O rotor é o componente funcional central do equipamento de desgaseificação por jato rotativo, e seu projeto estrutural e propriedades de material determinam diretamente o efeito de refino das bolhas, a forma do campo de fluxo do metal fundido e a eficiência final de desgaseificação. A estrutura do rotor do equipamento submerso é dividida principalmente em duas categorias: tipo de cisalhamento centrífugo de rotor puro e tipo de guia composto de rotor estator; O material forma dois sistemas principais: grafite e cerâmica de nitreto de silício.

1. Tipos estruturais e diferenças de desempenho dos rotores

Os bocais de rotor puro, também conhecidos como rotores de cisalhamento centrífugo, possuem um corpo rotativo com pás ou ranhuras. O gás inerte é introduzido pelo duto de ar central do rotor e pulverizado pelos orifícios de ar inferiores ou laterais do rotor; Ao confiar nas forças centrífugas e de cisalhamento geradas pela rotação de alta velocidade do rotor, o fluxo de ar contínuo é rasgado em pequenas bolhas, enquanto impulsiona o metal fundido a fazer um fluxo circular. As estruturas comuns incluem tipo impulsor, tipo poroso, tipo turbina, etc., que são as configurações básicas mais amplamente utilizadas na indústria.

Suas vantagens residem em:

• estrutura simples, baixa dificuldade de fabricação e baixos custos de aquisição e substituição;
• O rotor tem forte força de agitação, alta velocidade de circulação do metal fundido e boa adaptabilidade a metais fundidos de alta viscosidade e alta inclusão;
• O canal de fluxo é aberto e não é facilmente bloqueado por escória flutuante, o que é amigável para a linha de produção para fundir resíduos sujos e com alta escória, e tem um longo ciclo de limpeza e manutenção.

As limitações se refletem em três aspectos:

• primeiro, a uniformidade do tamanho das bolhas é geralmente média, com algumas bolhas grandes que sobem rapidamente e têm um curto tempo de contato gás-líquido, o que limita a melhoria adicional da eficiência de desgaseificação;
• O segundo problema é que o metal fundido flui principalmente em um fluxo circular horizontal, com curtos caminhos para as bolhas subirem e algumas bolhas escapando rapidamente da superfície do líquido, resultando em liberação insuficiente do potencial de transferência de massa;
• Terceiro, a agitação forte pode facilmente perturbar a superfície do líquido, sugar ar e escória flutuante da superfície, o que pode realmente agravar a oxidação e a poluição por inclusão do metal fundido.

A estrutura composta de estator e rotor adiciona uma cobertura guia de estator fixa ao redor do rotor rotativo, e o estator possui orifícios guia ou pás guia dispostos regularmente. A mistura gás-líquido ejetada pelo rotor primeiro passa por cisalhamento secundário e guia de fluxo pelo estator, e o gás é ainda mais disperso em microbolhas mais uniformes. Ao mesmo tempo, o estator guia o metal fundido para formar um fluxo de circulação axial ascendente e descendente, prolongando significativamente o tempo de residência das bolhas no metal fundido e aumentando a área de contato gás-líquido.

A vantagem central desta estrutura é alta eficiência de purificação:

• o efeito de refino das bolhas é melhor, o tamanho é menor e a distribuição é mais uniforme, a área superficial específica gás-líquido é maior, a eficiência de transferência de massa é significativamente melhorada e a eficiência de desgaseificação é 15% a 25% maior do que o tipo de rotor puro sob as mesmas condições de trabalho;
• O campo de fluxo de circulação axial estende significativamente o caminho ascendente das bolhas, prolonga o tempo de contato gás-líquido e utiliza totalmente o potencial de purificação de gases inertes;
• Ao mesmo tempo, o fluxo superficial do metal fundido é mais suave, reduzindo o risco de oxidação secundária e aprisionamento de escória causado pela perturbação do nível do líquido, e a quantidade de escória flutuante produzida é menor.

Suas desvantagens são:

• a estrutura de dupla camada de estator e rotor é complexa, alta precisão de usinagem é necessária, e o custo de fabricação é significativamente maior do que o do rotor puro;
• A folga entre o estator e o rotor é estreita, tornando-o fácil de ser bloqueado por escória flutuante e escória de óxido. Desligamentos e limpezas regulares são necessários, e a frequência de manutenção é maior;
• O alto requisito para limpeza do metal fundido e resíduos de alta escória podem facilmente causar falha de escoriação do estator, tornando-o inadequado para linhas de produção de alumínio reciclado que usam principalmente sucata de alumínio altamente poluída como matéria-prima.

2. Diferenças nos tipos de materiais de rotor e desempenho

O rotor trabalha em metal fundido de alumínio a alta temperatura de 700-750 °C por um longo tempo, e está sujeito à erosão do líquido de alumínio, choque térmico e corrosão química. As propriedades do material determinam diretamente a vida útil e a estabilidade operacional do rotor. Atualmente, os principais materiais de rotor na indústria são divididos em duas categorias: grafite e cerâmica de nitreto de silício.

Os rotores de grafite são geralmente processados e formados usando grafite isostática prensada de alta resistência e alta densidade, e a superfície é geralmente tratada com impregnação anti-oxidação, tornando-a o maior material de rotor atualmente em estoque. Suas vantagens são muito proeminentes:

• excelente desempenho de processamento, capaz de processar pás complexas e estruturas de canal de fluxo, adequado para vários esquemas de design de rotor;
• Baixo custo, com um preço unitário de apenas 1/5 a 1/3 de rotores de nitreto de silício, e baixos custos operacionais de consumíveis;
• Baixa densidade e peso leve, baixos requisitos para a carga do motor de acionamento, forte adaptabilidade para modificação de equipamentos;
• Boa resistência ao choque térmico, menos propenso a explodir sob condições de trabalho alternadas a frio e a quente, e alta tolerância a falhas.
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As desvantagens também são óbvias:

• a resistência à oxidação em alta temperatura é limitada, e a grafite acima de 700 °C continuará a oxidar e perder oxigênio no ar. A vida útil dos rotores de grafite comuns é geralmente de apenas 1-3 meses, e substituições frequentes afetarão a continuidade da produção;
• O desprendimento de partículas de grafite pode entrar no metal fundido e formar inclusões de carbono, representando um risco de poluição para ligas de alumínio limpas de ponta;
• A resistência geral é relativamente baixa, e se houver colisão ou escoriação irregular durante a rotação de alta velocidade, é fácil causar falhas de quebra do eixo e fratura da lâmina.

O rotor de nitreto de silício (Si₃N₄) é uma cerâmica estrutural à base de nitreto de silício, que é preparada por sinterização por reação ou processo de sinterização por prensagem a quente. Possui excelentes propriedades mecânicas em alta temperatura e resistência à corrosão do líquido de alumínio, e é o material de rotor preferido para produção de ligas de alumínio limpas de ponta. Suas vantagens estão concentradas em longa vida útil e alta limpeza:

• sua capacidade de suportar altas temperaturas e corrosão de alumínio é muito melhor do que a grafite, e dificilmente reage com alumínio em altas temperaturas. Sua vida útil normal pode chegar a 6-18 meses, reduzindo muito a frequência de substituição e melhorando a eficiência de produção contínua;
• O material é puro e não introduz impurezas de carbono ou metal no metal fundido, atendendo totalmente aos requisitos de pureza de ligas de alumínio limpas de ponta;
• Alta resistência à temperatura, resistente ao desgaste e à erosão, capaz de suportar velocidades de rotação mais altas, efeito de refino de bolhas mais estável e degradação mínima do desempenho a longo prazo.
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As principais deficiências residem em custo e fragilidade:

• altos custos de fabricação, matérias-primas complexas e processos de sinterização, e grande investimento inicial de aquisição;
• Materiais cerâmicos têm alta fragilidade, baixa resistência ao choque térmico, e são propensos a rachaduras ou até fragmentação devido a resfriamento rápido, aquecimento e impacto mecânico. Eles exigem padrões rigorosos de instalação e operação;
• A dificuldade de formar estruturas complexas é alta, e o grau de liberdade no design do rotor é menor do que o de materiais de grafite;
• Uma vez que ocorre uma fratura e não pode ser reparada, o custo total de sucateamento é relativamente alto.