Electrificación en aluminio primario

La industria del aluminio está en apuros. La demanda mundial no muestra signos de desaceleración, sin embargo, existe una creciente necesidad de reducir las emisiones en sus procesos de producción intensivos en carbono. Un cambio de quemadores de gas a electrificación podría ser parte de la solución.

El aluminio ya es uno de los minerales más versátiles del mundo. Se utiliza para fabricar de todo, desde aviones y automóviles hasta envases de alimentos y utensilios de cocina, y mucho más. El crecimiento de la población y una mayor prosperidad, particularmente en China, están impulsando la demanda global. También está creciendo el interés por el cuidado del medio ambiente, dado que el aluminio se utiliza cada vez más para fabricar vehículos y aviones más ligeros, y su capacidad de reciclaje lo convierte en una opción más sostenible en comparación con muchos otros metales.

Sin embargo, su mayor inconveniente es que el proceso de producción primaria requiere grandes cantidades de energía e implica altos niveles de emisiones de CO2. De hecho, en el promedio mundial actual, cada tonelada de aluminio producida da como resultado 11,5 toneladas de emisiones de CO2. En general, el 0,8 % de las emisiones de gases de efecto invernadero del mundo provienen de la producción de aluminio.

Prometedora tecnología de ánodo inerte

La gran mayoría de estas emisiones (alrededor del 90 por ciento) se producen en el proceso de reducción, donde la alúmina refinada se funde en aluminio fundido. Por esta razón, esta parte del proceso de producción es el centro de una serie de iniciativas prometedoras. Elysis, una empresa conjunta entre Rio Tinto y Alcoa, está trabajando actualmente con tecnología de ánodo inerte para desarrollar un proceso de fundición que emita oxígeno en lugar de carbono. Rusal, uno de los líderes mundiales fabricantes de aluminio bajo en carbono, también está investigando el potencial de la tecnología de ánodo inerte y espera que su planta de Krasnoyarsk, Rusia, esté produciendo a gran escala para 2023.

Ole Stadum, Sales Area Manager, Kanthal."Si la tecnología de ánodo inerte se puede perfeccionar, se traducirá en emisiones de CO2 en el proceso de reducción cercanas a cero, y eso será una revolución", dice Ole Stadum, Director de área de ventas, Kanthal. "Mientras tanto, no hay mucho que podamos hacer hoy en esta parte del proceso. Sin embargo, hay otras medidas que los fabricantes de aluminio pueden tomar para reducir el consumo de energía y las emisiones de CO2: por ejemplo, sustituir los quemadores de gas por calentamiento eléctrico".

Un movimiento para aumentar la eficiencia

Después del área de reducción, el proceso de producción implica una serie de aplicaciones de calentamiento a medida que el metal se transporta al horno de mantenimiento y luego a la planta de colada. Por razones de seguridad, todo el equipo que entra en contacto con metal fundido debe precalentarse y secarse por completo, ya que cualquier contacto con la humedad podría provocar una explosión. Históricamente, gran parte de este precalentamiento se hacía con quemadores de gas. Sin embargo, al usar equipos de calentamiento eléctrico en su lugar, los fabricantes de aluminio pueden mejorar enormemente la eficiencia energética y reducir las emisiones de CO2 de estas aplicaciones prácticamente a cero.

"Esto es porque el calentamiento eléctrico es mucho más preciso y eficiente", explica Stadum. "El rendimiento global de un sistema de quemadores de gas suele oscilar entre el 15 y 30 por ciento, mientras que el resto del calor proporcionado por los quemadores se pierde a través de la chimenea o directamente en el entorno. Sin embargo, con componentes eléctricos, la eficiencia está normalmente entre un 90 y 95 por ciento. Tenemos cifras bastante buenas de clientes a los que reemplazamos sus quemadores de gas/petróleo existentes por soluciones eléctricas y han experimentado grandes ahorros".

Para los tubos de sifón/rosca utilizados para sacar el metal fundido de las celdas, se puede utilizar calentadores de flujo de aire eléctricos para el precalentamiento y la limpieza. Para los crisoles de transporte, se pueden usar cartuchos metálicos o elementos de calentamiento de carburo de silicio (SiC).

Reducción del consumo de energía de la planta de fundición

En la planta de fundición, los hornos de mantenimiemto convertidos de quemadores a eléctricos reducirán tanto el consumo de energía como la formación de escoria. Una vez que el metal se ha mezclado y aleado en el horno de mantenimiento, calentado con elementos de cartucho en un sistema de tubo radiante, normalmente se utiliza una canaleta para transportar el metal a la estación de colada. Si la canaleta se ha precalentado lo suficiente, puede ayudar a prevenir una caída de temperatura y permitir temperaturas más bajas en el horno de mantenimiento, lo que ahorra energía y reduce la escoria generada en el horno de mantenimiento.

Esta es una función que los calentadores de caudal pueden realizar de manera muy efectiva. O de forma alternativa, se pueden usar elementos de calentamiento de SiC o módulos de fibra cerámica con elementos metálicos para proporcionar una solución con bisagras que permita abrir y cerrar la canaleta fácilmente para su limpieza.

Para las aleaciones de aluminio de mayor calidad que requieren un filtrado entre el horno de mantenimiento y la planta de colada, se pueden utilizar elementos calefactores de cartucho o SiC para calentar y limpiar los filtros entre ciclos de colada.

Los calentadores de caudal añaden eficiencia

Para precalentar unidades de desgasificación, los calentadores de caudal han demostrado ser muy eficaces para alcanzar altas temperaturas en mucho menos tiempo en comparación con los quemadores de gas. También se pueden utilizar para el precalentamiento rápido de filtros de espuma cerámica después de la sustitución de los cartuchos y entre ciclos de producción.

Dentro de la estación de colada, los módulos de fibra cerámica con elementos de disiliciuro de molibdeno (MoSi2) son muy eficaces para secar los moldes de colada de toda la humedad después de la aplicación de revestimiento de grafito.

En el taller de varillaje, el sistema de calentamiento de cuchara eléctrico se puede usar para el secado y precalentamiento de cucharas y crisoles para hierro fundido. Los elementos MoSi2 también se pueden utilizar para el secado de orificios de bloques de ánodos y el secado de tubos recubiertos de grafito. El sellado de cátodos se puede realizar de manera segura y eficiente usando calentamiento eléctrico MoSi2.

Muchas posibilidades de reducir emisiones de CO2

En cada una de estas aplicaciones, las soluciones eléctricas darán lugar a un calentamiento rápido y eficiente con menor consumo de energía y una reducción de las emisiones de CO2 en comparación con los quemadores tradicionales de gas/gasóleo.

"Vemos que muchas plantas de producción de aluminio avanzan hacia una mayor sostenibilidad y, dado que no hay mucho que se pueda conseguir en el área de reducción, es importante que disminuyan las emisiones en la medida de lo posible en las demás fases de producción posteriores,", dice Stadum. "Cambiar de gas a electricidad supondrá un gran ahorro en el consumo de energía y las emisiones. Incluso si los precios del gas y la electricidad fueran iguales, la eficiencia del calentamiento eléctrico es tan superior que los resultados serán positivos".

Products that can help aluminum producers make the transition to electrification


Flow heaters: Preheating and cleaning of siphon/tapping tubes; preheating and maintaining high temperatures in the launder; rapid preheating of degassing units and ceramic foam filters (CFFs).

Tubothal® heating elements: Drying and preheating of transport crucibles; preheating and cleaning of filters between casting cycles.

Globar® heating elements: Drying and preheating of transport crucibles; preheating and cleaning of filters between casting cycles; preheating and maintaining high temperatures in the launder.

Fibrothal® heating modules: Preheating and maintaining high temperatures in the launder.

Superthal® heating modules: Drying and preheating of casting molds; drying stub holes in anode blocks; drying graphite coating studs.

Heliothal ladle heating systems: Drying and preheating of transport ladles and crucibles for cast iron.

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