EP0011823B1 - Dispositif de fermeture pour des échangeurs thermiques d'une installation de traitement de coke - Google Patents

Dispositif de fermeture pour des échangeurs thermiques d'une installation de traitement de coke Download PDF

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EP0011823B1
EP0011823B1 EP79104641A EP79104641A EP0011823B1 EP 0011823 B1 EP0011823 B1 EP 0011823B1 EP 79104641 A EP79104641 A EP 79104641A EP 79104641 A EP79104641 A EP 79104641A EP 0011823 B1 EP0011823 B1 EP 0011823B1
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EP
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coke
rails
damper
shaft
fact
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EP79104641A
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EP0011823A1 (fr
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Pierre Mailliet
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Paul Wurth SA
Original Assignee
Paul Wurth SA
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Publication date
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B39/00—Cooling or quenching coke
    • C10B39/02—Dry cooling outside the oven
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B31/00—Charging devices
    • C10B31/02—Charging devices for charging vertically

Definitions

  • the present invention relates to a closure device for heat exchangers of a coke processing installation, comprising an enclosure for receiving incandescent coke from a battery of coke ovens and provided with an upper opening for the introduction incandescent coke and a lower opening for recovering the cooled coke, means for passing, through said enclosure, a fluid intended to recover a large part of the quantity of heat accumulated in the coke and a hopper receiving, by intermittently, the coke by means of a transport device, known per se, and the bottom of which communicates with said upper opening.
  • Coke is produced from coal in a plant generally comprising one or more coke oven batteries.
  • the coke is released from the oven at a temperature of 1000 to 1100 degrees or more and is subjected to sudden cooling, usually with water.
  • This has the double disadvantage of requiring fairly considerable quantities of cooling water and of not being able to recover the heat stored in the coke blocks.
  • This is the reason why it has recently been proposed to combine with these coke oven batteries heat recovery devices into which the coke is introduced immediately after it leaves the ovens.
  • wells have been proposed in which the incandescent coke is introduced from the top and in which an inert gas intended to cool the coke is circulated, and at the same time recover the heat from it.
  • the thermal energy recovered in this way by the cooling gases can therefore be used in a manner known per se.
  • the movements of the coke and the cooling gases in such a device take place in the opposite direction, that is to say that the hot gases are extracted in the upper region, while the coke, having undergone a gradual cooling during its descent is checked out at the base.
  • the object of the present invention is to fill this gap and to provide a closure device which satisfactorily meets the requirements defined above.
  • the present invention provides a closure device of the type defined in the preamble, which is essentially characterized by a sealed housing covering the bottom of the hopper and said upper opening, by a pivoting and sliding hatch, comprising a sliding damper. of the "lunette valve" type, known per se, and supported by two rails, a shaft passing through the housing and connected outside of the latter to a drive motor, means for transforming the rotary movement of the shaft in translational movement of the register and means for pivoting the rails around an axis perpendicular to the rails.
  • the solid part of the register intended to close off the opening is constituted by a refractory material disc provided with a peripheral seal intended to be applied in a sealed manner to the peripheral edge of the opening of the enclosure of the heat exchanger. .
  • the pivoting movement of the rails and of the damper around the drive shaft is advantageously generated by means of two hydraulic cylinders exerting their action on one of the ends of each of the rails.
  • FIG. 1 or schematically sees the upper part of a heat recovery well 20 into which coke is introduced for heat exchange with a forced circulation of a fluid, eg a cooling gas.
  • This well 20 is capped with a neck 22, the upper part of which constitutes the opening 24 for introducing coke.
  • This neck 22 can have a diameter of two to three meters.
  • a funnel-shaped hopper 26 resting on beams 28 and 30.
  • a bucket 32 with an opening bottom and containing loads of coke is brought in by means of a lifting device, indicated diagrammatically at 34, above the hopper 26 and is lowered on the beams 28 and 30.
  • the bottom of this bucket 32 is adapted to the shape of the hopper 26.
  • the lowering of the lifting device 34 clears: after laying the bucket 32 on the beams 28 and 30, the bottom formed by the flaps 36 and 38, so that the content of the bucket 32 can descend through the hopper 26 and the neck 22 into the well 20.
  • this device closure essentially comprises a housing 42 sealingly surrounding the bottom of the hopper 26 and the upper part of the neck 22, as well as a hatch 44 mounted inside this housing 42.
  • This hatch 44 is constituted by a sliding damper 46 of the "lunette valve” type, known per se, and provided with a series of rollers 48 moving on two rails 50, 52.
  • the register 46 comprises a pair of frames 54, 56 respectively supporting a cover 58 and an annular element 60.
  • FIG. 12 shows the details of the cover 58 by means of a vertical section through this part of the register 46.
  • the cover 58 is formed by a refractory rammed earth 62 and a number of molded bricks 64 forming the support for the rammed earth.
  • the cover 58 like the open element 60, moreover, is placed, by means of a certain number of lugs 66, on their respective frame 54, 56. This allows an easy replacement of the cover 58 and of the element 60 .
  • the cover 58 is provided with a peripheral blade 68 intended to achieve sealing by penetration into a peripheral groove 70 surrounding the opening 24 and filled with a material such as granule of magnesia or mineral wool.
  • the open element 60 is provided with a blade similar to the blade 68.
  • the two rails 50, 52 are supported, on one side, by an axis 72 around which they can pivot. On the side opposite to the pivot axis 72, the rails 50, 52 rest on the ends of two rods 78, 80 of hydraulic or pneumatic cylinders 74, 76.
  • Figures 3 to 6 show the different phases during the transition from the open position, according to Figure 3, to the closed position, according to Figure 6.
  • the cylinders 74, 76 are actuated to pivot the rails 50, 52 around the axis 72 and release the blade 68 from the peripheral groove 70 (see FIG. 4).
  • the register 46 is then made to slide, in order to bring the cover 58 above the neck 22 (fig. 5).
  • the cylinders 74, 76 are lowered, which brings the cover 58 into the closed position by penetration of the blade 68 into the groove 70.
  • the opening of the hatch 44 comprises the opposite operations to those described above. It should be noted that, during the operation of the hatch, the sealing towards the outside is ensured by the housing 42.
  • FIG. 7 shows the register 46 supported by the rollers 48 on the rails 50, 52.
  • This figure shows the section through the pivot axis 72.
  • This axis 72 serves both as a pivot axis for the rails 50 and 52 and as a drive shaft for the transverse movement of the damper 46.
  • the axis 72 is housed in consoles 84, 86 and passes through the housing 42 at a bearing 82.
  • the axis 72 is driven by a suitable motor 88 disposed outside the housing 42. It should be noted that the realization of the seal at the level of 82 does not pose any problem, since the axis 72 only undergoes rotary movements.
  • the pinions 90, 92 are fixed on the shaft 72 on either side of the rails 50, 52.
  • Two other pinions 94, 96 are fixed on the rails 50, 52 at a sufficient distance from the first pinions 90, 92 to allow the translational movement of the register 46.
  • the driving pinions 90, 92 are connected to the free pinions 94, 96, by means of articulated chains 98, respectively, 100, by eg, chains known as "Gall-Gall".
  • the rotation of the chains 98, 100 is transformed into a translational movement of the register 46 by means of two drive claws 102, 104 fixed on either side of the register 46 and each entering one of the cells of each of the chains 98 and 100.
  • the damper 46 can be simply placed on the rails 50, 52, which facilitates assembly and disassembly.
  • the transmission of movements by means of articulated chains also has the advantage of self-cleaning of the chains and sprockets.
  • Figure 9 shows mounting details jacks 74 and 76 to pivot the hatch 44 about the axis 72.
  • the rods 78, 80 of the jacks 74, 76 pass through jams 106, 108 sealing between the inside and the outside of the housing 42.
  • the rails 50, 52 are simply placed on the ends of the rods 78, 80. It should be noted that the head of the rods 78, 80 is rounded to allow angular variations between the rods and the rails when the jacks are actuated.
  • cylinders 74 and 76 are only one embodiment to generate the pivoting movement of the flap 44. This movement could also be generated by other means, such as for example an electric motor and gears with endless screw.
  • the hatch is arranged horizontally in the closed position and is inclined when the damper slides. These positions could be reversed, that is to say that the hatch would occupy a horizontal position during the translation of the register. This would save some of the driving force required to move the damper. In this case, however, the cover 58 and the element 60 should be placed obliquely in their frame.

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif de fermeture pour des échangeurs thermiques d'une isntallation de traitement de coke, comprenant une enceinte pour recevoir du coke incandescent en provenance d'une batterie de fours à coke et pourvue d'une ouverture supérieure pour l'introduction du coke incandescent et d'une ouverture inférieure pour la récupération du coke refroidi, des moyens pour faire passer, à travers ladite enceinte, un fluide destiné à récupérer une grande partie de la quantité de chaleur accumulée dans le coke et une trémie recevant, par intermittence, le coke au moyen d'un dispositif de transport, connu en soi, et dont le fond communique avec ladite ouverture supérieure.
  • Le coke est produit à partir du charbon dans une installation comprenant, géneralement, une ou plusieurs batteries de fours à coke. A la fin du processus de carbonisation, le coke est dégagé du four à une température de 1000 à 1100 degrés ou plus et est soumis à un brusque refroidissement, généralement avec de l'eau. Ceci présente le double inconvénient de nécessiter des quantités assez considérables en eau de refroidissement et de ne pas pouvoir récupérer la chaleur emmagasinée dans les blocks de coke. C'est la raison pour laquelle on a proposé récemment d'associer à ces batteries de fours à coke des dispositifs de récupération de chaleur dans lesquels le coke est introduit immédiatement après sa sortie des fours. A cet effet, on a proposé des puits dans lesquels on introduit le coke incandescent par le sommet et dans lesquels on fait circuler un gaz inerte destiné à refroidir le coke, et par la même occasion, récupérer la chaleur de celui-ci. L'énergie thermique récupérée de cette manière par les gaz de refroidissement peut, dès lors, être exploitée de manière connue en soi. Les mouvements du coke et des gaz de refroidissement dans un tel dispositif s'effectuent à contresens, c'est-à-dire que les gaz chauds sont extraits dans la région supérieure, alors que le coke, ayant subi un refroidissement progressif lors de sa descente est extrait à la basé.
  • Ces récupérateurs de chaleur ou échangeurs thermiques possèdent une ouverture d'introduction du coke d'un diamètre de deux à trois mètres et, vu qu'il règne dans cette région un température de 1000 degrés et plus et éventuellement une légère surpression, on n'a pas, jusqu'à présent, trouvé un dispositif de fermeture efficace pour cette ouverture. En effet, un tel dispositif de fermeture doit pouvoir être manoeuvré simplement et rapidement, étant donné que les ouvertures et les fermetures se font à un rythme relativement élevé, de l'ordre d'une dizaine de minutes. En outre, le dispositif de fermeture doit permettre une obturation étanche et résister aux températures. Jusqu'à présent, il n'existe pas encore de dispositif de fermeture qui réponde, d'une manière satisfaisante, à toutes ces conditions et qui, en outre, puisse évoluer dans le peu d'espace disponible entre l'enceinte de l'échangeur thermique et la trémie d'alimentation disposée audessus de cette dernière.
  • Le but de la présente invention est de combler cette lacune et de prévoir un dispositif de fermeture qui réponde, d'une manière satisfaisante, aux exigences définies ci-dessus.
  • Pour atteindre cet objectif, la présente invention propose un dispositif de fermeture du genre défini dans le préambule, qui est essentiellement caractérisé par un boîtier étanche capotant le fond de la trémie et ladite ouverture supérieure, par une trappe pivotante et coulissante, comprenant un registre coulissant du type "vanne lunette", connu en soi, et supporté par deux rails, un arbre traversant le boîtier et relié à l'extérieur de celui-ci à un moteur d'entraînement, des moyens pour transformer le mouvement rotatif de l'arbre en mouvement de translation du registre et des moyens pour faire pivoter les rails autour d'un axe perpendiculaire aux rails.
  • La partie pleine du registre destinée à obturer l'ouverture, est constituée par un disque en matière réfractaire pourvu d'un joint périphérique destiné à être appliqué de manière étanche sur le bord périphérique de l'ouverture de l'enceinte de l'échangeur thermique.
  • Le mouvement pivotant des rails et du registre autour de l'arbre d'entraînement est avantageusement engendré au moyen de deux vérins hydrauliques exerçant leur action sur une des extrémités de chacun des rails.
  • D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux figures dans lesquelles:
    • - la figure 1 représente une coupe verticale schématique à travers un dispositif de chargement d'un échangeur thermique avec une fermeture selon la présente invention;
    • - la figure 2 présente une vue en plan, prise suivant le plan de coupe II-II sur la figure 1;
    • - les figures 3, 4, 5 et 6 illustrent différentes phases du mouvement composé de la trappe lors du passage de la position ouverte à la position fermée;
    • - la figure 7 illustre schématiquement une vue en coupe suivant le plan vertical VII-VII sur la figure 2;
    • - la figure 8 montre une vue en coupe suivant le plan VIII-VIII sur la figure 2, sans la présence du registre;
    • -la figure 9 montre une vue en coupe suivant le plan IX-IX sur la figure 2;
    • - les figures 10 et 11 montrent des détails concernant l'entraînement du registre dans le sens transversal et
    • - la figure 12 est une vue partielle agrandie en coupe verticale de la partie pleine du registre.
  • Sur les différentes figures, les mêmes éléments sont représentés par les mêmes chiffres de référence.
  • Sur la figure 1, ou voit schématiquement la partie supérieure d'un puits 20 de récupération thermique dans lequel est introduit du coke en vue d'un échange thermique avec une circulation forcée d'un fluide, p.e. un gaz de refroidissement. Ce puits 20 est coiffé d'un col 22 dont la partie supérieure constitue l'ouverture 24 d'introduction du coke. Ce col 22 peut avoir un diamètre de deux à trois mètres.
  • Au-dessus de l'ouverture 24 se trouve une trémie 26 en forme d'entonnoir et reposant sur des poutres 28 et 30. Lors du chargement, une benne 32 à fond ouvrant et contenant des chargements de coke est amenée au moyen d'un engin de levage, indiqué schématiquement en 34, au-dessus de la trémie 26 et est descendue sur les poutres 28 et 30. Le fond de cette benne 32 est adapté à la forme de la trémie 26. La descente de l'engin de levage 34 dégage: après la pose de la benne 32 sur les poutres 28 et 30, le fond formé par les volets 36 et 38, de sorte que le contenu de la benne 32 puisse descentre à travers la trémie 26 et le col 22 dans le puits 20.
  • Pour pouvoir procéder alternativement à l'ouverture et à la fermeture du puits 20, il est prévu, selon la présente invention, un dispositif de fermeture désigné dans son ensemble, par la référence 40. Comme le montrent les figures 1 et 2, ce dispositif de fermeture comporte essentiellement un boîtier 42 entourant, de manière étanche, le fond de la trémie 26 et la partie supérieure du col 22, ainsi qu'une trappe 44 montée à l'intérieur de ce boîtier 42. Cette trappe 44 est constituée par un registre coulissant 46 du type "vanne lunette", connu en soi, et pourvu d'une série de galets 48 évoluant sur deux rails 50, 52.
  • Le registre 46 comporte une paire de cadres 54, 56 supportant respectivement un opercule 58 et un élément annulaire 60. La figure 12 montre les détails de-l'opercule 58 au moyen d'une coupe verticale à travers cette partie du registre 46. Comme on peut voir sur cette figure, l'opercule 58 est formé par un pisé réfractaire 62 et d'un certain nombre de briques moulées 64 formant le support pour le pisé. L'opercule 58, comme d'ailleurs l'élément ouvert 60, sont posés, moyennant un certain nombre de pattes 66, sur leur cadre respectif 54, 56. Ceci permet un remplacement facile de l'opercule 58 et de l'élément 60.
  • Comme le montre également la figure 12, l'opercule 58 est pourvu d'une lame périphérique 68 destinée à réaliser l'étanchéité par pénétration dans une gorge périphérique 70 entourant l'ouverture 24 et remplie d'une matière telle que du granulé de magnésie ou de la laine minérale. L'élément ouvert 60 est pourvu d'une lame analogue à la lame 68.
  • Les deux rails 50, 52 sont supportés, d'un côté, par un axe 72 autour duquel ils peuvent pivoter. Sur le côté opposé à l'axe de pivotement 72, les rails 50, 52 reposent sur les extrémités de deux tiges 78, 80 de vérins hydrauliques ou pneumatiques 74, 76.
  • Les figures 3 à 6 montrent les différentes phases lors du passage de la position ouverte, selon la figure 3, vers la position fermée, selon la figure 6. D'abord, les vérins 74, 76 sont actionnés pour pivoter les rails 50, 52 autour de l'axe 72 et dégager la lame 68 de la gorge périphérique 70 (voir figure 4). Dans cette position soulevée, on fait coulisser ensuite le registre 46, afin d'amener l'opercule 58 au- dessus du col 22 (fig. 5). Ensuite on rabaisse les vérins 74, 76, ce qui amème l'opercule 58 en position de fermeture par pénétration de la lame 68 dans la gorge 70. L'ouverture de la trappe 44 comporte les opérations inverses à celles décrites ci-dessus. Il est à noter que, lors de la manoeuvre de la trappe, l'étanchéité vers l'extérieur est assurée par le boîtier 42.
  • On va maintenant expliquer, en référence aux figures 7 à 11, les moyens d'entraînement pour réaliser les différentes phases de mouvements illustrées par les figures 3 à 6. La figure 7 montre le registre 46 supporté par les galets 48 sur les rails 50, 52. Cette figure montre la coupe à travers l'axe de pivotement 72. Cet axe 72 sert à la fois comme axe de pivotement pour les rails 50 et 52 et comme arbre d'entraînement pour le déplacement transversal du registre 46. A cet effet, l'axe 72 est logé dans des consoles 84, 86 et traverse le boîtier 42 au niveau d'un palier 82. L'axe 72 est entraîne par un moteur approprié 88 disposé à l'extérieur du boîtier 42. Il est à noter que la réalisation de l'étanchéhé au niveau du palier 82 ne pose aucun problème, étant donné que l'axe 72 ne subit que des mouvements rotatifs.
  • Les pignons 90, 92 sont fixés sur l'arbre 72 de part et d'autre des rails 50, 52. Deux autres pignons 94, 96 (voir fig. 8, 10 et 11) sont fixés sur les rails 50, 52 à une distance suffisante des premiers pignons 90, 92 pour permettre le mouvement de translation du registre 46. Pour réaliser ce mouvement, les pignons moteurs 90, 92 sont reliés aux pignons libres 94, 96, au moyen de chaînes articulées 98, respectivement, 100, par ex., des chaînes connues sous la dénomination "Chaîne-Gall". La rotation des chames 98, 100 est transformée en mouvement de translation du registre 46 au moyen de deux griffes d'entraînement 102, 104 fixées de part et d'autre du registre 46 et pénétrant chacune dans une des alvéoles de chacune des chaînes 98 et 100. Grâce à ce genre dentraîne- ment, le registre 46 peut être simplement posé sur les rails 50, 52, ce qui facilite le montage et le démontage. La transmission des mouvements au moyen de chaînes articulées présente, en outre, l'avantage d'un auto-nettoyage des chaînes et des pignons.
  • La figure 9 montre des détails du montage des vérins 74 et 76 pour faire pivoter la trappe 44 autour de l'axe 72. Les tiges 78, 80 des vérins 74, 76 traversent des bourrages 106, 108 réalisant l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier 42. Les rails 50, 52 sont simplement posés sur les extrémités des tiges 78, 80. Il est à noter que la tête des tiges 78, 80 est arrondie pour permettre des variations angulaires entre les tiges et les rails lorsque les vérins sont actionnés.
  • Il est bien entendu que les vérins 74 et 76 ne constituent qu'un exemple de réalisation pour engendrer le mouvement pivotant de la trappe 44. Ce mouvement pourrait également être engendré par d'autres moyens, comme par exemple un moteur électrique et des engrenages à vis sans fin.
  • Dans l'exemple montré sur la figure, la trappe est disposée horizontalement en position fermée et est inclinée lors du coulissement du registre. Ces positions pourraient être inversées, c'est-à-dire que la trappe occuperait une position horizontale lors de la translation du registre. Ceci économiserait une partie de la force motrice nécesaire au déplacement du registre. Dans ce cas il faudrait toutefois que l'opercule 58 et l'élément 60 soient posés obliquement dans leur cadre.

Claims (6)

1. Dispositif de fermeture pour des échangeurs thermiques d'une installation de traitement de coke, comprenant une enceinte (20) pour recevoir du coke incandescent en provenance d'une batterie de fours à coke et pourvue d'une ouverture supérieure (24) pour l'introduction du coke incandescent et d'une ouverture inférieure pour la récupération du coke refroidi, des moyens pour faire passer, à travers ladite enceinte, un fluide destiné à récupérer une grande partie de la quantité de chaleur accumulée dans le coke et une trémie (26) recevant, par intermittence, le coke au moyen d'un dispositif de transport, connu en soi, et dont le fond communique avec ladite ouverture supérieure, caractérisé par un boîtier étanche (42) capotant le fond de la trémie (26) et ladite ouverture supérieure (24), par une trappe (44) pivotante et coulissante, comprenant un registre coulissant (46) du type "vanne lunette", connu en soi, et supporté par deux rails (50, 52), un arbre d'entraînement (72) traversant le boîtier et relié à lextérieur de celui-ci à un moteur d'entraînement (88), des moyens pour transformer le mouvement pivotant de l'arbre en mouvement de translation du registre (46) et des moyens pour faire pivoter les rails (50, 52) autour d'un axe perpendiculaire à ces rails.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le registre (46) comporte une partie pleine (58) et une partie ouverte (60), chacune de ces deux parties étant posée dans un cadre (54) (56) supporté par des galets (48) évoluant sur les deux rails.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie pleine (58) du registre est composée par un pisé réfractaire (62) supporté dans une armature de briques moulées (64) et pourvue d'une lame périphérique (68) destinée à réaliser l'étanchéité par pénétration dans une gorge (70) prévue autour de l'ouverture à obturer.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre d'entraînement (72) du registre constitue en même temps l'axe de pivotement des rails.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour transformer le mouvement rotatif de l'arbre (72) en mouvement de translation du registre (46) sont constitué par deux paires de pignons (90, 92) (94, 96) associés respectivement à une chaîne articulée (98, 100) dans lesquels sont engagées respectivement deux griffes d'entraînement (102, 104) faisant partie du registre et voyageant, suite aux mouvements des chaînes (98, 100) entre chaque paire de pignons.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour faire pivoter les rails (50, 52) autour de leur axe sont constitués par deux vérins (74, 76) dont les tiges (78, 80) traversent ledit boîtier (42) et sur lesquels sont posés les deux rails (50, 52).
EP79104641A 1978-11-28 1979-11-22 Dispositif de fermeture pour des échangeurs thermiques d'une installation de traitement de coke Expired EP0011823B1 (fr)

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LU80592 1978-11-28
LU80592A LU80592A1 (fr) 1978-11-28 1978-11-28 Dispositif de fermeture pour des echangeurs thermiques d'une installation de traitement de coke

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EP0011823A1 EP0011823A1 (fr) 1980-06-11
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EP79104641A Expired EP0011823B1 (fr) 1978-11-28 1979-11-22 Dispositif de fermeture pour des échangeurs thermiques d'une installation de traitement de coke

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