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Procédé et dispositif pour la fabrication continue de coke.
L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour .la fabrication continue de coke.
Actuellement, le .coke est fabriqué presque exclusivement dans dos fours ayant un grand nombre de chambres réunies en batte- rie et chauffées de l'extérieur- Le procédé de fabrication est dis- continu at comprend essentiellement 1-'enfournement de la matière à cokéfier dans ces chambres, la décomposition par pyrolyse de cette matière pendant au moins 18 heures à une température d'envi- ron 1100 C ainsi que le défourneaent à l'état incandescent du
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coke obtenu. Le procédé est coûteux à cause de sa longue durée, des manipulations de matières et de la haute température à atteindre.
Il est on entre d'un rendement thermique peu satisfaisant pour la raison que l'obtention de la température de réaction implique le chauffage des chambres à travers leurs parois avec, comme cons'- quence, les pertes de chaleur inévitables résultant du chauffage d'un vo@@@ considérable de matières réfractaires et autres.
En plus, le refroidissement du coke incandescent à l'eau, tel que généralement exécuté, représente une dissipation en pure perte de la chaleur contenue dans le coke à son détournement. la présente invention vise à réduire la durée des opé- rations une fraction du temps nécessaire dans les batteries de fours à coke actuelles et ce par un procédé continu ayant un 'rendement thormique fortement amélioré, et par un dispositif exi- geant des investissements bien moindres que les batteriesde fours à coke.
Suivant le procédé conforme à l'invention, on place la matière à confier dans des chariots qui ontun fond perméable au gaz et sont utaposés pour constituer un transporteur sans fin sur lequel on fait subir à la matière à traiter, en stades succes- sifs,un préchauffage, une pyrolyse et un refroidissement par cir- culation de gas à travers lamatière.
Si on le désire, on peut faire subir à la matière à traites un. séchage préliminaire sur le transporteur sans fin. Ce dernier peut être animé d'un mouvement d'avancement continu ou discontinu faisant alors passer les chariots successivement d'un stade à l'entre avec arrêt à chaque stade.
Sans l'application de ce procédé à la fabrication con- tinue de dise métallurgique, on fait successivement subir à la matière à traiter le préchauffage, pouvant être précédé du séchage, une pyrolyse avec dégagement de gaz riche, une pyrolyse avec déga- gement de gaz relativement pauvre et un refroidissement à l'abri de l'air en plusieurs stades.
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.u .¯. ip ,-gwe7-4&tone on perte la salière à traiter à la température a:oraâ>poact , chacun des différents stades de pre- ?yo b de pyrolyse au àoyen de gaz chaude prélevas sur des
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stades correspondants de refroidissement du coke. Ainsi, d'une part, ,
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en soumet les gas riches dégagés dans un ou plusieurs stades de pyrolyse à vs dégoudsonnago et on introduit une partie de ces gaz comül0 agent refreidisseuy dans le ou les premiers stades de re- fI'cdd.'3sl:mett du coke? et d'autre part, on recycle un gaz inerte en- tre le stade de préchauffas de la matière à cokéfier ec le ou les de::n:i,8S"s stades de refroidissement du coke.
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quand le séchage de la matière se fait comme premier sta-
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&5 ci p 2e transporteur à bande sans fin, on peut exposer la matière c cÇ)l&f'i6Jl.' hu.l;1:
dc à clos gas chauds provenant de la combustion sans 0:cÊ;r, <1:-,' 0. :>:r, gas roïat-5 vement pauvre, en abandonnant à /¯, o.:tfQtJ}DZ=d1t2?:: le." s:'.". -1.c cor ###'"#" o/; !Í "13'3 t.:.....; an résultent* ...ua 5ac.age de 5.& U..)f,. '.'j.I'..I.:;oW'.....': a traiter pourrait "'"";jJ;;;;.t.h".. t;;I. ùQ' se faire i par- :;e@ycl.C1,±C' de gaz ini21't.e, CC;::;F" ali stade de préchauffage de la j IDtüe à okêfie? As stade de la pyrolyse avec dt:;f'.g0mcnt do gaz relative- msxi'>i pauvre représentant le stade de la cokéfaction proprement 11te-, ( on porte la. salière ayant subi aux stades précédents la pyrolyse avec dégagement de gaz riches, à une température comprise entre 900 et 1000 0 au moyen de fiasses et de gaz chauds provenant
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de la combustion sans excès de comburant d'une matière combustible.
Coasse matière combustible, on peut utiliser à cet effet une partie
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dos gag Tiehoc ?i;ar..'.ac11T1S ou, en prenne ? d'oxygène technique, 1 un gas IJm)m;1(J.n', 02ï substance le gaz 'r'''::'t,:!.v:'":Pl1t pauvres dégagés dans cc stade de cokéfaction âi:by;a :ß.C'i' .E",..-4 Ces gaz contenant t)8Sm1ti0./..omml' dé "'l'hydrof;t:rlt, leur Cor.:::'..l:,rUon produit de la vapeur ..r.4¯<..r.¯,.a ''lhydrOfne leur combustion produit de la vapeur )
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d-oc qui Si;), a--t au gaz nouvellement =j. Ce mélange de gaz et de vapeur est 2(idi à l*effet d'enlever la vapeur d'eau par
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condensation, avant d'amener les gaz a@x brûleurs prévus dans la partie de l'installation correspondan au stade de cokéfaction proprement dite.
Comme matière combus@ible dans le stade de coké- faction proprement dite., on peut auss@ utiliser un semi-coke aisé- ment inflammable, qu'on a étalé en ca@che mince sur la matière à cokéfier avant l'enfournement du chariot, ou même une petite par- tie de la matière à cokétier, Dans ces deux cas,
la combustion se fait au Moyen d'oxygène technique admis en quantité limitée-Le fait de faire traverser la matière à traiter par les gaz chauds provenant de cette combustion a comme conséquence qu'un coke métallurgique peut être produit à une température finale inférieure à la température à laquelle est poussé le chauffage des chambres dans les batteries de fours à coke, soit entre 900 à 10000C au lieu d'au soins 1100 C.
Les gaz relativement pauvres dégagés au stade de la cokéfaction proprement dise- sent passés pour leur refroidissement et la condensation de la vapeur d'eau dans un changeur de chaleur ou ils chauffent du gaz inerte. Ce dernier ast avantageusement joint en amont du stade de préchauffage des matières à cokéfier, au gaz recyclé entre ce stade et le dernier stade de refroidisse- ment du coke et retiré du gaz recycle en aval du stade de pré- chauffage.
L'économie thermique du procédé suivant l'invention réside d'une part dans le fait que la matière à traiter, se dé- plaçant horizontalement, à allure lente ou par saccades sur le transporteur a bande sans fin, est traversée verticalement par des courants de gaz de température appropriée, ce qui assure des échanges de température rapides et complets, et d'autre part dans le fait que ces courants de gaz sont réchauffés aux différents sta- des de refroidissement du coke et recyclés à une température con- venable aux différents -stades de préchauffage et de pyrolyse de la
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matière à cokéfier.
La plus grande partie des gaz riches dégagés ' est disponible pour des usages quelconques, alors que les gaz rela- tivement pauvres sont en grande partie utilisés dans le procédé même. Ce dernier permet aussi la récupération aisée des goudrons qui constituent un sous-produit de haute valeur.
Le dispositif suivant l'invention comporte un transpor- teur à bande sans fin constituée par des chariots juxtaposés qui sont ouverts vers le haut et pourvus au fond d'une grille et pas- ' sent entre une suite de paires de caissons fixes supérieurs et inférieurs. Ces caissons supérieurs et inférieurs sont raccordés à des conduits de gaz, sont ouverts l'un vers l'autret constituent , avec les parois des chariots des enceintes de réaction fermées et étanches. Les enceintes sont susceptibles d'être parcourues par des gaz traversant verticalement la matière à traiter contenue dans les chariots pendant que ceux-ci passent successivement d'une paire de caissons à la paire suivante.
Les paires de caissons supérieurs et inférieurs peuvent se suivre directement ou être reliées entre elles par des sas constituéspar des parties plates fixes supérieure et inférieure et les parois des chariots.
Les charioits comportent à leurs parois longitudinales des bandes de glissement inférieures et supérieures. Les bandes inférieures prennent appui sur des bandes de glissement fixées au support du transporteur et les bandes supérieures servent d'ap- pui à des bandes de glissement prévues au bas des caissons fixes supérieurs, dont le poids est au moins partiellement reprispar les chariots. Le contact entre ces bandes assure l'étanchéité vers l'extérieur* L'étanchéité peut être améliorée par une matière lubrifiante insère entre les bandes.
Les parois transversales des chariots sont également munies le bandes de glissement supérieures . et inférieures qui sont destines à entrer en contact avec des ben- des d'étanchéité transversales disposées à l'entrée et à la sortie
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des @@@. Ainsi;, un'groupe de chariots, ensemble avec une paire de canisson fixes supérieur et inférieur, constituent une enceinte de réaction momentanée, fermée et étanche.
Les chariots sont .unis, d'une part, de galets appuyant sur des rails qui sont Bontés sur le support du transporteur aux endroits non pourvus de paires de caissons fixes supérieurs et in- f@rieurs eu de sas de passade, et d'autre part, de contre-galets s'en gegeant d@@@ les encoches des tourteaux du transporteur.
Citant aux caissons fixes supérieurs, ils sont avantages - sement suspendus à des contre-poids ou soutenus par des ressorts reprenant, une partie de leur poids, et ils comportent des vérins destinés à les soulever et à les maintenir à distance des chariots au-dessus de ces derniers pendant les travaux de revision de l'in- stallation. La liaison entre les caissons fixes supérieurs et les conduits de gaz se fait au soyen d'un raccord télescopique étanche aux gaz.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple plusieurs forcée d'exécution de l'invention.
La fig. 1 contre schématiquement, avec plusieurs varian- tes, 'un dispositif pour l'exécution du procédé suivant l'invention, et la Fig. 2 est une coupe transversale d'un chariot placé entre une paire de caissons fixes supérieure et inférieure.
Le dispositif comprend des chariots 1 qui sont juxtaposés et forment une bande de transporteur sans fin, commandé par un tourteau entraîneur 2 (Fig. 1) et passant sur un tourteau de re- tour 3. L'entrainement de la bande peut être lent et continu ou se faire par saccades avec mouvements de translation plus rapides suivis d'arrêts d'une durée détercinée.
Le brin supérieur de la bande transporteuse est supporté par des langerons principaux 4 (Fig. 2) qui sont fixés par des
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poutres-consoles 5 sur les montants 6 d'une charpente soutenant le dispositif, et sont reliés entre eux par des traverses 7.
Sur les longerons 4 est montée une suite de paires de caissons fixes supérieurs 8 et inférieurs 9, entre lesquels pas- sent les chariots 1. Ces paires de caissons peuvent se suivre di- rectement ou être séparées l'une de l'autre par un sas de passage 10 (Fig. 1). Les caissons supérieurs constituent des hottes et sont reliés à une conduite de gaz 11 (Fig. 2)au moyen d'un raccord télescopique avec bourrage en amiante 11',et les caissons infé- rieurs se terminent par une tubulure à bride 12 sur laquelle se monte une conduite de gaz non représentée sur la Fig.2.Extérieure- ment, les caissons 8 et 9 sont pourvus d'une couche de calorifuge 13,
Les chariots 1 sont ouverts vers le haut et ont un fond constitué par des barreaux de grille 14.
Leurs parois longitudinales
15 et transversales 16 sont en métal réfractaire à la chaleur, par exemple en fonte spéciale, et peuvent être protégées à l'intérieur par du pisé de coke 17.Les parois longitudinales sont garnies d'un matelas calorifugeant 18. extérieur.On pourrait prévoir une calorifu- geage intérieur,ce .qui présenterait l'avantage d'étendre la gamme des métaux convenant pour la construction des charoits, grâce à l'atténuai tion des chocs thermiques qui en résulterait.Au bas,elles sont pour-', vues de bouts d'essieux 19 portant un galet 20 et un contre-galet 21.
Le galet 20 prend Appui sur un rail 22 sur la partie du brin supé- rieur de la bande transporteuse qui n'est pas occupée par les paires de caissons 8.et 9 ou par les sas de passage 10,ainsi que le long du brin de retour, tandis que le contre-galet. 21 s'insère dans les encoches (non représentées) des tourteaux 2 et 3,
Dans la partie de la bande transporteuse pourvue de pai- res de caissons 8 et 9 et de sas de passage 10, le déplacement des chariots se fait par glissement.
Les parois longitudinales 15 des chariots sont à cet effet pourvues de bandes d'usure supérieures
23 et inférieures 24. Les bandes 24 sont en contact avec des bandes correspondantes 25 montées sur les longerons principaux 4, et les bandes supérieures 23 avec des bandes 26 fixées au bas des caissons
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supérieurs 8. Entre les bandes 24, 25 et 23, 26 est inséré un lubri- fiant résistant aux hautes températures 'Au moins l'une des deux parois transversales 16 de chaque char:
')! porte en haut une bande de glissement 27 entrant en contact avec une bande 28 disposée transversalement entre deux caissons apérieurs 8 ou entre un de ces caissons et l'entrée ou la sortie d'un sas 10. Au bas,la paroi transversale est munie d'une bande 29 coopérant avec une bande 30 placée sur une traverse 7 se trouvant à l'intersection de deux caissons inférieurs 9 ou d'un de ces caissons et l'entrée ou la sor- tie d'un sas 10. Les caissons supérieurs 8 prennent appui avec une partie de leur poids sur les chariots, tandis que le restant de leur poids est repris par un contrepoids ou par un équivalent tel que des ressorts 31 placés entre des consoles 32 fixées aux men- tants 6 des plaques de guidage 33 solidaires des caissons 8 et coulissant sur les montants 6.
Les ressorts sont guidés par des tiges filetées 34 qui traversent une perforation taraudée des con- soles 32 et constituent des vérins permettant de soulever le cals- son 8 en vue de le détacher des chariots pendant les travaux d'in- spection et d'entretien.
Comme la longueur des sas de passage 10 est identique à celle d'un chariot 1, et la longueur des paires de caissons fixe* 8 et 9 à celle d'un groupe de chariots, par exemple à deux chariot. ' comme montra sur la Fig. 1, il est possible de réaliser une enceinte de traitement ou de réaction fermée par chacune des paires de cais- sons 8 et 9 et les chariots insérés entre ces caissons. L'étanchéité*. de ces enceintes est assurée par les bandes de glissement et d'usure décrites ci-dessus.
En amont des paires de caissons fixes 8 et 9 et d'un premier sas de passage 10 est disposée d'installation de chargement des chariots. Celle-ci comprend-deux trémies 35 et 36 (Fig. 1) et. éventuellement, une trémie 37, chacune suivie d'un distributeur-
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doseur 35', 36' ou 37', La trémie 35 contient du coke granulé des- tiné à couvrir la grille formée par les barreaux 14 d'une couche de protection. La trémie 36 débite le mélange des fines à cokéfier, 'tandis que la trémie 37, si elle est prévue, est destinée à fournir un semi-coke aisément inflammable qui est étalé eh mince couche sur les fines à coke remplissant les chariots. Au stade de charge- ment des chariots, est avantageusement située la transition entre leur avancement sur rail et celulpar glissement.
Comme exposé ci-dessus, le traitement de la matière à traiter se fait en plusieurs stades successifs dans les différentes enceintes étanches.
Dans un premier stade peut se faire le séchage de la matière dans des conditions n'altérant pas la composition chimique de la matière. A ce stade correspond une enceinte 38 pourvue dans le caissons inférieur 9 d'un brûleur 39 alimenté d'un gaz pauvre - en calories et d'air. Ce gaz est prélevé sur une conduite 40. Les gaz de combustion chauds traversent la matière de bas en haut et sont dégagés par une conduite 41 qui les amène dans un cyclone dépoussiéreur 42, d'où ils sont aspirés par un ventilateur 43 qui .les évacue dans l'atmosphère, ces gaz étant sans valeur technique.
Les poussières retenues dans le cyclone regagnent le distributeur
37', ou le distributeur 36' si le dispositif ne comporte pas de .trémie 37. Il est évident que le stade de séchage et l'installation prévue à cet effet peuvent être omis dans le dispositif suivant l'invention si la matière à traiter arrive à l'état sec dans la trémie 36 et si elle a été 'séchée antérieurement,par exemple dans un sécheur à tambour, à plateaux horizontaux ou à lit fluidisé.
Le stade suivant a pour but de préchauffer la matière à traiter à une température à laquelle il ne se produit pas encore . une pyrolyse notable, soit à une température de l'ordre de 250 C ou supérieure,si la matière le permet. Ce préchauffage se fait
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dans une enceinte 44, séparée de l'enceinte 38 par un sas 10, au moyen d'un gaz neutre recyclé, par exemple un gaz de combustion privé d'oxygène, qui parcourt l'enceinte 44 du haut vert le bas.
Ce gaz est amené en partie par une conduite 45 venant du dernier stade de refroidissement du coke dans une enceinte 46, et en partie par une conduite 47 venant de la sortie d'un échangeur dechaleur 48 parcouru par du gaz très chaud amené par une conduite 49. le gaz sort de l'enceinte 44, au bas de celle-ci, par une conduite 50 qui se bifurque en une conduite 5 comportant un ventilateur 52 et allant vers l'entrée de l'échangeur de chaleur 48, et en une conduite 53 comportant un ventilateur 54 et allant vers l'entrée de l'enceinte 46 du dernier stade de refroidissement du coke. Par une répartition convenable du gaz neutre cyclé entre les conduites 51 et 53, il est aisé de régler la température de préchauffage de la matière sa trouvant dans l'enceinte 44.
Dans les stades suivants, la matière à traiter subit la pyrolyse à des températures croissantes, susceptibles de provo- quer le dégagement de gaz riches en calories à la suite de la dé- composition thermique de la matière. Ces gaz riches sont constitués principalement d'hydrocarbures et contiennent relativement peu d'hydrogène. Pour les stades de pyrolyse sont prévues l'enceinte 55 qui est séparée par un sas 10 de l'enceinte précédente 44, et l'eu- , . ceinte 56, celle-ci étant suivie d'un sas 10. L'enceinte 55 est alimentée de gaz chaud amené par la conduite 57 et provenant de l'enceinte 58 d'un stade intermédiaire de refroidissement du coke.
De façon analogue, l'enceinte 56 reçoit du gaz très chaud par une conduite 59 reliée à l'enceinte 60 qui constitue le premier stade de refroidissement de coke. Dans l'enceinte 56, la matière à trai- ter atteint une température de l'ordre de 600 C. Les gaz de chauf- dage parcourent les enceintes 55 et 56 du haut vers le bas et entraînant avec eux les gaz riches nouvellement dégagés par la py- rolyse. Ils sortent par des conduites 61 et 62 qui se rejoignent
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p@ur constituer une conduite 63 par laquelle les gaz sont amenés dans un appareil de refroidissement et de dégoudronnage 64.
Le @urdon condensé, qui est de haute valeur pour la raison qu'il n'a ins subi de décomposition thermique à des températures atteignant @00 C, come c'est le cas dans les batteries de fours à coke, -juitte l'appareil par une conduite 65.
Les gaz riches sortant du @égoudronneur sont aspirés par un ventilateur 66 et passent par ine conduite o7 qui se bifurque en conduites 68 et 69 pour alimen- , er en. partie l'enceinte 58 et en partie l'enceinte 60, où ils ervent d'agents refroidisseurs du coke incandescent tout en se réchauffant de manière à pouvoir convenir dans les enceintes 55 at 56 comme agents de chauffage* L'excédent de gaz riches est pré- Levé sur la conduite .67 par une dérivation 70 reliée à un gazomètre* gaur le stade de la cokéfaction proprement dite,pendant laquelle a lieu la contraction du coke qui lui confère sa résis- tance mécanique, est prévue l'enceinte 71 comportant dans le caisson .
fixe supérieur des brûleurs 72 dirigés vers la matière à traiter.
Les flammes de ces brûleurs et les gaz de combustion traversant la matière du haut vers le bas portent celle-ci à une température située entre 900 et 1000 C. Les gaz encore dégagés de la matière, constitués principalement d'hydrogène avec un peu de méthane et de ce fait relativement pauvres en calories, quittent l'enceinte par la conduite 49 ensemble avec les gaz de combustion. Ils sont re- . froidis dans l'échangeur de température 48 et aspirés par la ven- tilateur 73 intercalé dans la conduite 40.
Comme gaz alimentant les brûleurs 72, on peut utiliser avantageusement les gaz relativement pauvres passant par la condui- te 40, dont une petite partie aura éventuellement été prélevée pour alimenter le brûleur 39, si le dispositif comprend une enceinte
38 pour sécher la matière à traiter. La combustion de ces gaz dans , les brûleurs 72 se fait avec une quantité insuffisante d'air ou, de préférence, d'oxygène technique. Les gaz de combustion contiennent
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'alors principalement des vapeurs d'eau qui sor condensées dans l'échangeur de température 48. Si nécessaire, @es gaz relativement pauvres peuvent être enrichis par une quantité réduite de gaz ri- ches prélevés sur la conduite 70.
Dans une,autre forme d'exécution de l'invention, on uti- -lise dans les brûleurs 72 des gazriches qui sont prélevés sur la conduite 70 et brûlés avec un minimum d'oxygène technique. Dans ce cas, on intercale avantageusement, entre l'échangeur de température 48 et le ventilateur 73, un absorbeur d'acide carbonique.
Dans encore une autre forme d'exécution, on recouvre la matière à traiter à l'enfournement d'une mince couche de. semi- coke aisément inflammable, provenant de la trémie 37 alors prévue ' à cet effet. Les brûleurs 72 ne servent dans ce cas qu'à l'allumage de cette couche. On introduit dans l'enceinte 71 la quantité d'oxy-' gène tout, juste nécessaire pour la combustion du semi-coke.
Enfin, dans le même ordre d'idées,mais en omettant la couche de semi-coke, .on peut encore prévoir de produire dans l'enceinte 71 la chaleur nécessaire à la cokéfaction de la matière en allumant la couche supérieure de la matière même, par les brûleurs 72, et d'en brûler -une petite partie par une quantité restreinte d'oxygène* Un absor- beur d'acide carbonique sera avantageusement prévu aussi dans ces deux dernières variantes.
Aux différents stades de refroidissement du coke dans les , enceintes 60, 58 et 46, sa chaleur sensible est successivement utilisée pour réchauffer les gaz servant au refroidissement du coke. Ainsi, les gaz riches quittent l'enceinte 60 à une tempéra- ture de l'ordre de 900 0 et servent à chauffer à environ 600 C la matière se trouvant dans l'enceinte 56 ; les gaz riches traversant l'enceinte 58 sortent de celle-ci à la température d'environ 500 C et portent la matière de l'enceinte 55 à une température à laquelle la pyrolyse de la matière devient intense et produit une quantité
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appréciable de gaz riche.
Dans l'enceinte 46, le coke est refroidi de 500 à environ 200 C et cède sa chaleur sensible au gaz inerte destiné au préchauffage de la matière dans l'enceinte 44 à environ
250 C, assisté à cet effet par le gaz inerte chaud venant par la conduite 47 de l'échangeur de chaleur 48. De cette façon, on récu- père au moins les trois quarts de la chaleur sensible du coke in- candescent et on transmet cette chaleur aux différents courants de gaz recyclés qui la reçoivent par contact direct avec la matière en traversant celle-ci verticalement et la cèdent de la même façon à la matière à traiter.
A la sortie du sas de passage 10 disposé après l'enceinte
46, les galets 20 des chariots prennent de nouveau contact avec les rails 22, et, en passant sur le tourteau 3, les chariots déver- sent le coke sur un plan incliné 74. La durée de l'opération est d'environ 6 heures, donc un tiors de la durée dé la cokéfaction . dans les batteries de fours à coke habituels.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution qui ont été décrites et représentées à titre d'exemple, et on ne sortirait pas de son cadre en y apportant des modifications.