BR112021012766B1

BR112021012766B1 - Descarbonização de fornos de coque e sistemas e métodos associados

Info

Publication number: BR112021012766B1
Application number: BR112021012766-6A
Authority: BR
Inventors: John Francis Quanci; Daniel C. Charles; Gary Dean West; Sharla Evatt; Mark Anthony Ball; Jason Francis Crum
Original assignee: Suncoke Technology And Development Llc
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2023-10-31
Also published as: CA3125332C; US11643602B2; US20200208064A1; US11021655B2; BR112021012766A2; US20240110103A1; WO2020140079A1; CA3125332A1; US20220106527A1

Abstract

descarbonização de fornos de coque e sistemas e métodos associados. sistemas e métodos para remover material carbonáceo de clínquer de um forno de coque são descritos. um forno de coque pode ser fornecido incluindo um piso de forno, coque e material de clínquer depositado no piso do forno. depois que uma temperatura do forno de coque atingiu uma primeira temperatura (por exemplo, após aquecer carvão no forno para produzir coque), o método inclui aumentar a temperatura do forno de coque para uma segunda temperatura que é mais alta do que a primeira temperatura por uma determinada quantidade de tempo. após o período de tempo predeterminado, a temperatura é reduzida a uma terceira temperatura, que é mais baixa do que a primeira temperatura.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA PARA PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Provisório U.S. No. 62/786.299 depositado em 28 de dezembro de 2018, a divulgação do qual é aqui incorporada por referência em sua totalidade.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente divulgação se refere à descarbonização de fornos de coque.

FUNDAMENTOS

[003] O coque é um combustível sólido de carbono e fonte de carbono usado para fundir e reduzir o minério de ferro na produção de aço. Em um processo, conhecido como "Processo de Coquefação de Thompson", o coque é produzido alimentando em lote carvão pulverizado a um forno que é vedado e aquecido a temperaturas muito altas por aproximadamente 48 horas sob condições atmosféricas controladas de perto. Os fornos de coquefação são usados há muitos anos para converter carvão em coque metalúrgico. Durante o processo de coquefação, o carvão finamente triturado é aquecido sob condições de temperatura controlada para desvolatilizar o carvão e formar uma massa fundida de coque com uma porosidade e resistência predeterminadas. O processo de coquefação também libera material contendo hidrocarbonetos do carvão sob alta temperatura, fazendo com que o material carbonáceo dos hidrocarbonetos seja depositado novamente nas superfícies do forno de coque. Esse acúmulo de carbono pode inibir a produção de coque no forno e, se deixado para crescer por muito tempo, pode fazer com que o forno falhe.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[004] A FIG. 1A é uma ilustração de um forno de coque de uma instalação de fabricação de coque e a FIG. 1B é uma ilustração de uma porta lateral do forno de coque.

[005] As FIGs. 2A e 2B são ilustrações de material carbonáceo de clínquer no piso de um forno de coque.

[006] A FIG. 3A é um diagrama de blocos que ilustra os componentes de uma modalidade de um sistema para remover material de clínquer de um forno de coque.

[007] A FIG. 3B é uma ilustração de uma porta lateral de coque de um forno de coque incluindo lanças inseridas através da porta lateral de coque, de acordo com algumas modalidades.

[008] A FIG. 4 é um fluxograma que ilustra um método para remover material de clínquer de um forno de coque, de acordo com algumas modalidades.

[009] A FIG. 5 é um fluxograma que ilustra outro método de exemplo para remover material de clínquer de um forno de coque.

[010] A FIG. 6 é um fluxograma que ilustra ainda outra modalidade de um método 600 para remover material de clínquer de um forno de coque.

[011] A FIG. 7A é uma ilustração de um forno de coque antes de remover o material carbonáceo de clínquer e a FIG. 7B é uma ilustração do forno de coque mostrado na FIG. 7A após o material carbonáceo de clínquer ter sido removido, de acordo com modalidades da presente tecnologia.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[012] A tecnologia atual é geralmente direcionada à descarbonização de fornos de coque. Durante a produção de coque de carvão, o material contendo hidrocarbonetos é liberado do carvão sob alta temperatura e o material carbonáceo dos hidrocarbonetos é depositado novamente nas superfícies do forno de coque. As modalidades aqui descritas removem o material carbonáceo depositado nas superfícies do forno de coque por meios físicos, químicos ou uma combinação de meios físicos e químicos. Em algumas modalidades, um método para remover este material depositado ("clínquer") de um forno de coque em uma instalação industrial inclui o fornecimento de um forno de coque incluindo um piso do forno, coque e material de clínquer depositado no piso do forno. Embora a temperatura do forno de coque seja a primeira temperatura (por exemplo, após aquecer carvão no forno para produzir coque), o método inclui a aplicação de um agente oxidante a uma porção do material de clínquer. A temperatura do forno de coque é aumentada para uma segunda temperatura que é mais alta do que a primeira temperatura por um período de tempo predeterminado, antes de ser reduzida para uma terceira temperatura que é mais baixa do que a primeira temperatura.

[013] Em algumas modalidades, um método para remover o material carbonáceo de um forno de coque em uma instalação industrial inclui a remoção de coque do forno de coque. Após a remoção do coque, o método inclui o controle de uma temperatura do forno de coque (a) a uma temperatura predeterminada superior a 982 °C (1800 °F) e (b) por um período de tempo superior a 12 horas, para desclinquerizar o material de clínquer.

[014] Em algumas modalidades, um sistema para descarbonizar um forno de coque compreende um forno de coque incluindo um piso do forno, paredes laterais que se estendem do piso do forno e um teto preso às paredes laterais e se estendendo sobre o piso do forno. O forno de coque também pode incluir aberturas que podem ser cobertas em pelo menos uma das paredes laterais ou teto e material de clínquer cobrindo pelo menos uma parte do piso do forno. O sistema inclui ainda uma lança tendo uma primeira porção dentro do forno de coque e uma segunda porção fora do forno de coque, onde a lança se estende através de uma das aberturas passíveis de serem cobertas e é configurada para direcionar um agente oxidante em direção a uma porção do material de clínquer no forno.

[015] Outras modalidades do sistema ou método para descarbonizar um forno de coque incluem outras variações dos processos descritos acima.

[016] A FIG. 1A é uma ilustração de um forno de coque 100 de uma instalação de fabricação de coque. O forno de coque pode ser um forno de recuperação de calor, um forno de subproduto ou outro tipo de forno de coque. Como mostrado na modalidade ilustrada, o forno de coque 100 pode incluir um piso do forno 120, paredes laterais 125a, 125b (coletivamente referidas como "paredes laterais 125") se estendendo para cima a partir do piso do forno 120 e um teto 130 (por exemplo, uma coroa) fixado às paredes laterais 125 e sobre o piso do forno 120. O forno de coque 100 inclui ainda canais de combustão únicos abaixo do piso do forno 120. Como mostrado na modalidade ilustrada, o forno de coque 100 inclui ainda uma pluralidade de descendentes 135 que se estendem ao longo das paredes laterais 125 para remover porções do ar de combustão aquecido no forno de coque 100. A FIG. 1B é uma ilustração de uma porta lateral de coque 140 do forno de coque 100. Como mostrado na modalidade ilustrada, a porta lateral do coque 140 inclui uma pluralidade de amortecedores/aberturas 150, que podem ser abertos conforme desejado para permitir a entrada de ar externo no forno de coque 100. O forno de coque 100 inclui ainda um único amortecedor de combustão 160, que pode ser aberto conforme desejado para permitir a entrada de ar externo no único tubo de gás.

[017] O coque é produzido no forno 100 carregando primeiro carvão na câmara do forno, aquecendo o carvão em um ambiente pobre em oxigênio, expulsando a fração volátil do carvão e, em seguida, oxidando a matéria volátil dentro do forno 100 para capturar e utilizar o calor produzido. O ciclo de coquefação começa quando o carvão é carregado no piso do forno 120 através de uma porta frontal. O carvão na base do forno 120 é conhecido como leito de carvão. O calor do forno 100, devido ao ciclo da coquefação anterior, inicia um ciclo de carbonização. Aproximadamente metade da transferência de calor total para o leito de carvão é irradiada para baixo na superfície superior do leito de carvão a partir da chama luminosa do leito de carvão e da coroa 130. A metade restante, aproximadamente, do calor é transferida para o leito de carvão por condução a partir do piso do forno 120, que é aquecido por convecção a partir da volatilização dos gases no único tubo de gás. Desta forma, um processo de carbonização "onda" do fluxo plástico das partículas de carvão e a formação de coque coesivo de alta resistência procede de ambos os limites superior e inferior do leito de carvão. No final do ciclo de coquefação, o carvão foi coqueado e carbonizado para produzir coque. O coque pode ser removido do forno 100 através de uma porta traseira oposta à porta frontal usando um sistema de extração mecânico. Por exemplo, o coque pode ser empurrado em direção à porta traseira por meio de uma máquina de carregamento de coque. Finalmente, o coque é temperado e dimensionado antes de ser entregue ao usuário.

[018] A produção de coque de carvão faz com que o material contendo hidrocarboneto seja liberado do carvão sob alta temperatura e o material carbonáceo dos hidrocarbonetos seja redepositado nas superfícies do forno de coque 100, como o piso do forno 120 e/ou paredes laterais 125. Este material redepositado geralmente compreende material carbonáceo (por exemplo, aproximadamente 88%) e cinzas (por exemplo, aproximadamente 12%) e é comumente referido como "clínquer". O acúmulo típico de clínquer para uma fábrica de coque pode ser de 2—4 polegadas por ano. A FIG. 2A é uma ilustração de material carbonáceo de clínquer 250 no piso 120 do forno de coque 100. Como mostrado na modalidade ilustrada, o material de clínquer 250 é geralmente desigual ao longo de uma largura do piso do forno 120. A FIG. 2B é outra ilustração do material de clínquer carbonáceo mostrado na FIG. 2A, mostrando um acúmulo medido do material de clínquer ao longo do tempo.

[019] O material de clínquer 250 pode criar dificuldades relacionadas à manutenção das taxas de produção de coque. Por exemplo, o material de clínquer 250 ocupa um volume do forno 100, reduzindo assim a produção de coque, bem como reduz a eficiência do forno de coque 100 devido à perda de transferência de calor através do tubo de gás única e irregularidades na superfície externa do material de clínquer 250. Os métodos convencionais para remover o material de clínquer 250 incluem a remoção física do material de clínquer 250 por meio de um aríete impulsor de uma máquina carregadora impulsora (PCM). Remover o material de clínquer 250 de tal maneira pode danificar o aríete impulsor e diminuir sua vida útil, ao mesmo tempo que causa tensões físicas e danos no piso do forno. Para mitigar os danos causados pelo acúmulo de clínquer, as modalidades da tecnologia aqui descritas removem o material de clínquer usando meios físicos, meios químicos ou uma combinação de meios físicos e químicos.

[020] A FIG. 3A é um diagrama de blocos que ilustra os componentes de uma modalidade de um sistema para remover material de clínquer de um forno de coque. Como mostrado na Fig. 3A, o sistema pode incluir um controlador 305 acoplado comunicativamente a uma lança 310 e um ou mais sensores de temperatura 320 dentro de um forno 100. O controlador 305 pode se comunicar com a lança 310 e/ou sensores de temperatura 320 por qualquer um de uma variedade de tipos de comunicações com ou sem fio.

[021] O controlador 305 pode compreender um ou mais dispositivos de computação configurados para controlar os componentes do forno 100. O controlador 305 pode ser operado remotamente, permitindo que um operador de uma instalação industrial incluindo o forno 100 controle a temperatura do forno de coque de um local remoto. O controlador 305 pode, em algumas modalidades, ser parte de um sistema de controle usado para controlar outros aspectos da instalação, além da temperatura do forno, como ativar e controlar a PCM. Muitas modalidades do controlador 305 podem assumir a forma de instruções executáveis por computador, incluindo rotinas executadas por um computador programável. O controlador 305 pode, por exemplo, também incluir uma combinação de sistemas de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA), sistemas de controle distribuído (DCS), controladores lógicos programáveis (PLC), dispositivos de controle e processadores configurados para processar instruções executáveis por computador. Os técnicos especialistas no assunto relevante apreciarão que a tecnologia pode ser praticada em sistemas de computador diferentes daqueles descritos neste documento. A tecnologia pode ser incorporada em um computador de uso especial ou processador de dados que é especificamente programado, configurado ou construído para executar uma ou mais das instruções executáveis por computador descritas abaixo. Consequentemente, os termos "controlador" e "sistema de controle", conforme geralmente usados neste documento, referem-se a qualquer processador de dados. As informações tratadas por esses computadores podem ser apresentadas em qualquer meio de exibição adequado, incluindo um monitor CRT ou LCD. A tecnologia também pode ser praticada em ambientes distribuídos, onde as tarefas ou módulos são realizados por dispositivos de processamento remoto que estão ligados por meio de uma rede de comunicações. Em um ambiente de computação distribuída, módulos de programa ou sub-rotinas podem estar localizados em dispositivos de armazenamento de memória local e remoto. Aspectos da tecnologia descritos abaixo podem ser armazenados ou distribuídos em mídia legível por computador, incluindo discos de computador magnéticos ou opticamente legíveis ou removíveis, bem como distribuídos eletronicamente em redes. Estruturas de dados e transmissões de dados particulares para aspectos da tecnologia também estão abrangidos dentro do escopo de modalidades particulares da tecnologia divulgada.

[022] Os sensores de temperatura 320 medem uma temperatura no forno de coque 100. Os sensores de temperatura 320 podem incluir qualquer um de uma variedade de tipos de sensores capazes de medir a temperatura do forno, como termopares, sensores infravermelhos ou detectores de temperatura de resistência. Os sensores 320 podem ser posicionados para medir a temperatura em vários locais no forno, como na coroa do forno de coque ou no chão do forno. Os sensores de temperatura 320 emitem sinais indicativos de uma temperatura no forno de coque 100. O controlador 305 pode receber os sinais de temperatura dos sensores de temperatura 320 e regular a temperatura no forno com base nos sinais.

[023] O forno de coque 100 também inclui uma ou mais lanças 310 que podem ser controladas pelo controlador 305. Cada lança 310 direciona um agente oxidante (por exemplo, oxigênio ou ar) em direção ao material de clínquer no forno de coque 100. Em algumas modalidades, a lança 310 pode ser inserida no forno de coque através das aberturas do forno de coque, incluindo os amortecedores da porta lateral do coque e/ou porta lateral de empurrar. Consequentemente, a lança 310 pode incluir uma primeira parte fora do forno e uma segunda parte dentro do forno. Em algumas modalidades, a lança 310 pode ser inserida através de uma abertura na coroa do forno de coque. A lança 310 pode ser revestida com material refratário e pode incluir uma única extremidade ou várias extremidades voltadas para o material de clínquer. A lança 310 pode ser particularmente benéfica para direcionar o agente oxidante para áreas do forno que muitas vezes não recebem oxigênio suficiente para queimar material de clínquer nessa área. Por exemplo, porções de material de clínquer no centro do forno tendem a receber a menor quantidade de oxigênio. Como tal, as lanças 310 podem ser usadas para direcionar os agentes oxidantes para essas áreas. Em algumas modalidades, o agente oxidante direcionado ao material de clínquer através da lança tem um fluxo turbulento (por exemplo, um número de Reynolds maior que 4.000) medido na saída da lança. Além disso, em algumas modalidades, o agente oxidante direcionado ao material de clínquer pode ser pré-aquecido. Em tais modalidades, o agente oxidante que sai da lança pode estar dentro de 149 °C (300 °F), 93 °C (200 °F), 38 °C (100 °F) ou 10 °C (50 °F) da temperatura do forno. O pré- aquecimento do agente oxidante pode incluir o aumento do tempo de residência do agente oxidante no forno antes de sair da saída da lança. Por exemplo, o tempo de residência pode ser aumentado enrolando a parte da lança dentro do forno, por exemplo, para incluir duas ou mais voltas.

[024] A FIG. 3B é uma ilustração de uma porta lateral de coque 140 de um forno de coque 100 incluindo lanças 310 inseridas através da porta lateral de coque. Como mostrado na modalidade ilustrada, as lanças 310 podem compreender um material flexível 312 capaz de ser movido para direcionar o gás de oxidação através das lanças para áreas específicas do forno de coque 100.

[025] A FIG. 4 é um fluxograma que ilustra um método 400 para remover material de clínquer de um forno de coque, de acordo com modalidades da presente tecnologia. O método 400 pode incluir etapas adicionais, menos ou diferentes do que as mostradas na FIG. 4. As etapas do método 400 podem ser realizadas pelo controlador 305.

[026] Como mostrado na Fig. 4, o método 400 pode incluir fornecer, na etapa 402, um forno de coque incluindo um piso do forno e material de clínquer depositado no piso do forno. Na etapa 404, o carvão é aquecido no forno de coque para produzir coque. O coque é removido na etapa 406. A remoção do coque do forno de coque pode, por exemplo, incluir empurrar o coque em direção a um lado do forno de coque por meio de um impulsor de uma PCM.

[027] Depois de remover o coque do forno de coque, a temperatura do forno é a primeira temperatura. Embora a temperatura do forno de coque seja a primeira temperatura, o método 400 pode incluir, na etapa 408, a aplicação de um agente oxidante a uma porção do material de clínquer depositado no piso do forno. O agente de oxidação pode ser direcionado para a porção do material de clínquer controlando a lança 310 para a saída do agente de oxidação. Em algumas modalidades, as medições de temperatura de diferentes áreas do forno são feitas, por exemplo, por meio dos sensores de temperatura 320 e as lanças 310 são ajustadas com base nas temperaturas medidas. Por exemplo, as lanças 310 podem ser movidas para manter uma temperatura geralmente uniforme em todo o forno.

[028] A temperatura do forno de coque pode então ser aumentada, na etapa 410, para uma segunda temperatura que é mais alta do que a primeira temperatura por um período de tempo predeterminado. A segunda temperatura pode ser selecionada com base nos limites térmicos de vários materiais no forno. Por exemplo, a segunda temperatura pode ser uma temperatura inferior a uma temperatura de falha do piso do forno 120, da coroa 130 ou de outros componentes do forno. Em várias modalidades, a segunda temperatura pode ser inferior a 1538 °C (2800 °F) (medida no ou próximo ao piso do forno), embora seja maior do que a primeira temperatura no final do processo de coquefação. A segunda temperatura pode ser, por exemplo, aproximadamente 1510 °C (2750 °F). O forno pode ser mantido na segunda temperatura por um período de tempo predeterminado. Em algumas modalidades, a quantidade de tempo predeterminada é uma quantidade de tempo que permite que os materiais no forno atinjam uma temperatura de estado estacionário. Em outras modalidades, a quantidade de tempo predeterminada é uma quantidade de tempo menor do que o tempo para os materiais atingirem o estado estacionário. Além disso, em algumas modalidades, a temperatura do forno de coque é aumentada na etapa 410 para a segunda temperatura sem aplicar o agente oxidante na etapa 408, ou antes de aplicar o agente oxidante. Em alguns casos, a temperatura do forno é aumentada para a segunda temperatura direcionando o gás para o forno usando a lança 310.

[029] Após o período de tempo predeterminado, a temperatura do forno de coque é reduzida na etapa 412 para uma terceira temperatura que é mais baixa do que a primeira temperatura. A terceira temperatura pode ser definida com base em uma faixa de temperaturas em que os materiais no forno são termicamente estáveis. Por exemplo, o piso do forno pode falhar se a temperatura cair muito. Neste caso, a terceira temperatura pode ser, por exemplo, aproximadamente 649 °C (1200 °F). Em alguns casos, o forno pode ser resfriado até a terceira temperatura abrindo um ou mais amortecedores no forno, como a porta lateral do coque, a porta lateral do empurrador ou o único tubo de gás. Em outros casos, para resfriar rapidamente o forno até a terceira temperatura, qualquer combinação de ventiladores de ar ou a lança 310 pode ser usada para soprar ar para dentro do forno. Um agente de resfriamento, como ar forçado ou um líquido, pode ser aplicado a uma porção do material de clínquer (por exemplo, através da lança 310) para resfriar rapidamente o material de clínquer. Em algumas modalidades, enquanto resfria a temperatura do material de clínquer, uma temperatura nos canais de combustão única pode ser mantida (por exemplo, não abrindo o único amortecedor do tubo de gás 160). Os únicos tubos de gás podem ser alternativamente aquecidos enquanto a câmara do forno é resfriada, aplicando um diferencial térmico maior ao material de clínquer depositado no piso do forno.

[030] O material de clínquer pode ter um coeficiente de expansão térmica diferente e/ou uma condutividade térmica diferente dos componentes do forno (como a base do forno 120), de modo que o material de clínquer se expanda ou contraia em resposta às mudanças de temperatura de forma diferente dos componentes do forno. Assim, ao aumentar a temperatura do forno na etapa 410 e resfriar o forno na etapa 412, o método 400 pode causar um choque térmico no material de clínquer que quebra o material de clínquer para facilitar a remoção. Além disso, independentemente das propriedades do material de clínquer e dos componentes do forno, o topo da camada de material de clínquer muda de temperatura mais rápido do que o piso porque o calor é conduzido para o piso através do material de clínquer. À medida que a temperatura do forno desce, por exemplo, a parte superior do material de clínquer esfria mais rápido do que o piso. Essa diferença de temperatura também pode causar um choque térmico no material de clínquer para facilitar a remoção do material. O choque térmico criado pelo aquecimento e resfriamento do forno de coque pode fazer com que mais material de clínquer seja liberado em comparação com o caso do forno de coque ser apenas resfriado ou apenas aquecido. Em algumas modalidades, um resultado semelhante pode ser alcançado primeiro resfriando o forno e, em seguida, aquecendo-o. Assim, algumas modalidades do método 400 podem realizar a etapa 412 antes da etapa 410. Além disso, algumas modalidades do método 400 podem realizar múltiplos ciclos de aquecimento e resfriamento para remover o material de clínquer.

[031] Em algumas modalidades, o método 400 pode incluir ainda controlar a temperatura do forno a uma temperatura predeterminada por um período de tempo especificado (na etapa 414). A temperatura predeterminada pode ser uma temperatura maior do que a primeira temperatura, como uma temperatura que é maior do que 982 °C (1800 °F). O controle da temperatura do coque na temperatura predeterminada superior a 982 °C (1800 °F) pode fornecer calor suficiente no forno de coque para fazer com que o material carbonáceo do material de clínquer se queime e/ou se solte das porções vizinhas do mesmo. Por exemplo, a temperatura do forno pode ser controlada para queimar o material de clínquer que permanece após o processo de remoção física de clínquer das etapas 410-312. Em algumas modalidades, a temperatura predeterminada pode ser superior a cerca de 1038 °C (1900 °F), 1093 °C (2000 °F), 1149 °C (2100 °F), 1204 °C (2200 °F), 1260 °C (2300 °F) ou 1316 °C (2400 °F), conforme medido por um ou mais dos sensores de temperatura 420. O período de tempo para o qual a temperatura predeterminada é controlada ou mantida pode ser maior do que 24 horas, 46 horas, 48 horas, 54 horas, 60 horas, 66 horas ou 72 horas. Em algumas modalidades, o período de tempo é baseado em um nível restante do material de clínquer no forno de coque e é estendido até que menos do que uma quantidade predeterminada (por exemplo, 0,5’’ de material de clínquer) permaneça. Em algumas modalidades, o período de tempo é indefinido (por exemplo, até que o forno de coque seja usado novamente para produzir um lote de coque) para fornecer uma limpeza contínua do forno entre os ciclos de coque.

[032] O controle da temperatura do forno de coque na etapa 414 pode, em algumas modalidades, incluir a introdução de ar externo ao forno de coque por meio de aberturas do forno de coque. Por exemplo, conforme descrito anteriormente, o forno de coque pode incluir vários amortecedores, como na porta lateral do coque, na porta lateral do empurrador e no único tubo de gás. Quando abertos, os amortecedores permitem a entrada de ar externo no forno de coque, que é então queimada no forno de coque. Em algumas modalidades, pode ser desejado ter uma pequena porcentagem (por exemplo, 1%) de teor de oxigênio em excesso dentro do forno. Além ou em vez do anterior, o controle da temperatura do forno de coque pode ser controlado aumentando ou diminuindo a quantidade de unidades térmicas britânicas (BTUs) enviadas para o forno de coque. Por exemplo, a quantidade de ar de combustão direcionado ao forno de coque pode ser aumentada ou diminuída, por exemplo, por meio do controlador. Em algumas modalidades, a temperatura do forno pode ser aumentada usando a lança 310 e diminuída abrindo um ou mais dos amortecedores para introduzir o ar externo no forno.

[033] Em alguns casos, os materiais carbonáceos ou de cinza podem ser removidos em um ou mais pontos durante o processo 400. Esses materiais podem ser removidos empurrando-os para fora do forno usando o empurrador da PCM. Em algumas modalidades, os materiais carbonáceos ou de cinza podem ser removidos após a etapa 412, antes de controlar a temperatura do forno a uma temperatura elevada por um período de tempo para queimar o material de clínquer que permanece. Em outras modalidades, os materiais carbonáceos ou de cinzas são empurrados para fora do forno após o clínquer ser queimado na etapa 414. Em ainda outras modalidades, o aríete impulsor pode ser usado para empurrar o material para fora do forno após a etapa 412 e após a etapa 414.

[034] Uma ou mais etapas do processo mostrado na FIG. 4 podem ser repetidas para aumentar ainda mais a quantidade de material de clínquer que é removido. Por exemplo, em algumas modalidades, um único ciclo de aquecimento do forno da primeira temperatura para a segunda temperatura, em seguida, resfriamento para a terceira temperatura, pode ser realizado. Em outras modalidades, o ciclo pode ser repetido duas ou mais vezes, por exemplo, aumentando a temperatura da primeira temperatura para a segunda temperatura, resfriando para a terceira temperatura, aumentando para a segunda temperatura novamente e resfriando para a terceira temperatura novamente. Em cada ciclo, o forno pode ser resfriado primeiro para a terceira temperatura antes de ser aumentado para a segunda temperatura. Em ainda outras modalidades, vários ciclos podem ser realizados com uma diferença menor entre a segunda e a terceira temperaturas. Por exemplo, o forno pode circular entre uma temperatura alta de aproximadamente 2.000 graus e uma temperatura baixa de aproximadamente 1.600 graus, repetindo o ciclo várias vezes para soltar ou quebrar o material de clínquer. O forno pode ser mantido em cada temperatura do ciclo por um período de tempo relativamente curto (como algumas horas) ou por um período de tempo mais longo (como 24 horas ou mais). Além disso, algumas modalidades do processo mostradas na FIG. 4 podem incluir manter a temperatura do forno a uma temperatura suficientemente alta para queimar uma porção do material de clínquer (por exemplo, como descrito em relação à etapa 414), em qualquer ponto dos ciclos de temperatura. Por exemplo, a temperatura do forno pode circular uma vez para a segunda temperatura e a terceira temperatura antes de ser mantida em uma quarta temperatura por um período de tempo predeterminado, então circulada novamente para a segunda e terceira temperaturas. Como outro exemplo, a temperatura do forno pode ser alternada várias vezes entre a segunda e a terceira temperatura antes de ser controlada na quarta temperatura por um período de tempo predeterminado.

[035] A FIG. 5 é um fluxograma que ilustra outro método de exemplo 500 para remover material de clínquer de um forno de coque. O método 500 inclui, na etapa 502, fornecer um forno de coque incluindo uma base de forno, coque e material de clínquer depositado na base do forno. O coque é removido do forno de coque na etapa 504. Na etapa 506, uma temperatura do forno de coque é controlada a uma temperatura predeterminada superior a 982 °C (1800 °F) por um período de tempo superior a 12 horas. Por exemplo, a etapa 506 pode resultar na queima e/ou soltura do material de clínquer no forno. O controle da temperatura do forno pode ser realizado de acordo com qualquer um dos processos descritos acima em relação à FIG. 4.

[036] A FIG. 6 é um fluxograma que ilustra ainda outra modalidade de um método 600 para remover material de clínquer de um forno de coque. O método 600 é semelhante ao método 500, mas inclui ainda o resfriamento da temperatura do forno de coque para menos de 871 °C (1600 °F) (parte do processo 508), por exemplo, após controlar a temperatura do forno de coque na temperatura predeterminada maior que 982 °C (1800 °F). O resfriamento da temperatura do forno de coque pode ocorrer "naturalmente", por exemplo, removendo todas as fontes de calor do forno e/ou abrindo um ou mais amortecedores do forno. Em algumas modalidades, o resfriamento do forno de coque é feito a uma taxa maior do que uma taxa de resfriamento mínima. Por exemplo, ar forçado ou um líquido pode ser pulverizado sobre o material de clínquer para resfriá-lo rapidamente. O resfriamento do material de clínquer a uma taxa maior do que a taxa de resfriamento mínima pode garantir que o material de clínquer seja suficientemente "chocado" e se solte do piso do forno. Sem ser limitado pela teoria, o resfriamento do forno de coque a uma taxa maior do que a taxa mínima de resfriamento é feito para garantir que o material de clínquer se contraia, rachando e se soltando do piso do forno. Em algumas modalidades, o forno de coque pode ser resfriado a uma temperatura tão baixa quanto 760 °C (1400 °F), medida na coroa, ou 649 °C (1200 °F), medida no único tubo de gás, sem causar danos ao refratário do forno. O resfriamento do forno de coque pode ocorrer durante um período de tempo superior a 12 horas, 24 horas, 30 horas, 36 horas, 42 horas, 48 horas, 54 horas, 60 horas, 66 horas ou 72 horas. O resfriamento da temperatura do forno de coque após ou em combinação com o controle da temperatura do forno de coque em ou acima de 982 °C (1800 °F) pode fazer com que mais material de clínquer seja liberado em comparação com se o forno de coque fosse apenas resfriado sem primeiro ser aquecido.

[037] Uma vantagem das modalidades da presente tecnologia é a capacidade de tratar e remover material de clínquer usando meios não mecânicos, como um aríete impulsor, ou reduzindo a quantidade de força necessária pelos meios mecânicos para remover o material de clínquer. Ao usar aquecimento e/ou resfriamento controlado do forno de acordo com modalidades da presente tecnologia, o material de clínquer pode ser queimado por meio de combustão, resultando, assim, em menos risco de danos ao piso do forno ou às paredes laterais que muitas vezes resulta ao usar um aríete impulsor ou outros meios mecânicos para remover à força o material de clínquer. Além disso, ao usar aquecimento e/ou resfriamento controlado do forno de acordo com modalidades da presente tecnologia, menos danos são causados ao aríete impulsor e outros componentes da máquina da PCM.

[038] A FIG. 7A é uma ilustração de um forno de coque antes de tratar o material carbonáceo de clínquer com calor, e a FIG. 7B é uma ilustração do forno de coque mostrado na FIG. 7A após o material carbonáceo de clínquer ter sido tratado com calor e removido, de acordo com modalidades da presente tecnologia. Conforme mostrado na ilustração da FIG. 7B, porções do material de clínquer presente na FIG. 7A foram queimados por meio do tratamento e removidos.

[039] Detalhes específicos de várias modalidades da tecnologia são descritos abaixo com referência às Figuras. Outros detalhes que descrevem estruturas e sistemas bem conhecidos frequentemente associados a sistemas empurradores, sistemas de carregamento e fornos de coque não foram estabelecidos na divulgação a seguir para evitar obscurecer desnecessariamente a descrição das várias modalidades da tecnologia. Muitos dos detalhes, dimensões, ângulos, orientação espacial e outros recursos mostrados nas Figuras são meramente ilustrativos de modalidades particulares da tecnologia. Consequentemente, outras modalidades podem ter outros detalhes, dimensões, ângulos, orientação espacial e recursos sem se afastar do espírito ou escopo da presente tecnologia. Um técnico especialista no assunto, portanto, compreenderá, consequentemente, que a tecnologia pode ter outras modalidades com elementos adicionais, ou a tecnologia pode ter outras modalidades sem várias das características mostradas e descritas abaixo com referência às Figuras.

[040] As funções aqui descritas podem ser implementadas em hardware, software executado por um processador, firmware ou qualquer combinação dos mesmos. Outros exemplos e implementações estão dentro do escopo da divulgação e das reivindicações anexas. Recursos que implementam funções também podem estar fisicamente localizados em várias posições, incluindo serem distribuídos de modo que partes das funções sejam implementadas em diferentes locais físicos.

[041] Conforme usado neste documento, incluindo nas reivindicações, "ou" conforme usado em uma lista de itens (por exemplo, uma lista de itens precedidos por uma frase como "pelo menos um de" ou "um ou mais de") indica uma lista inclusiva tal que, por exemplo, uma lista de pelo menos um de A, B ou C significa A ou B ou C ou AB ou AC ou BC ou ABC (ou seja, A e B e C). Além disso, conforme usado neste documento, a frase "com base em" não deve ser interpretada como uma referência a um conjunto fechado de condições. Por exemplo, uma etapa exemplar que é descrita como "com base na condição A" pode ser baseada em uma condição A e uma condição B sem se afastar do escopo da presente divulgação. Em outras palavras, conforme usado neste documento, a frase "com base em" deve ser interpretada da mesma maneira que a frase "com base pelo menos em parte em".

[042] Tal como aqui utilizado, os termos "vertical", "horizontal", "lateral", "superior", "inferior", "acima" e "abaixo" podem referir-se a direções relativas ou posições de recursos nos dispositivos semicondutores em vista da orientação mostrada nas Figuras. Por exemplo, "superior" ou "acima" pode se referir a um recurso posicionado mais próximo do topo de uma página do que outro recurso. Estes termos, no entanto, devem ser interpretados de forma ampla para incluir dispositivos semicondutores com outras orientações, como orientações invertidas ou inclinadas onde superior/inferior, acima/abaixo, acima/abaixo, acima/abaixo e esquerda/direita podem ser trocados dependendo da orientação.

[043] Do exposto, será apreciado que modalidades específicas da invenção foram descritas neste documento para fins de ilustração, mas que várias modificações podem ser feitas sem se desviar do escopo da invenção. Por exemplo, na descrição anterior, numerosos detalhes específicos são discutidos para fornecer uma descrição completa e habilitadora para modalidades da presente tecnologia. Um técnico especialista no assunto relevante, no entanto, reconhecerá que a divulgação pode ser praticada sem um ou mais dos detalhes específicos. Em outros casos, estruturas ou operações bem conhecidas frequentemente associadas a sistemas e dispositivos de memória não são mostradas, ou não são descritas em detalhes, para evitar obscurecer outros aspectos da tecnologia. Em geral, deve ser entendido que vários outros dispositivos, sistemas e métodos, além daquelas modalidades específicas divulgadas neste documento, podem estar dentro do escopo da presente tecnologia.

Claims

1. Método para tratar material formado sobre o piso de um forno de coque, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende: fornecer um forno de coque incluindo um piso do forno e material de clínquer depositado no piso do forno, em que: (i) o forno de coque está em uma primeira temperatura, (ii) o material de clínquer tem um primeiro coeficiente de expansão térmica (CTE), e (iii) um material do piso do forno tem um segundo CTE diferente do primeiro CTE; aumentar a temperatura do forno de coque para uma segunda temperatura que é mais alta do que a primeira temperatura por um período de tempo predeterminado; após o período de tempo predeterminado, reduzir a temperatura do forno de coque para uma terceira temperatura que é mais baixa do que a primeira temperatura, de modo que uma superfície mais externa do material de clínquer se contraia a uma taxa diferente da do material do forno de coque; e após reduzir a temperatura do forno de coque, retirar pelo menos uma porção do material de clínquer.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda aplicar um agente oxidante a uma porção do material de clínquer enquanto a temperatura do forno é a primeira temperatura.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda fornecer uma lança posicionada para direcionar o agente oxidante em direção à porção do material de clínquer.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda pré-aquecer a oxidação direcionada ao material de clínquer por meio da lança, enrolando a lança para ter duas ou mais voltas dentro do forno de coque.

5. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o forno de coque inclui uma coroa sobre o piso do forno e uma abertura na coroa, o método compreendendo ainda inserir a lança pela abertura na coroa.

6. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o agente oxidante compreende ar ou oxigênio.

7. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a oxidação direcionada ao material de clínquer tem um fluxo turbulento.

8. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: aquecer carvão no forno de coque para produzir coque, em que a primeira temperatura é uma temperatura em um local selecionado no forno de coque após a produção do coque; e retirar o coque do forno de coque; em que o agente oxidante é aplicado após a remoção do coque do forno de coque.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda medir a temperatura do forno de coque por meio de um dispositivo de medição infravermelho, em que reduzir a temperatura inclui abrir ou fechar uma ou mais portas do forno de coque com base na temperatura medida.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o forno de coque inclui amortecedores de porta configurados para introduzir ar externo no forno de coque, em que a redução da temperatura inclui a abertura de um ou mais amortecedores de porta.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que reduzir a temperatura do forno de coque para a terceira temperatura compreende soprar ar no forno.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que reduzir a temperatura do forno de coque para a terceira temperatura compreende forçar um líquido sobre uma porção do material de clínquer.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o forno de coque inclui uma porta lateral do empurrador tendo aberturas e em que reduzir a temperatura inclui abrir uma ou mais das aberturas na porta lateral do empurrador.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o forno de coque inclui um único tubo de gás abaixo do piso do forno, e amortecedores de tubo de gás configurados para introduzir no tubo de gás, em que reduzir a temperatura inclui a abertura de um ou mais dos amortecedores do tubo de gás.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a terceira temperatura é selecionada com base em um limite inferior de uma estabilidade térmica de um material limitante no forno de coque.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o material limitante é o tijolo de sílica, e em que o limite inferior da estabilidade térmica do tijolo de sílica é de aproximadamente 649 °C (1200 °F).

17. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda temperatura é de aproximadamente 1510 °C (2750 °F).

18. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda, após manter a temperatura do forno de coque na terceira temperatura por um segundo período de tempo predeterminado, aumentar a temperatura do forno de coque para uma quarta temperatura superior a 982 °C (1800 °F), e (b) para um período de tempo superior a 12 horas.

19. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, compreende ainda, a remoção de pelo menos uma porção do material de clínquer que ocorre após o controle da temperatura do forno de coque na terceira temperatura por um segundo período de tempo predeterminado.

20. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda, após controlar a temperatura do forno na terceira temperatura por um segundo período de tempo predeterminado: aumentar a temperatura do forno de coque para a segunda temperatura por um terceiro período de tempo predeterminado; e em que a remoção de pelo menos uma porção do material de clínquer ocorre após o terceiro período de tempo predeterminado e por meio de uma máquina de carregamento de coque.

21. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda, após controlar a temperatura do forno na terceira temperatura por um segundo período de tempo predeterminado, alternar entre a segunda temperatura e a terceira temperatura uma ou mais vezes adicionais.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda após uma ou mais vezes adicionais: aumentar a temperatura do forno de coque para uma quarta temperatura que é mais alta do que a primeira temperatura; e aplicar um agente oxidante a uma porção do material de clínquer.

23. Método para remover material carbonáceo de um forno de coque em uma instalação industrial, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: fornecer um forno de coque incluindo uma base de forno, coque e material de clínquer depositado na base do forno, em que (i) o forno de coque está em uma primeira temperatura, (ii) o material de clínquer tem um primeiro coeficiente de expansão térmica (CTE), e (iii) um material do piso do forno tem um segundo CTE diferente do primeiro CTE; remover coque do forno de coque; e após a remoção do coque, ciclar, por um período de tempo superior a 12 horas, uma temperatura do forno de coque entre (i) uma segunda temperatura superior à primeira temperatura e (ii) uma terceira temperatura inferior à primeira temperatura, de modo que o material de clínquer se expande e/ou contrai a uma taxa diferente da do material do forno de coque para, assim, desclincar o material de clínquer.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que ciclar compreende ainda: aumentar a temperatura do forno de coque para uma segunda temperatura por um período de tempo predeterminado; e após o período de tempo predeterminado, reduzir a temperatura do forno de coque para uma terceira temperatura.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que reduzir a temperatura do forno de coque inclui a abertura de uma ou mais portas associadas ao forno de coque para permitir que o ar externo seja recebido pelo forno de coque.

26. Método, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda fornecer uma lança posicionada para direcionar um gás que compreende um agente oxidante em direção a uma porção do material de clínquer.

27. Método, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que a terceira temperatura é menos de 871 °C (1600 °F).

28. Sistema para descarbonizar um forno de coque, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um forno de coque incluindo: um piso do forno, paredes laterais se estendendo do piso do forno e um teto preso às paredes laterais e se estendendo sobre o piso do forno, aberturas passíveis de serem cobertas em pelo menos uma das paredes laterais ou teto, e material de clínquer cobrindo pelo menos uma parte do piso do forno; uma lança tendo uma primeira porção dentro do forno de coque e uma segunda porção fora do forno de coque, em que a lança se estende por uma das aberturas passíveis de serem cobertas e é configurada para direcionar um agente oxidante em direção a uma porção do material de clínquer dentro do forno; um sensor de temperatura configurado para medir uma temperatura no forno de coque; e um sistema de controle acoplado à lança e configurado para regular a temperatura no forno de coque com base em um sinal recebido do sensor de temperatura, o sistema de controle sendo configurado para: enquanto a temperatura do forno de coque é uma primeira temperatura, fazer com que a lança aplique o agente oxidante à porção do material de clínquer; aumentar a temperatura do forno de coque para uma segunda temperatura que é mais alta do que a primeira temperatura por um período de tempo predeterminado; e reduzir a temperatura do forno de coque a uma terceira temperatura que é inferior do que a primeira temperatura; controlar a temperatura do forno de coque substancialmente a um terceira temperatura por um período de tempo predeterminado; e depois de controlar a temperatura na terceira temperatura, aumentar a temperatura do forno de coque para uma quarta temperatura superior a 982 °C (1800 °F).

29. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda temperatura está entre a primeira temperatura e 1204,44°C (2200° F), e a terceira temperatura está entre a primeira temperatura e 648,88°C (1200° F).