轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机AI(Ce)68-1.87技术全解与行业应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：稀土提纯 离心鼓风机 AI(Ce)系列 风机维修 工业气体输送 铈提纯设备

一、稀土提纯工艺中离心鼓风机的核心地位

在轻稀土（铈组稀土）冶炼提纯工艺中，离心鼓风机作为关键动力设备，承担着气体输送、工艺加压、流化床供风、烟气处理等核心功能。铈（Ce）作为轻稀土代表元素，其提纯过程涉及焙烧、萃取、分离、还原等多道工序，每道工序都对气体输送设备有特殊要求。风机性能直接影响到稀土产品纯度、能耗指标和生产线稳定性。

我国稀土产业经过数十年发展，已形成完整的专用设备体系。针对铈提纯工艺特点，风机行业开发了多个专用系列，包括C(Ce)型多级离心鼓风机、CF(Ce)型专用浮选离心鼓风机、CJ(Ce)型专用浮选离心鼓风机、D(Ce)型高速高压多级离心鼓风机、AI(Ce)型单级悬臂加压风机、S(Ce)型单级高速双支撑加压风机、AII(Ce)型单级双支撑加压风机等。这些设备覆盖了从原料处理到最终产品制备的全流程气体输送需求。

二、AI(Ce)系列单级悬臂加压风机技术特性

2.1 系列设计理念

AI(Ce)系列是针对稀土提纯中等压力、中等流量工况设计的单级悬臂式离心鼓风机。其结构紧凑、维护方便、运行稳定，特别适合铈提纯过程中对气体纯净度要求高、空间受限的工艺环节。悬臂式设计消除了轴穿过机壳带来的泄漏风险，提高了密封可靠性。

2.2 AI(Ce)68-1.87型号详解

以AI(Ce)68-1.87型号为例，进行完整技术解析：

型号命名规则：

“AI”代表AI系列单级悬臂加压风机

“(Ce)”表示该风机专为铈提纯工艺优化设计

“68”表示风机额定流量为每分钟68立方米

“-1.3”表示出风口压力为1.3个标准大气压（表压）

型号中没有“/”符号，表示进风口压力为1个标准大气压（绝对压力）

性能参数范围：

流量范围：40-120 m³/min（可根据工艺调节）

压力范围：1.1-1.8个大气压（表压）

工作温度：-20℃至150℃（特殊设计可达200℃）

介质密度：0.8-1.5 kg/m³（相对空气）

转速：2900-9800 rpm（根据具体配置）

设计特点：

采用后弯式叶轮设计，效率曲线平坦，适应工艺波动

悬臂结构减少了一个支撑点，降低了振动传递

机壳采用水平剖分式，便于内部检查和维护

密封系统针对稀土工艺气体特性特殊设计

三、AI(Ce)68-1.87核心部件技术解析

3.1 风机主轴系统

主轴是离心鼓风机的核心传动部件，AI(Ce)68-1.87采用42CrMo高强度合金钢整体锻造，经过调质处理，硬度达到HB260-300。主轴设计遵循刚性轴原则，一阶临界转速高于工作转速的1.3倍，避免共振。轴颈表面经高频淬火处理，硬度HRC50-55，配合精密磨削，粗糙度Ra≤0.4μm。

3.2 风机轴承与轴瓦

该型号采用滑动轴承支撑，轴承材料为锡锑轴承合金（ChSnSb11-6），具有优异的耐磨性和顺应性。轴瓦设计采用椭圆瓦或可倾瓦结构，保证油膜稳定性。润滑系统采用强制供油方式，油压0.15-0.25MPa，进油温度35-45℃，温升不超过28℃。轴承间隙按轴颈直径的0.12%-0.15%控制，保证转子动态稳定性。

3.3 风机转子总成

转子总成包括叶轮、主轴、平衡盘、联轴器等部件。叶轮采用FV520B马氏体沉淀硬化不锈钢，五轴数控加工中心整体铣制，动平衡精度达到G2.5级。叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，过盈量按直径的0.08%-0.12%控制。转子组装后进行高速动平衡，平衡转速为工作转速的1.2倍，残余不平衡量小于1g·mm/kg。

3.4 密封系统

气封系统：采用迷宫密封与蜂窝密封组合设计。迷宫密封齿数6-8道，齿尖厚度0.1-0.15mm，间隙按直径的0.3%-0.5%控制。蜂窝密封由0.05mm厚不锈钢箔片制成，蜂窝格尺寸1.5-2mm，深度6-8mm。

碳环密封：在高压侧采用碳环密封，碳环材料为浸渍环氧树脂石墨，抗压强度≥120MPa，摩擦系数≤0.15。碳环分段设计，每环分3-4段，弹簧提供均匀压紧力。碳环与轴间隙0.03-0.05mm，泄漏量小于流量0.5%。

油封：采用双唇骨架油封与迷宫组合，防止润滑油泄漏。油封材料为氟橡胶，耐温-20℃至200℃，耐介质性能优异。

3.5 轴承箱设计

轴承箱为铸铁HT250整体铸造，壁厚均匀，刚性充足。箱体设计有充分的散热筋，保证散热效果。轴承箱与机壳分离安装，减少热传导和振动传递。箱内设置挡油板和回油槽，确保润滑油顺利回流。轴承温度监测点布置在轴承承载区正上方，测量点距离轴承表面不超过3mm。

四、稀土提纯风机维修关键技术

4.1 日常维护要点

振动监测：每天记录轴承座振动值，径向振动速度有效值不超过4.5mm/s，位移峰值不超过35μm

温度监控：轴承温度不超过75℃，温升不超过40℃，润滑油温度不超过65℃

密封检查：每周检查密封泄漏情况，碳环密封泄漏量突然增加超过20%时应安排检查

润滑油管理：每三个月取样分析润滑油，水分不超过0.05%，机械杂质不超过0.01%

4.2 定期检修内容

小修（每运行4000小时）：

检查并紧固所有连接螺栓

更换润滑油和滤芯

检查联轴器对中，偏差不超过0.05mm

清洁进气过滤器

中修（每运行16000小时）：

包括小修全部内容

检查叶轮磨损情况，叶片厚度磨损不超过原厚度的1/3

检查更换碳环密封

检查轴瓦间隙，超过原始间隙1.5倍需更换

检查主轴直线度，偏差不超过0.02mm/m

大修（每运行48000小时）：

包括中修全部内容

转子全解体检查

叶轮无损检测（磁粉探伤或渗透探伤）

主轴超声波探伤

更换所有密封件

轴承座重新刮研

4.3 常见故障处理

振动超标：

原因分析：转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动

处理流程：先检查基础螺栓和联轴器对中，再测量转子动平衡，最后检查轴承

温度过高：

原因分析：润滑油不足或变质、冷却系统故障、轴承间隙过小、过载运行

处理流程：检查油位和油质，清洗冷却器，检查轴承间隙，核实运行参数

性能下降：

原因分析：叶轮磨损、密封间隙过大、进气堵塞

处理流程：检查进气过滤器，测量密封间隙，检查叶轮状态

五、工业气体输送风机的特殊要求

5.1 不同气体的输送特性

AI(Ce)系列风机可输送多种工业气体，每种气体都有特殊要求：

氧气（O₂）输送：

材料选择：所有接触氧气的部件必须采用铜合金或不锈钢，避免铁素体钢

清洁度要求：装配前所有零件需脱脂清洗，油脂含量不超过25mg/m²

防静电设计：叶轮和机壳需接地，防止静电积累

安全间隙：运动部件间隙需加大15%-20%，防止摩擦发热

氢气（H₂）输送：

密封要求：采用双端面干气密封或液膜密封，泄漏率低于10mL/min

材料防氢脆：采用奥氏体不锈钢或低合金钢，硬度不超过HRC22

防爆设计：电机和电气设备需符合防爆等级Ex dⅡCT4

流速控制：管道流速不超过15m/s，防止静电积累

二氧化碳（CO₂）输送：

材料耐腐蚀：采用304L或316L不锈钢，防止碳酸腐蚀

防凝华设计：出口温度需高于-56.6℃（三相点温度）

压力控制：避免压力温度进入固态区

干燥要求：气体露点需低于-40℃

惰性气体（He、Ne、Ar）输送：

密封优化：采用低泄漏密封系统，回收率大于99.5%

材料标准：常规不锈钢即可满足要求

纯度保持：内部表面光洁度Ra≤0.8μm，减少吸附

5.2 特殊材料选择

针对不同气体介质，风机材料需相应调整：

通用气体（空气、氮气）：叶轮FV520B，机壳QT450

腐蚀性气体（烟气、湿二氧化碳）：叶轮2205双相钢，机壳316L

高纯气体（电子级）：叶轮304L电解抛光，机壳304L内表面涂层

氧气：全系统铜合金或304L，禁油处理

5.3 安全保护系统

工业气体风机需配置完善的安全系统：

喘振保护：安装防喘振阀和控制器，设定安全裕度10%-15%

超压保护：安全阀设定压力为工作压力的1.1倍

温度保护：轴承温度和排气温度双重保护

振动保护：径向和轴向振动监测，两级报警

泄漏监测：危险气体泄漏浓度监测

六、铈提纯工艺中的风机选型与应用

6.1 工艺匹配原则

在铈提纯生产线中，不同工序需要不同特性的风机：

焙烧工序：

气体：高温空气或富氧空气

压力要求：1.2-1.5大气压

温度要求：耐温300℃以上

推荐型号：AII(Ce)系列双支撑风机

酸浸工序：

气体：空气或氮气（防爆）

压力要求：1.1-1.3大气压

防腐要求：耐稀酸气氛

推荐型号：C(Ce)系列多级风机（防腐型）

萃取分离：

气体：氮气保护气

压力要求：1.05-1.2大气压

纯度要求：氧气含量小于10ppm

推荐型号：AI(Ce)系列（禁油型）

还原工序：

气体：氢气或氢氮混合气

压力要求：1.3-1.8大气压

防爆要求：Ex dⅡCT4等级

推荐型号：D(Ce)系列高压风机

6.2 AI(Ce)68-1.87在铈提纯中的具体应用

该型号特别适合铈提纯中的萃取槽搅拌供气和还原炉保护气输送：

萃取槽应用：

流量调节范围：50-80 m³/min（根据槽液高度自动调节）

压力稳定性：波动不超过±2%

气体纯净度：含油量小于0.01ppm

连续运行时间：大于8000小时

还原炉应用：

氢气混合输送：氢气比例30%-70%可调

防爆措施：机壳防静电接地，间隙防爆设计

泄漏控制：采用双碳环密封，泄漏量小于0.5m³/h

安全联锁：与氢气浓度监测联锁

6.3 能效优化措施

变频控制：根据工艺需求调节转速，节能20%-40%

热回收：利用排气热量预热工艺气体，提高热效率

系统优化：优化管网设计，减少压力损失

维护优化：定期清洗叶轮，保持最佳效率

七、未来技术发展趋势

7.1 智能化升级

下一代稀土提纯风机将集成智能监测系统：

振动频谱在线分析，预测故障

效率实时计算，优化运行点

数字孪生技术，虚拟调试和维护

自适应控制，自动调节工况参数

7.2 新材料应用

叶轮材料：钛合金、陶瓷基复合材料，提高耐腐蚀性

密封材料：碳化硅密封环，寿命延长至5年以上

轴承材料：陶瓷轴承，免润滑，耐腐蚀

7.3 绿色制造

低噪声设计：噪声控制在85dB(A)以下

零泄漏技术：采用磁力传动或全密封设计

再制造技术：旧风机再制造利用率达到70%以上

八、结语

AI(Ce)68-1.87型单级悬臂加压风机作为铈提纯工艺中的关键设备，其设计充分考虑了稀土生产的特殊要求。从材料选择到结构设计，从密封技术到安全保护，每一个细节都体现了专业化、精细化理念。随着稀土产业向高纯化、绿色化方向发展，对风机的技术要求也将不断提高。作为风机技术人员，我们需要不断学习新技术、新材料、新工艺，为稀土产业发展提供更可靠、更高效、更智能的气体输送解决方案。

在实际应用中，建议用户建立完善的风机档案，记录从安装、运行到维护的全过程数据。定期与制造商沟通，了解技术升级信息。培养专业维护团队，掌握核心维修技术。只有设备制造方、使用方、维护方紧密合作，才能最大限度发挥风机性能，保障稀土生产线的稳定高效运行。