Assim que uma empresa siderúrgica estiver disposta a mudar para a eletricidade, podemos ajudar com o resto.

Dilip Chandrasekaran, Business Development Manager, Kanthal.Evidentemente, a Kanthal, líder mundial em tecnologia de aquecimento industrial e materiais de resistência, está na vanguarda dessa transformação. Dilip Chandrasekaran, gerente de desenvolvimento de negócios da Kanthal, afirma: “A maioria das empresas siderúrgicas está ciente de que os elementos de aquecimento elétrico não apenas são suficientemente potentes, mas também melhoram a eficiência térmica e o ambiente de trabalho, ao mesmo tempo que contribuem para melhorias de qualidade”. Ele acrescenta: "Assim que uma empresa siderúrgica estiver disposta a mudar para a eletricidade, podemos ajudar com o resto."

Agora, vamos nos aprofundar a intersecção das mais recentes inovações em tecnologia de aquecimento elétrico, nos desafios associados à transição e nas estratégias para superá-los.

Onde estamos hoje

Começamos determinando o que é possível hoje antes de explorarmos o que talvez seja possível em breve. A Kanthal identificou três processos de aquecimento na produção de aço downstream que estão prontos para eletrificação – a Linha de Recozimento Contínuo (CAL), Linha de Galvanização Contínua (CGL) e Fornos de Soleira de Rolo.

"Você pode modernizar um forno existente simplesmente substituindo os queimadores de gás no forno por tubos e elementos de aquecimento elétrico e fazendo algumas pequenas modificações", diz Chandrasekaran.

Anders Lugnet, Furnace Technology Specialist, Ovako.As soluções de aquecimento elétrico da Kanthal permitem temperaturas exatas em diferentes zonas e, ao mesmo tempo, melhoram drasticamente o ambiente de trabalho com menos ruído e melhor qualidade do ar. Ao longo de décadas de trabalho com soluções de aquecimento industrial, a Kanthal desenvolveu uma ampla gama de materiais adequados para fornos de recozimento, fornos de galvanização e fornos de soleira de rolos, dependendo dos requisitos de temperatura e das condições atmosféricas. A Kanthal também pode personalizar seus produtos e designs para atender a requisitos específicos.

A Ovako, uma produtora líder de aço, está no caminho da eletrificação dos processos de aquecimento na última década. Em 2012, Anders Lugnet, especialista em tecnologia de fornos da Ovako, foi encarregado de mapear todos os 150 fornos da empresa e elaborar um plano de ação para reduzir as emissões. Lugnet recomendou a eletrificação dos fornos de tratamento térmico da Ovako, o que não era uma solução óbvia na época. Porém, o processo começou em 2014, com cada forno equipado com até 86 elementos de aquecimento metálicos Tubothal®. Hoje, 15 fornos de rolos foram eletrificados e estima-se que essa mudança economize cerca de 1.400 a 2.000 toneladas de CO2 por ano, por forno. Vários outros produtores de aço em todo o mundo também embarcaram na jornada rumo à descarbonização, eletrificando as linhas de recozimento e galvanização.

Enfrentando os desafios da eletrificação

Embora os benefícios do aquecimento elétrico sejam evidentes, a transição do gás para a eletricidade coloca desafios multifacetados que exigem uma análise cuidadosa e um planejamento estratégico. Chandrasekaran esclarece esses desafios e oferece insights sobre como superá-los.

"Um dos principais desafios na eletrificação da produção de aço reside na identificação de processos adequados para conversão. Embora certos processos possam ser facilmente passíveis de eletrificação, outros, como a Redução Direta de Ferro (DRI), apresentam complexidades únicas. As temperaturas inerentemente altas e as condições operacionais específicas do DRI exigem soluções de aquecimento elétrico especializadas, adaptadas para suportar os rigores do processo, mantendo a eficiência e a produtividade”, explica Chandrasekaran.

Além disso, a redefinição dos requisitos de energia elétrica e a garantia do acesso à eletricidade renovável são considerações críticas na eletrificação.

"Definir com precisão a eficiência da solução elétrica versus a eficiência da solução de gás não é fácil", admite Chandrasekaran, acrescentando que as empresas siderúrgicas tendem a ter conhecimento limitado do impacto que as mudanças na transferência de calor e na eficiência podem ter nas propriedades do produto final.

Embora possam ser feitos cálculos de engenharia térmica, estes apenas fornecerão uma imagem aproximada do resultado. "A única forma de obter uma previsão confiável é realizando testes – por exemplo, realizando uma conversão gradual de partes de uma zona de aquecimento ou convertendo-a zona por zona. Além disso, o usuário final deve garantir que haja energia elétrica suficiente disponível e que a fábrica tenha a infraestrutura necessária para distribuição aos fornos aquecidos eletricamente", diz Chandrasekaran.

Além disso, o sistema de controle de potência precisará ser reprojetado. “Com um forno a gás o sistema de controle pode ser bastante simples, mas executar uma solução elétrica pode ser mais complexo, você precisa entender como controlar e regular a potência dos elementos para evitar superaquecimento e maximizar a vida útil dos elementos”, Chandrasekaran acrescenta. "No entanto, a vantagem é que o controle de temperatura no forno será significativamente mais preciso ao usar aquecimento elétrico."

A partir de agora, o aquecimento eléctrico oferece a oportunidade de eliminar totalmente as emissões de CO2. Para que isso aconteça, o acesso à eletricidade renovável é essencial, mas não existe uma solução rápida.

O volume disponível e o custo variam muito de país para país. A boa notícia é que a maioria dos governos está trabalhando para resolver o problema. Entretanto, Chandrasekaran acredita que é apenas uma questão de tempo até que abandonar a energia baseada em combustíveis fósseis se torne menos uma escolha e mais uma obrigação.

"Em todo o mundo, os governos exigem que as empresas se afastem dos combustíveis fósseis e a maioria dos grandes produtores de aço procura formas de reduzir as emissões", diz ele. "Só eles podem tomar a decisão, mas, quando fizerem isso, teremos o conhecimento e a experiência para fazer a mudança para a eletricidade acontecer."

Apresentação do Prothal® TH

Agora, vamos discutir o que está por vir. As indústrias, especialmente no setor do ferro e aço, necessitam de aquecedores elétricos a gás de processo altamente eficientes e confiáveis ​​à escala de MW para reduzir significativamente a sua pegada de carbono. À medida que um processo como o DRI está gradualmente em transição do gás natural para o hidrogênio, a procura por soluções de aquecimento elétrico de gás de processo para aplicações industriais e pressurizadas está aumentando. No entanto, a escala MW carece de soluções elétricas comprovadamente robustas e seguras para aquecer vários gases de processo a altas temperaturas (800-1.100 °C ou 1.472-2.012 °F).

Para enfrentar esse desafio, em 2021, Kanthal e Nycast AB celebraram um contrato de licença exclusivo para tecnologia de aquecimento a gás para desenvolver aquecedores elétricos de alta eficiência em escala MW.

Essas soluções, que terão o nome de Prothal® TH, atendem a diversas indústrias, oferecendo versatilidade para acomodar diversos parâmetros de processos, como composições de gases, pressão operacional e vazões. Um teste recente no Swerim AB, um importante instituto de pesquisa industrial, em Luleå, Suécia, envolveu um aquecedor de gás de processo Prothal® TH de média escala.

Os testes, realizados com diversas composições de gases, como ar, nitrogênio e hidrogênio, demonstraram resultados impressionantes. A solução de aquecimento atingiu temperaturas de saída de gás de processo de até 1.050 °C (1.922 °F) sem problemas, apresentando desempenho robusto no tratamento de flutuações de entrada e ao mesmo tempo garantindo limites de segurança.

“Os resultados dos testes do nosso projeto atual de aquecedor elétrico a gás de processo são altamente promissores, apresentando notável eficiência energética, estabilidade operacional consistente e potencial para atingir temperaturas elevadas na saída de gás. Além disso, nosso aquecedor depende de subcomponentes críticos, como elementos de aquecimento elétrico, beneficiando-se de nossa ampla experiência em seu projeto, fabricação e operação", explica Thomas Helander, da equipe de P&D da Kanthal.

Embora seja necessária validação adicional para parâmetros operacionais em instalações maiores, esses testes representam um avanço significativo. Eles indicam que o portfólio em evolução da Kanthal tem potencial para descarbonizar uma ampla gama de aplicações e segmentos industriais. O gráfico de temperatura de entrada e saída de gás, juntamente com a potência elétrica e as vazões, demonstram a eficácia do aquecedor Prothal® TH.

O que o futuro reserva

Com o avanço da tecnologia, Kanthal prevê lançar aquecedores de processo nos próximos anos, com capacidades expandidas para testes e demonstração planejadas para 2024. Esta inovação não se limita à indústria siderúrgica; outros setores, incluindo a produção de cimento, poderão beneficiar desta tecnologia inovadora.

Conforme a indústria siderúrgica avança em direção a um futuro mais sustentável, não só reduz o impacto ambiental, mas também estabelece um exemplo inspirador a ser seguido por outros setores. Com as possibilidades existentes em eletrificação e inovações revolucionárias como o Prothal® TH no horizonte, a perspectiva de uma descarbonização generalizada parece bem ao nosso alcance. Ao abraçar a eletrificação e unir forças em iniciativas colaborativas, a indústria siderúrgica não está apenas se adaptando à mudança, mas liderando o caminho para um futuro mais verde e mais resiliente.