Una vez que una empresa siderúrgica está dispuesta a cambiar a la electricidad, podemos ayudar con el resto.

Dilip Chandrasekaran, Business Development Manager, Kanthal.Evidentemente, Kanthal, líder mundial en tecnología de calentamiento industrial y materiales de resistencia, está a la vanguardia de esta transformación. Dilip Chandrasekaran, responsable de desarrollo de negocio de Kanthal, sostiene: "La mayoría de las empresas siderúrgicas son conscientes de que los elementos de calentamiento eléctricos no solo son lo suficientemente potentes sino que también mejoran la eficiencia térmica y el entorno de trabajo, al tiempo que contribuyen a mejorar la calidad". Y añade: "Una vez que una empresa siderúrgica está dispuesta a cambiar a la electricidad, podemos ayudar con el resto".

Ahora, profundicemos en la intersección de las últimas innovaciones en tecnología de calentamiento eléctrico, los desafíos asociados con la transición y las estrategias para superarlos.

Dónde nos encontramos hoy

Para empezar, determinemos lo que es posible hoy, antes de explorar lo que podría ser posible a corto plazo. En Kanthal se han identificado tres procesos de calentamiento en la producción de acero que están listos para la electrificación: la línea de recocido continuo (CAL), la línea de galvanización continua (CGL) y los hornos de solera de rodillos.

"Se puede modernizar un horno existente solo con reemplazar los quemadores de gas en el horno con tubos y elementos de calentamiento eléctricos, y hacer algunas pequeñas modificaciones", dice Chandrasekaran.

Anders Lugnet, Furnace Technology Specialist, Ovako.Las soluciones de calentamiento eléctrico de Kanthal permiten temperaturas exactas en diferentes zonas, al tiempo que mejoran drásticamente el entorno de trabajo, con menos ruido y mejor calidad del aire. Tras décadas de trabajo en soluciones industriales de calentamiento eléctrico, Kanthal ha desarrollado una amplia gama de materiales adecuados para su uso en hornos de recocido, hornos de galvanización y hornos de solera de rodillos, según los requisitos de temperatura y las condiciones atmosféricas. Kanthal puede además personalizar su cartera de productos y diseños, a fin de adaptarlos a requisitos concretos.

Ovako, un importante productor de acero, lleva una década en el camino hacia la electrificación de sus procesos de calentamiento. En 2012, se le pidió a Anders Lugnet, un especialista en tecnología de hornos de Ovako, que crease un esquema de los 150 hornos de la empresa y diseñara un plan de acción para reducir las emisiones. Lugnet recomendó electrificar los hornos de tratamiento térmico de Ovako, que no era una solución obvia en ese momento. Sin embargo, el proceso comenzó en 2014, cuando se equipó cada horno con hasta 86 elementos de calentamiento metálicos Tubothal®. Hoy en día, se han electrificado 15 hornos de solera de rodillos y se estima que esta medida permitirá ahorrar entre 1400 y 2000 toneladas de CO2 al año por horno. Otros fabricantes de acero de todo el mundo también se han embarcado en el viaje hacia la descarbonización electrificando sus líneas de recocido y galvanizado.

Hacerse camino a través de los desafíos de la electrificación

Si bien los beneficios del calentamiento eléctrico son evidentes, la transición del gas a la electricidad plantea desafíos multifacéticos que exigen una cuidadosa consideración y planificación estratégica. Chandrasekaran arroja luz sobre estos desafíos y ofrece ideas para superarlos.

"Uno de los principales desafíos de la electrificación de la producción de acero consiste en identificar los procesos adecuados para la conversión. Si bien ciertos procesos pueden prestarse fácilmente a la electrificación, otros, como la reducción directa de hierro (DRI), presentan complejidades únicas. Las temperaturas inherentemente altas y las condiciones operativas específicas de DRI requieren soluciones de calentamiento eléctrico especializadas que se hayan diseñado para resistir los rigores del proceso y al mismo tiempo mantener la eficiencia y la productividad", explica Chandrasekaran.

Además, la redefinición de los requisitos de la energía eléctrica y garantizar el acceso a la electricidad renovable son consideraciones críticas en la electrificación.

"Definir con precisión la eficiencia de la solución eléctrica frente a la eficiencia de la solución de gas no es fácil", admite Chandrasekaran. Además, las empresas siderúrgicas tienden a tener un conocimiento limitado del impacto que los cambios en la transferencia de calor y la eficiencia pueden tener en las propiedades de su producto final.

Si bien se pueden realizar cálculos de ingeniería térmica, estos solo proporcionarán una imagen aproximada del resultado. "La única manera de obtener una predicción confiable es mediante pruebas, por ejemplo, al realizar una conversión gradual de partes de una zona de calentamiento o convirtiéndola zona por zona. Además, el usuario final se debe asegurar de que haya suficiente energía eléctrica disponible y que la fábrica cuente con la infraestructura necesaria para la distribución a los hornos con calentamiento eléctrico", dice Chandrasekaran.

También será necesario rediseñar el sistema de control de energía. "Con un horno de gas, el sistema de control puede ser bastante simple, pero ejecutar una solución eléctrica podría ser más complejo. Es necesario comprender cómo controlar y regular la energía de los elementos para evitar el sobrecalentamiento y maximizar la vida útil de los elementos", Chandrasekaran añade. "Sin embargo, la ventaja es que el control de la temperatura en el horno será mucho más preciso si se utiliza el calentamiento eléctrico".

Siguiendo adelante, el calentamiento eléctrico brinda la oportunidad de eliminar completamente las emisiones de CO2. Para que esto suceda, el acceso a la electricidad renovable es imprescindible, pero no existe una solución rápida.

El volumen disponible y su coste varían enormemente de un país a otro. La buena noticia es que la mayoría de los gobiernos están trabajando para resolver el problema. Mientras tanto, Chandrasekaran cree que es solo cuestión de tiempo antes de que el abandono de la energía basada en combustibles fósiles se convierta menos en una elección y más en un imperativo.

"En todo el mundo, los gobiernos exigen a las empresas que se alejen de los combustibles fósiles y la mayoría de los principales fabricantes de acero buscan formas de reducir sus emisiones", afirma. "Solo ellos pueden tomar la decisión, pero, una vez que lo hagan, tendremos los conocimientos y la experiencia necesarios para hacer que el cambio a la electricidad sea una realidad".

Presentamos Prothal® TH

Ahora, analicemos lo que nos espera. Las industrias, en particular en el sector siderúrgico, requieren calentadores eléctricos para gas de proceso a escala de megavatios (MW) altamente eficientes y fiables, a fin de reducir de forma considerable la huella de carbono. A medida que un proceso como DRI pasa gradualmente del gas natural al hidrógeno, la demanda de soluciones eléctricas para el calentamiento de gases de proceso también registra un aumento; en particular, para aplicaciones industriales y presurizadas. Sin embargo, la escala de megavatios no ofrece soluciones eléctricas probadas, robustas ni seguras para calentar diversos gases de proceso a altas temperaturas (entre 800 y 1100 °C o entre 1472 y 2012 °F).

A fin de abordar este desafío, en 2021, Kanthal y Nycast AB celebraron un acuerdo de licencia exclusiva para diseñar una tecnología de calentamiento de gas destinada al uso en calentadores eléctricos de alta eficiencia a escala de megavatios.

Estas soluciones, que se denominarán Prothal® TH, se adaptan a diversas industrias y ofrecen versatilidad para ajustarse a diferentes parámetros de proceso, como composiciones de gas, presión de funcionamiento y caudales. En una prueba reciente en Swerim AB, un importante instituto de investigación industrial en Luleå, Suecia, se utilizó un calentador para gases de proceso Prothal® TH de escala mediana.

Las pruebas, que se realizaron con diversas composiciones de gases ―como aire, nitrógeno e hidrógeno―, arrojaron resultados impresionantes. La solución de calentamiento alcanzó temperaturas de salida del gas de proceso de hasta 1050 °C (1922 °F) sin inconvenientes; esto demostró un rendimiento sólido en el manejo de las fluctuaciones de entrada y, al mismo tiempo, se garantizaron los límites de seguridad.

"Los resultados de las pruebas de nuestro diseño actual del calentador eléctrico para gases de proceso son muy prometedores, y muestran una eficiencia energética notable, una estabilidad operativa constante y el potencial para lograr temperaturas de salida de gas elevadas. Además, en nuestro calentador se incluyen subcomponentes críticos, como elementos de calentamiento eléctrico, por lo que se beneficia de la amplia experiencia de nuestra empresa, en términos de diseño, fabricación y funcionamiento", explica Thomas Helander, integrante del equipo de I+D de Kanthal.

Si bien se necesita una validación más extensa de los parámetros operativos en instalaciones de mayor envergadura, estas pruebas marcan un importante paso en el recorrido. Indican que la evolución de Kanthal tiene el potencial de descarbonizar una amplia gama de aplicaciones y segmentos industriales. En el gráfico de temperatura de entrada y salida de gas, junto con la potencia eléctrica y los caudales, se demuestra la eficacia del calentador Prothal® TH.

Lo que depara el futuro

Con el avance de la tecnología, Kanthal prevé implementar calentadores de proceso en los próximos años, con capacidades ampliadas para pruebas y demostraciones previstas para 2024. Esta innovación no se limita a la industria del acero, sino que también apunta a otros sectores (como la fabricación de cemento) que se beneficiarán del uso de esta tecnología innovadora.

A medida que la industria del acero avanza hacia un futuro más sostenible, no solo reduce su impacto ambiental, sino que también establece un ejemplo inspirador para otros sectores. Con las posibilidades de la electrificación e innovaciones revolucionarias como Prothal® TH en el horizonte, la perspectiva de una descarbonización generalizada parece estar a nuestro alcance. Al adoptar la electrificación y unir esfuerzos de colaboración, la industria del acero no solo se está adaptando al cambio, sino que está liderando el camino hacia un futuro más ecológico y resiliente.