تُستخدم آلة إزالة الغازات من الألومنيوم باستخدام النيتروجين للتحكم في محتوى الهيدروجين والمعادن القلوية والشوائب في الألومنيوم المنصهر قبل الصب. وخلال العشرين عامًا الماضية، شهدت آلات إزالة الغازات من الألومنيوم باستخدام النيتروجين تطورًا شاملاً.
قابلية ذوبان الهيدروجين والمعلمات المؤثرة: يكون الألومنيوم المنصهر دائمًا في حالة توازن مع الهيدروجين الغازي الموجود في الغلاف الجوي والهيدروجين الموجود في الألومنيوم المنصهر. لكن الضغط الجزئي (أو الكمية) للهيدروجين في الغلاف الجوي لا يكاد يكون له أي تأثير. يأتي الهيدروجين من بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي، والذي يميل إلى التفاعل مع الألومنيوم السائل لتكوين نواتج تفاعل مشكوك فيها، وهما أكسيد الألومنيوم (الشوائب) والهيدروجين (الغازات).
يواجه الألومنيوم مشكلة مع الهيدروجين، ليس لأنه قابل للذوبان بشكل خاص في الألومنيوم السائل، بل لأنه غير قابل للذوبان بشكل خاص في الألومنيوم الصلب، لذا فإنه يترسب من المحلول أثناء التصلب. وتعتمد قابلية الذوبان بشكل أساسي على درجة حرارة الألومنيوم.
تتطلب آلة إزالة الغازات من الألومنيوم باستخدام النيتروجين إزالة الهيدروجين من المادة المنصهرة قبل شطفها بغاز النيتروجين الخامل. ويُعد فهم آليات إزالة الهيدروجين أمرًا بالغ الأهمية لتحديد العوامل التي تؤثر على طرق الإزالة المثلى والتأثير عليها.
يُذوّب الهيدروجين الذري في الألومنيوم السائل ويُوزَّع بشكل متساوٍ. وعندما تُدخل فقاعات من الغاز الخامل الجاف إلى المادة المنصهرة، يكون الضغط الجزئي الداخلي للهيدروجين قريبًا من الصفر.
في فقاعات النيتروجين، يتحقق التوازن الموضعي بسرعة بين تركيز الهيدروجين والضغط الجزئي للهيدروجين.
معدل انتشار الهيدروجين من الطبقة الرئيسية إلى الطبقة الحدودية محدود، في حين أن معدل إعادة تجميع الهيدروجين من ذرات إلى جزيئات سريع جدًّا.
يزداد تركيز الهيدروجين في الفقاعات مع صعودها إلى سطح المادة المنصهرة. ولا يعتمد معدل انتقال الهيدروجين على معدل الانتشار فحسب، بل يعتمد أيضًا على المساحة الكلية لسطح التلامس للفقاعة. وتتميز الغازات الخاملة بمساحات تلامس كبيرة بالنسبة للفقاعات الأصغر حجمًا.
بالإضافة إلى ذلك، كلما صغرت الفقاعات، بقيت كل فقاعة في المادة المنصهرة لفترة أطول. ويرجع ذلك إلى انخفاض السرعة النهائية، مما يطيل من وقت انتقال الهيدروجين. وكلما زادت عمق منطقة التفاعل، زاد الوقت اللازم للوصول إلى حالة التوازن، لأن الفقاعات تبقى في المادة المنصهرة لفترة أطول قبل أن تصل إلى السطح.
لذلك، يجب أن تنتج آلة إزالة الغازات من الألومنيوم باستخدام النيتروجين أصغر فقاعات ممكنة في قاع وعاء المعالجة. ويتحقق ذلك عند سرعات عالية للدوار؛ كما يتم خلط المادة المنصهرة للحصول على توزيع متجانس للهيدروجين.
تطور أنظمة إزالة الغازات الدوارة تُحلّ هذه التقنية التي تستخدم الدوارات مشكلة عدم كفاية توزيع الغاز وتوفر فقاعات يتراوح قطرها بين 3 و10 ملم.
