Une fois qu'une entreprise sidérurgique est prête à passer à l'électrique, nous pouvons l'aider pour le reste.
Dilip Chandrasekaran, Business Development Manager, Kanthal.Manifestement, Kanthal, leader mondial dans la technologie de chauffage industriel et les matériaux résistants, se trouve à l'avant-garde de cette transformation. D'après Dilip Chandrasekaran, responsable du développement commercial chez Kanthal, « La plupart des entreprises sidérurgiques savent que les éléments chauffants électriques sont non seulement suffisamment puissants, mais qu'ils améliorent également l'efficacité thermique et l'environnement de travail, tout en contribuant à l'amélioration de la qualité. » Et il ajoute, « Une fois qu'une entreprise sidérurgique est prête à passer à l'électrique, nous pouvons l'aider pour le reste. »
À présent, examinons en détail les dernières innovations en technologie de chauffage électrique, les défis liés à cette transition, et les stratégies pour les surmonter.
Où nous en sommes aujourd'hui
Nous commençons par déterminer ce qui est faisable aujourd'hui avant d'explorer ce qui pourrait être possible bientôt. Kanthal a identifié trois procédés de chauffage dans la production d'acier en aval qui sont prêts pour l'électrification : la ligne de recuit continue (CAL), la ligne de galvanisation continue (CGL) et les fours à sole roulante.
« Vous pouvez moderniser un four existant en remplaçant simplement les brûleurs à gaz existants par des tubes et des éléments chauffants électriques, et en apportant quelques petites modifications », explique Dilip Chandrasekaran.
Anders Lugnet, Furnace Technology Specialist, Ovako.Les solutions de chauffage électrique de Kanthal permettent un contrôle précis des températures dans différentes zones, tout en améliorant radicalement l'environnement de travail avec moins de bruit et une meilleure qualité de l'air. Avec des décennies de travail dans le domaine de solutions de chauffage industriel, Kanthal a développé une large gamme de matériels adaptés aux fours de recuit, aux fours de galvanisation et aux fours à sole roulante, en fonction de la température, des exigences et des conditions atmosphériques. Kanthal peut également personnaliser ses produits et ses conceptions pour répondre à des exigences spécifiques.
Ovako, producteur d'acier de premier plan, est engagé depuis une décennie dans la voie de l'électrification des processus de chauffage. En 2012, Anders Lugnet, spécialiste des technologies de four chez Ovako, a été chargé de cartographier les 150 fours de l'entreprise et de concevoir un plan d'action pour réduire les émissions. Lugnet a recommandé l'électrification des fours de traitement thermique d'Ovako, ce qui n'était pas une solution évidente à l'époque. Cependant, le processus a commencé en 2014, chaque four étant équipé de jusqu'à 86 éléments chauffants métalliques Tubothal®. Aujourd'hui, 15 fours à sole roulante ont été électrifiés, ce qui devrait permettre d'économiser environ 1 400 à 2 000 tonnes de CO2 par an et par four. Plusieurs autres sidérurgistes dans le monde se sont également lancés dans la voie de la décarbonisation en électrifiant leurs lignes de recuit et de galvanisation.
Surmonter les défis de l'électrification
Bien que les avantages du chauffage électrique soient évidents, la transition du gaz à l'électricité pose des défis multiples qui exigent une réflexion minutieuse et une planification stratégique. Chandrasekaran met en lumière ces défis et propose des pistes pour les surmonter.
« L'un des principaux défis de l'électrification de la production d'acier réside dans l'identification des processus appropriés pour la conversion. Tandis que certains processus se prêtent aisément à l'électrification, d'autres, tels que la réduction directe de fer (DRI), présentent des complexités spécifiques. Les températures intrinsèquement élevées et les conditions de fonctionnement spécifiques du DRI nécessitent des solutions de chauffage électrique spécialisées, conçues pour résister aux rigueurs du processus tout en maintenant l'efficacité et la productivité », explique Chandrasekaran.
En outre, redéfinir les exigences en matière de puissance électrique et garantir l'accès à l'électricité renouvelable sont des considérations essentielles pour l'électrification.
« Il n'est pas facile de définir avec précision l'efficacité de la solution électrique par rapport à l'efficacité de la solution au gaz », admet Dilip Chandrasekaran, qui ajoute que les entreprises sidérurgiques ont tendance à avoir une connaissance limitée de l'impact que les changements dans le transfert de chaleur et l'efficacité peuvent avoir sur les propriétés de leur produit final.
S'il est possible d'effectuer des calculs d'ingénierie thermique, ceux-ci ne fournissent qu'un aperçu approximatif du résultat. « Le seul moyen d'obtenir une prédiction fiable est de procéder à des essais, par exemple en convertissant par étapes des parties d'une zone de chauffage ou en la convertissant zone par zone. En outre, l'utilisateur final doit s'assurer que l'énergie électrique disponible est suffisante et que l'usine dispose de l'infrastructure nécessaire en place pour la distribution aux fours chauffés à l'électricité », explique Dilip Chandrasekaran.
Par ailleurs, le système de commande de l'alimentation devra être repensé. « Avec un four à gaz, le système de commande peut être assez simple, mais l'exploitation d'une solution électrique peut s'avérer plus complexe. Vous devez comprendre comment contrôler et réguler la puissance des éléments pour éviter la surchauffe et maximiser la durée de vie des éléments », ajoute Dilip Chandrasekaran. « Cependant, l'avantage est que le contrôle de la température dans le four sera beaucoup plus précis lorsque vous utiliserez des chauffages électriques. »
De plus, le chauffage électrique offre la possibilité d'éliminer totalement les émissions de CO2. Pour ce faire, l'accès à l'électricité renouvelable est indispensable, mais il n'existe pas de solution miracle.
Le volume disponible et son coût varient sensiblement d'un pays à l'autre. La bonne nouvelle, c'est que la plupart des gouvernements s'efforcent de résoudre le problème. En attendant, Dilip Chandrasekaran estime que ce n'est qu'une question de temps avant que l'abandon de l'énergie fossile cesse d'être un choix et devienne un impératif.
« Partout dans le monde, les gouvernements exigent des entreprises qu'elles abandonnent les combustibles fossiles et la plupart des grands producteurs d'acier cherchent tous des moyens de réduire leurs émissions », explique-t-il. « Ils sont les seuls à pouvoir prendre la décision, mais une fois qu'ils l'auront prise, nous disposons de l'expertise et de l'expérience nécessaires pour assurer le passage à l'électrique. »
Présentation de Prothal® TH
Maintenant, parlons de ce qui nous attend. Les industries, en particulier dans le secteur de la sidérurgie, ont besoin de réchauffeurs électriques de gaz de procédé hautement efficaces et fiables à l'échelle MW pour réduire considérablement leur empreinte carbone. Alors qu'un processus tel que la Réduction Directe du Fer (RDI) passe progressivement du gaz naturel à l'hydrogène, la demande pour des solutions de chauffage électrique des gaz de procédé pour les applications industrielles et sous pression est en augmentation. Cependant, à l'échelle des MW, il manque des solutions électriques éprouvées, robustes et sûres pour chauffer divers gaz de traitement à des températures élevées (800-1 100°C ou 1 472-2 012°F).
Pour relever ce défi, en 2021, Kanthal et Nycast AB ont conclu un accord de licence exclusif pour la technologie de chauffage au gaz afin de développer des radiateurs électriques à haut rendement à l'échelle MW.
Ces solutions, qui porteront le nom de Prothal® TH, s'adressent à diverses industries, offrant une polyvalence pour s'adapter à des paramètres de traitement variés tels que les compositions de gaz, la pression de fonctionnement et les débits. Un test récent réalisé chez Swerim AB, institut de recherche industriel de premier plan, à Luleå, en Suède, impliquait un réchauffeur de gaz de traitement Prothal® TH à moyenne échelle.
Les tests, menés avec diverses compositions de gaz telles que l'air, l'azote et l'hydrogène, ont donné des résultats impressionnants. La solution de chauffage a atteint des températures de sortie de gaz de traitement allant jusqu'à 1 050 °C (1 922 °F) sans problème, démontrant des performances robustes dans la gestion des fluctuations en entrée tout en garantissant les limites de sécurité.
« Les résultats des tests de notre conception actuelle de chauffage électrique de gaz de traitement sont très prometteurs, démontrant une efficacité énergétique remarquable, une stabilité opérationnelle constante et le potentiel pour atteindre des températures de sortie de gaz élevées. De plus, notre chauffage repose sur des sous-composants critiques, tels que les éléments chauffants électriques, bénéficiant de notre vaste expertise dans leur conception, fabrication et fonctionnement, » explique Thomas Helander de l'équipe de R&D de Kanthal.
Bien que des validations supplémentaires soient nécessaires pour les paramètres opérationnels sur des installations plus importantes, ces tests marquent un pas significatif en avant. Ils indiquent que le portefeuille évolutif de Kanthal a le potentiel de décarboner une large gamme d'applications et de segments industriels. Le graphique des températures d'entrée et de sortie du gaz, ainsi que de la puissance électrique et des débits, démontre l'efficacité du chauffage Prothal® TH.
Ce que nous réserve l’avenir
À mesure que la technologie progresse, Kanthal envisage de déployer des chauffages de traitement dans les prochaines années, avec des capacités élargies pour les tests et les démonstrations prévues pour 2024. Cette innovation ne se limite pas à l'industrie de l'acier ; d'autres secteurs, y compris la fabrication de ciment, sont susceptibles de bénéficier de cette technologie révolutionnaire.
Alors que l'industrie sidérurgique évolue vers un avenir plus durable, elle réduit non seulement son impact environnemental, mais établit également un exemple inspirant pour d'autres secteurs à suivre. Avec les possibilités existantes en matière d'électrification et les innovations révolutionnaires telles que Prothal® TH à l'horizon, la perspective d'une décarbonisation généralisée semble tout à fait à notre portée. En adoptant l'électrification et en collaborant étroitement, l'industrie de l'acier ne se contente pas de s'adapter au changement, mais prend les devants pour un avenir plus vert et plus résilient.