La demanda del mercado y la visión de Kanthal

Las industrias, en particular en el sector siderúrgico, requieren calentadores eléctricos para gas de proceso a escala de megavatios (MW) altamente eficientes y fiables, a fin de reducir de forma considerable la huella de carbono. A medida que un proceso, como el del hierro de reducción directa (Direct Reduction of Iron, DRI), pasa gradualmente del gas natural al hidrógeno, la demanda de soluciones eléctricas para el calentamiento de gases de proceso también registra un aumento; en particular, para aplicaciones industriales y presurizadas. Sin embargo, la escala de megavatios no ofrece soluciones eléctricas probadas, robustas ni seguras para calentar diversos gases de proceso a altas temperaturas (entre 800 y 1100 °C o entre 1472 y 2012 °F).

A fin de abordar este desafío, en 2021, Kanthal y Nycast AB celebraron un acuerdo de licencia exclusiva para diseñar una tecnología de calentamiento de gas destinada al uso en calentadores eléctricos de alta eficiencia a escala de megavatios.

Prueba exitosa en Swerim

Thomas Helander, R&D specialist, Kanthal.Estas soluciones, que se denominarán Prothal® TH, se adaptan a diversas industrias y ofrecen versatilidad para ajustarse a diferentes parámetros de proceso, como composiciones de gas, presión de funcionamiento y caudales.

En una prueba reciente en Swerim AB, un importante instituto de investigación industrial en Luleå, Suecia, se utilizó un calentador para gases de proceso Prothal® TH de escala mediana. Las pruebas, que se realizaron con diversas composiciones de gases ―como aire, nitrógeno e hidrógeno―, arrojaron resultados impresionantes. La solución de calentamiento alcanzó temperaturas de salida del gas de proceso de hasta 1050 °C (1922 °F) sin inconvenientes; esto demostró un rendimiento sólido en el manejo de las fluctuaciones de entrada y, al mismo tiempo, se garantizaron los límites de seguridad.

"Los resultados de las pruebas de nuestro diseño actual del calentador eléctrico para gases de proceso son muy prometedores, y muestran una eficiencia energética notable, una estabilidad operativa constante y el potencial para lograr temperaturas de salida de gas elevadas. Además, en nuestro calentador se incluyen subcomponentes críticos, como elementos de calentamiento eléctrico, por lo que se beneficia de la amplia experiencia de nuestra empresa, en términos de diseño, fabricación y funcionamiento", explica Thomas Helander, integrante de los equipos de I+D de Kanthal.

La cartera de Kanthal, que se encuentra en constante evolución, tiene el potencial de descarbonizar una amplia gama de aplicaciones y segmentos industriales.

Si bien se necesita una validación más extensa de los parámetros operativos en instalaciones de mayor envergadura, estas pruebas marcan un importante paso en el recorrido. Indican que la evolución de Kanthal tiene el potencial de descarbonizar una amplia gama de aplicaciones y segmentos industriales. En el gráfico de temperatura de entrada y salida de gas, junto con la potencia eléctrica y los caudales, se demuestra la eficacia del calentador Prothal® TH.

The graph shows the gas outlet temperature along with electric power and flow rates.

Colaboración con Nycast

Jesse White, Strategic Area Manager, Business Development Steel, Kanthal.Kanthal y Nycast, con el apoyo de Swerim, colaboran desde hace más de diez años para desarrollar y probar una solución eléctrica de calentamiento de gas. El calentador, probado en diferentes aplicaciones y composiciones de gas, estará disponible para instalaciones comerciales a gran escala en los próximos años. Este avance se alinea con el compromiso que ha asumido Kanthal para brindar soluciones innovadoras para calentadores de gas a gran escala en industrias como la del acero y el cemento.

"Colaborar con Nycast ha sido una experiencia muy satisfactoria. La sinergia entre nuestra experiencia en soluciones de calentamiento eléctrico a escala industrial y la innovadora tecnología de calentamiento a gas de Nycast nos permitirá superar desafíos importantes en la fabricación de calentadores eléctricos de alta eficiencia a escala de megavatios. Las recientes pruebas en Swerim validan la eficacia del concepto de calentamiento a gas y el potencial de nuestras tecnologías combinadas para revolucionar los procesos de calentamiento industrial", destaca Jesse White, director del Área estratégica de desarrollo empresarial del acero en Kanthal.

La función de la aleación Kanthal® APM:

Un elemento crucial en el desarrollo de soluciones de calentamiento de gases de proceso de Kanthal es el uso de Kanthal® APM como aleación central de resistencia al calentamiento. Kanthal® APM es una aleación ferrítica de hierro-cromo-aluminio pulvimetalúrgica avanzada, reforzada por dispersión, conocida por sus propiedades excepcionales de resistencia a la oxidación y por su estabilidad de forma en condiciones elevadas de temperatura. Esta aleación única ha sido una solución robusta para aplicaciones industrial de calentamiento eléctrico durante más de 30 años.

Kanthal® APM ofrece una excelente resistencia a la corrosión a alta temperatura para las atmósferas de gas más relevantes. En el gráfico a continuación, se comparan las propiedades de oxidación de Kanthal® APM con otras aleaciones de uso frecuente en condiciones de alta temperatura.

Gross mass gain due to oxidation at 1,200°C (2192°F) in the air for Kanthal® APM and common high-temperature alloys.

Electrificación para la reducción de la huella de carbono

Thomas Olsson and Ralph Nyström from the Nycast team.La electrificación se reconoce como una forma eficaz para reducir las emisiones de CO2 en la industria del acero. El calentador para gases de proceso Prothal® permite a la industria utilizar electricidad en diversos procesos de calentamiento, en lugar de quemar gas; esto contribuye al incremento de la eficiencia energética y a la reducción de la huella de carbono. El uso de gas hidrógeno para procesos industriales destaca aún más la necesidad de usar calentadores de gas fiables y eficientes desde el punto de vista energético.

Creemos en el poder transformador del calentamiento eléctrico de gases de proceso, impulsados por sus innegables propuestas de valor.

"Con respecto a las perspectivas del mercado para la descarbonización de los procesos de calentamiento, vemos una trayectoria prometedora para el futuro. Creemos en el poder transformador de las soluciones eléctricas de calentamiento de gases de proceso, impulsado por sus innegables propuestas de valor", afirman Ralph Nystrom y Thomas Olsson, integrantes del equipo de Nycast.

Perspectivas e impacto de la colaboración

La exitosa colaboración entre Kanthal y Nycast abre las puertas para que el calentador para gases de proceso Prothal® tenga un impacto significativo en diversas industrias. A medida que avanza la tecnología, Kanthal prevé implementar calentadores de proceso en los próximos años, con capacidades ampliadas para pruebas y demostraciones previstas para 2024. Esta innovación no se limita a la industria del acero, sino que también apunta a otros sectores (como la fabricación de cemento) que se beneficiarán del uso de esta tecnología innovadora.

En conclusión, el reciente éxito de la prueba del calentador para gases de proceso Prothal® marca un hito importante en el camino hacia soluciones eléctricas de calentamiento de gases de proceso que sean sostenibles y eficientes. El compromiso de Kanthal con la innovación, la colaboración con socios de la industria y el uso de aleaciones avanzadas posicionan a la empresa a la vanguardia de la revolución de las industrias pesadas, y allanan el camino hacia un futuro más ecológico y sostenible.