Noa appena un’azienda siderurgica si attivi nel passare all'elettricità, possiamo essere di aiuto per tutto il resto.

Dilip Chandrasekaran, Business Development Manager, Kanthal.In questo contesto, Kanthal, leader mondiale nella tecnologia di riscaldamento industriale e nei materiali di resistenza, è in prima linea per la transizione. Dilip Chandrasekaran, Kanthal Business Development Manager, sostiene, "Tuttavia, al giorno d'oggi, la maggior parte delle aziende siderurgiche sa che gli elementi riscaldanti elettrici non solo sono sufficientemente potenti, ma migliorano anche l'efficienza termica e l'ambiente di lavoro, contribuendo al contempo all'aumento della qualità." Aggiunge, "Una volta che un’azienda siderurgica ha la volontà di passare all'elettricità, possiamo essere di aiuto per tutto il resto."

Esaminiamo ora l’intersezione tra le ultime innovazioni nella tecnologia del riscaldo elettrico, le sfide associate alla transizione e le strategie per superarle.

A che punto siamo

Iniziamo determinando cosa è possibile fare oggi prima di esplorare cosa potrebbe essere possibile presto. Kanthal ha identificato tre processi di riscaldo nella filiera siderurgica dell'acciaio che sono pronti per l'elettrificazione: la linea di ricottura continua (CAL), la linea di zincatura continua (CGL) e i forni a rulli.

"È possibile aggiornare un forno esistente semplicemente sostituendo i bruciatori a gas nel forno con tubi ed elementi riscaldanti elettrici e apportando alcune piccole modifiche", sostiene Chandrasekaran.

Anders Lugnet, Furnace Technology Specialist, Ovako.Le soluzioni di riscaldo elettrico di Kanthal consentono temperature esatte in diverse zone, migliorando drasticamente l'ambiente di lavoro con una riduzione del rumore e una migliore qualità dell'aria. Con decenni di esperienza nel settore delle soluzioni di riscaldo industriale, Kanthal ha sviluppato un'ampia gamma di materiali adatti ai forni di ricottura, forni di zincatura e forni a rulli a seconda dei requisiti di temperatura e delle condizioni atmosferiche. Kanthal può anche personalizzare i propri prodotti e progettarli per soddisfare specifici requisiti .

Il produttore di acciaio leader del settore Ovako ha intrapreso il processo di elettrificazione dei propri processi di riscaldo nell'ultimo decennio. Nel 2012, ad Anders Lugnet, uno specialista di tecnologia dei forni in Ovako, è stato chiesto di mappare tutti i 150 forni dell'azienda e di elaborare un piano d'azione per ridurre le emissioni. Lugnet consigliò di elettrificare i forni per il trattamento termico di Ovako, una soluzione che all'epoca non era ovvia. Tuttavia, il processo è iniziato nel 2014, dotando ogni forno con un massimo di 86 elementi di riscaldo metallici Tubothal®. Oggi, 15 forni a rulli sono stati elettrificati e si stima che questa iniziativa consentirà di risparmiare dalle 1.400 alle 2.000 tonnellate di CO2 all’anno, per forno. Anche molti altri produttori di acciaio in tutto il mondo hanno intrapreso il viaggio verso la decarbonizzazione elettrificando le loro linee di ricottura e zincatura.

Affrontare le sfide dell'elettrificazione

Sebbene i vantaggi del riscaldo elettrico siano evidenti, la transizione dal gas all'elettricità pone sfide molteplici che richiedono un’attenta considerazione e una pianificazione strategica. Chandrasekaran fa luce su queste sfide e offre spunti per superarle.

"Una delle sfide principali nell'elettrificazione della produzione di acciaio risiede nell'identificazione di processi idonei per la conversione. Mentre alcuni processi possono prestarsi facilmente all'elettrificazione, altri, come la Riduzione diretta del ferro (DRI), presentano complessità uniche. Le temperature intrinsecamente elevate e le condizioni operative specifiche del DRI richiedono soluzioni di riscaldo elettrico specializzate su misura per resistere ai rigori del processo mantenendo efficienza e produttività," spiega Chandrasekaran.

Inoltre, ridefinire i requisiti di energia elettrica e garantire l’accesso all'elettricità rinnovabile sono considerazioni cruciali nell'elettrificazione.

"Definire con precisione l'efficienza della soluzione elettrica rispetto all'efficienza della soluzione a gas non è un compito facile", ammette Chandrasekaran, aggiungendo che le aziende siderurgiche tendono ad avere una conoscenza limitata dell'impatto che i cambiamenti nel trasferimento di calore e nell'efficienza possono avere sulle proprietà del loro prodotto finale.

Sebbene sia possibile effettuare calcoli di ingegneria termica, tali formule forniranno solo un quadro approssimativo del risultato. "L'unico modo per ottenere una previsione affidabile è attraverso i test, ad esempio effettuando una conversione graduale di parti di una zona di riscaldo o convertendola zona per zona. Inoltre, l'utente finale deve garantire che sia disponibile energia elettrica sufficiente e che l'impianto disponga dell'infrastruttura necessaria per la distribuzione di energia ai forni riscaldati elettricamente", afferma Chandrasekaran.

Inoltre, il sistema di controllo dell'alimentazione dovrà essere riprogettato. "Con un forno a gas il sistema di controllo può essere abbastanza semplice, ma gestire una soluzione elettrica potrebbe rivelarsi un compito più complesso: è necessario capire come controllare e regolare l'alimentazione degli elementi per evitare il surriscaldamento e massimizzarne la durata," Chandrasekaran aggiunge. "Tuttavia, il vantaggio è che il controllo della temperatura nel forno sarà molto più accurato quando si utilizza il riscaldo elettrico."

Inoltre, il riscaldo elettrico offre l’opportunità di eliminare completamente le emissioni di CO2. Perché ciò accada, la disponibilità di elettricità proveniente da fonti rinnovabili è fondamentale, ma non esiste una soluzione rapida.

La quantità disponibile e il relativo costo variano enormemente da paese a paese. La buona notizia è che la maggior parte dei governi sta lavorando per risolvere il problema. Nel frattempo, Chandrasekaran ritiene che sia solo questione di tempo prima che l’abbandono dell'energia basata sui combustibili fossili smetta di essere una scelta e diventi un obbligo.

"In tutto il mondo, i governi chiedono alle aziende di abbandonare i combustibili fossili e la maggior parte dei principali produttori di acciaio è alla ricerca di soluzioni per ridurre le proprie emissioni", afferma. "Solo loro possono prendere la decisione ma, una volta presa, abbiamo la competenza e l'esperienza per realizzare il passaggio all'elettrificazione."

Scopriamo Prothal®TH

Ora, parliamo di ciò che ci attende. Le industrie, in particolare nel settore siderurgico, richiedono riscaldatori elettrici per gas di processo con taglie di MW, altamente efficienti e affidabili, per ridurre in modo significativo l'impronta di carbonio. Da quando un processo come la riduzione diretta del ferro (DRI) sta gradualmente passando dal gas naturale all'idrogeno, la richiesta di soluzioni di riscaldo elettriche per gas di processo è in aumento nelle applicazioni industriali e in pressione. Tuttavia, nelle taglie MW mancano soluzioni elettriche testate, robuste e sicure per il riscaldamento di vari gas di processo ad alte temperature (800-1.100°C o 1.472-2.012°F).

Per affrontare questa sfida, nel 2021, Kanthal e Nycast AB hanno stipulato un accordo di licenza esclusiva per la tecnologia di riscaldo dei gas in modo da sviluppare riscaldatori elettrici ad alta efficienza su scala MW.

Queste soluzioni, che prenderanno il nome di Prothal® TH, si rivolgono a diversi settori industriali, offrendo versatilità per adattarsi ai diversi parametri di processo come composizioni di gas, pressione operativa e portate. Un recente test svolto presso Swerim AB, un importante istituto di ricerca industriale, a Luleå, in Svezia, ha interessato un riscaldatore per gas di processo Prothal® TH di medie dimensioni.

I test, condotti con diverse composizioni di gas come aria, azoto e idrogeno, hanno prodotto risultati impressionanti. La soluzione di riscaldo ha raggiunto temperature in uscita del gas di processo fino a 1.050°C senza problemi, mostrando prestazioni importanti nella gestione delle fluttuazioni in ingresso e rispettando nel contempo i limiti di sicurezza.

"I risultati dei test del nostro riscaldatore elettrico per gas di processo nel design attuale sono molto promettenti, mostrando una notevole efficienza energetica, stabilità operativa costante e il potenziale per raggiungere elevate temperature del gas in uscita . Inoltre, il nostro riscaldatore si basa su componenti essenziali, come gli elementi riscaldanti elettrici, che sono frutto della nostra vasta esperienza nella loro progettazione, fabbricazione e funzionamento", spiega Thomas Helander del team di ricerca e sviluppo Kanthal.

Sebbene siano necessarie ulteriori convalide per i parametri operativi su installazioni più grandi, questi test segnano un importante passo avanti. Indicano che il portafoglio Kanthal, in continua evoluzione, ha il potenziale per decarbonizzare un'ampia gamma di applicazioni e settori industriali. Il grafico della temperatura di ingresso e uscita del gas, insieme alla potenza elettrica e alle portate, dimostra l'efficacia del riscaldatore Prothal® TH.

Cosa ci riserva il futuro

Con il progredire della tecnologia, Kanthal prevede di introdurre riscaldatori di processo entro i prossimi anni, con un incremento nelle possibilità di test e dimostrazioni che sono previste per il 2024. Questa innovazione non si limita all'industria siderurgica; altri settori, tra cui la produzione del cemento, trarranno vantaggio da questa tecnologia innovativa.

Mentre l’industria siderurgica si muove verso un futuro più sostenibile, non solo riduce il proprio impatto ambientale, ma costituisce anche un esempio ispiratore da seguire per altri settori. Con le possibilità esistenti nel campo dell'elettrificazione e innovazioni rivoluzionarie come Prothal® TH all'orizzonte, la prospettiva di una decarbonizzazione diffusa appare alla nostra portata. Abbracciando l’elettrificazione e unendo le forze in sforzi collaborativi, l’industria siderurgica non si sta semplicemente adattando al cambiamento, ma sta guidando la corsa verso un futuro più sostenibile e resiliente.