Rotorentgasung

Spülgasbehandlung von Metallschmelzen, wobei ein in der Schmelze untergetauchter Injektor rotiert und das Spülgas (in der Regel ein Inertgas) in der Schmelze in kleine Bläschen zerteilt wird. Die Rotorentgasung bzw. Impellerentgasung wird vor allem zur Reinigung und Wasserstoffentgasung von Aluminium-Schmelzen angewendet (siehe Wasserstofflöslichkeit).

Rotorentgasungsgeräte (Impellergeräte) eignen sich für die Spülgasbehandlung im Tiegel oder in der Pfanne zwischen Ofen und Gießplatz, der prinzipielle Aufbau geht aus Bild 1 hervor, ein Rotorentgasungsgerät ist in Bild 2 gezeigt. Das Gerät wird auf den Tiegel oder das Behandlungsgefäß aufgesetzt bzw. bei der Ausführung als Standgerät fährt der Rotor in die darunter befindliche Pfanne ein (Impellerstation). Durch die senkrechte Hohlwelle und den am unteren Wellenende befindlichen Rotor wird das Spülgas in die Schmelze geblasen und - im Gegensatz zur Lanzenentgasung - in extrem kleine Bläschen zerteilt (Bild 3). Die feinen Bläschen werden durch die die Rotation des Impellers mit der Schmelze intensiv vermischt (Bild 4). Für die Feinstverteilung sorgt der speziell geformte Rotor. Rotor und Hohlwelle sind in der Regel aus Grafit. Beispielhaft sind einige Rotorenschäfte und -köpfe in Bild 5 gezeigt.

Je kleiner und häufiger die Spülbläschen sind, umso besser lässt sich eine Schmelze entgasen bzw. zudem von (vor allem oxidischen) Verunreinigungen befreien. Film 1 zeigt die Entstehung feiner Bläschen anhand eines Wasserversuchs. Zugleich wird die Schmelze homogenisiert. D. h. ein Rotorentgasungsgerät dient nicht nur der Entgasung sondern sorgt bei korrekter Betriebsweise auch für die Entfernung von Oxiden, die an der Oberfläche mit der Prallplatte (Schwert) zurückgehalten werden.

Als Spül- oder Reinigungsgase eignen sich alle üblichen Behandlungsgase. Üblicherweise erfolgt die Rotorentgasung mit einem für die betreffende Schmelze inertem Spülgas, z. B. Stickstoff oder Argon für Aluminiumschmelzen. In einigen Fällen wird dem Spülgas auch Schwefelhexafluorid oder Chlor in geringen Konzentrationen (< 2,5 %) dem inerten Spülgas beigemischt. In Aluminiumschmelzen wird eine hohe Senkung des Wasserstoffgehaltes infolge der Spülgas-Feinstverteilung durch den Rotor sehr viel rascher erreicht als mit anderen Spülgasverfahren. Mit diesem Prinzip wird - bei nahezu ruhender Badoberfläche - eine sehr breite Verteilung der Gasbläschen im gesamten Behandlungsgefäß erreicht, was zu sehr kurzen Behandlungszeiten mit effektiver Entgasung und Schmelzereinigung führt.

Einflussfaktoren zur Optimierung des Rotorentgasungsprozesses sind:

  • Tiegelgröße und Tiegelform
  • Badniveau
  • Eintauchtiefe (vor allem der Abstand zwischen Rotor und Tiegelboden)
  • Rotorposition und Rotordrehzahl
  • Schwertposition und Eintauchtiefe
  • Behandlungszeit
  • Gasdurchfluss

Als Faustregel für eine 600 kg Aluminiumschmelze gilt:

  • Rotordrehzahl: 400-500 min-1
  • Behandlungszeit: 6 - 10 min
  • Gasdurchfluss: 10 - 20 l/min Ar oder N2

Zur Verbesserung der Schmelzequalität und auch für die metallurgische Behandlung (Kornfeinen, Veredeln) können auch, wie in Bild 6 gezeigt, komplexe Entgasungsgeräte bzw. Schmelzebehandlungsgeräte eingesetzt werden. Bei diesen Geräten wird zuerst durch den Rotor ein Vortex erzeugt, in den das granulatförmige Behandlungsmittel eingestreut wird. Danach wird erst die Prallplatte eingefahren und es erfolgt die Entgasungsbehandlung.

Ein Vergleich zwischen korrekter und inkorrekter Betriebsweise anhand der Beurteilung der Rotationsgeschwindigkeit und des Blasen Bzw. Schaumbildes der Schmeleoberfläche gibt Film 2 wieder.

Weiterführende Stichworte:
Vakuum, Vakuummetallurgie
Partialdruck

Film 1
Film 2
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