Eletrificação em alumínio primário

A indústria do alumínio está em uma situação difícil. A demanda global não apresenta sinais de desaceleração, mas há uma necessidade crescente de redução das emissões nos processos de produção com altos níveis de carbono. Uma mudança de queimadores a gás para eletrificação poderia ser parte da resposta.

O alumínio já é um dos minerais mais versáteis do mundo. Ele é usado para fabricar tudo, desde aviões e carros até embalagens de alimentos e utensílios de cozinha. O crescimento populacional e o aumento da prosperidade, principalmente na China, estão impulsionando a demanda global. Da mesma forma, também está crescendo o interesse no cuidado ambiental, já que o alumínio está cada vez mais sendo usado para construir veículos e aeronaves mais leves, e sua reciclabilidade o torna uma opção mais sustentável em comparação com muitos outros metais.

Contudo, sua principal desvantagem é que o processo de produção primário requer grandes quantidades de energia e envolve altos níveis de emissão de CO2. De fato, na média global atual, cada tonelada produzida de alumínio resulta na emissão de 11,5 toneladas de CO2. No geral, 0,8% das emissões mundiais de gases de efeito estufa são provenientes da produção de alumínio.

Tecnologia de anodo inerte promissora

A maioria esmagadora dessas emissões cerca de 90% — são causadas pelo processo de redução, onde a alumina refinada é reduzida em alumínio fundido. Por isso, essa parte do processo produtivo é o foco de diversas iniciativas promissoras. A Elysis, um empreendimento conjunto entre Rio Tinto e Alcoa, trabalha atualmente com tecnologia de anodo inerte para desenvolver um processo de fundição de redução que emitirá oxigênio em vez de carbono. A Rusal, um dos principais fabricantes de alumínio com baixo teor de carbono do mundo, também está investigando o potencial da tecnologia de anodo inerte e espera que sua planta em Krasnoyarsk, Rússia, esteja produzindo em grande escala até 2023.

Ole Stadum, Sales Area Manager, Kanthal.“Se a tecnologia de anodo inerte puder ser aperfeiçoada, as emissões de CO2 no processo de redução serão quase inexistentes, e isso será revolucionário”, afirma Ole Stadum, gerente de vendas na Kanthal. “Enquanto isso, não há muito o que fazer nessa parte do processo atualmente. No entanto, existem outras medidas que os produtores de alumínio podem tomar em partes posteriores do processo para reduzir o consumo de energia e as emissões de CO2, por exemplo, substituir os queimadores a gás por aquecimento elétrico. "

Uma jogada para aumentar a eficiência

Após a área de redução, o processo de produção envolve uma série de aplicações de aquecimento enquanto o metal é transportado para o forno de espera e, posteriormente, para a casa de fundição. Por motivos de segurança, todos os equipamentos que entram em contato com o metal fundido precisam estar pré-aquecidos e completamente secos, já que qualquer contato com umidade pode causar uma explosão. Historicamente, grande parte desse pré-aquecimento é feito por queimadores a gás. No entanto, ao usar equipamentos de aquecimento elétrico, os produtores de alumínio podem melhorar muito a eficiência energética e reduzir as emissões de CO2 nessas aplicações para praticamente zero.

“Isso acontece porque o aquecimento elétrico é muito mais preciso e eficiente”, explica Stadum. “A eficiência total de um sistema de queimador a gás está normalmente na faixa de 15% a 30%, enquanto o restante do calor fornecido pelos queimadores é dissipado através da chaminé ou diretamente para os arredores. No entanto, com componentes elétricos, a eficiência fica na casa de 90% a 95%. Temos ótimos números de clientes para os quais nós substituímos osqueimadores a óleo/gás existentes por soluções elétricas, com economias significativas.”

Para os tubos de sifão/corrida usados para retirar o metal fundido das células de cubas, os aquecedores elétricos de fluxo de ar podem ser usados para pré-aquecimento e limpeza. Para os cadinhos de transporte, podem ser usados cartuchos metálicos ou elementos de aquecimento de carbeto de silício (SiC).

Redução do consumo de energia da casa de fundição

Na casa de fundição, os fornos de espera convertidos de queimadores para elétricos reduzirão o consumo de energia e a formação de escória. Depois que o metal é misturado e ligado no forno de espera, aquecido por elementos de cartucho em um sistema de tubo de radiação, uma calha é usada para transportar o metal até a estação de fundição. Se a calha estiver suficientemente pré-aquecida, poderá ajudar a evitar queda da temperatura e possibilitar temperaturas inferiores no forno de espera, economizando energia e reduzindo a escória gerada no forno de espera.

Essa é uma função que os aquecedores de fluxo conseguem executar com muita eficiência. Ou, como alternativa, elementos de aquecimento de SiC ou módulos de fibra cerâmica com elementos metálicos podem ser usados para fornecer uma solução articulada que facilita a abertura e o fechamento da calha para limpeza.

Para classes de alumínio com qualidade mais alta que exigem filtragem entre o forno de espera e a casa de fundição, elementos de aquecimento de cartucho ou SiC podem ser usados para aquecer e limpar os filtros entre os ciclos de fundição.

Aquecedores de fluxo adicionam eficiência

Para pré-aquecer unidades de desgaseificação, os aquecedores de fluxo têm alta eficiência comprovada para alcançar altas temperaturas em muito menos tempo em comparação com queimadores a gás. Eles também podem ser usados para o pré-aquecimento rápido de filtros de espuma de cerâmica (CFFs) após substituições de cartucho e entre ciclos de produção.

Dentro da estação de fundição, os módulos de fibra cerâmica com elementos de dissilicieto de molibdênio (MoSi2) são muito eficazes na secagem da umidade de moldes de fundição após a aplicação de revestimento de grafite.

Na àrea de lingotamento, os sistema s de aquecimento elétrico de panelas de fundição podem ser usados para secagem e pré-aquecimento de panelas e cadinhos de ferro fundido. Elementos de MoSi2 também podem ser usados para secagem de orifícios de haste em blocos de anodo e secagem de hastes revestidas com grafite. A vedação do catodo pode ser conduzida de forma segura e eficiente por meio do uso de aquecimento elétrico de MoSi2.

Muitas possibilidades para reduzir as emissões de CO2

Em cada uma dessas aplicações, as soluções elétricas resultarão em aquecimento rápido e eficiente com consumo de energia inferior e redução das emissões de CO2 em comparação com queimadores a gás/óleo tradicionais.

“Estamos vendo muitas plantas de produção de alumínio caminhando em direção a uma maior sustentabilidade, e como não há muito a ser alcançado na área de redução, é importante que reduzam as emissões o máximo possível nas etapas posteriores do processo de produção”, afirma Stadum. “A mudança de gás para eletricidade proporcionará reduções significativas no consumo de energia e nas emissões. Mesmo que os preços do gás e da eletricidade sejam iguais, a eficiência muito maior do aquecimento elétrico trará resultados 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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