Установка для дегазации алюминия азотом используется для регулирования содержания водорода, щелочных металлов и включений в расплаве алюминия перед литьем. За последние двадцать лет технологии азотной дегазации алюминия получили всестороннее развитие.
Растворимость водорода и влияющие на неё параметры: расплав алюминия всегда находится в равновесии с газообразным водородом в атмосфере и водородом в расплаве алюминия. Однако парциальное давление (или количество) водорода в атмосфере практически не имеет значения. Водород поступает из водяного пара в атмосфере, который имеет тенденцию вступать в реакцию с жидким алюминием с образованием двух проблемных продуктов реакции: оксида алюминия (включений) и водорода (газов).
У алюминия возникает проблема с водородом не потому, что он особенно хорошо растворяется в жидком алюминии, а потому, что он практически не растворяется в твёрдом алюминии, поэтому при затвердевании он выделяется из раствора. Растворимость зависит в первую очередь от температуры алюминия.
Установка для дегазации алюминия с использованием азота предполагает удаление водорода из расплава перед его промывкой инертным азотом. Понимание механизмов удаления водорода имеет решающее значение для выявления и регулирования факторов, влияющих на выбор оптимальных методов удаления.
Атомарный водород растворяется в жидком алюминии и равномерно распределяется. При введении в расплав пузырьков сухого инертного газа внутреннее парциальное давление водорода практически равно нулю.
В пузырьках азота быстро устанавливается локальное равновесие между концентрацией водорода и его парциальным давлением.
Скорость диффузии водорода из основного слоя в пограничный слой ограничена, а скорость рекомбинации водорода из атомов в молекулы очень высока.
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. Инертные газы обладают большой площадью границы раздела при меньших размерах пузырьков.
Кроме того, по мере уменьшения размера пузырьков каждый из них дольше задерживается в расплаве. Это связано с тем, что конечная скорость уменьшается, в результате чего время переноса водорода увеличивается. Чем глубже находится зона реакции, тем дольше длится процесс достижения равновесия, поскольку пузырьки дольше задерживаются в расплаве, прежде чем достигнут поверхности.
Поэтому установка для дегазации алюминия азотом должна обеспечивать образование мельчайших пузырьков на дне технологической емкости. Это достигается за счет высоких скоростей вращения ротора; кроме того, расплав перемешивается для обеспечения равномерного распределения водорода.
Развитие ротационные системы дегазации с роторами решает проблему недостаточного распределения газа и обеспечивает образование пузырьков диаметром от 3 до 10 мм.
