Ο ρότορας είναι το βασικό λειτουργικό εξάρτημα του εξοπλισμού περιστροφικής εκτόνωσης αερίων, και ο δομικός σχεδιασμός και οι ιδιότητες του υλικού του καθορίζουν άμεσα το αποτέλεσμα καθαρισμού των φυσαλίδων, το σχήμα του πεδίου ροής του τήγματος και την τελική απόδοση εκτόνωσης αερίων. Η δομή του ρότορα του βυθιζόμενου εξοπλισμού χωρίζεται κυρίως σε δύο κατηγορίες: τύπου καθαρού ρότορα φυγοκεντρικής διάτμησης και τύπου σύνθετου οδηγού στάτορα-ρότορα· Το υλικό σχηματίζει δύο κύρια συστήματα: γραφίτη και κεραμικό νιτριδίου του πυριτίου.

1. Δομικοί τύποι και διαφορές απόδοσης ρότορων

Οι ακροφύσια καθαρού ρότορα, γνωστά και ως ρότορες φυγοκεντρικής διάτμησης, έχουν περιστρεφόμενο σώμα με πτερύγια ή αυλακώσεις. Το αδρανές αέριο εισάγεται από την κεντρική αεραγωγό του ρότορα και εκτοξεύεται από τις κάτω ή πλευρικές οπές αερίου του ρότορα· Βασιζόμενη στις φυγοκεντρικές δυνάμεις και τις δυνάμεις διάτμησης που παράγονται από την περιστροφή υψηλής ταχύτητας του ρότορα, η συνεχής ροή αέρα διασπάται σε μικρές φυσαλίδες, ενώ οδηγεί το τήγμα για κυκλική ροή. Κοινές δομές περιλαμβάνουν τύπου πτερωτής, πορώδους τύπου, τύπου τουρμπίνας κ.λπ., οι οποίες είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες βασικές διαμορφώσεις στη βιομηχανία.

Τα πλεονεκτήματά του έγκεινται σε:

• απλή δομή, χαμηλή δυσκολία κατασκευής και χαμηλό κόστος αγοράς και αντικατάστασης·
• Ο ρότορας έχει ισχυρή δύναμη ανάδευσης, γρήγορη ταχύτητα κυκλοφορίας τήγματος και καλή προσαρμοστικότητα σε τήγματα υψηλού ιξώδους και υψηλής περιεκτικότητας σε εγκλείσματα·
• Το κανάλι ροής είναι ανοιχτό και δεν μπλοκάρεται εύκολα από επιπλέοντα σκουριά, κάτι που είναι φιλικό προς τη γραμμή παραγωγής για την τήξη βρώμικων αποβλήτων με υψηλή περιεκτικότητα σε σκουριά, και έχει μεγάλο κύκλο καθαρισμού και συντήρησης.

Οι περιορισμοί του αντικατοπτρίζονται σε τρεις πτυχές:

• πρώτον, η ομοιομορφία του μεγέθους των φυσαλίδων είναι γενικά μέτρια, με κάποιες μεγάλες φυσαλίδες που ανεβαίνουν γρήγορα και έχουν σύντομο χρόνο επαφής αερίου-υγρού, γεγονός που περιορίζει την περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης εκτόνωσης αερίων·
• Το δεύτερο ζήτημα είναι ότι η ροή του τήγματος κυρίως σε οριζόντια κυκλική ροή, με σύντομες διαδρομές για την άνοδο των φυσαλίδων και κάποιες φυσαλίδες που διαφεύγουν γρήγορα από την επιφάνεια του υγρού, με αποτέλεσμα ανεπαρκή απελευθέρωση δυναμικού μεταφοράς μάζας·
• Τρίτον, η ισχυρή ανάδευση μπορεί εύκολα να διαταράξει την επιφάνεια του υγρού, να αναρροφήσει αέρα και επιπλέοντα σκουριά της επιφάνειας, κάτι που μπορεί στην πραγματικότητα να επιδεινώσει την οξείδωση και τη μόλυνση του τήγματος από εγκλείσματα.

Η σύνθετη δομή στάτορα-ρότορα προσθέτει ένα σταθερό κάλυμμα οδηγού στάτορα γύρω από τον περιστρεφόμενο ρότορα, και ο στάτορας έχει κανονικά διατεταγμένες οπές οδηγού ή πτερύγια οδηγού. Το μείγμα αερίου-υγρού που εκτοξεύεται από τον ρότορα υφίσταται πρώτα δευτερογενή διάτμηση και καθοδήγηση ροής από τον στάτορα, και το αέριο διασπείρεται περαιτέρω σε πιο ομοιόμορφες μικροφυσαλίδες. Ταυτόχρονα, ο στάτορας καθοδηγεί το τήγμα για να σχηματίσει μια αξονική άνω και κάτω κυκλοφοριακή ροή, παρατείνοντας σημαντικά τον χρόνο παραμονής των φυσαλίδων στο τήγμα και αυξάνοντας την περιοχή επαφής αερίου-υγρού.

Το βασικό πλεονέκτημα αυτής της δομής είναι υψηλή απόδοση καθαρισμού:

• το αποτέλεσμα καθαρισμού των φυσαλίδων είναι καλύτερο, το μέγεθος είναι μικρότερο και η κατανομή είναι πιο ομοιόμορφη, η ειδική επιφάνεια αερίου-υγρού είναι μεγαλύτερη, η απόδοση μεταφοράς μάζας βελτιώνεται σημαντικά, και η απόδοση εκτόνωσης αερίων είναι 15% έως 25% υψηλότερη από αυτή του καθαρού τύπου ρότορα υπό τις ίδιες συνθήκες λειτουργίας·
• Το αξονικό κυκλοφοριακό πεδίο ροής επεκτείνει σημαντικά τη διαδρομή ανόδου των φυσαλίδων, παρατείνει τον χρόνο επαφής αερίου-υγρού και αξιοποιεί πλήρως το δυναμικό καθαρισμού των αδρανών αερίων·
• Ταυτόχρονα, η επιφανειακή ροή του τήγματος είναι πιο ομαλή, μειώνοντας τον κίνδυνο δευτερογενούς οξείδωσης και παγίδευσης σκουριάς που προκαλείται από τη διαταραχή της στάθμης του υγρού, και η ποσότητα επιπλέοντων σκουριάς που παράγεται είναι χαμηλότερη.

Τα μειονεκτήματά του είναι:

• η διπλή δομή στάτορα και ρότορα είναι πολύπλοκη, απαιτείται υψηλή ακρίβεια μηχανουργικής κατεργασίας, και το κόστος κατασκευής είναι σημαντικά υψηλότερο από αυτό του καθαρού ρότορα·
• Το κενό μεταξύ του στάτορα και του ρότορα είναι στενό, καθιστώντας εύκολο να μπλοκαριστεί από επιπλέοντα σκουριά και οξειδωμένη σκουριά. Απαιτούνται τακτικές διακοπές λειτουργίας και καθαρισμός, και η συχνότητα συντήρησης είναι υψηλότερη·
• Η υψηλή απαίτηση για καθαρότητα τήγματος και απόβλητα με υψηλή περιεκτικότητα σε σκουριά μπορούν εύκολα να προκαλέσουν αστοχία εναπόθεσης σκουριάς στον στάτορα, καθιστώντας τον ακατάλληλο για γραμμές παραγωγής ανακυκλωμένου αλουμινίου που χρησιμοποιούν κυρίως βαριά μολυσμένα απόβλητα αλουμινίου ως πρώτη ύλη.

2. Διαφορές στους τύπους υλικών ρότορων και στην απόδοση

Ο ρότορας λειτουργεί σε τήγμα αλουμινίου υψηλής θερμοκρασίας στους 700-750 °C για μεγάλο χρονικό διάστημα, και υπόκειται σε διάβρωση από υγρό αλουμίνιο, θερμικό σοκ και χημική διάβρωση. Οι ιδιότητες του υλικού καθορίζουν άμεσα τη διάρκεια ζωής και τη λειτουργική σταθερότητα του ρότορα. Επί του παρόντος, τα κύρια υλικά ρότορων στη βιομηχανία χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: γραφίτη και κεραμικό νιτριδίου του πυριτίου.

Οι ρότορες γραφίτη συνήθως επεξεργάζονται και διαμορφώνονται χρησιμοποιώντας γραφίτη ισοστατικής πίεσης υψηλής αντοχής και υψηλής πυκνότητας, και η επιφάνεια συνήθως υποβάλλεται σε επεξεργασία εμποτισμού κατά της οξείδωσης, καθιστώντας τον το μεγαλύτερο υλικό ρότορα που διατίθεται επί του παρόντος. Τα πλεονεκτήματά του είναι πολύ εμφανή:

• εξαιρετική απόδοση επεξεργασίας, ικανότητα επεξεργασίας σύνθετων πτερυγίων και δομών καναλιών ροής, κατάλληλο για διάφορα σχέδια ρότορων·
• Χαμηλό κόστος, με τιμή μονάδας μόνο 1/5~1/3 των ρότορων νιτριδίου του πυριτίου, και χαμηλό λειτουργικό κόστος αναλωσίμων·
• Χαμηλή πυκνότητα και ελαφρύ βάρος, χαμηλές απαιτήσεις για το φορτίο του κινητήρα κίνησης, ισχυρή προσαρμοστικότητα για τροποποίηση εξοπλισμού·
• Καλή αντοχή σε θερμικό σοκ, λιγότερο πιθανό να εκραγεί υπό εναλλασσόμενες συνθήκες ψυχρής και θερμής λειτουργίας, και υψηλή ανεκτικότητα σε σφάλματα.
• 

Τα μειονεκτήματα είναι επίσης εμφανή:

• η αντοχή στην οξείδωση σε υψηλή θερμοκρασία είναι περιορισμένη, και ο γραφίτης πάνω από 700 °C θα συνεχίσει να οξειδώνεται και να χάνει οξυγόνο στον αέρα. Η διάρκεια ζωής των συνηθισμένων ρότορων γραφίτη είναι συνήθως μόνο 1-3 μήνες, και η συχνή αντικατάσταση θα επηρεάσει τη συνέχεια της παραγωγής·
• Η αποκόλληση σωματιδίων γραφίτη μπορεί να εισέλθει στο τήγμα και να σχηματίσει εγκλείσματα άνθρακα, αποτελώντας κίνδυνο μόλυνσης για κράματα αλουμινίου υψηλής καθαρότητας·
• Η συνολική αντοχή είναι σχετικά χαμηλή, και εάν υπάρχει σύγκρουση ή άνιση εναπόθεση σκουριάς κατά την περιστροφή υψηλής ταχύτητας, είναι εύκολο να προκληθούν βλάβες σπασίματος άξονα και θραύσης πτερυγίου.

Ο ρότορας νιτριδίου του πυριτίου (Si₃N₄) είναι ένα δομικό κεραμικό με βάση το νιτρίδιο του πυριτίου, το οποίο παρασκευάζεται με διαδικασία αντίδρασης πυροσυσσωμάτωσης ή πυροσυσσωμάτωσης με θερμή πίεση. Έχει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες σε υψηλή θερμοκρασία και αντοχή στη διάβρωση από υγρό αλουμίνιο, και είναι το προτιμώμενο υλικό ρότορα για την παραγωγή κραμάτων αλουμινίου υψηλής καθαρότητας. Τα πλεονεκτήματά του συγκεντρώνονται σε μεγάλη διάρκεια ζωής και υψηλή καθαρότητα:

• η ικανότητά του να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες και διάβρωση από αλουμίνιο είναι πολύ καλύτερη από τον γραφίτη, και σχεδόν δεν αντιδρά με το αλουμίνιο σε υψηλές θερμοκρασίες. Η κανονική διάρκεια ζωής του μπορεί να φτάσει τους 6-18 μήνες, μειώνοντας σημαντικά τη συχνότητα αντικατάστασης και βελτιώνοντας την αποδοτικότητα συνεχούς παραγωγής·
• Το υλικό είναι καθαρό και δεν εισάγει προσμίξεις άνθρακα ή μετάλλων στο τήγμα, καλύπτοντας πλήρως τις απαιτήσεις καθαρότητας των κραμάτων αλουμινίου υψηλής καθαρότητας·
• Υψηλή αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, αντοχή στη φθορά και τη διάβρωση, ικανότητα να αντέχει σε υψηλότερες ταχύτητες περιστροφής, πιο σταθερό αποτέλεσμα καθαρισμού φυσαλίδων, και ελάχιστη μακροπρόθεσμη υποβάθμιση της απόδοσης.
• 

Τα κύρια μειονεκτήματα έγκεινται σε κόστος και ευθραυστότητα:

• υψηλό κόστος κατασκευής, σύνθετες πρώτες ύλες και διαδικασίες πυροσυσσωμάτωσης, και μεγάλη αρχική επένδυση αγοράς·
• Τα κεραμικά υλικά έχουν υψηλή ευθραυστότητα, χαμηλή αντοχή σε θερμικό σοκ, και είναι επιρρεπή σε ρωγμές ή ακόμα και θραύση λόγω ταχείας ψύξης, θέρμανσης και μηχανικής πρόσκρουσης. Απαιτούν αυστηρά πρότυπα εγκατάστασης και λειτουργίας·
• Η δυσκολία σχηματισμού σύνθετων δομών είναι υψηλή, και ο βαθμός ελευθερίας στο σχεδιασμό του ρότορα είναι χαμηλότερος από αυτόν των υλικών γραφίτη·
• Μόλις συμβεί θραύση και δεν μπορεί να επισκευαστεί, το συνολικό κόστος απόρριψης είναι σχετικά υψηλό.