Rotor adalah komponen fungsional inti dari peralatan degassing jet putar, dan desain struktural serta sifat materialnya secara langsung menentukan efek pemurnian gelembung, bentuk medan aliran lelehan, dan efisiensi degassing akhir. Struktur rotor peralatan yang tenggelam terutama dibagi menjadi dua kategori: tipe geser sentrifugal rotor murni dan tipe panduan komposit rotor stator; Material membentuk dua sistem utama: grafit dan keramik silikon nitrida.

1. Jenis struktural dan perbedaan kinerja rotor

Nozel rotor murni, juga dikenal sebagai rotor geser sentrifugal, memiliki badan berputar dengan bilah atau alur. Gas inert dimasukkan dari saluran udara tengah rotor dan disemprotkan keluar dari lubang udara bawah atau samping rotor; Dengan mengandalkan gaya sentrifugal dan geser yang dihasilkan oleh putaran rotor berkecepatan tinggi, aliran udara kontinu dipecah menjadi gelembung-gelembung kecil, sambil menggerakkan lelehan untuk membuat aliran melingkar. Struktur umum meliputi tipe impeler, tipe berpori, tipe turbin, dll., yang merupakan konfigurasi dasar yang paling banyak digunakan di industri.

Keunggulannya terletak pada:

• struktur sederhana, kesulitan manufaktur rendah, dan biaya pengadaan serta penggantian yang rendah;
• Rotor memiliki gaya pengadukan yang kuat, kecepatan sirkulasi lelehan yang cepat, dan kemampuan beradaptasi yang baik terhadap lelehan viskositas tinggi dan inklusi tinggi;
• Saluran aliran terbuka dan tidak mudah tersumbat oleh terak terapung, yang ramah bagi lini produksi untuk melelehkan limbah kotor dan terak tinggi, serta memiliki siklus pembersihan dan perawatan yang panjang.

Keterbatasannya tercermin dalam tiga aspek:

• pertama, keseragaman ukuran gelembung umumnya rata-rata, dengan beberapa gelembung besar yang naik dengan cepat dan memiliki waktu kontak gas-cair yang singkat, yang membatasi peningkatan lebih lanjut dari efisiensi degassing;
• Masalah kedua adalah lelehan terutama mengalir dalam aliran melingkar horizontal, dengan jalur pendek bagi gelembung untuk naik dan beberapa gelembung cepat keluar dari permukaan cairan, mengakibatkan pelepasan potensi perpindahan massa yang tidak mencukupi;
• Ketiga, pengadukan yang kuat dapat dengan mudah mengganggu permukaan cairan, menyedot udara dan terak terapung di permukaan, yang sebenarnya dapat memperburuk oksidasi dan polusi inklusi lelehan.

Struktur komposit rotor stator menambahkan penutup panduan stator tetap di sekitar rotor yang berputar, dan stator memiliki lubang panduan atau bilah panduan yang diatur secara teratur. Campuran gas-cair yang dikeluarkan oleh rotor pertama-tama mengalami geseran sekunder dan panduan aliran oleh stator, dan gas lebih lanjut didispersikan menjadi gelembung mikro yang lebih seragam. Pada saat yang sama, stator memandu lelehan untuk membentuk aliran sirkulasi aksial ke atas dan ke bawah, secara signifikan memperpanjang waktu tinggal gelembung dalam lelehan dan meningkatkan area kontak gas-cair.

Keunggulan inti dari struktur ini adalah efisiensi pemurnian tinggi:

• efek pemurnian gelembung lebih baik, ukurannya lebih kecil dan distribusinya lebih seragam, luas permukaan spesifik gas-cair lebih besar, efisiensi perpindahan massa meningkat secara signifikan, dan efisiensi degassing 15% hingga 25% lebih tinggi daripada tipe rotor murni dalam kondisi kerja yang sama;
• Medan aliran sirkulasi aksial secara signifikan memperpanjang jalur naik gelembung, memperpanjang waktu kontak gas-cair, dan sepenuhnya memanfaatkan potensi pemurnian gas inert;
• Pada saat yang sama, aliran permukaan lelehan lebih halus, mengurangi risiko oksidasi sekunder dan penangkapan terak yang disebabkan oleh gangguan permukaan cairan, dan jumlah terak terapung yang dihasilkan lebih rendah.

Kekurangannya adalah:

• struktur berlapis ganda stator dan rotor rumit, diperlukan akurasi pemesinan tinggi, dan biaya manufaktur secara signifikan lebih tinggi daripada rotor murni;
• Celah antara stator dan rotor sempit, sehingga mudah tersumbat oleh terak terapung dan terak oksida. Pembersihan dan pembersihan rutin diperlukan, dan frekuensi perawatan lebih tinggi;
• Persyaratan tinggi untuk kebersihan lelehan dan limbah terak tinggi dapat dengan mudah menyebabkan kegagalan terak stator, sehingga tidak cocok untuk lini produksi aluminium daur ulang yang terutama menggunakan aluminium limbah yang sangat tercemar sebagai bahan baku.

2. Perbedaan jenis dan kinerja material rotor

Rotor bekerja dalam lelehan aluminium bersuhu tinggi pada 700-750 °C untuk waktu yang lama, dan mengalami erosi cairan aluminium, kejutan termal, dan korosi kimia. Sifat material secara langsung menentukan masa pakai dan stabilitas operasional rotor. Saat ini, material rotor utama di industri dibagi menjadi dua kategori: grafit dan keramik silikon nitrida.

Rotor grafit umumnya diproses dan dibentuk menggunakan grafit tekan isostatik berkekuatan tinggi dan berdensitas tinggi, dan permukaannya biasanya dilapisi dengan impregnasi anti-oksidasi, menjadikannya material rotor terbesar yang ada saat ini. Keunggulannya sangat menonjol:

• kinerja pemrosesan yang sangat baik, mampu memproses bilah kompleks dan struktur saluran aliran, cocok untuk berbagai skema desain rotor;
• Biaya rendah, dengan harga unit hanya 1/5~1/3 dari rotor silikon nitrida, dan biaya operasional bahan habis pakai yang rendah;
• Kepadatan rendah dan bobot ringan, persyaratan rendah untuk beban motor penggerak, kemampuan adaptasi yang kuat untuk modifikasi peralatan;
• Ketahanan kejutan termal yang baik, kecil kemungkinannya meledak di bawah kondisi kerja dingin dan panas bergantian, dan toleransi kesalahan yang tinggi.
• 

Kekurangannya juga jelas:

• ketahanan oksidasi suhu tinggi terbatas, dan grafit di atas 700 °C akan terus teroksidasi dan kehilangan oksigen di udara. Masa pakai rotor grafit biasa biasanya hanya 1-3 bulan, dan penggantian yang sering akan mempengaruhi kelangsungan produksi;
• Pelepasan partikel grafit dapat masuk ke dalam lelehan dan membentuk inklusi karbon, menimbulkan risiko polusi bagi paduan aluminium bersih kelas atas;
• Kekuatan keseluruhan relatif rendah, dan jika terjadi tabrakan atau terak yang tidak merata selama rotasi berkecepatan tinggi, mudah menyebabkan kerusakan poros dan patah bilah.

Rotor silikon nitrida (Si₃N₄) adalah keramik struktural berbasis silikon nitrida, yang disiapkan melalui proses sintering reaksi atau sintering tekan panas. Ia memiliki sifat mekanik suhu tinggi dan ketahanan korosi cairan aluminium yang sangat baik, dan merupakan material rotor pilihan untuk produksi paduan aluminium bersih kelas atas. Keunggulannya terkonsentrasi pada masa pakai yang lama dan kebersihan tinggi:

• kemampuannya menahan suhu tinggi dan korosi aluminium jauh lebih baik daripada grafit, dan hampir tidak bereaksi dengan aluminium pada suhu tinggi. Masa pakai normalnya dapat mencapai 6-18 bulan, sangat mengurangi frekuensi penggantian dan meningkatkan efisiensi produksi berkelanjutan;
• Materialnya murni dan tidak memasukkan kotoran karbon atau logam ke dalam lelehan, sepenuhnya memenuhi persyaratan kemurnian paduan aluminium bersih kelas atas;
• Kekuatan suhu tinggi, tahan aus dan tahan erosi, mampu menahan kecepatan rotasi yang lebih tinggi, efek pemurnian gelembung yang lebih stabil, dan degradasi kinerja jangka panjang minimal.
• 

Kekurangan utamanya terletak pada biaya dan kerapuhan:

• biaya manufaktur tinggi, bahan baku dan proses sintering yang kompleks, dan investasi pengadaan awal yang besar;
• Material keramik memiliki kerapuhan tinggi, ketahanan kejutan termal yang lemah, dan rentan retak atau bahkan pecah karena pendinginan, pemanasan, dan benturan mekanis yang cepat. Mereka memerlukan standar pemasangan dan pengoperasian yang ketat;
• Kesulitan membentuk struktur kompleks tinggi, dan tingkat kebebasan dalam desain rotor lebih rendah daripada material grafit;
• Setelah terjadi keretakan dan tidak dapat diperbaiki, biaya keseluruhan pembuangan relatif tinggi.