轻稀土(铈组稀土)镧(La)提纯风机:D(La)2258-2.87型高速高压多级离心鼓风机技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土、镧分离、离心鼓风机、D(La)2258-2.87、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心风机

一、稀土矿提纯与离心鼓风机技术概述

稀土元素被誉为“工业维生素”，在现代高科技产业中具有不可替代的战略地位。轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素，其提取与提纯工艺对设备提出了特殊要求。在稀土湿法冶金过程中，气体输送设备:特别是离心鼓风机:承担着氧化焙烧、气体搅拌、气氛控制、尾气处理等关键环节的气源供应任务。

离心鼓风机在稀土提纯中的应用主要体现在三个方面：一是为焙烧工序提供充足且稳定的氧化性气体（如空气、氧气）；二是为萃取分离过程提供惰性保护气体（如氮气、氩气）；三是为尾气处理系统提供动力气体。这些工艺要求风机必须具备耐腐蚀、高压力、大流量、运行稳定等特性。

针对轻稀土（尤其是镧）提纯的特殊工况，我国风机行业研发了专门的风机系列，包括：“C(La)”型系列多级离心鼓风机、“CF(La)”型系列专用浮选离心鼓风机、“CJ(La)”型系列专用浮选离心鼓风机、“D(La)”型系列高速高压多级离心鼓风机、“AI(La)”型系列单级悬臂加压风机、“S(La)”型系列单级高速双支撑加压风机、“AII(La)”型系列单级双支撑加压风机等。这些风机可输送空气、工业烟气、二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氧气(O₂)、氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氢气(H₂)及混合无毒工业气体，基本覆盖了稀土提纯全流程的气体输送需求。

二、D(La)2258-2.87型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号含义与技术参数

“D(La)2258-2.87”型离心鼓风机的型号编码具有明确的工业含义：

“D”表示该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机，专为高压气体输送设计；

“(La)”表示此型号针对镧元素提纯工艺进行了特殊优化，包括材料选择、密封设计和防腐处理；

“2258”表示风机在标准状态下的额定流量为每分钟2258立方米（m³/min），这是设计工况下的进气流量；

“-2.87”表示风机的出口压力为2.87个大气压（绝对压力），相当于出口表压约1.87公斤力每平方厘米（kgf/cm²）；

型号中未出现“/”符号，表示风机进口压力为标准大气压（1个大气压）。

该风机的主要设计参数包括：

流量范围：2000-2500 m³/min（可根据工况调节）

出口压力：2.87 atm（绝对压力）

进口压力：1 atm（标准大气压）

压比：2.87

轴功率：约850-950 kW（取决于气体密度和效率）

转速：根据具体设计，通常在5000-8000 rpm范围

介质温度：≤200℃（根据冷却系统设计）

适用介质：空气、氮气、氩气等稀土提纯常用气体

2.2 结构特点与工作原理

D(La)2258-2.87型风机采用多级离心式结构，通常包含3-5个叶轮串联安装在同一主轴上。气体从进气口进入第一级叶轮，经离心加速后进入扩压器，将动能转换为压力能，然后进入下一级叶轮继续增压。这种多级串联设计使得风机能够在较高效率下实现较大的压比。

该风机的特殊设计考虑了稀土提纯工艺的以下特点：

耐腐蚀设计：针对稀土冶炼中可能接触的酸性气体（如焙烧产生的含硫烟气），过流部件采用不锈钢或特殊涂层处理；

防泄漏结构：稀土提纯涉及高价值气体（如氩气）和有毒气体处理，对密封性要求极高；

稳定运行特性：稀土连续生产工艺要求风机必须24小时不间断稳定运行，故障率极低；

可调节性：稀土生产负荷可能调整，风机需具备良好的流量和压力调节能力。

2.3 在镧提纯工艺中的应用

在轻稀土镧的提纯过程中，D(La)2258-2.87型风机主要应用于以下环节：

焙烧工序：为镧精矿的氧化焙烧提供充足空气，确保稀土元素转化为易溶于酸的氧化物。风机需提供稳定压力以保证焙烧炉内气氛均匀。

气氛保护：在镧的还原分离过程中，需使用高纯度氮气或氩气作为保护气体，防止产品氧化。风机需确保保护气体的连续稳定供应。

尾气输送：将含尘、含酸尾气输送至净化处理系统，风机需具备耐腐蚀和防堵塞特性。

气体循环：在某些闭路工艺中，风机用于惰性气体的循环使用，提高气体利用率。

三、风机关键配件详解

3.1 风机主轴

D(La)2258-2.87型风机的主轴采用高强度合金钢（如42CrMo）锻造而成，经调质处理获得良好的综合机械性能。主轴的设计需考虑以下因素：

临界转速远高于工作转速，避免共振；

足够的刚度以减小挠度，保证叶轮与机壳的间隙稳定性；

精密的轴颈尺寸和表面粗糙度，确保轴承良好配合；

键槽、螺纹等细节部位的应力集中系数最小化设计。

主轴制造过程包括粗加工、热处理、精加工、动平衡校正等环节，最终不平衡量需控制在G2.5级以内。

3.2 风机轴承与轴瓦

该型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑，相比滚动轴承具有承载能力大、阻尼性能好、寿命长等优点。轴瓦通常采用巴氏合金（锡锑铜合金）衬层，这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，能容忍少量异物而不损伤轴颈。

轴瓦设计要点：

长径比通常为0.8-1.2，保证足够的承载面积；

油槽和油孔设计确保润滑油均匀分布；

合适的间隙（一般为轴颈直径的0.1%-0.15%）既保证润滑又控制振动；

温度监测孔安装位，实时监控轴承温度。

3.3 风机转子总成

转子总成是离心鼓风机的核心部件，包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等组件。D(La)2258-2.87的转子特点：

叶轮：采用后弯式叶片设计，效率高、工作范围宽。材料根据输送介质选择：空气介质可用普通合金钢；腐蚀性气体需用不锈钢或钛合金。叶轮制造采用精密铸造或数控加工，表面光洁度要求高。

平衡盘：多级风机特有的轴向力平衡装置，通过压力差产生与轴向力方向相反的平衡力，大幅减小推力轴承负荷。

动平衡：转子总成在高速动平衡机上校正，平衡精度达到ISO 1940 G1.0级，确保高速运转平稳。

3.4 密封系统

气封：又称迷宫密封，安装在叶轮与机壳之间，减少级间气体泄漏。D(La)2258-2.87采用梳齿式迷宫密封，齿尖与轴套间隙极小但不接触，形成多次节流膨胀降低泄漏量。

油封：防止轴承箱润滑油外泄，同时防止外部污染物进入。采用唇形密封圈或机械密封，根据压力和环境选择。

碳环密封：在输送易燃、有毒或贵重气体时采用的高性能密封。由多个碳环组成，通过弹簧力抱紧轴套，几乎实现零泄漏。碳环材料具有自润滑性，即使短暂干摩擦也不会损伤轴。

3.5 轴承箱

轴承箱是支撑转子并容纳润滑系统的重要部件。设计要点：

足够的刚性，减少振动传递；

合理的油腔容积，确保散热和油质稳定；

可视油位计和温度监测装置；

与机壳的定位结构，保证对中精度；

防腐防锈处理，特别是稀土厂区的腐蚀环境。

四、风机维护与修理

4.1 日常维护要点

润滑系统维护：

定期检查润滑油位、颜色和清洁度；

每三个月取样化验油质，根据结果确定换油周期；

控制油温在40-55℃范围内，过高加速氧化，过低增加粘度；

清洗或更换油过滤器，保持油路畅通。

振动监测：

每日记录轴承振动值，采用振动速度有效值（毫米每秒）和位移峰值（微米）双指标；

振动突然增大时立即停机检查；

定期进行频谱分析，早期发现不平衡、不对中、松动等故障。

温度监测：

轴承温度不超过75℃，温升不超过40℃；

关注润滑油进出温差，正常为10-15℃；

电机绕组温度监测，防止过载。

密封检查：

定期检查气封泄漏情况；

油封处是否有漏油；

碳环密封的磨损量检查，及时更换。

4.2 常见故障与处理

振动过大：

原因可能包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动等；

处理措施：重新动平衡、调整对中、更换轴承、紧固基础螺栓；

需注意：多级风机振动有时由气动原因引起，如喘振、旋转失速等，需调整运行工况。

轴承温度高：

可能原因：润滑油不足或变质、冷却不良、负荷过大、轴承间隙不当；

处理措施：补充或更换润滑油、清洗冷却器、检查工艺负荷、调整轴承间隙；

预防措施：保证润滑油清洁度和流量，定期清洗轴承箱。

性能下降：

表现为流量或压力达不到设计值；

可能原因：密封磨损泄漏增加、叶轮腐蚀或积垢、进口过滤器堵塞；

处理措施：更换密封、清洗或更换叶轮、清洗过滤器；

预防措施：定期性能测试，建立性能衰减曲线。

4.3 大修要点

D(La)2258-2.87型风机建议每运行24000-30000小时或每3-4年进行一次全面大修：

拆卸注意事项：

按顺序拆卸，记录零部件位置和配合标记；

使用专用工具，避免暴力拆卸损伤零件；

检查所有螺栓、键、销的磨损情况。

主要部件检查与修复：

主轴：

检测直线度，全长挠度不超过0.02毫米；

轴颈检查，圆度、圆柱度不超过0.01毫米；

表面探伤检查裂纹；

轻微磨损可采用镀铬或热喷涂修复。

叶轮：

检查叶片磨损、腐蚀、裂纹；

测量叶轮外圆与密封环的间隙；

动平衡校正，确保达到G1.0级；

严重损坏时更换，注意新叶轮材质与原有的一致性。

密封系统：

测量迷宫密封间隙，超过设计值1.5倍时更换；

检查碳环密封磨损量，磨损超过厚度1/3时更换；

更换所有密封垫和O形圈。

轴承与轴瓦：

测量轴瓦间隙，超过设计值1.5倍时修复或更换；

检查巴氏合金层是否有脱壳、裂纹；

轴颈如有磨损，可磨削后配作轴瓦。

组装与调试：

按逆顺序组装，确保各部件清洁；

严格控制各部间隙，特别是叶轮与机壳、密封间隙；

重新对中，联轴器对中误差不超过0.03毫米；

试车前手动盘车，确认无摩擦碰撞；

逐步试车：点动→低速运行→逐步升速至额定，各阶段检查振动、温度。

五、工业气体输送的特殊考虑

稀土提纯工艺涉及多种工业气体的输送，D(La)2258-2.87型风机需根据输送介质的不同进行相应调整：

5.1 气体性质对风机设计的影响

密度影响：风机压力和功率与气体密度成正比。输送氢气（密度约为空气的1/14）时，相同压比下压力实际值远低于空气，而输送二氧化碳（密度约为空气的1.5倍）时则相反。设计需根据实际气体密度计算。

腐蚀性气体：如工业烟气中含SO₂、HCl等酸性成分，过流部件需采用耐腐蚀材料（如316L不锈钢、哈氏合金）或防腐涂层。

氧气输送：高浓度氧气输送需绝对禁油，所有零件脱脂处理，采用无油润滑轴承，密封需确保无泄漏。

易燃易爆气体：如氢气，需防爆设计和防静电措施，所有部件接地，防止火花产生。

贵重气体：如氩气、氦气，密封要求极高，通常采用碳环密封或干气密封，减少泄漏损失。

5.2 不同气体的风机调整

输送空气：为标准设计，无需特殊调整，但稀土厂区空气可能含腐蚀性成分，建议加强过滤和防腐。

输送氮气/氩气：惰性气体，材料兼容性好，但氩气密度大于空气（约1.4倍），需校核电机功率是否足够。

输送氧气：

所有零件进行严格脱脂清洗；

采用铜合金或不锈钢材质，避免铁素体钢产生火花；

轴承采用无油润滑或特殊氧相容性润滑油；

设置氧气浓度监测和氮气吹扫系统。

输送氢气：

极低密度，需重新计算性能曲线；

所有电气部件防爆等级至少Exd II CT4；

采用高品质密封，防止泄漏和空气渗入形成爆炸混合物；

设置氢气泄漏检测报警系统。

输送二氧化碳：

较高密度，校核轴功率和轴承负荷；

注意CO₂在高压低温下可能液化，需控制温度和压力；

干燥处理，防止形成碳酸腐蚀零件。

5.3 气体切换注意事项

稀土生产过程中可能需要切换输送气体，需注意：

彻底吹扫：切换前用氮气彻底吹扫风机和管道，防止气体混合发生反应；

材料兼容性检查：确认新材料与原有材料兼容，特别是密封材料；

性能重新计算：根据新气体密度、比热容等重新计算性能参数，调整运行点；

安全措施调整：根据新气体特性调整安全监测和防护措施；

操作参数调整：可能需要调整转速、阀门开度等以达到工艺要求。

六、风机选型与工艺匹配

为稀土提纯工艺选择离心鼓风机时，需综合考虑以下因素：

6.1 工艺参数确定

流量确定：根据工艺计算所需气体量，考虑一定的安全系数（通常1.1-1.2），并注意温度和压力对实际流量的影响。

压力确定：计算系统阻力，包括管道阻力、设备阻力、出口背压等，加上工艺所需压力，确定风机出口压力。

气体性质：明确气体成分、温度、湿度、腐蚀性、爆炸性等。

运行制度：连续运行还是间歇运行，负荷变化范围，启动频率等。

6.2 风机系列选择

根据上述参数，选择合适的风机系列：

中等流量、中等压力：选用“C(La)”系列多级离心鼓风机；

浮选工艺专用：选用“CF(La)”或“CJ(La)”系列专用浮选风机；

高压、大流量：如D(La)2258-2.87所在的“D(La)”系列高速高压多级离心鼓风机；

单级加压：根据支撑形式选择“AI(La)”（悬臂）、“S(La)”（高速双支撑）或“AII(La)”（双支撑）系列。

6.3 配套设备选型

电机：根据风机轴功率和传动效率选择电机功率，考虑气体密度变化的影响，留有一定余量（通常10-15%）。

变速装置：如需调节流量，考虑变频驱动或液力耦合器等变速装置。

过滤系统：进气过滤精度根据工艺要求选择，稀土提纯通常要求过滤精度≤10μm。

消声设备：根据厂区噪声要求选择进气消声器和排气消声器。

控制系统：包括启动控制、防喘振控制、安全联锁、远程监控等。

七、结语

D(La)2258-2.87型高速高压多级离心鼓风机作为轻稀土镧提纯工艺中的关键气体输送设备，其设计充分考虑了稀土生产的特殊要求。从耐腐蚀材料选择到高性能密封设计，从稳定运行保障到维护便利性考虑，每一个细节都影响着稀土提纯的效率、质量和安全性。

随着稀土产业的不断升级，对提纯设备提出了更高要求：更高效率以降低能耗、更高可靠性以减少停产损失、更智能控制以适应柔性生产。未来，稀土专用离心鼓风机将朝着材料更先进、设计更优化、控制更智能、维护更便捷的方向发展，为我国稀土产业的持续健康发展提供坚实的装备保障。

作为风机技术人员，我们需要深入理解稀土工艺特点，不断优化风机设计，提高服务质量，确保每一台风机都能在其生命周期内稳定高效运行，为我国的战略资源开发贡献力量。