Алюминий уже является одним из самых универсальных металлов в мире. Он используется для производства разнообразной продукции: от самолетов и автомобилей до упаковки пищевых продуктов и кухонной утвари и множества других изделий. Рост населения и повышение благосостояния, особенно в Китае, стимулируют глобальный спрос. Также растет интерес в области защиты окружающей среды,, поскольку алюминий все чаще используется для производства более легких транспортных средств и самолетов, а возможность переработки для вторичного использования делает его более экологичным вариантом по сравнению со многими другими металлами.

Однако его самый большой недостаток заключается в том, что производство первичного алюминия требует невероятного количества энергии и приводит к огромному объему выбросов CO2. Фактически при текущем среднемировом уровне каждая тонна произведенного алюминия приводит к выбросу 11,5 тонн CO2. В целом, 0,8 % мировых выбросов парниковых газов приходится на производство алюминия.

Перспективная технология инертных анодов

Большая часть этих выбросов — около 90 процентов — происходит в результате процесса электролиза, когда очищенный оксид алюминия превращается в жидкий алюминий. По этой причине именно эта часть производственного процесса находится в центре внимания ряда многообещающих инициатив. Elysis, совместное предприятие Rio Tinto и Alcoа, в настоящее время работает с технологией инертных анодов для разработки процесса плавки, при котором вместо оксидов углерода будет выделяться кислород. Rusal, один из ведущих в мире производителей низкоуглеродистого алюминия, также изучает потенциал технологии инертных анодов и надеется, что завод компании в Красноярске (Россия) перейдет на массовое производство к 2023 году.

Ole Stadum, Sales Area Manager, Kanthal.«Если получится усовершенствовать технологию инертных анодов, выбросы CO2 в процессе электролиза можно будет свести практически к нулю, — настоящая революция в производстве, — говорит Уле Стадум (Ole Stadum), региональный менеджер по продажам, Kanthal. — Тем временем сегодня мы мало что можем изменить на этом этапе производства. Однако существуют другие меры, которые могут предпринять производители алюминия, чтобы снизить потребление энергии и выбросы CO2, а именно заменить газовые горелки на электрические нагреватели».

Пути повышения эффективности

После электролизного отделения процесс производства алюминя предполагает несколько стадий с применением нагрева, так как металл транспортируется в печь-миксер, а затем происходит его разливка. В целях безопасности все оборудование, контактирующее с расплавленным металлом, необходимо предварительно нагреть и полностью высушить, поскольку любой контакт с влагой или сырой поверхностью может привести к взрыву. Так сложилось, что такой предварительный нагрев, как правило, выполняется с помощью газовых горелок. Однако, используя вместо этого электронагревательное оборудование, производители алюминия могут значительно повысить энергоэффективность и снизить выбросы CO2 практически до нуля.

«Это связано с тем, что электрический нагрев намного точнее и эффективные, — объясняет Стадум. — Общая эффективность системы газовой горелки обычно находится в диапазоне от 15 до 30 процентов, в то время как остальная часть тепла, вырабатываемого горелками, теряется в вентиляцию или при выделении непосредственно в атмосферу. Однако при использовании электрических нагревателей эффективность обычно составляет от 90 до 95 процентов. Мы получаем неплохие результаты от клиентов, на предприятиях которых мы заменили существующие газовые и масляные горелки на электрические решения, и наблюдаем огромную экономию средств».

В случае сифонных труб-носков, используемых для выкачивания расплавленного металла из элктролизеров, можно использовать электрические нагреватели воздуха для предварительного нагрева и очистки. В случае транспортных ковшей можно использовать металлические нагреватели - РЭНги или карбидокремниевые (SiC) нагревательные элементы.

Снижение потребления энергии в литейном отделении

В литейном отделении печи-миксеры, переоборудованные из горелок на электрические нагреватели, позволят снизить потребление энергии и образование шлака. После перемешивания и легирования металла в миксере, оборудованном системой нагрева из нагревателей РЭНг в защитных трубах, металл разливается в литейной машине, для транспортировки в которую обычно используется металлотракт. Если металлотракт предварительно был достаточно разогрет, это может помочь предотвратить падение температуры и обеспечить более низкие температуры металла в миксере, что позволит сэкономить энергию и уменьшить образование шлака в миксере.

Это задача, с которой очень эффективно справляются нагреватели потока. Кроме того, для изготовления откидывающихся обогреваемых крышек металлотракта, позволяющих легко открывать и закрывать лоток для очистки, можно использовать карбидокремниевые нагревательные элементы или модули из керамического волокна с металлическими элементами.

Для производства более качественных сортов алюминия, которые требуют фильтрации жидкого металла, можно использовать РЭНГи или карбидокремниевые нагревательные элементы для нагрева и очистки фильтров между циклами литья.

Нагреватели потока повышают эффективность

В устройствах предварительного нагрева и дегазации нагреватели потока зарекомендовали себя как очень эффективные компоненты благодаря тому, что могут достичь высоких температур в намного более короткие сроки по сравнению с газовыми горелками. Их также можно использовать для быстрого предварительного нагрева пенокерамических фильтров (CFF) после замены фильтрующего элемента и между производственными циклами.

Внутри литейной машины модули из керамического волокна с элементами из дисилицида молибдена (MoSi2) очень эффективны при сушке остнастки для удаления любой влаги после нанесения графитового покрытия.

В анодно-монтажном отделении электрическую систему нагрева ковшей можно использовать для сушки и предварительного нагрева ковшей и тиглей для чугуна. Элементы из дисилицида молибдена также можно использоваться для сушки ниппельных гнезд в анодных блоках и сушки штанг с графитовым покрытием. Заливку подовых секций можно выполнять безопасным и эффективным способом с помощью электрического нагрева MoSi2.

Множество возможностей снизить выбросы CO2

В каждой из этих областей применения электрические решения позволяют быстро и эффективно выполнить нагрев с меньшим потреблением энергии и более низкими выбросами CO2 по сравнению с традиционными газовыми/масляными горелками.

«Мы видим, что многие предприятия по производству алюминия стремятся к большей экологичности, и поскольку мало что можно изменить в электролизном отделении, важно, чтобы они максимально сократили выбросы на других последующих этапах производства», — говорит Стадум. — Переход с газа на электричество позволит значительно снизить потребление энергии и выбросы. Даже если цены на газ и электроэнергию будут равны, эффективность электрического нагрева настолько выше, что результаты будут положительными».