Rotor là bộ phận chức năng cốt lõi của thiết bị khử khí bằng tia quay, và thiết kế cấu trúc cũng như đặc tính vật liệu của nó trực tiếp quyết định hiệu quả tinh chế bọt khí, hình dạng trường dòng chảy của kim loại nóng chảy và hiệu quả khử khí cuối cùng. Cấu trúc rotor của thiết bị chìm chủ yếu được chia thành hai loại: loại cắt ly tâm chỉ có rotor và loại dẫn hướng hỗn hợp stator-rotor; Vật liệu tạo thành hai hệ thống chính: graphite và gốm silicon nitride.

1. Các loại cấu trúc và sự khác biệt về hiệu suất của rotor

Vòi phun rotor thuần túy, còn được gọi là rotor cắt ly tâm, có thân quay với cánh quạt hoặc rãnh. Khí trơ được đưa vào từ ống dẫn khí trung tâm của rotor và phun ra từ các lỗ khí dưới đáy hoặc bên của rotor; Bằng cách dựa vào lực ly tâm và lực cắt do rotor quay tốc độ cao tạo ra, luồng không khí liên tục bị xé thành các bọt khí nhỏ, đồng thời thúc đẩy kim loại nóng chảy tạo ra dòng chảy tròn. Các cấu trúc phổ biến bao gồm loại cánh quạt, loại xốp, loại tuabin, v.v., là các cấu hình cơ bản được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành.

Ưu điểm của nó nằm ở:

• cấu trúc đơn giản, độ khó sản xuất thấp và chi phí mua sắm, thay thế thấp;
• Rotor có lực khuấy mạnh, tốc độ lưu thông kim loại nóng chảy nhanh và khả năng thích ứng tốt với kim loại nóng chảy có độ nhớt cao và nhiều tạp chất;
• Kênh dẫn dòng chảy mở và không dễ bị xỉ nổi chặn, thân thiện với dây chuyền sản xuất để nấu chảy phế liệu bẩn và nhiều xỉ, đồng thời có chu kỳ làm sạch và bảo trì dài.

Những hạn chế được phản ánh ở ba khía cạnh:

• thứ nhất, độ đồng đều của kích thước bọt khí nhìn chung ở mức trung bình, với một số bọt khí lớn nổi lên nhanh chóng và có thời gian tiếp xúc khí-lỏng ngắn, điều này hạn chế việc cải thiện hơn nữa hiệu quả khử khí;
• Vấn đề thứ hai là kim loại nóng chảy chủ yếu chảy theo dòng chảy tròn theo chiều ngang, với đường đi ngắn để bọt khí nổi lên và một số bọt khí nhanh chóng thoát ra khỏi bề mặt chất lỏng, dẫn đến việc giải phóng tiềm năng truyền khối không đủ;
• Thứ ba, việc khuấy mạnh dễ làm xáo trộn bề mặt chất lỏng, hút không khí và xỉ nổi trên bề mặt, điều này có thể thực sự làm trầm trọng thêm quá trình oxy hóa và ô nhiễm tạp chất của kim loại nóng chảy.

Cấu trúc hỗn hợp stator-rotor bổ sung thêm một vỏ dẫn hướng stator cố định xung quanh rotor quay, và stator có các lỗ dẫn hướng hoặc cánh dẫn hướng được bố trí đều đặn. Hỗn hợp khí-lỏng được phun ra bởi rotor trước tiên trải qua quá trình cắt thứ cấp và dẫn hướng dòng chảy bởi stator, và khí được phân tán thêm thành các bọt khí siêu nhỏ đồng nhất hơn. Đồng thời, stator dẫn hướng kim loại nóng chảy tạo thành dòng chảy tuần hoàn theo trục lên và xuống, kéo dài đáng kể thời gian lưu trú của bọt khí trong kim loại nóng chảy và tăng diện tích tiếp xúc khí-lỏng.

Ưu điểm cốt lõi của cấu trúc này là hiệu quả tinh chế cao:

• hiệu quả tinh chế bọt khí tốt hơn, kích thước nhỏ hơn và phân bố đồng đều hơn, diện tích bề mặt riêng khí-lỏng lớn hơn, hiệu quả truyền khối được cải thiện đáng kể và hiệu quả khử khí cao hơn 15% đến 25% so với loại rotor thuần túy trong cùng điều kiện làm việc;
• Trường dòng chảy tuần hoàn theo trục kéo dài đáng kể đường đi lên của bọt khí, kéo dài thời gian tiếp xúc khí-lỏng và tận dụng tối đa tiềm năng tinh chế của khí trơ;
• Đồng thời, dòng chảy bề mặt của kim loại nóng chảy mượt mà hơn, giảm nguy cơ oxy hóa thứ cấp và cuốn xỉ do xáo trộn mặt nước, và lượng xỉ nổi sinh ra thấp hơn.

Nhược điểm của nó là:

• cấu trúc hai lớp stator và rotor phức tạp, yêu cầu độ chính xác gia công cao và chi phí sản xuất cao hơn đáng kể so với rotor thuần túy;
• Khe hở giữa stator và rotor hẹp, dễ bị xỉ nổi và xỉ oxit chặn. Yêu cầu tắt máy và làm sạch thường xuyên, và tần suất bảo trì cao hơn;
• Yêu cầu cao về độ sạch của kim loại nóng chảy và phế liệu có nhiều xỉ dễ gây ra lỗi đóng cặn stator, làm cho nó không phù hợp với dây chuyền sản xuất nhôm tái chế chủ yếu sử dụng phế liệu nhôm bị ô nhiễm nặng làm nguyên liệu.

2. Sự khác biệt về loại vật liệu và hiệu suất của rotor

Rotor hoạt động trong kim loại nhôm nóng chảy ở nhiệt độ cao 700-750 °C trong thời gian dài, và chịu sự ăn mòn của nhôm lỏng, sốc nhiệt và ăn mòn hóa học. Đặc tính vật liệu trực tiếp quyết định tuổi thọ và độ ổn định hoạt động của rotor. Hiện tại, các vật liệu rotor chính trong ngành được chia thành hai loại: graphite và gốm silicon nitride.

Rotor graphite thường được gia công và tạo hình bằng graphite ép đẳng tĩnh cường độ cao, mật độ cao, và bề mặt thường được xử lý chống oxy hóa bằng cách ngâm tẩm, làm cho nó trở thành vật liệu rotor có số lượng lớn nhất hiện nay. Ưu điểm của nó rất nổi bật:

• hiệu suất gia công tuyệt vời, có khả năng gia công các cánh quạt và cấu trúc kênh dẫn dòng chảy phức tạp, phù hợp với nhiều sơ đồ thiết kế rotor khác nhau;
• Chi phí thấp, với đơn giá chỉ bằng 1/5 ~ 1/3 rotor silicon nitride, và chi phí vận hành vật tư tiêu hao thấp;
• Mật độ thấp và trọng lượng nhẹ, yêu cầu thấp đối với tải trọng của động cơ truyền động, khả năng thích ứng mạnh mẽ cho việc sửa đổi thiết bị;
• Khả năng chống sốc nhiệt tốt, ít có khả năng nổ dưới điều kiện làm việc nóng lạnh xen kẽ và khả năng chịu lỗi cao.
• 

Nhược điểm cũng rất rõ ràng:

• khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao bị hạn chế, và graphite trên 700 °C sẽ tiếp tục oxy hóa và mất oxy trong không khí. Tuổi thọ của rotor graphite thông thường thường chỉ từ 1-3 tháng, và việc thay thế thường xuyên sẽ ảnh hưởng đến tính liên tục của sản xuất;
• Sự bong ra của các hạt graphite có thể đi vào kim loại nóng chảy và tạo thành tạp chất carbon, gây rủi ro ô nhiễm cho các hợp kim nhôm sạch cao cấp;
• Độ bền tổng thể tương đối thấp, và nếu có va chạm hoặc đóng cặn không đều trong quá trình quay tốc độ cao, nó dễ gây ra lỗi gãy trục và gãy cánh quạt.

Rotor silicon nitride (Si₃N₄) là một loại gốm cấu trúc dựa trên silicon nitride, được chế tạo bằng quy trình thiêu kết phản ứng hoặc thiêu kết ép nóng. Nó có các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn của nhôm lỏng tuyệt vời, và là vật liệu rotor được ưu tiên cho sản xuất hợp kim nhôm sạch cao cấp. Ưu điểm của nó tập trung vào tuổi thọ dài và độ sạch cao:

• khả năng chịu nhiệt độ cao và ăn mòn nhôm của nó tốt hơn nhiều so với graphite, và hầu như không phản ứng với nhôm ở nhiệt độ cao. Tuổi thọ hoạt động bình thường của nó có thể đạt 6-18 tháng, giảm đáng kể tần suất thay thế và cải thiện hiệu quả sản xuất liên tục;
• Vật liệu tinh khiết và không đưa tạp chất carbon hoặc kim loại vào kim loại nóng chảy, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ tinh khiết của các hợp kim nhôm sạch cao cấp;
• Độ bền nhiệt độ cao, chống mài mòn và chống ăn mòn, có khả năng chịu tốc độ quay cao hơn, hiệu quả tinh chế bọt khí ổn định hơn và suy giảm hiệu suất lâu dài tối thiểu.
• 

Những thiếu sót chính nằm ở chi phí và độ giòn:

• chi phí sản xuất cao, nguyên liệu thô và quy trình thiêu kết phức tạp, và đầu tư mua sắm ban đầu lớn;
• Vật liệu gốm có độ giòn cao, khả năng chống sốc nhiệt kém, và dễ bị nứt hoặc thậm chí vỡ vụn do làm nguội, gia nhiệt và tác động cơ học nhanh chóng. Chúng yêu cầu các tiêu chuẩn lắp đặt và vận hành nghiêm ngặt;
• Độ khó tạo hình cấu trúc phức tạp cao, và mức độ tự do trong thiết kế rotor thấp hơn so với vật liệu graphite;
• Một khi xảy ra nứt và không thể sửa chữa, chi phí tổng thể của việc loại bỏ là tương đối cao.