La machine de dégazage à l'azote sert à contrôler la teneur en hydrogène, en métaux alcalins et en inclusions dans la masse d'aluminium fondu avant la coulée.
Au cours des 20 dernières années, le dégazage à l'azote pour l'aluminium a fait l'objet de recherches approfondies.
La solubilité de l'hydrogène et les paramètres qui l'influencent interagissent toujours avec l'atmosphère, créant ainsi un équilibre entre l'hydrogène gazeux présent dans l'air et l'hydrogène présent dans l'aluminium fondu. Cependant, la pression partielle (ou la teneur) en hydrogène dans l'atmosphère n'a pratiquement aucune incidence. Par conséquent, l'hydrogène provient de la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère, qui réagit facilement avec l'aluminium liquide pour produire deux produits de réaction problématiques, à savoir l'alumine (inclusions) et l'hydrogène (gaz).
Le problème lié à la présence d'hydrogène dans l'aluminium ne tient pas au fait que celui-ci soit particulièrement soluble dans l'aluminium liquide, mais au fait qu'il soit particulièrement insoluble dans l'aluminium solide ; l'hydrogène va donc se précipiter hors de la solution lors de la solidification. La machine de dégazage de l'aluminium à l'azote doit éliminer l'hydrogène de la masse fondue avant de purger celle-ci avec de l'azote, un gaz inerte.
Il est essentiel de bien comprendre le mécanisme d'élimination de l'hydrogène pour identifier et influencer les facteurs qui déterminent la meilleure méthode d'élimination.
L'hydrogène atomique est dissous dans l'aluminium liquide et réparti uniformément. Lorsque les bulles inertes sèches sont introduites dans la masse fondue, la pression partielle interne d'hydrogène est pratiquement nulle. Dans la bulle d’azote, un équilibre local s’établit rapidement entre la concentration en H et la pression partielle de H dans la couche limite de la masse fondue. La vitesse de diffusion de l’hydrogène depuis la masse fondue vers la couche limite est limitée, et la recombinaison de l’hydrogène, passant de l’état atomique à l’état moléculaire, est très rapide. La concentration en hydrogène dans les bulles augmente à mesure qu’elles remontent vers la surface du bain fondu. La vitesse de transfert de l’hydrogène dépend non seulement de la vitesse de diffusion, mais aussi de la surface totale de l’interface des bulles. Un débit donné de gaz inerte présente une plus grande surface d’interface et permet la formation de bulles plus petites.
De plus, avec la diminution du nombre de bulles, le temps de séjour de chaque bulle dans la masse fondue s'allonge. Cela s'explique par la diminution de la vitesse terminale, ce qui allonge le temps de transport de l'hydrogène. Des zones de réaction plus profondes permettent de disposer de plus de temps pour atteindre l'équilibre, car les bulles restent plus longtemps dans la masse fondue avant d'atteindre la surface. Par conséquent, le dégazeur d'azote pour l'aluminium doit produire un minimum de bulles au fond de la cuve de traitement.
Ce résultat est obtenu à des vitesses de rotor élevées. La masse fondue est également mélangée afin d’obtenir une répartition homogène de l’hydrogène. Le traitement par pistolet de pulvérisation marque le début du dégazage industriel, mais ce procédé produit généralement de grosses bulles dont le diamètre est compris entre 10 et 50 mm. La taille des bulles présente une grande variabilité et l’homogénéité de la masse fondue est limitée. Les briques poreuses, qu’elles soient raccordées à la sortie de la lance ou au fond du four, produisent des bulles fines d’un diamètre de 10 à 20 mm, mais même avec celles-ci, l’homogénéisation et la répartition des bulles ne sont pas optimales. Enfin, le développement du système à jet rotatif avec rotor a résolu le problème de la distribution insuffisante du gaz et a permis d’obtenir des bulles dont le diamètre est compris entre 3 et 10 mm.