2024-06-11 10:56:54
Tests de matériaux pour garantir la durée de vie
Four industriel chauffé électriquement à l’aciérie Kanthal à Hallstahammar, en Suède. (Source de l’image : Kanthal)
La conversion des processus thermiques et de la technologie des systèmes dans les industries à forte intensité énergétique vers des technologies à réduction de CO2 est associée à des défis auxquels les fabricants et les exploitants de systèmes de traitement thermique doivent actuellement faire face. L’électrification des processus de chauffage des fours industriels pourrait contribuer à réduire la dépendance aux combustibles fossiles tout en réduisant les émissions de CO2 liées aux processus de combustion. Cependant, tant l’utilisation d’électricité renouvelable pour électrifier les processus que le fonctionnement hybride de fours industriels avec électricité et hydrogène soulèvent de nouvelles questions, comme par exemple la sollicitation des matériaux utilisés dans la construction des fours. L’Institut de recherche Dechema et le OWI Science for Fuels gGmbH dans le projet de recherche actuel « MatELHeat ».
Le projet aborde les problèmes matériels liés à l’utilisation de matériaux métalliques chauffants dans le chauffage par résistance des fours industriels. Des concepts de matériaux conventionnels et innovants sont examinés et développés. La durée de vie des éléments chauffants diminue à mesure que la température du conducteur chauffant augmente. Par exemple, dans la plage de température de 1 100 °C à 1 300 °C dans l’air sec, une augmentation de la température du conducteur chauffant de 50 °C entraîne une réduction de la durée de vie relative d’environ 50 %. Pour diverses raisons, les éléments chauffants métalliques sont préférés pour des températures dans l’enceinte du four allant jusqu’à 1 200 °C. À des températures élevées, les processus d’oxydation ou de corrosion sont généralement à l’origine d’une défaillance des conducteurs chauffants.
Vieillissement et durée de vie des matériaux sur banc d’essai
Le projet vise à tester la corrosion et le vieillissement des matériaux des éléments chauffants à résistance à l’aide d’essais de corrosion adaptés. A cet effet, un banc d’essai est prévu et construit et un autre est adapté. Lors du fonctionnement hybride d’installations de traitement thermique avec électricité et hydrogène à des températures élevées ou des puissances comprises entre 1 MWel et 10 MWel, des atmosphères peuvent se développer dans la chambre du four dont l’influence sur le vieillissement des matériaux n’est pas encore connue. Les tests se concentrent donc sur les considérations de vieillissement et de durée de vie.
Les résultats du projet sont utilisés pour développer des modèles décrivant le transfert de chaleur, la durée de vie et la dégradation (réduction des performances). Les modèles sont mis à la disposition des utilisateurs industriels afin qu’ils puissent optimiser et adapter les opérations pour accroître l’efficacité. L’adéquation des alliages métalliques conventionnels et innovants comme conducteurs chauffants pour le chauffage par résistance hybride est testée dans le laboratoire des fours dans des conditions d’essai proches de celles du fonctionnement des fours industriels à électricité et à hydrogène. Cela permet à l’utilisateur industriel de sélectionner les sources d’énergie afin de pouvoir adapter de manière flexible le chauffage à la disponibilité et aux coûts des sources d’énergie.
MatELHeat est l’un des trois sous-projets dont les résultats de recherche visent à développer des lignes directrices pour la conception optimisée des éléments chauffants à résistance dans les systèmes de traitement thermique. Alors que MatELHeat s’efforce d’améliorer la conception des matériaux, « HighPowerHeat » vise à augmenter la puissance absorbée et « OptiELHeat » vise à optimiser le transfert de chaleur.
Le projet IGF 68 LN de l’association de recherche Forschungskuratorium Maschinenbau e. V. – FKM, Lyoner Str. 18, 60528 Francfort-sur-le-Main, est financé par l’AiF dans le cadre du programme de promotion de la recherche et du développement industriels collaboratifs (IGF) du ministère fédéral de l’Économie et de la Protection du climat sur la base d’une résolution du le Bundestag allemand.
Source de l’image : Kanthal
OWI Science for Fuels gGmbH est une institution de recherche indépendante et à but non lucratif. En collaboration avec des partenaires de l’industrie et de la recherche, OWI recherche et développe des concepts et des technologies dans les domaines de l’utilisation économe en énergie des carburants et carburants liquides conventionnels et alternatifs ainsi que des technologies d’efficacité innovantes. L’objectif est de trouver des solutions techniquement sophistiquées, à faible émission de gaz à effet de serre et à faibles émissions pour la production de chaleur et la mobilité de demain. OWI est un institut affilié au RWTH Aix-la-Chapelle et se considère comme un intermédiaire entre la recherche fondamentale et l’application. Dans le cadre du transfert de technologie, OWI traite des projets financés par des fonds publics ainsi que des contrats de recherche industrielle. Parmi nos clients figurent, par exemple, des fabricants de systèmes de chauffage domestique, des entreprises du secteur des équipements automobiles, de l’industrie pétrolière et de la technologie des procédés thermiques.
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