Elettrificazione dell'alluminio primario

L'industria dell'alluminio è in difficoltà. La domanda globale non mostra segni di rallentamento, tuttavia vi è una crescente necessità di ridurre le elevate emissioni dei carbonio nei suoi processi di produzione. Il passaggio dai bruciatori a gas all'elettrificazione può essere parte della risposta.

L'alluminio è già uno dei minerali più versatili al mondo. È utilizzato per fabbricare qualsiasi cosa, da aeroplani e automobili a imballaggi alimentari e utensili da cucina, e molto altro ancora. La crescita della popolazione e l'aumento della prosperità, in particolare in Cina, stanno guidando la domanda globale di mercato. Allo stesso modo sta crescendo l'interesse per il rispetto dell'ambiente, poiché l'alluminio è sempre più utilizzato per costruire veicoli e aeromobili più leggeri e la sua riciclabilità lo rende un'opzione più sostenibile rispetto a molti altri metalli.

Tuttavia, il suo più grande svantaggio è che il processo di produzione primaria richiede grandi quantità di energia e comporta livelli elevati di emissioni di CO2. Infatti, all'attuale media globale, ogni tonnellata di alluminio prodotta si traduce in 11,5 tonnellate di CO2 emesse. Nel complesso, lo 0,8% delle emissioni mondiali di gas serra proviene dalla produzione di alluminio.

Promettente tecnologia degli anodi inerti

La stragrande maggioranza di queste emissioni, circa il 90%, è causata dal processo di riduzione, in cui l'allumina raffinata viene fusa in alluminio fuso. Per questo motivo, questa parte del processo di produzione è al centro di una serie di iniziative promettenti. Elysis, una joint venture tra Rio Tinto e Alcoa, sta attualmente lavorando con la tecnologia degli anodi inerti per sviluppare un processo di fusione che emetterà ossigeno invece di carbonio. Rusal, uno dei principali produttori mondiali di alluminio a basso tenore di carbonio, sta studiando il potenziale della tecnologia degli anodi inerti e spera che il suo impianto di Krasnoyarsk, in Russia, avvierà la produzione su larga scala entro il 2023.

Ole Stadum, Sales Area Manager, Kanthal."Il perfezionamento della tecnologia degli anodi inerti sarebbe un evento rivoluzionario, potrebbe portare a emissioni di CO2 nel processo di riduzione quasi pari a zero", afferma Ole Stadum, Sales Area Manager di Kanthal. "Nel frattempo, non c'è molto che possiamo fare oggi per questa parte del processo. Tuttavia, ci sono altri passaggi a valle che i produttori di alluminio possono intraprendere per ridurre il consumo di energia e le emissioni di CO2, vale a dire sostituire i bruciatori a gas con il riscaldo elettrico".

Un passo verso una maggiore efficienza

Dopo il processo di riduzione, il processo di produzione prevede una serie di trattamenti termici poiché l'alluminio viene trasportato sequenzialmente ai forni di mantenimento e all'impianto di colata. Per motivi di sicurezza, tutte le apparecchiature che vengono a contatto con il metallo fuso devono essere preriscaldate e completamente asciutte, poiché qualsiasi contatto con umidità o umidità potrebbe causare un'esplosione. Finora, la maggior parte di questo preriscaldo è stato effettuato con bruciatori a gas. Tuttavia, utilizzando invece apparecchiature di riscaldo elettrico, i produttori di alluminio possono migliorare notevolmente l'efficienza energetica riducendo le emissioni di CO2, in queste applicazioni, praticamente a zero.

"Questo perché il riscaldo elettrico è molto più preciso ed efficiente", spiega Stadum. "L'efficienza complessiva di un sistema con bruciatore a gas è tipicamente compresa tra il 15% e il 30%, mentre il resto del calore fornito dai bruciatori viene disperso attraverso il camino o direttamente nell'ambiente circostante. Tuttavia, con i componenti elettrici, l'efficienza è generalmente compresa tra il 90% e il 95%. Abbiamo avuto ottimi risultati con i clienti che hanno sostituito i loro bruciatori a gas/olio esistenti con soluzioni elettriche registrando risparmi significativi".

Un riscaldatore elettrico del flusso d'aria può essere utilizzato per preriscaldare e pulire il sifone /tubo di maschiatura che viene impiegato nella rimozione del metallo fuso dalle celle. Per le siviere di trasporto, è possibile utilizzare cartucce metalliche o elementi riscaldanti in carburo di silicio (SiC).

Riduzione del consumo energetico dell'impianto di colata

Nell'impianto di colata, i forni di mantenimento convertiti da bruciatori ad elettrici ridurranno sia il consumo di energia che la formazione di scorie. Una volta che i metalli sono stati miscelati e legati nel forni di mantenimento, riscaldati da elementi a cartuccia in un sistema a tubi radianti, il metallo viene solitamente trasportato in una stazione di colata tramite un canale di distribuzione. Se il canale di distribuzione è sufficientemente preriscaldato, può contribuire a prevenire un calo di temperatura e consentire temperature più basse nella forni di mantenimento, risparmiando così energia e ridurrendo le scorie generate nel forni di mantenimento.

Questa è una funzione che i riscaldatori di flusso possono svolgere in modo molto efficace. In alternativa, è possibile utilizzare elementi riscaldanti SiC o moduli in fibra ceramica con elementi metallici per fornire una soluzione a cerniera che consenta di aprire e chiudere facilmente il canale per la pulizia.

Per le leghedi alluminio di qualità superiore che richiedono il filtraggio tra la forni di tenuta e l'impianto di colata, è possibile utilizzare elementi riscaldanti a cartuccia o SiC per riscaldare e pulire i filtri tra i vari cicli di colata.

Maggiore efficienza con i riscaldatori di flusso Flow Heaters

Per il preriscaldo delle unità di degasaggio, i riscaldatori di flusso si sono dimostrati molto efficienti per raggiungere temperature elevate in tempi molto più brevi rispetto ai bruciatori a gas. È possibile utilizzarli anche per il preriscaldo rapido dei filtri in schiuma ceramica (CFF) dopo la sostituzione delle cartucce e tra i cicli di produzione.

All'interno della stazione di colata, i moduli in fibra ceramica con elementi in disiliciuro di molibdeno (MoSi2) sono molto efficaci nell'essiccare gli stampi di colata da tutta l'umidità dopo l'applicazione del rivestimento in grafite.

Nell'officina di rodding si possono utilizzare sistemi di riscaldo elettrico per siviera per asciugare e preriscaldare siviere e crogioli per ghisa. Gli elementi MoSi2 possono essere utilizzati anche per asciugare i fori dei manicotti nei blocchi degli anodi ed essiccare i manicotti rivestiti in grafite. La sigillatura del catodo può essere condotta in modo sicuro ed efficiente utilizzando il riscaldo elettrico MoSi2.

Molte possibilità per ridurre le emissioni di CO2

In tutte queste applicazioni, le soluzioni elettriche si concretizzano in un riscaldo veloce ed efficiente con un minor consumo di energia e ridotte emissioni di CO2 rispetto ai tradizionali bruciatori a gas/olio.

"Stiamo vedendo molti stabilimenti di produzione di alluminio passare a una maggiore sostenibilità, ma non è possibile ottenere grandi risultati se non si riducono le emissioni anche nei processi produttivi sucessivi", afferma Stadum. "Il passaggio dal gas all'elettricità comporterà un enorme risparmio in termini di consumo energetico ed emissioni. Anche se i prezzi del gas e dell'elettricità sono uguali, l'efficienza del riscaldo elettrico è talmente superiore che i risultati saranno positivi".

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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