための時間によって使用
に適した厚さに制御される。この方法は、小さいまたは
複雑でない容器の内張りに有効である。
鋼を製造するための連続的な鋳込み方法において、低
温実施と高温実施の２つの一般的なタンデッシュの実施
がある。
低温実施は、鋼が取鍋からタンデッシュに運ばれた時
のタンデッシュを取り巻く温度を意味している。高温実
施は、約1200゜F〜約2500゜Fの温度範囲にタンデッシュ
を予備加熱することを含んでいる。このように、鋼は取
鍋から“高温の”タンデッシュへ運ばれる。鋼の製造に
おける高温実施により、連続的な鋳込み方法から高品質
の鋼が製造される。
この高温実施から得られた鋼の高品質さは、予備加熱
された耐火性内張りから放出されるガスの減少による、
予備加熱されたタンデッシュ内での乱流の減少、ガス放
出の減少、冷却効果の減少に起因している。
伝統的に、銃、スプレー、またはこて塗りにおいての
み可能な単一の耐火物は、高温実施のタンデッシュのた
めの使い捨て用の内張りとして使用されてきた。乾式の
振動性の耐火物は、結合システムが予備加熱温度で充分
でないのでこの用途には使用されなかった。
伝統的な乾式振動性の結合システムにおいては、普通
は有機樹脂が使われる低温結合剤と、普通はケイ酸塩が
使われる高温結合剤の２つの部分を含んでいる。また予
備加熱を容易にするために、中間温度の結合剤が必要と
された。
これは、本発明において、ケイ酸塩をリン酸塩または
ケイ酸塩／金属粉末の結合システムを置き換えることに
よって達成される。そしてその結合システムは、中間温
度または高い温度で耐火物に必要な強度を与えるもので
ある。
これらの温度での強度は、乾式で振動性の単一耐火物
がタンデッシュの実用内張りとして適切に作用すること
を保証するために必要である。
私たちは、タンデッシュのための使い捨て用の内張り
の材料としての使用に適した耐火物材料の特性は以下の
組成において改良されることを見い出した。
主要な成分が、マグネシア，アルミナ，カルシア，シ
リカまたは上記材料の組み合わせのような耐火物の骨剤
で、さらに例えばフェノール樹脂のような低温結合剤約
1.0〜5.0重量％，粘土を0.0〜約5.0重量％と、リン酸
塩，リン酸ナトリウム若しくはヘキサメタリン酸ナトリ
ウムまたは無水ケイ酸ナトリウムやフェロシリコン金属
合金粉末のようにアルカリ金属のケイ酸塩と金属粉末を
重量比で1:1に組み合わせた中間結合剤を添加したも
の。
本発明により製造された耐火物用組成物は、優れた予
備加熱能力を示す。その材料は乾式振動性として適用さ
れる。
本発明の材料は、タンデッシュの保護内張りとして耐
久性の内張りの上部に適用された時、予備加熱温度（12
00゜F〜2500゜F）で優れた強度を示す。その予備加熱温
度によれば、内張り温度を高めることによる鋼の特性向
上と、タンデッシュの中に流された溶融金属の冷却効果
を減少させて鋼の特性を高めることができる。
さらに、本発明の材料は水を適用しなくても良いた
め、タンデッシュ内での蒸気の爆発の危険を除去するこ
とができる。
本発明の材料は、また極めて取鍋滓を生じない特性を
有しており、タンデッシュの再利用のための回転時間を
減少させる。
本材料は高い耐久性を有し、ほとんどまたは全く適用
されたタンデッシュの耐久性の内張り表面と結合を生じ
ない。
本発明に従って、タンデッシュの使い捨て用の内張り
として使用される乾式の振動性耐火物用組成物は、主成
分として、マグネシア、アルミナ、カルシア、シリカ、
ジルコニアおよびそれらの組み合わせからなる群から選
ばれた耐火物骨材材料と、特にフェノール樹脂のような
低温結合剤としての有機樹脂約1.0〜約5.0重量％と、少
なくとも１つの中間温度結合剤を約0.5〜10.0重量％
（この中間温度結合剤は、リン酸塩、特にリン酸モノア
ンモニウム若しくは40.0重量％以下のソーダを含むリン
酸ナトリウム、またはアルカリ金属のケイ酸塩と金属合
金粉末を好ましくは1:1の重量比で組み合わせたもの）
を含んでいる。
後者のそのような組み合わせにおいて、ケイ酸塩は、
無水ケイ酸ナトリウム及び水和ケイ酸ナトリウムからな
る群から選ばれ、金属は、フェロシリコン（好ましくは
約20.0〜約30.0重量％の鉄量と約80.0〜約70.0重量％の
シリコン量を有するもの、最も好ましくは25.0重量％の
鉄量と70.0重量％のシリコン量を有するもの），アルミ
ニウム／シリコン合金（好ましくは約70.0〜約90.0重量
％のアルミニウム量と約30.0〜約10.0重量％のシリコン
量を有するもの、最も好ましくは80.0重量％のアルミニ
ウム量と20.0重量％のシリコン量を有するもの）及びマ
グネシウム／アルミニウム合金（好ましくは約40.0〜約
60.0重量％のマグネシウム量と約60.0〜約40.0重量％の
アルミニウム量を有するもの、最も好ましくは50.0重量
％のマグネシウム量と50.0重量％のアルミニウム量を有
するもの）からなる群から選ばれる。さらに、表面の物
質を向上させるために、ボール粘土、カオリン粘土、ベ
ントナイト及びそれらの混合物からなる群から選ばれた
約0.0％〜約5.0重量％の粘土で、全体で100.0重量％に
なるように、残部が耐火物骨材を基にした材料である。
金属合金粉末は、それらが約１ミクロンから約500ミ
クロンの範囲の粒子径を有する時が最も効果的である。
本発明の組成物において好ましいフェノール樹脂の低
温結合剤は、約1.0〜約10.0重量％のヘキサミン量と約4
000〜10000a.m.u.の平均分子量を有するフェノールホル
ムアルデヒド重合体である。
この発明によって含まれる耐火物用組成物の包括的な
量は、 成分 重量％ 耐火物材料 残り 低温結合剤 1.0〜5.0 中間温度結合剤 0.5〜10.0 粘土 0.0〜5.0 上述の組成物を予備加熱できるようにするために、中
間温度結合剤が組成物内に適量存在しなければならない
ということが分かる。
この添加物によって、低温結合剤がより高温で強度を
高める能力を失った後に、耐火性内張りに強度を提供す
ることができる。
中間結合剤は、通常の予備加熱温度より低い温度で粒
子間結合を形成する。これによって、予備加熱温度で、
耐久性の内張りを保護するための形状と位置をとどめる
強力な材料になる。
中間結合剤を添加しない場合は、予備加熱温度に曝さ
れると耐火物は崩れ割れる。このスポーリングは、予備
加熱温度における耐火物内の充分な分子間結合が形成さ
れていない事に起因している。
約0.0〜約5.0重量％の粘土の添加は、硬化された耐久
性内張りの表面の特性を向上させ、中間温度における結
合強度を増加させることが分かる。
表面特性とは、ほとんど美的な効果であり、もし粘土
が加えられなくても大きくは減少しない。もし充分な量
の中間温度結合剤が組成物に提供されていれば、組成物
の予備加熱での強度を低下させることなしに粘土を省く
ことができることが分かる。
本発明の耐火物用組成物は、溶融金属の鋳込みプロセ
スにおいて使用されるタンデッシュまたは取鍋のような
容器の内側表面への単一の内張りを形成する用途に非常
に効果的であることが分かった。
特に鋼製造の高温実施において以下の工程を含む乾式
の方法が利用される。
その工程は、容器の中に乾式の耐火物用組成物を形成
するための鋳込み形成装置を、鋳込み形成装置と容器と
の間に隙間を残すような方法で配置し、その隙間に、容
器の内側表面を覆うために充分な量の耐火物用組成物を
入れ、容器内の温度を約300゜F〜約1000゜Fの温度に上
げ耐火物用組成物を硬化して低温結合剤によって起こさ
れる耐火物骨材の粒子間に粒子間結合を形成し、鋳込み
形成装置を除去することによって容器の内側表面に耐火
物の材料の単一の鋳込みを残し、容器内の温度を約1000
゜F〜約2500゜Fの温度に上げることによって耐火物用組
成物を予備加熱しさらに中間温度結合剤によって耐火物
骨材の粒子間に粒子間結合を形成するものである。
上記耐火物用組成物は、約1.0〜約5.0重量％の低温結
合剤と、0.5〜約10.0重量％の少なくとも１つの中間温
度結合剤と、0.0〜約0.5重量％の粘土と、全体で100重
量％になるように残部が耐火物の骨材材料を含んでい
る。
「実施例」 以下に示す限定されない実施例を参照すれば本発明を
さらに理解することができる。
本発明による耐火物用組成物は、下記の材料を利用し
て作製される。
耐火物−硬焼マグネシア（MgO） 低温結合材−フェノール樹脂 中間温度結合剤−タイプ＃1:40.0重量％未満の酸化ナト
リウムを含む化合物のリン酸塩、及びタイプ＃2:アルカ
リ金属のケイ酸塩と粉末状の金属合とが重量比で1:1に
存在する混合物 粘土−空気でフローされたボール粘土 （実施例１） 試料の調整−硬化 原料はまず、遊星のバドル型の電気ミキサーにおい
て、１〜５分間混合された。混合物は、標準サイズの
７″x1″x1″のバーを製造するために鋼製のモールド内
に入れられた。バーは表面を滑らかにするために、平ら
にされた。バーは350゜Fで90分間加熱された。
（実施例２） すべての組成物が実施例１の方法によって作製され
た。
（実施例３） すべての組成物が実施例１の方法によって作製され
た。
（実施例４） 予備加熱温度での耐火物用組成物の強度の実験評価 実施例１によって作製された試料が、縦方向に３分割
された。
これらの試料は、それぞれ1000゜F、1500゜F、2000゜
Fの温度で焼成され、それぞれ１時間保持された。
保持時間が終わると、試料は金属棒と共に摩滅され、
強度の割合が評価された。評価尺度は、以下のように決
められた。尺度 基準 ０ 試料はその温度において形をとどめない。
１ 試料は形をとどめるが、摩滅によって砕ける。
２ 摩滅の結果、試料に1/2″深さの切り傷を生じる。
３ 摩滅の結果、試料に1/4″深さの切り傷を生じる。
４ 摩滅の結果、試料に1/8″深さの切り傷を生じる。
５ 摩滅の結果、試料に切り傷を生じない。
3,4,5の尺度が、タンデッシュに適用可能な組成物と
判断された。
（実施例５） 実施例２と実施例３の組成物が実施例４の方法によっ
てテストされた。結果を表１に示す。
（実施例６） 組成物I Aの評価分野 組成物I Aが実際にタンデッシュに適用され評価され
た。予備加熱の温度は、約2100゜Fから約2600゜Fであ
る。
組成物I Aは、連続的なキャスターとされた。
材料は明らかに、容易に取鍋滓を生じなかった。損傷
はなく、タンデッシュの耐火性内張りの結合は起こらな
かった。
（実施例７） 組成物II Aの評価分野 組成物II Aが実際にタンデッシュに適用され、評価さ
れた。
予備加熱は約1500゜F、1800゜Fである。組成物II A
は、予備加熱により悪影響を受けず、連続的なキャスタ
ーとされた。
材料は明らかに、取鍋滓を生じなかった。
タンデッシュの耐久性内張りは、摩損の兆候を示さな
かった。
（実施例８） 組成物III Aの評価分野 組成物III Aは、鋳造鋳込み取鍋における使い捨て用
の内張りとして評価された。材料は成形型が不要な方法
によって形成された。材料の形成は成功し、取鍋は約25
00゜Fに予備加熱された。鍋の５つの加熱物が取鍋を通
して鋳込まれた。内張りは明らかに、取鍋滓を生じなか
った。そして、組成物III Aの耐久性内張りを使用して
いない取鍋による鋳込みと比べて非金属の異物の量が減
少していた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーチネイス，ウィルフリッド エイ アメリカ合衆国 ニュージャージー 08801 アナンデイル コブルストーン レーン 58 (56)参考文献 特開 昭49−26312（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マグネシア、アルミナ、カルシア、シリ
    カ、ジルコニア及びその組み合わせよりなる群から選ば
    れた耐火物骨材材料であり、 フェノール樹脂の低温結合剤を約1.0から約5.0重量％
    と、 約40.0重量％未満の量のナトリウムを有すると共にリン
    酸塩を含む化合物、アルカリ金属のケイ酸塩化合物と金
    属粉末との混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１
    つの中間温度結合剤を約0.5から約10.0重量％（その結
    果、前記リン酸塩を含む化合物と前記ケイ酸塩を含む化
    合物のうちの少なくとも１つが存在し、１つの前記の中
    間温度結合剤が組成物内に10.0重量％を越えて存在しな
    い）とを含み、 全体で100.0重量％とした組成物の残りが前記耐火物骨
    剤材料であり、 さらに、アルカリ金属のケイ酸塩と金属粉末が同じ重量
    で混合され、金属粉末の粒径が約１μｍから500μｍの
    範囲であることを特徴とする、乾式の耐火物として用い
    られる耐火物用組成物。
  2. 【請求項２】マグネシア、アルミナ、カルシア、シリ
    カ、ジルコニア及びその組み合わせよりなる群から選ば
    れた耐火物骨材材料であり、 フェノール樹脂の低温結合剤を約1.0から約5.0重量％
    と、 約40.0重量％未満の量のナトリウムを有すると共にリン
    酸塩を含む化合物、アルカリ金属のケイ酸塩化合物と金
    属粉末との混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１
    つの中間温度結合剤を約0.5から約10.0重量％（その結
    果、前記リン酸塩を含む化合物と前記ケイ酸塩を含む化
    合物のうちの少なくとも１つが存在し、１つの前記の中
    間温度結合剤が組成物内に10.0重量％を越えて存在しな
    い）とを含み、 全体で100.0重量％とした組成物の残りが前記耐火物骨
    剤材料であり、前記フェノール樹脂は、フェノールホル
    ムアルデヒド重合体であり、フェノール・ホルムアルデ
    ヒド重合体は、さらに、約1.0から約10.0重量％のヘキ
    サミンを有し、平均分子量が約4000から約10000a.m.u.
    であることを特徴とする乾式の耐火物として用いられる
    耐火物用組成物。
  3. 【請求項３】マグネシア、アルミナ、カルシア、シリ
    カ、ジルコニア及びその組み合わせよりなる群から選ば
    れた耐火物骨材材料であり、 フェノール樹脂の低温結合剤を約1.0から約5.0重量％
    と、 約40.0重量％未満の量のナトリウムを有すると共にリン
    酸塩を含む化合物、アルカリ金属のケイ酸塩化合物と金
    属粉末との混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１
    つの中間温度結合剤を約0.5から約10.0重量％（その結
    果、前記リン酸塩を含む化合物と前記ケイ酸塩を含む化
    合物のうちの少なくとも１つが存在し、１つの前記の中
    間温度結合剤が組成物内に10.0重量％を越えて存在しな
    い）とを含み、 全体で100.0重量％とした組成物の残りが前記耐火物骨
    剤材料であり、前記リン酸塩を含む化合物は、リン酸モ
    ノナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、リン酸モ
    ノアンモニウムよりなる群から選ばれ、 アルカリ金属のケイ酸塩は、無水ケイ酸ナトリウムと水
    分ケイ酸ナトリウムよりなる群から選ばれ、 金属粉末は、フェロシリコン合金、アルミニウム／シリ
    コン合金、マグネシウム／アルミニウム合金よりなる群
    から選ばれ、フェロシリコン合金は、約20.0〜約30.0重
    量％の鉄量と、約80.0〜約70.0重量％のシリコン量を有
    し、 アルミニウム／シリコン合金の金属粉末は、約70.0〜約
    90.0重量％のアルミニウム量と、約30.0〜約10.0重量％
    のシリコン量を有し、 マグネシウム／アルミニウム金属粉末は、約40.0〜約6
    0.0重量％のマグネシウム量と、約60.0〜約40.0重量％
    のアルミニウム量を有することを特徴とする乾式の耐火
    物として用いられる耐火物用組成物。
  4. 【請求項４】マグネシア、アルミナ、カルシア、シリ
    カ、ジルコニア及びその組み合わせよりなる群から選ば
    れた耐火物骨材材料であり、 フェノール樹脂の低温結合剤を約1.0から約5.0重量％
    と、 約40.0重量％未満の量のナトリウムを有すると共にリン
    酸塩を含む化合物、アルカリ金属のケイ酸塩化合物と金
    属粉末との混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１
    つの中間温度結合剤を約0.5から約10.0重量％（その結
    果、前記リン酸塩を含む化合物と前記ケイ酸塩を含む化
    合物のうちの少なくとも１つが存在し、１つの前記の中
    間温度結合剤が組成物内に10.0重量％を越えて存在しな
    い）とを含み、 全体で100.0重量％とした組成物の残りが前記耐火物骨
    剤材料であり、 ボール粘土、カオリン粘土、ベントナイト及びそれらの
    混合物よりなる群から選ばれた粘土を0.0〜約5.0重量％
    含むことを特徴とする乾式の耐火物として用いられる耐
    火物用組成物。
  5. 【請求項５】マグネシア、アルミナ、カルシア、シリ
    カ、ジルコニア及びその組み合わせよりなる群から選ば
    れた耐火物骨材材料であり、 フェノール樹脂の低温結合剤を約1.0から約5.0重量％
    と、 約40.0重量％未満の量のナトリウムを有すると共にリン
    酸塩を含む化合物、アルカリ金属のケイ酸塩化合物と金
    属粉末との混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１
    つの中間温度結合剤を約0.5から約10.0重量％（その結
    果、前記リン酸塩を含む化合物と前記ケイ酸塩を含む化
    合物のうちの少なくとも１つが存在し、１つの前記の中
    間温度結合剤が組成物内に10.0重量％を越えて存在しな
    い）とを含み、 全体で100.0重量％とした組成物の残りが前記耐火物骨
    剤材料であり、 低温結合剤が、約300゜F〜約1000゜Fの温度範囲で耐火
    物材料の粒子間に粒子間結合を形成し、 中間温度結合剤が、約1000゜F〜約2500゜Fの温度範囲で
    耐火物材料の粒子間に粒子間結合を形成することを特徴
    とする乾式の耐火物として用いられる耐火物用組成物。
  6. 【請求項６】マグネシア、アルミナ、カルシア、シリ
    カ、ジルコニア及びその組み合わせよりなる群から選ば
    れた耐火物骨材材料であり、 フェノール樹脂の低温結合剤を約1.0から約5.0重量％
    と、 約40.0重量％未満の量のナトリウムを有すると共にリン
    酸塩を含む化合物、アルカリ金属のケイ酸塩化合物と金
    属粉末との混合物よりなる群から選ばれた少なくとも１
    つの中間温度結合剤を約0.5から約10.0重量％（その結
    果、前記リン酸塩を含む化合物と前記ケイ酸塩を含む化
    合物のうちの少なくとも１つが存在し、１つの前記の中
    間温度結合剤が組成物内に10.0重量％を越えて存在しな
    い）とを含み、 全体で100.0重量％とした組成物の残りが前記耐火物骨
    剤材料であり、 さらに振動性であることを特徴とする乾式の耐火物とし
    て用いられる耐火物用組成物。
  7. 【請求項７】乾式の耐火物として用いられ、 フェノール・ホルムアルデヒドを約2.5〜約3.5重量％、 リン酸モノナトリウムを約2.5〜約3.5重量％、 無水ケイ酸ナトリウムとフェロシリコン合金の金属粉末
    との50/50重量混合物を約2.5〜約3.5重量％、および 粘土を約0.0〜5.0重量％を含む耐火物用組成物。
  8. 【請求項８】以下の工程によって特徴づけられている、
    高温実施における、タンデイッシュ等のような容器の内
    側表面へ単一な耐火性内張りを形成するために適用され
    る乾式の方法であり、 ａ）前記容器と前記鋳込み形成装置との間に隙間を設け
    ておくような方法で、前記容器内に乾式の耐火物用組成
    物を形成する鋳込み形成装置を置き、 ｂ）前記隙間内に、前記容器の内側表面を覆うのに充分
    な耐火物用組成物の量を入れ、 前記耐火物用組成物は、低温結合剤を約1.0〜約5.0重量
    ％、少なくとも１つの中間温度結合剤を約0.5〜約10.0
    重量％、粘土を0.0〜約5.0重量％含み、残りが耐火物骨
    剤材料で全体が100重量％であり、 ｃ）容器内の温度を約300゜F〜約1000゜Fに上げること
    によって耐火物用組成物を硬化させ、低温結合剤によっ
    て耐火物骨剤の粒子間に粒子間結合を形成し、 ｄ）鋳込み形成装置を取り除いて、容器の内側表面に、
    耐火物用組成物の単一鋳造物を置いて置き、 ｅ）容器内の温度を約1000゜F〜約2500゜Fに上げること
    によって耐火物用組成物を予備加熱し、中間温度結合剤
    によって耐火物骨剤の粒子間に粒子間結合を形成するこ
    とからなる、方法。
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