BRPI1009348B1 - método para resfriamento brusco de coque metalúrgico, aparelho móvel para reduzir formação de poeira durante uma etapa de resfriamento brusco de coque e sistema para produzir coque metalúrgico - Google Patents

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Description

(54) Título: MÉTODO PARA RESFRIAMENTO BRUSCO DE COQUE METALÚRGICO, APARELHO MÓVEL PARA REDUZIR FORMAÇÃO DE POEIRA DURANTE UMA ETAPA DE RESFRIAMENTO BRUSCO DE COQUE E SISTEMA PARA PRODUZIR COQUE METALÚRGICO (51) Int.CI.: C10B 39/00 (30) Prioridade Unionista: 17/03/2009 US 12/405269 (73) Titular(es): SUNCOKE TECHNOLOGY AND DEVELOPMENT LLC (72) Inventor(es): MICHAEL P. BARKDOLL
1/22 “MÉTODO PARA RESFRIAMENTO BRUSCO DE COQUE METALÚRGICO, APARELHO MÓVEL PARA REDUZIR FORMAÇÃO DE POEIRA DURANTE UMA ETAPA DE RESFRIAMENTO BRUSCO DE COQUE E SISTEMA PARA PRODUZIR COQUE METALÚRGICO”
CAMPO DA INVENÇÃO [001] A descrição refere-se a um método e aparelho para produzir coque a partir de carvão mineral e, em particular, a um aparelho e método para resfriamento brusco a úmido de uma placa incandescente empurrada plana de coque metalúrgico em um único aparelho de múltiplas finalidades.
FUNDAMENTOS E SUMÁRIOO DA INVENÇÃO [002] O coque metalúrgico é um combustível de carbono sólido e fonte de carbono usada para fundir e reduzir minério de ferro na produção de aço. Durante um processo de produção de ferro, minério de ferro, coque, ar aquecido e calcário ou outros fundentes são alimentados dentro de um alto forno. O ar aquecido provoca combustão do coque, que provê calor e uma fonte de carbono para reduzir óxidos de ferro a ferro. O calcário ou outros fundentes podem ser adicionados para reagir com e remover as impurezas ácidas, chamadas escória, do ferro em fusão. As impurezas de calcário flutuam no topo do ferro em fusão e são escumadas para fora.
[003] Em um processo, conhecido como o “Processo de Coqueificação Thompson”, o coque usado para refinar minérios metálicos é produzido alimentando-se em batelada carvão pulverizada a um forno, que é selado e aquecido a temperaturas muito elevadas por 24 a 48 horas sob condições atmosféricas rigorosamente controladas. Os fornos de coqueificação vêm sendo usados por muitos anos para converter carvão em coque metalúrgico. Durante o processo de coqueificação, carvão finamente moído é aquecido sob condições
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2/22 de temperatura controladas para desvolatilizar o carvão e formar uma massa ou placa incandescente fundida de coque tendo uma predeterminada porosidade e resistência. Em razão da produção de coque ser um processo em batelada, múltiplos fornos de coque são operados simultaneamente, o que aqui é chamado de “bateria de fornos de coque”. Para os fins desta descrição, o termo “coque incandescente” significa o estado normal do coque quando ele é descarregado de um forno de coque. O coque incandescente é tipicamente descarregado de um forno de coque em uma temperatura variando de cerca de 980 a cerca de 1320oC.
[004] Em um processo de forno de coque convencional, uma vez a carvão esteja “completamente coqueificado”, a placa de coque é empurrada do forno de coque, de modo que ela se quebra e cai dentro de um carro quente em que o coque é resfriado bruscamente com água para resfriar o coque abaixo de sua temperatura de ignição. A operação de resfriamento brusco deve ser cuidadosamente controlada, de modo que o coque não absorva demasiada umidade. Uma vez resfriado bruscamente, o coque é peneirado e carregado dentro de vagões ou caminhões para expedição.
[005] Um dos problemas associados com o processo de produção de coque é o problema de formação de poeira associado com a remoção do coque quente do forno e queda do coque dentro de um carro de resfriamento brusco quando o coque é descarregado dos fornos de coque. Quando o coque cai dentro do carro de resfriamento brusco, uma significativa quantidade de poeira de coque é criada. Igualmente, a etapa de resfriamento brusco produz vapor d'água e matéria particulada quando o coque é resfriado bruscamente. De fato, a maior fonte única de emissões de matéria particulada de um processo de produção de coque ocorre durante as operações de descarga de coque e
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3/22 resfriamento brusco. Desse modo, sistemas de coleta de poeira elaborados foram concebidos para capturar partículas de poeira geradas quando o coque é empurrado para dentro dos carros de resfriamento brusco. Entretanto, muitos destes sistemas baseiam-se na queda de pressão através de um dispositivo, tais como defletores ou multiciclones, para obter-se eficiente remoção de particulado. Entretanto, sistemas de resfriamento brusco convencionais têm muito pouca queda de pressão disponível para elevada eficiência de remoção de matéria particulada. A fim de reduzir os problemas de formação de poeira associados com coqueificação de carvão sem significativamente aumentar os tempos de ciclo de forno de coque, são necessários aparelhos e métodos aperfeiçoados para resfriamento brusco de coque.
[006] De acordo com a necessidade precedente, a descrição provê um método e aparelho para resfriar bruscamente coque metalúrgico produzido em um forno de coqueificação. O método inclui empurrar uma placa unitária de coque incandescente sobre uma superfície receptora substancialmente plana de um carro de resfriamento brusco fechado, de modo que substancialmente todo o coque do forno de coqueificação seja empurrado como uma placa unitária sobre a superfície receptora do carro de resfriamento brusco. A placa de coque incandescente é resfriada bruscamente em um ambiente fechado dentro do carro de resfriamento brusco com uma pluralidade de bocais de resfriamento brusco por água, enquanto submergindo-se uma parte da placa de coque incandescente por elevação do nível de água dentro do carro de resfriamento brusco. Subsequentemente ao resfriamento brusco do coque, a superfície receptora plana é inclinada para um ângulo suficiente para deslizar o coque resfriado bruscamente para fora para a superfície receptora plana e sobre um transportador de coleta de produto e suficiente para drenar água do coque
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4/22 resfriado bruscamente.
[007] Outra forma de realização da descrição provê um aparelho móvel para reduzir formação de poeira durante uma etapa de resfriamento brusco de coque de um processo de produção de coque metalúrgico. O aparelho inclui um carro de resfriamento brusco que pode ser fechado de maneira substancialmente completa, adaptado para receber uma placa unitária de coque incandescente. O carro de resfriamento brusco tem uma estrutura que pode ser fechada tendo uma mesa que pode ser fechada de resfriamento brusco por água, disposta entre uma extremidade de entrada de coque tendo uma porta de entrada e uma extremidade de descarga de coque oposta à extremidade de entrada, a extremidade de descarga tendo uma porta de descarga de coque. Bocais de pulverização de água são dispostos entre a extremidade de entrada e a extremidade de descarga acima da mesa de resfriamento brusco. Um tanque de resfriamento brusco por água é provido abaixo da mesa de resfriamento brusco por água para submergir uma parte da placa de coque incandescente em água de resfriamento brusco. Um sistema de coleta de poeira é fixado à estrutura que pode ser fechada para coletar gotículas de água e particulados da etapa de resfriamento brusco de coque.
[008] O método e aparelho descritos acima proveem vantagens únicas para operações de coqueificação. Em particular, o empurramento no plano do coque sobre um carro de resfriamento brusco como uma placa unitária de coque incandescente pode significativamente a quantidade de matéria particulada gerada durante uma operação de descarga de forno de coque. Desse modo, o equipamento de coleta de poeira para coletar matéria particulada durante a operação de descarga de coque pode ser substancialmente menor e pode prover eficiências de coleta de pó mais elevadas. Outra vantagem do método e aparelho
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5/22 descritos aqui pode ser a simplicidade de operação e a eliminação de estruturas e equipamento necessários para resfriar bruscamente o coque e manusear o produto de coque resfriado bruscamente. Por exemplo, o sistema de coleta de poeira não tem partes móveis e pode basear-se somente na pressão gerada em uma câmara substancialmente fechada como uma força motriz para fluxo de gás através do sistema de coleta de poeira.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [009] Outras vantagens da invenção tornar-se-ão evidentes por referência à descrição detalhada das formas de realização preferidas, quando consideradas em conjunto com os desenhos, que não são em escala, em que caracteres de referência semelhantes designam elementos iguais ou similares por todos os diversos desenhos, como segue:
A Figura 1 é uma vista em planta total, não em escala, de uma bateria de fornos de coque e equipamento associado mostrando um carro de resfriamento brusco em uma primeira posição, para receber o coque de um forno de coque;
A Figura 2 é uma vista em elevação lateral, não em escala, de um dispositivo de resfriamento brusco para receber e resfriar bruscamente uma placa de coque de um forno de coque;
A Figura 3 é uma vista em elevação de extremidade, não em escala, de um dispositivo de resfriamento brusco para receber e resfriar bruscamente uma placa de coque de um forno de coque;
A Figura 4 é uma vista em elevação parcial, não em escala, de um dispositivo de resfriamento brusco de acordo com a descrição;
A Figura 5 é uma vista extrema da descarga de coque, não em escala, de uma parte de uma bateria de fornos de coque;
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A Figura 6 é uma vista lateral em elevação parcial, não em escala, de um dispositivo de resfriamento brusco em uma posição elevada, de acordo com uma forma de realização da descrição;
A Figura 7 é uma vista lateral, não em escala, de detalhes de um mecanismo de elevação e translação em uma primeira posição de acordo com a descrição;
A Figura 8 é uma vista lateral em elevação, não em escala, de detalhes do mecanismo de elevação e translação da Fig. 7 em uma segunda posição de acordo com a descrição;
A Figura 9 é uma vista lateral em elevação parcial, não em escala, de um dispositivo de resfriamento brusco em uma posição elevada e posição transladada, de acordo com uma forma de realização da descrição;
A Figura 10 é uma vista lateral em elevação, não em escala, de um dispositivo de selagem lintel fixado a uma câmara fechada de um dispositivo de resfriamento brusco de acordo com a descrição;
A Figura 11 é uma vista esquemática de um dispositivo de varredura de soleira de forno fixado a um dispositivo de resfriamento brusco de acordo com a descrição;
A Figura 12 é uma vista em elevação esquemática, não em escala, de uma esteira rolante e tanque de separação de sólidos de acordo com a descrição; e
A Figura 13 é uma vista em planta, não em escala, da esteira rolante e tanque de separação de sólidos da Fig. 12.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE FORMAS DE REALIZAÇÃO EXEMPLARES [010] Para fins desta descrição, uma “placa unitária de coque” é
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7/22 destinada a incluir estruturas de coque incandescentes fundidas, como preparadas em um forno de coqueificação. As placas unitárias de coque podem ter tamanhos variando de cerca de um metro de largura a dezenas de metros de comprimento até cerca de 1,5 metros de profundidade e podem pesar entre cerca de 20 e cerca de 40 toneladas métricas. Com referência à Fig. 1, nela é ilustrada uma vista esquemática em planta de uma bateria de fornos de coque 10 e equipamento associado para carregar uma bateria de fornos de coque e para remover e resfriar bruscamente coque produzido na bateria de fornos de coque 10, de acordo com uma forma de realização exemplificativa da descrição. A bateria de fornos de coque típica 10 contém uma pluralidade de fornos de coque lado a lado 12. Cada um dos fornos de coque 12 tem uma extremidade de entrada de carvão 14 e uma extremidade de saída de coque 16 oposta à extremidade de entrada 14.
[011] Um ciclo de coqueificação de carvão típico varia de 24 a 48 horas ou mais, dependendo do tamanho da carga de carvão nos fornos de coque 12. No final do ciclo de coqueificação, o coque é empurrado para fora do forno 12 com um aríete de descarga 18, posicionado adjacente à extremidade de entrada dos fornos 12. O aríete de descarga 18 pode incluir um dispositivo para remover uma porta de forno da extremidade de entrada 14 para empurrar o coque para fora dos fornos 12. O aríete de descarga 18 pode mover-se ao longo dos trilhos 20 adjacentes à extremidade de entrada 14 dos fornos 12.
[012] Um dispositivo de resfriamento brusco de coque 22 pode ser posicionado adjacente à extremidade de saída 16 dos fornos 12, para remover as portas de saída dos fornos 12 e para resfriar bruscamente o coque incandescente empurrado dos fornos 12. Em uma forma de realização alternativa, um dispositivo de remoção de porta de saída separado pode ser
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8/22 usado para remover as portas de saída da extremidade de saída 16 dos fornos 12 antes de empurrar o coque para dentro de um carro de resfriamento brusco.
[013] O dispositivo de resfriamento brusco de coque 22 pode ser adaptado para coletar uma placa unitária 24 de coque incandescente empurrado dos fornos pelo aríete de descarga 18. O dispositivo de resfriamento brusco de coque 22 move-se ao longo dos trilhos 26 adjacentes à extremidade de saída de coque 16 dos fornos 12. Uma descrição detalhada do dispositivo de resfriamento brusco 22, incluindo mecanismos alternativos para posicionar o dispositivo de resfriamento brusco adjacente à extremidade de saída 16 dos fornos 12, é feita mais detalhadamente abaixo. Durante a operação de empurramento do coque, o coque é empurrado para fora dos fornos 12 como uma placa substancialmente unitária 24 para dentro de uma estrutura essencialmente fechada 28 do dispositivo de resfriamento brusco 22.
[014] Uma vez o coque incandescente seja carregado sobre o dispositivo de resfriamento brusco 22, uma operação de resfriamento brusco é iniciada. Como mostrado na Fig. 2, o dispositivo de resfriamento brusco 22 inclui uma estrutura estanque a gás essencialmente fechada 28, tendo uma porta de entrada 30 e uma porta de saída 32. A porta de entrada 30 pode ser uma porta deslizável, que provê uma abertura na estrutura 28 que é suficiente para possibilitar que a placa unitária de coque incandescente 24 seja empurrada para uma mesa receptora inclinável 34 dentro da estrutura 28. Quando o coque 24 é empurrado do forno 12 para dentro da estrutura 28, sprays de água 36 são ativados para iniciar um resfriamento brusco do lado superior do coque 24 e para parcialmente suprimir pelo menos uma parte das emissões de poeira fugitivas que podem ser geradas quando o coque incandescente é empurrado sobre a mesa receptora inclinável 34. Uma vez a inteira placa de coque 24 esteja na
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9/22 estrutura 28, a porta de entrada 30 é fechada, desse modo provendo uma estrutura substancialmente estanque a gás 28.
[015] A estrutura 28 também inclui uma parte de tanque 38 contendo um volume de água de resfriamento brusco 40. A água de resfriamento brusco 40 da parte de tanque 38 pode prover substancialmente mais água de resfriamento brusco do que os bocais de pulverização de água 36. Em uma forma de realização, a relação do volume de água dos bocais de pulverização de água 36 para a água de resfriamento brusco 40 da parte de tanque 38 pode variar de cerca de 1:10 a cerca de 1,1 em volume. A preparação de água para os bocais de pulverização 36 e parte de tanque 38 pode ser provida por um canal de água correndo ao longo da bateria de fornos de coque 10, que supre uma bomba a bordo do dispositivo de resfriamento brusco 22.
[016] A fim de resfriar bruscamente o coque usado-se água de resfriamento brusco 40 da parte de tanque 38, um mergulhador 42 (Fig. 3) pode ser abaixado dentro da parte de tanque 38 para elevar a água de resfriamento brusco 40de um primeiro nível 44 para um segundo nível 46, que pelo menos parcialmente submerge a placa 24 de coque incandescente. O nível de água é elevado deslocando-se a água de resfriamento brusco 40 da parte de tanque 38 com o mergulhador 42. A parte da placa 24 que é submersa na água de resfriamento brusco 40 pode variar dependendo da espessura T da placa 24. Tipicamente, a parte da placa que é submersa pode variar de cerca de 5 a cerca de 50 por cento da espessura T da placa 24. Por exemplo, uma placa 24, tendo uma espessura T de cerca de 80 centímetros, pode ser submersa de cerca de 4 a cerca de 40 centímetros pela água de resfriamento brusco 40. Quando a placa 24 é submersa e resfriada por contato direto com a água de resfriamento brusco 40, as partes superiores da placa 24 são resfriadas bruscamente por vapor
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10/22 gerado pela água de resfriamento brusco 40 quando fissuras se abrem na placa de coque 24 durante resfriamento brusco e pelas pulverizações de água 36. A taxa de submersão da placa 24 é relativamente lenta a fim de prever explosão de vapor que poderia ser causada pelo rápido resfriamento brusco. Entretanto, há um equilíbrio delicado entre a taxa de resfriamento e fluxos e um teor de umidade do coque produto. Portanto, a fim de auxiliar a etapa de resfriamento brusco e evitar explosões de vapor, a placa 24 pode ser dividida em seções variando de cerca de três com 1 metro de largura a cerca de 2 metros de largura.
[017] Uma quantidade total típica de fluido de resfriamento brusco adequado para resfriar bruscamente a placa de coque 24 pode variar de cerca de 1,5 a cerca de 2,5 partes em peso de água por parte de coque em peso. A etapa de resfriamento é tipicamente conduzida tão rapidamente quanto possível e pode variar de cerca de 1,5 a cerca de 2,5 minutos totais para prover coque tendo um teor de umidade menor do que 3,0 % em peso, tipicamente de cerca de 1,5 a cerca de 3,0 % em peso.
[018] Após resfriamento brusco da placa de coque 24 estar completa, o mergulhador 42 pode ser elevado para abaixar o nível de água abaixo do nível da porta de saída 32 da estrutura 28. Uma vez o nível de água seja abaixado, a porta de saída 32 pode ser aberta e um transportador dosador 48 (Fig. 2) pode ser iniciado para romper e transportar coque para uma área de coleta de produto. Como mostrado na Fig. 4, a porta de saída 32 pode ser articuladamente fixada à estrutura 28, em que em uma posição fechada como mostrada na Fig. 4 uma gaxeta 33 provê uma selagem estanque a gás entre a porta 32 e a estrutura 28. A gaxeta 33 pode circunscrever a abertura da porta, de modo que, quando fechada, a porta 32 seja selada em todos os lados com a gaxeta 33. Quando a porta 32 é aberta, como mostrado em perfil na Fig. 4, a mesa de recebimento
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11/22 inclinável 34 pode ser elevada pelo guindaste 50 e unidades de cabo 52 fixadas aos lados opostos da mesa receptora inclinável 34, como mostrado na Fig. 3 ou qualquer outro mecanismo adequado, tal como um dispositivo de levantamento hidráulico. A mesa inclinável 34 pode ser elevada para um ângulo variando de cerca de 15 a cerca de 40 graus em relação a uma posição substancialmente horizontal. Quando a mesa 34 é elevada, a água de resfriamento brusco é drenada da placa resfriada bruscamente 24 de volta para dentro da parte de tanque 38 e a placa desliza sobre o transportador dosador 48, que pode ser uma estrutura transportadora de medição de temperatura elevada.
[019] O transportador dosador 48 pode descarregar o coque sobre um transportador de correia 58 para transporte para uma área de recebimento de produto. No evento de a correia transportadora 58 não estiver operando, uma calha de desvio pode ser provida para descarregar o coque produto sobre o terreno adjacente ao transportador dosador 48.
[020] Quando o coque resfriado bruscamente 24 tiver sido completamente descarregado do dispositivo 22 e drenado, o transportador dosador 48 pode ser parado, a porta 32 pode ser fechada e a mesa 34 pode ser abaixada para receber outra placa de coque incandescente 24. Durante este processo, água pode ser adicionado à parte de tanque 38 pelo canal de água. também o dispositivo pode ser movido para reposição do dispositivo 22 adjacente a outro forno 12 para receber outra placa incandescente 24 para resfriamento brusco.
[021] Devido ao fato de que a estrutura 28 ser substancialmente estanque a gás, vapor e vapor de água gerados durante a etapa de resfriamento brusco podem pressurizar a estrutura 18 suficiente para fazer com que gás e vapor fluam através dos dispositivos de coleta de matéria particulada anexos 54
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12/22 (Fig. 3). Os dispositivos de coleta 54 podem ser dispositivos coletores de poeira de múltiplos ciclones ou qualquer outro dispositivo de coleta de matéria particulada adequado, que seja eficaz para aprisionar poeira e gotículas de vapor d'água que podem conter matéria particulada de coque arrastada nelas. Para coletores de poeira de múltiplos ciclones, a pressão na estrutura 28 pode variar de cerca de 5 a cerca de 25 centímetros de água ou mais. Uma vez que a estrutura 28 é pressurizada por vapor e vapor d'água da etapa de resfriamento brusco, nenhum ventilador de corrente forçada ou corrente induzida é necessário para prover fluxo através dos dispositivos de coleta 54. Em uma alternativa, um ventilador de corrente induzida pode ser usado para provocar fluxo através dos dispositivos de coleta 54. Gás limpo pode ser descarregado para a atmosfera através de dutos de saída 56 dos dispositivos de coleta 56. Por conseguinte, não são requeridas partes móveis para prover coleta adequada de poeira e matéria particulada do processo de resfriamento brusco.
[022] Sem desejarmos ficar presos por considerações teóricas, acreditase que a estrutura de resfriamento brusco estanque a gás 28 descrita acima pode significativamente melhorar a eficiência de remoção de matéria particulada, em comparação com a eficiência de remoção de sistemas de resfriamento brusco de corrente induzida convencional. Por exemplo, presumindo-se uma taxa de fluxo de vapor variando de cerca de 416 metros cúbicos reais por segundo (m3/s) a cerca de 250 m3/s reais em uma etapa de resfriamento brusco, um sistema de resfriamento brusco de corrente induzida convencional pode somente prover no máximo cerca de 0,6 cm de pressão de água. Uma vez que a pressão disponível é somente de cerca de 0,6 cm de água, a queda de pressão através de qualquer dispositivo de remoção de particulado deve ser menor do que 0,6 cm de água ou cerca de 0,5 cm de água. Desse modo, dispositivos tais como defletores são
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13/22 tipicamente usados em um sistema de resfriamento brusco de corrente induzida para criar uma queda de pressão, de modo que matéria particulada possa ser removida das correntes de gás e vapor. Portanto, a pressão gerada em um sistema de resfriamento brusco convencional é insuficiente para uso com dispositivos de remoção de particulados de elevada eficiência, tais como coletores de poeira de saco e dispositivos de múltiplos ciclones.
[023] Por comparação, as mesmas taxas de fluxo de gás e vapor do dispositivo de resfriamento brusco 22 descrito aqui podem prover uma pressão variando de cerca de 11 cm de água a 416 m3/s efetivos a cerca de 4,3 cm de pressão de água a 250 m3/s efetivos. Em vista da mais elevada queda de pressão provida pelo dispositivo de resfriamento brusco 22, sistemas de múltiplos ciclones ou outros de remoção de particulado de mais elevada queda de pressão podem ser usados. Desse modo, a eficiência de remoção de matéria particulada das correntes de gás e vapor geradas durante a resfriamento brusco pode ser significativamente maior do que com sistemas de resfriamento brusco convencionais.
[024] Outro componente do dispositivo de resfriamento brusco 22 pode ser um dispositivo de remoção de porta de saída de coque integral 60. O dispositivo de remoção de porta de saída 60 inclui mecanismos para corretamente posicionar o dispositivo 60 na extremidade de saída 16 do forno 12, a ser descarregado de coque acabado e para remover uma porta de descarga de coque 62 (Fig. 5) da extremidade de saída de coque 16 do forno 12. O dispositivo de remoção de porta 60 pode incluir um mecanismo para girar fechos de cunha rotativos 63 para destravar a porta 62 e para mover a porta 62 diretamente de volta do forno 12. O dispositivo de resfriamento brusco 22 então move-se ao longo dos trilhos 26 para posicionar a porta de entrada 30 em frente
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14/22 do forno 12 de que a porta de descarga de coque 62 foi removida.
[025] O dispositivo de remoção de porta de saída 60 pode ser manualmente operado e, assim, pode ser controlado por uma cabina de controle 64 (Fig. 3) sobre o dispositivo de resfriamento brusco 22. A cabina de controle 64 pode incluir todos os dispositivos de controle e gabinetes de centro de controle de motor, bem como um botão de parada de emergência para o dispositivo de resfriamento brusco 22. Tipicamente, todas as operações realizadas pelo dispositivo de remoção de porta 60 podem ser hidraulicamente energizadas. Por exemplo, cilindros hidráulicos podem ser usados para destravar fechos rotativos da porta 62 e para encaixar e retrair a porta 62 do forno 12.
[026] Antes da remoção da porta 62, um dispositivo de marcação a laser pode ser usado pelo operador para precisamente posicionar o dispositivo de resfriamento brusco 22, de modo que o dispositivo de remoção de porta 60 fique adjacente à extremidade de saída de coque 16 do forno 12. Entrefechamentos mecânicos podem também ser usados para assegurar que o dispositivo de remoção de porta 60 fique na correta posição para destravar e remover a porta 62 do forno 12. Um motor a diesel pode ser usado para mover o dispositivo de resfriamento brusco 22 ao longo dos trilhos 26.
[027] Com referência agora às Figs. 6 - 11, vários aspectos detalhados do dispositivo de resfriamento brusco 22 podem ser ilustrados e descritos. O dispositivo de resfriamento brusco 22 é um dispositivo único que possibilita coleta e resfriamento brusco de uma placa substancialmente unitária 24 de coque incandescente dos fornos de coque 12, sem a necessidade de mais transporte ou transferência do coque para um carro de resfriamento brusco separado em uma área de resfriamento brusco separada. O dispositivo de
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15/22 resfriamento brusco 22 é projetado para atravessar paralelo à bateria de fornos de coque 10 ao longo dos trilhos 26 adjacentes aos fornos 12. Em uma forma de realização alternativa, o dispositivo de resfriamento brusco 22 pode também conter um mecanismo de elevação e translação 72 (Figs. 6 - 9), um dispositivo de selagem lintel 110 (Fig. 10) e um mecanismo de varredura de saia de forno 120 (Fig. 11). Cada um destes mecanismos será descrito mais detalhadamente abaixo.
[028] Após o dispositivo de remoção de porta 60 ter removido a porta de saída de coque 62 de um forno 12, o dispositivo de resfriamento brusco 22 pode ser reposicionado em linha com o forno 12, para receber o coque sendo empurrado para fora do forno 12, como mostrado na Fig. 1. Um dispositivo de localização pode ser provido para auxiliar um operador em visualmente alinhar o dispositivo de resfriamento brusco 22 para apropriada interface com o forno 12. Uma vez o dispositivo de resfriamento brusco 22 tenha sido apropriadamente localizado, um ou mais intertravamentos mecânicos são ativados para assegurar que o dispositivo de resfriamento brusco 22 esteja na apropriada posição para receber a placa de coque 24.
[029] Com referência agora à Fig. 5, uma parte da bateria de fornos de coque 10, vista pela extremidade de saída de coque 16 dos fornos 12, é ilustrada. Como será apreciado, cada um dos fornos 12 pode ficar em alturas ligeiramente diferentes acima de uma elevação piso 66, como indicado pela linha de referência 68. Desse modo, o dispositivo de resfriamento brusco 22 deve ser ajustado à altura de cada forno 12 durante a operação de empurramento de coque, a fim de empurrar uma placa substancialmente unitária 24 do coque quente sobre a mesa receptora inclinável 34 do dispositivo de resfriamento brusco 22, sem substancialmente fraturar a placa 24. Em outras palavras, a placa
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16/22 do coque não é colocada dentro do dispositivo de resfriamento brusco 22 como em carros de resfriamento brusco convencionais, onde o coque é colocado de modo que a placa se rompa em pedaços menores de coque para resfriamento brusco. Desse modo, um mecanismo é provido sobre o dispositivo de resfriamento brusco 22, para posicionar a estrutura fechada 28 adjacente à extremidade de saída 16 do forno 12 e para prover uma transição relativamente lisa para a placa 24 de coque para mover-se de um piso de forno 70 para dentro da estrutura fechada 28.
[030] Com referência novamente às Figs. 2 - 3, uma vista em elevação lateral do dispositivo de resfriamento brusco 22 e uma vista em elevação extrema do dispositivo de resfriamento brusco 22 são ilustradas. O dispositivo de resfriamento brusco 22 inclui a estrutura fechada 28, que é movelmente disposta sobre o mecanismo de elevação e translação 72 (Figs. 6 - 9) descritos mais detalhadamente abaixo. Como mostrado na Fig. 2, a estrutura fechada 28 é fixada sobre uma armação 74 que contém rodas 76 para movimento do dispositivo de resfriamento brusco sobre os trilhos 26.
[031] A Fig. 2 ilustra uma primeira posição em elevação da estrutura fechada 28 em relação à armação 74. A primeira posição em elevação é usada para mover o dispositivo de resfriamento brusco 22 ao longo dos trilhos 26. Na primeira posição em elevação, a estrutura fechada 28 é rigorosamente adjacente à armação 74. No posicionamento o dispositivo de resfriamento brusco 22 adjacente ao forno 12, a estrutura fechada 28 é elevada para uma segunda posição em elevação como mostrado na Fig. 6. Na segunda posição em elevação, a mesa receptora inclinável 34 do dispositivo de resfriamento brusco 22 é substancialmente na mesma altura que o piso de forno 70 (Fig. 5).
[032] Uma parte do mecanismo em elevação e de translação 72 é
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17/22 ilustrada mais detalhadamente nas Figs. 7 - 8. Como mostrado nas Figs. 7 e 8, o mecanismo 72 tem rolos pivotantes 76, um rolo atuador 78. Cada rolo pivotante 76 e rolo atuador 78 é fixado à armação 74. O rolo atuador 78 é fixado à armação 74 em torno de um pino pivô 80 e os rolos pivotantes 76 são fixados à armação 74 em torno de um pino pivô 82. Cada um dos rolos 76 e 78 é articuladamente ligado a um braço atuador 84 para girar os rolos articulados 76 e rolo atuador 78 da primeira posição ilustrada na Fig. 7 para a segunda posição ilustrada na Fig. 8. O braço atuador 84 é articuladamente conectado em uma extremidade distal 86 ao rolo atuador 78, de modo que o movimento do rolo atuador 78 provoca movimento dos rolos articulados 76, como mostrado. Um mecanismo atuador 88 é fixado à armação 74 e ao rolo atuador 78 para provocar movimento do rolo atuador 78 e do rolo pivotante 76, a fim de elevar e abaixar a câmara fechada 28. O mecanismo atuador 88 pode ser selecionado de uma larga variedade de mecanismos, tais como engrenagens helicoidais, transmissões por corrente, cilindros hidráulicos e similares. Um mecanismo atuador de cilindro hidráulico 88 é particularmente adequado para uso no mecanismo de elevação e translação 72 descrito aqui.
[033] Como exposto acima, devido a disparidades de altura de forno entre fornos 12, o mecanismo de elevação e translação alternativo 72 pode ser usado para prover a câmara fechada 28 em uma desejada elevação para empurrar a placa substancialmente unitária 24 do coque sobre o dispositivo de resfriamento brusco 22. Variações na altura do forno tipicamente variam de cerca de 2,5 a cerca de 15 cm. Portanto, o mecanismo de elevação e translação 72 deve ser capaz de mover a câmara fechada 28 para cima ou para baixo de 2,5 a cerca de 15 cm e manter a câmara fechada 28 em uma desejada elevação entre 2,5 e 15 cm. Observamos que elevações de altura que podem ser
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18/22 necessárias para uma bateria de forno particular podem variar mais do que cerca de 2,5 a cerca de 15 cm.
[034] Uma vez a estrutura fechada 28 esteja em uma elevação, ilustrada na Fig. 6, isto é, adequada para transferência da placa substancialmente unitária 24 do coque do forno 12, o operador atravessa a estrutura fechada para a frente de modo que a porta de entrada 30 da estrutura fechada 28 fique rigorosamente adjacente ao forno 12, como mostrado na Fig. 7, para prover uma superfície substancialmente contínua para empurrar o coque do forno para dentro da estrutura fechada 28. Uma seção de transição 90 pode ser articuladamente fixada adjacente à extremidade de porta de entrada 30 da estrutura fechada 28, para evitar que a estrutura fechada 28 danifique o piso de forno 70 na união da estrutura fechada 28 com o forno 12.
[035] Com referência novamente à Fig. 6, uma vez a estrutura fechada 28 esteja na elevação desejada, um atuador de translação 92, fixado à armação 74 e à estrutura fechada 28, pode ser usado para transladar a estrutura fechada de uma posição retraída, mostrada na Fig. 6, para uma posição de empurrar o coque, mostrada na Fig. 9. Na posição retraída há um espaço entre o forno 12 e a estrutura fechada 28 suficiente para movimento do dispositivo de resfriamento brusco 22 ao longo dos trilhos 26 adjacentes aos fornos 12. Entretanto, na posição de empurrar o coque ilustrada na Fig. 9, a estrutura fechada 28 é rigorosamente adjacente ao forno 12 e a seção de transição 90 está repousando sobre uma soleira de forno 94. Após carregar o coque dentro da câmara fechada 28, a câmara fechada 28 é retraída do forno 12 e abaixada para a primeira posição em elevação para resfriar bruscamente o coque e para mover o dispositivo de resfriamento brusco 22 para uma posição para reinstalar a porta de saída 62 do forno 12.
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19/22 [036] Como mostrado nas Figs. 6 - 9, cada um dos rolos pivotantes 76 e do rolo atuador 78 contém rodas 100 e 102, respectivamente, que possibilitam um movimento translacional da câmara fechada 28 sobre ele em relação à armação 74. As rodas 100 e 102 encaixam em uma parte de base da câmara fechada 28 ou trilhos fixados à parte de base da câmara fechada 28 para movimento de rolagem sobre ela.
[037] Em outra forma de realização alternativa, o sistema de exaustão 22 pode ser posicionado sobre os trilhos 26 rigorosamente adjacente aos fornos 10, de modo que uma parte do sistema de exaustão 22 fique pendente de um banco lateral de coque 96. Em tal forma de realização, a seção de transição 90 pode ser usada para prover uma transferência suave da placa de coque 24 para dentro do dispositivo de resfriamento brusco 22. Em consequência, o acima descrito mecanismo de elevação e translação 72 pode não ser requerido para esta forma de realização.
[038] A fim de reduzir as emissões de gases e particulados durante a transferência da placa de coque 24 do forno 12 para o dispositivo de resfriamento brusco 22, o dispositivo de selagem lintel 110 é provido como mostrado mais detalhadamente na Fig. 10. O dispositivo de selagem lintel 110 encaixa em uma viga lintel 112 do forno 12, quando a estrutura fechada 28 está rigorosamente adjacente ao forno 12. O dispositivo de selagem lintel 110 provê selagem entre a estrutura fechada 28 do forno 12, a fim de reduzir a quantidade de poeira, vapores e matéria particulada que podem escapar da extremidade aberta 16 do forno 12. O dispositivo de selagem lintel 110 inclui um membro semelhante a escova de aço flexível 114, fixamente preso a um braço de extensão 116 sobre a estrutura fechada 28 para contato de selagem com uma viga lintel 112 do forno 12, quando a estrutura fechada 28 é atravessada em direção ao forno 12.
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20/22 [039] Durante a etapa de empurrar o coque para empurrar a placa de coque 24 para dentro da câmara fechada 28, a poeira de coque pode acumularse na soleira de forno 94 presa a cada forno 12, após remover a porta de saída de forno 62. Desse modo, o mecanismo de varredura de saia de forno 120, como mostrado na Fig. 11, pode ser provido na seção de transição 90 para remover coque da soleira 94 a fim de prover uma transição suave entre o piso de forno 70 e a seção de transição 90. Em uma forma de realização, o mecanismo de varredura 120 pode incluir um bico de pulverização de jato de gás 122 e uma fonte 124 de gás comprimido em comunicação de fluxo de fluido com o bico de pulverização 122. O bico de pulverização 122 pode ser ativado pelo operador quando a porta de forno 62 é removida para prover uma soleira relativamente livre de coque 94 para união com a seção de transição 90 do dispositivo de resfriamento brusco 22 e/ou após empurrar o coque para dentro do dispositivo de resfriamento brusco 22 antes de substituir a porta de saída de forno 62.
[040] Uma vez a placa de coque 24 tenha sido empurrada para dentro da estrutura fechada 28 pelo aríete de descarga de coque 18, o operador recolhe a estrutura fechada 28 para longe do forno 12 e abaixa a estrutura 28 para a primeira posição em elevação, ilustrada na Fig. 2.
[041] Como com qualquer operação de resfriamento brusco de coque, sólidos, incluindo finos de coque mais cinza da placa de coque 24, podem acumular-se na água de resfriamento brusco 40 da parte de tanque 38 do dispositivo de resfriamento brusco 22. Antecipamos que a parte de tanque 38 pode ser capaz de reter os sólidos de cerca de 50 empurrões de forno (cerca de 8 horas de operação de resfriamento brusco). Após 50 empurrões, o dispositivo de resfriamento brusco 22 pode ser ajustado para uma área de desidratação de sólidos 130 ilustrada nas Figs. 12 e 13.
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21/22 [042] Uma vez o dispositivo de resfriamento brusco 22 esteja na área de desidratação de sólidos 130, que pode ser localizada em uma extremidade da bateria de fornos de coque 10, como mostrado na Fig. 1, válvulas de drenagem de um tamanho suficiente para passar água e sólidos através, pode ser aberta completamente na parte de tanque 38 do dispositivo de resfriamento brusco 22. É altamente desejável que a parte de tanque 38 do dispositivo de resfriamento brusco sela inclinado para auxiliar na remoção de sólidos com a água oriunda da parte de tanque. Bocais tipos “canhão de água” podem ser fechados na parte de tanque 38 para jatear sólidos para fora da parte de tanque 38 durante drenagem. Após a parte de tanque 38 ter sido drenada e limpada, válvulas de descarga são fechadas e a parte de tanque 38 pode ser reenchida com água limpa.
[043] A água de descarga com sólidos é direcionada para uma cobertura de concreto inclinando-se suavemente 132. A inclinação da cobertura inclinandose suavemente 132 pode variar de cerca de um por cento a cerca de 5 por cento de inclinação. Quando a água e sólidos fluem abaixo a cobertura inclinando-se suavemente 132, a maior parte dos sólidos pode ser deixada sobre a cobertura 132 e a água flui para dentro de uma bacia de retenção 134. A bacia de retenção pode ser de um tamanho adequado para reter de cerca de 60.000 a cerca de 100.000 galões (228000 litros a cerca de 380.000 litros) ou mais. Os sólidos sobre a cobertura 132 podem ser removidos periodicamente usando-se um carregador de extremidade frontal 136.
[044] Água da bacia de retenção 134 pode extravasar através de uma barragem 138 para dentro de um poço límpido 140. O poço límpido 140 pode ser usado para prover água de composição para a parte de tanque 38 do dispositivo de resfriamento brusco 22. O poço límpido pode ser dimensionado para reter de cerca de 120000 a cerca de 200.000 galões (456000 a 760000 litros) de água ou
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22/22 pode ser dimensionado para reter a mesma quantidade de água que a bacia de retenção.
[045] Na descrição precedente, o inteiro aparelho, com exceção das correias transportadoras, componentes elétricos e similares, pode ser feito de aço fundido ou forjado. Portanto, construção robusta do aparelho é possível e provê um aparelho de duração relativamente longa, que é adequado para o ambiente de forno de coque.
[046] As formas de realização precedentes são susceptíveis de considerável variação em sua prática. Desse modo, as formas de realização não são destinadas a serem limitadas às exemplificações específicas expostas acima. Sem dúvida, as formas de realização precedentes estão dentro do espírito e escopo das reivindicações anexas, incluindo seus equivalentes disponíveis como uma questão de direito.
[047] Os patenteados não pretendem dedicar quaisquer formas de realização descritas ao público e, na extensão em que quaisquer modificações ou alterações descritas possam não literalmente situar-se dentro do escopo das reivindicações, elas são consideradas como sendo parte dele sob a doutrina de equivalentes.
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Claims (19)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para resfriamento brusco de coque metalúrgico produzido em um forno de coqueificação, o dito método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de:
    empurrar uma placa unitária de coque incandescente sobre uma superfície receptora substancialmente plana de um carro de resfriamento brusco fechado, de modo que substancialmente todo o coque proveniente do forno de coqueificação seja empurrado como uma placa unitária sobre a superfície receptora do carro de resfriamento brusco;
    resfriar bruscamente a placa de coque incandescente em um ambiente fechado estanque a gás, dentro do carro de resfriamento brusco com água de resfriamento brusco a partir de uma pluralidade de bocais de resfriamento brusco por água, enquanto submerge pelo menos uma parte da placa de coque quente por elevação do nível de água dentro do carro de resfriamento brusco;
    inclinar a superfície receptora plana, subsequentemente à etapa de resfriamento brusco, em torno de um eixo de inclinação que se estende transversalmente ao comprimento da superfície receptora plana, adjacente a uma parte de extremidade da superfície receptora plana, a um ângulo suficiente para: (i) drenar a água de resfriamento brusco da parte de extremidade da superfície receptora plana para um tanque de água de resfriamento brusco, e (ii) deslizar o coque resfriado bruscamente para fora da parte de extremidade da superfície receptora plana e sobre um transportador de coleta de produto.
  2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o carro de resfriamento brusco fechado compreende um ou mais dispositivos de coleta de poeira para remover gotículas de água e matéria particulada de uma corrente de gás gerada durante a etapa de resfriamento
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    2/6 brusco.
  3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que os dispositivos de coleta de poeira têm uma eficiência de remoção de particulados maior do que 75 por cento.
  4. 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o coque é resfriado bruscamente adjacentemente ao forno de coqueificação.
  5. 5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de resfriamento brusco é conduzida sob condições suficientes para fraturar substancialmente toda a placa unitária de coque.
  6. 6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda a remoção e a substituição de uma porta do forno de coqueificação utilizando um mecanismo de remoção e substituição de porta de forno fixado ao carro de resfriamento brusco.
  7. 7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma relação de quantidade de água em volume proveniente dos bocais de resfriamento brusco por água para a quantidade de água em volume para submergir o coque incandescente varia de 1:10 a 1:1.
  8. 8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o ângulo em que a superfície receptora plana é inclinada varia de 10 graus a 40 graus em relação a um plano substancialmente horizontal.
  9. 9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma pressão variando de 5 a 25 cm de água é provida pelo ambiente estanque a gás fechado do carro de resfriamento brusco durante a etapa de resfriamento brusco.
  10. 10. Aparelho móvel para reduzir formação de poeira durante uma etapa
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    3/6 de resfriamento brusco de coque de um processo de produção de coque metalúrgico, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
    um carro de resfriamento brusco que pode ser fechado de modo substancialmente completo, adaptado para receber uma placa unitária de coque incandescente, o carro de resfriamento brusco compreendendo:
    uma estrutura estanque a gás que pode ser fechada tendo uma extremidade de entrada de coque tendo uma porta de entrada, uma extremidade de descarga de coque oposta à extremidade de entrada tendo uma porta de descarga de coque, e uma mesa inclinável de resfriamento brusco por água disposta entre a extremidade de entrada de coque e a extremidade de descarga de coque;
    a mesa inclinável de resfriamento brusco por água tendo partes de extremidades opostas que se estendem transversalmente a um comprimento da mesa inclinável de resfriamento brusco por água; a mesa inclinável de resfriamento brusco por água sendo seletivamente pivotável em torno de um eixo de inclinação que se estende transversalmente ao comprimento da mesa inclinável de resfriamento brusco por água, adjacente a uma parte de extremidade da mesa inclinável de resfriamento brusco;
    bocais de pulverização de água dispostos entre a extremidade de entrada e a extremidade de descarga acima da mesa de resfriamento brusco;
    um tanque de resfriamento brusco por água disposto abaixo da mesa de resfriamento brusco para submergir uma parte da placa de coque incandescente em água de resfriamento brusco; e um sistema de coleta de poeira fixado à estrutura que pode ser fechada para coletar gotículas de água e particulados provenientes da etapa de resfriamento brusco de coque.
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    4/6
  11. 11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um aparelho de remoção de porta de forno fixado ao aparelho móvel.
  12. 12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a mesa inclinável de resfriamento brusco por água é inclinável de 10 graus a 40 graus em relação a um plano substancialmente horizontal.
  13. 13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um êmbolo para elevar e abaixar um nível de água de resfriamento brusco no carro de resfriamento brusco durante a etapa de resfriamento brusco de coque.
  14. 14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um transportador dosador para suprir coque resfriado bruscamente para um transportador de correia para mover o coque para uma área de recepção de produto.
  15. 15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de coleta de poeira compreende um ou mais coletores de poeira de múltiplos ciclones.
  16. 16. Sistema para produzir coque metalúrgico a partir de fornos de coqueificação, o dito sistema CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
    um aparelho móvel para reduzir formação de poeira durante uma etapa de resfriamento brusco de coque de um processo de produção de coque metalúrgico, compreendendo:
    um carro de resfriamento brusco que pode ser fechado de maneira substancialmente completa, adaptado para receber uma placa unitária de coque incandescente, o carro de resfriamento brusco compreendendo:
    uma estrutura fechada estanque à gás tendo uma porta de entrada, uma
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    5/6 extremidade de descarga de coque oposta a extremidade de entrada tendo uma porta de descarga de coque, e uma mesa inclinável de resfriamento brusco por água, disposta entre a extremidade de entrada de coque e a extremidade de descarga de coque, em que a mesa inclinável de resfriamento brusco por água é inclinável de 10 graus a 40 graus em relação a um plano substancialmente horizontal, em torno de um eixo de inclinação que se estende transversalmente ao comprimento da mesa inclinável de resfriamento brusco por água, adjacente a uma parte de extremidade da mesa inclinável de resfriamento brusco por água e a extremidade de descarga de coque da estrutura estanque à gás;
    bocais de pulverização de água dispostos entre a extremidade de entrada e a extremidade de descarga acima da mesa de resfriamento brusco;
    um tanque de resfriamento brusco por água disposto abaixo da mesa de resfriamento brusco por água para submergir uma parte da placa de coque incandescente em água de resfriamento brusco;
    um transportador para suprir coque resfriado bruscamente a um transportador de correia para mover o coque para uma área de recepção de produto; e um sistema de coleta de poeira fixado à estrutura que pode ser fechada para coletar gotículas de água e particulados da etapa de resfriamento brusco de coque.
  17. 17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um aparelho de remoção de porta de forno fixado ao aparelho móvel.
  18. 18. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de coleta de poeira compreende um ou mais coletores de poeira de múltiplos ciclones.
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  19. 19. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda uma área de tanque de coleta de água compreendendo um bloco inclinado para coletar sólidos da água de resfriamento brusco; uma bacia de contenção para resfriar bruscamente água fluindo a partir do bloco; um poço limpo adjacente à bacia de contenção; e um vertedouro disposto entre a bacia de contenção e o poço limpo para transbordamento de água a partir da bacia de contenção para o poço limpo.
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