La demande du marché et la vision de Kanthal

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.

Test réussi chez Swerim

Thomas Helander, R&D specialist, Kanthal.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 des équipes de R&D de Kanthal.

Le portefeuille évolutif de Kanthal a le potentiel de décarboner une large gamme d'applications et de segments industriels.

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.

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

Collaboration avec Nycast

Jesse White, Strategic Area Manager, Business Development Steel, Kanthal.Kanthal et Nycast, avec le soutien de Swerim, collaborent depuis plus de dix ans pour développer et tester le chauffage électrique au gaz. Le chauffage, testé dans différentes applications et compositions de gaz, sera disponible pour des installations commerciales à grande échelle dans les années à venir. Ce développement s'inscrit dans le cadre de l'engagement de Kanthal à fournir des solutions innovantes pour les appareils de chauffage au gaz à grande échelle dans des industries telles que l'acier et le ciment.

« Collaborer avec Nycast a été une expérience très enrichissante. La synergie entre notre expertise en solutions de chauffage électrique à l'échelle industrielle et la technologie innovante de chauffage de gaz de Nycast nous permettra de surmonter des défis significatifs dans le développement de chauffages électriques à haute efficacité à l'échelle des MW. « Les tests récents chez Swerim valident l'efficacité du concept de chauffage au gaz et le potentiel de nos technologies combinées à révolutionner les processus de chauffage industriel, » souligne Jesse White, Responsable de Zone Stratégique, Développement Commercial Acier chez Kanthal.

Le rôle de l’alliage Kanthal® APM :

Un élément crucial dans le développement de solutions de chauffage au gaz de traitement par Kanthal est l'utilisation de Kanthal® APM comme alliage de résistance au chauffage du noyau. Kanthal® APM est un alliage ferritique fer-chrome-aluminium avancé de la métallurgie des poudres, renforcé par dispersion, connu pour ses excellentes propriétés d'oxydation et sa stabilité de forme à des températures élevées. Cet alliage unique constitue une solution robuste pour les applications de chauffage industriel électrique depuis plus de 30 ans.

Kanthal® APM présente une excellente résistance à la corrosion à haute température pour la plupart des atmosphères gazeuses. La figure ci-dessous compare les propriétés d'oxydation du Kanthal® APM à d'autres alliages courants résistants aux hautes températures.

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

L’électrification pour la réduction de l’empreinte carbone

Thomas Olsson and Ralph Nyström from the Nycast team.L’électrification est reconnue comme un moyen efficace pour l’industrie sidérurgique de réduire les émissions de CO2. Le chauffage au gaz de traitement Prothal® permet à l'industrie d'utiliser l'électricité dans divers processus de chauffage au lieu de brûler du gaz, contribuant ainsi à l'efficacité énergétique et à la réduction de l'empreinte carbone. L’utilisation de l’hydrogène gazeux pour les processus industriels souligne encore davantage la nécessité de disposer de chauffages à gaz fiables et économes en énergie.

Nous croyons au pouvoir transformateur du chauffage électrique pour les gaz de traitement, porté par ses propositions de valeur indéniables.

« En ce qui concerne les perspectives du marché pour la décarbonation des processus de chauffage, nous voyons une trajectoire prometteuse à venir. Nous croyons au pouvoir transformateur du chauffage électrique pour les gaz de traitement, porté par ses propositions de valeur indéniables », déclarent Ralph Nystrom et Thomas Olsson de l'équipe Nycast.

Perspectives futures et impact de la collaboration

La collaboration fructueuse entre Kanthal et Nycast ouvre la porte au chauffage au gaz de traitement Prothal® qui aura un impact substantiel dans diverses industries. 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.

En conclusion, le test réussi récemment du chauffage au gaz de traitement Prothal® représente une étape importante dans la quête de solutions de chauffage électrique de gaz de traitement durables et efficaces. L'engagement de Kanthal en faveur de l'innovation, la collaboration avec des partenaires industriels et l'utilisation d'alliages avancés placent l'entreprise à l'avant-garde de la révolution des industries lourdes, ouvrant la voie à un avenir plus vert et plus durable.