Le rotor est le composant fonctionnel central de l'équipement de dégazage par jet rotatif, et sa conception structurelle et ses propriétés matérielles déterminent directement l'effet de raffinage des bulles, la forme du champ d'écoulement du métal en fusion et l'efficacité finale du dégazage. La structure du rotor des équipements immergés est principalement divisée en deux catégories : le type à cisaillement centrifuge à rotor pur et le type à guidage composite stator-rotor ; Le matériau forme deux systèmes courants : la céramique de graphite et de nitrure de silicium.

1. Types structurels et différences de performance des rotors

Les buses à rotor pur, également appelées rotors à cisaillement centrifuge, ont un corps rotatif avec des ailettes ou des rainures. Le gaz inerte est introduit par le conduit d'air central du rotor et pulvérisé par les trous d'air inférieurs ou latéraux du rotor ; En s'appuyant sur les forces centrifuges et de cisaillement générées par la rotation à grande vitesse du rotor, le flux d'air continu est déchiré en petites bulles, tout en entraînant le métal en fusion pour créer un flux circulaire. Les structures courantes comprennent le type à roue, le type poreux, le type à turbine, etc., qui sont les configurations de base les plus utilisées dans l'industrie.

Ses avantages résident dans :

• une structure simple, une faible difficulté de fabrication et des coûts d'achat et de remplacement bas ;
• Le rotor a une forte force d'agitation, une vitesse de circulation du métal en fusion rapide et une bonne adaptabilité aux métaux en fusion à haute viscosité et à haute teneur en inclusions ;
• Le canal d'écoulement est ouvert et n'est pas facilement bloqué par le laitier flottant, ce qui est favorable à la ligne de production pour la fusion de déchets sales et à forte teneur en laitier, et a un long cycle de nettoyage et de maintenance.

Les limitations se reflètent dans trois aspects :

• premièrement, l'uniformité de la taille des bulles est généralement moyenne, avec certaines grosses bulles qui remontent rapidement et ont un temps de contact gaz-liquide court, ce qui limite l'amélioration supplémentaire de l'efficacité du dégazage ;
• Le deuxième problème est que le flux du métal en fusion est principalement un flux circulaire horizontal, avec des trajectoires courtes pour la remontée des bulles et certaines bulles s'échappant rapidement de la surface du liquide, ce qui entraîne une libération insuffisante du potentiel de transfert de masse ;
• Troisièmement, une forte agitation peut facilement perturber la surface du liquide, aspirer de l'air et du laitier flottant en surface, ce qui peut en fait exacerber la pollution par oxydation et inclusion du métal en fusion.

La structure composite stator-rotor ajoute un couvercle de guidage stator fixe autour du rotor rotatif, et le stator a des trous de guidage ou des ailettes de guidage régulièrement disposés. Le mélange gaz-liquide éjecté par le rotor subit d'abord un cisaillement secondaire et un guidage de flux par le stator, et le gaz est davantage dispersé en microbulles plus uniformes. Dans le même temps, le stator guide le métal en fusion pour former un flux de circulation axial ascendant et descendant, prolongeant considérablement le temps de séjour des bulles dans le métal en fusion et augmentant la surface de contact gaz-liquide.

L'avantage principal de cette structure est une efficacité de purification élevée :

• l'effet de raffinage des bulles est meilleur, la taille est plus petite et la distribution est plus uniforme, la surface spécifique gaz-liquide est plus grande, l'efficacité du transfert de masse est considérablement améliorée, et l'efficacité du dégazage est supérieure de 15 % à 25 % à celle du type à rotor pur dans les mêmes conditions de fonctionnement ;
• Le champ de circulation axial prolonge considérablement la trajectoire ascendante des bulles, prolonge le temps de contact gaz-liquide et utilise pleinement le potentiel de purification des gaz inertes ;
• Dans le même temps, le flux de surface du métal en fusion est plus lisse, réduisant le risque d'oxydation secondaire et d'entraînement de laitier causés par la perturbation du niveau du liquide, et la quantité de laitier flottant produite est plus faible.

Ses inconvénients sont :

• la structure à double couche du stator et du rotor est complexe, une grande précision d'usinage est requise, et le coût de fabrication est considérablement plus élevé que celui du rotor pur ;
• L'espace entre le stator et le rotor est étroit, ce qui le rend facile à bloquer par le laitier flottant et le laitier d'oxyde. Des arrêts et nettoyages réguliers sont nécessaires, et la fréquence de maintenance est plus élevée ;
• Les exigences élevées en matière de propreté du métal en fusion et de déchets à forte teneur en laitier peuvent facilement entraîner une défaillance du laitier du stator, ce qui le rend inadapté aux lignes de production d'aluminium recyclé qui utilisent principalement des déchets d'aluminium fortement pollués comme matière première.

2. Différences entre les types de matériaux de rotor et leurs performances

Le rotor fonctionne dans un bain d'aluminium à haute température de 700 à 750 °C pendant une longue période, et est soumis à l'érosion du liquide d'aluminium, aux chocs thermiques et à la corrosion chimique. Les propriétés du matériau déterminent directement la durée de vie et la stabilité opérationnelle du rotor. Actuellement, les matériaux de rotor courants dans l'industrie sont divisés en deux catégories : le graphite et la céramique de nitrure de silicium.

Les rotors en graphite sont généralement traités et formés à l'aide de graphite pressé isostatique de haute résistance et de haute densité, et la surface est généralement traitée avec une imprégnation anti-oxydation, ce qui en fait le matériau de rotor le plus utilisé actuellement. Ses avantages sont très marqués :

• excellentes performances de traitement, capable de traiter des ailettes et des structures de canaux d'écoulement complexes, adapté à divers schémas de conception de rotor ;
• Faible coût, avec un prix unitaire de seulement 1/5 à 1/3 de celui des rotors en nitrure de silicium, et faibles coûts d'exploitation pour les consommables ;
• Faible densité et poids léger, faibles exigences pour la charge du moteur d'entraînement, forte adaptabilité pour la modification de l'équipement ;
• Bonne résistance aux chocs thermiques, moins susceptible d'exploser dans des conditions de travail alternées à froid et à chaud, et haute tolérance aux défauts.
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Les inconvénients sont également évidents :

• la résistance à l'oxydation à haute température est limitée, et le graphite au-dessus de 700 °C continuera à s'oxyder et à perdre de l'oxygène dans l'air. La durée de vie des rotors en graphite ordinaires n'est généralement que de 1 à 3 mois, et les remplacements fréquents affecteront la continuité de la production ;
• Le détachement de particules de graphite peut entrer dans le métal en fusion et former des inclusions de carbone, présentant un risque de pollution pour les alliages d'aluminium propres haut de gamme ;
• La résistance globale est relativement faible, et en cas de collision ou de slagging inégal lors de la rotation à grande vitesse, il est facile de provoquer des ruptures d'arbre et des fractures d'ailette.

Le rotor en nitrure de silicium (Si₃N₄) est une céramique structurelle à base de nitrure de silicium, préparée par frittage par réaction ou frittage par pressage à chaud. Il possède d'excellentes propriétés mécaniques à haute température et une résistance à la corrosion par l'aluminium liquide, et est le matériau de rotor préféré pour la production d'alliages d'aluminium propres haut de gamme. Ses avantages sont concentrés sur une longue durée de vie et une grande propreté :

• sa capacité à résister aux hautes températures et à la corrosion par l'aluminium est bien meilleure que celle du graphite, et il réagit à peine avec l'aluminium à haute température. Sa durée de vie normale peut atteindre 6 à 18 mois, réduisant considérablement la fréquence de remplacement et améliorant l'efficacité de la production continue ;
• Le matériau est pur et n'introduit pas d'impuretés de carbone ou de métal dans le métal en fusion, répondant pleinement aux exigences de pureté des alliages d'aluminium propres haut de gamme ;
• Haute résistance à haute température, résistant à l'usure et à l'érosion, capable de supporter des vitesses de rotation plus élevées, un effet de raffinage des bulles plus stable, et une dégradation minimale des performances à long terme.
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Les principaux inconvénients résident dans le coût et la fragilité :

• coûts de fabrication élevés, matières premières et procédés de frittage complexes, et investissement initial important ;
• Les matériaux céramiques ont une fragilité élevée, une faible résistance aux chocs thermiques, et sont sujets à la fissuration, voire à la fragmentation, en raison d'un refroidissement, d'un chauffage et d'un impact mécanique rapides. Ils nécessitent des normes d'installation et d'exploitation strictes ;
• La difficulté de former des structures complexes est élevée, et le degré de liberté dans la conception du rotor est inférieur à celui des matériaux en graphite ;
• Une fois qu'une fracture se produit et ne peut pas être réparée, le coût global de mise au rebut est relativement élevé.