Установка для дегазации азотом используется для регулирования содержания водорода, щелочных металлов и включений в расплаве алюминия перед литьем.
За последние 20 лет азотная дегазация для алюминия была разработана всесторонняя методика.
Растворимость водорода и влияющие на неё параметры всегда взаимодействуют с атмосферой, образуя таким образом равновесие между газообразным водородом в воздухе и водородом в расплаве алюминия. Однако парциальное давление (или содержание) водорода в атмосфере практически не имеет значения. Следовательно, водород поступает из водяного пара в атмосфере, который легко вступает в реакцию с жидким алюминием с образованием двух проблемных продуктов реакции, а именно: оксида алюминия (включений) и водорода (газа).
Проблема, связанная с наличием водорода в алюминии, заключается не в том, что он особенно хорошо растворяется в жидком алюминии, а в том, что он практически не растворяется в твёрдом алюминии, в результате чего во время затвердевания водород выпадает из раствора в виде осадка. Установка для дегазации алюминия азотом должна удалить водород из расплава перед его продувкой инертным газом — азотом.
Понимание механизма удаления водорода имеет большое значение для определения и регулирования факторов, влияющих на выбор наиболее эффективного метода удаления.
Атомарный водород растворяется в жидком алюминии и равномерно распределяется. При введении сухих инертных пузырьков в расплав внутреннее парциальное давление водорода практически равно нулю. В пузырьке азота в пограничном слое расплава быстро устанавливается локальное равновесие между концентрацией водорода и его парциальным давлением. Скорость диффузии водорода из пузырька в пограничный слой ограничена, а рекомбинация водорода из атомов в молекулы происходит очень быстро. Концентрация водорода в пузырьках увеличивается по мере их подъема к поверхности расплава. Скорость переноса водорода зависит не только от скорости диффузии, но и от общей площади границы раздела пузырьков. При заданном расходе инертного газа площадь границы раздела увеличивается, что позволяет образовывать пузырьки меньшего размера.
Кроме того, с уменьшением количества пузырьков время пребывания каждого пузырька в расплаве увеличивается. Это связано с уменьшением конечной скорости, что приводит к увеличению времени переноса водорода. Более глубокие зоны реакции дают больше времени для достижения равновесия, поскольку пузырьки дольше остаются в расплаве, прежде чем достигнут поверхности. Поэтому установка для дегазации алюминия от азота должна образовывать минимальное количество пузырьков на дне технологической емкости.
Это достигается при высоких скоростях вращения ротора. Расплав также перемешивается для обеспечения равномерного распределения водорода. Обработка с помощью распылительного пистолета является начальным этапом промышленной дегазации, однако при этом обычно образуются крупные пузыри диаметром от 10 до 50 мм. Размеры пузырей варьируются в широких пределах, а однородность расплава остается ограниченной. Пористые кирпичи, независимо от того, присоединены ли они к выходу фурмы или к дну печи, образуют мелкие пузырьки диаметром от 10 до 20 мм, но даже при их использовании однородность и распределение пузырьков остаются неоптимальными. Наконец, разработка системы роторной струи с ротором решила проблему недостаточного распределения газа и обеспечила образование пузырьков диаметром в диапазоне 3–10 мм.