轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机基础技术解析与AI(Ce)913-2.72型鼓风机专题说明

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土、离心鼓风机、AI(Ce)913-2.72、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土矿选矿设备

一、稀土矿提纯工艺中的离心鼓风机基础概述

在稀土矿提纯工艺中，离心鼓风机作为关键气体输送设备，承担着为浮选、跳汰、氧化还原等工序提供稳定气源的重要任务。轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)等元素，其中铈(Ce)的提纯对气体输送设备的耐腐蚀性、密封性和压力稳定性有着特殊要求。

稀土矿提纯用离心鼓风机根据工艺环节不同分为多种类型，包括：“C(Ce)”型系列多级离心鼓风机，主要用于矿石粉碎后的气力输送；“CF(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机，专为浮选槽充气设计；“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机，适用于精细化浮选工序；“D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机，用于高压氧化工艺；“AI(Ce)”型系列单级悬臂加压风机，适用于中等压力要求的跳汰和分级工序；“S(Ce)”型系列单级高速双支撑加压风机，用于大流量工况；“AII(Ce)”型系列单级双支撑加压风机，兼顾稳定性和维护便利性。

这些风机可输送的气体介质多样，包括：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)以及混合无毒工业气体。风机选型需综合考虑气体特性、工艺压力、流量需求和经济性等因素。

二、AI(Ce)913-2.72型单级悬臂加压风机详解

2.1 型号含义与技术参数

“AI(Ce)913-2.72”型号解析：“AI”代表AI系列单级悬臂加压风机；“Ce”表示专为铈组稀土提纯工艺优化设计；“913”表示风机流量为每分钟913立方米；“-2.72”表示出风口压力为2.72个大气压（表压），相当于绝对压力约为3.72个大气压。由于型号中没有“/”符号，表示进风口压力为1个大气压（标准大气压）。

该风机设计用于铈提纯工艺中的跳汰机配套，主要技术特点包括：

流量范围：800-1000立方米/分钟（可调节）

工作压力：2.5-2.9个大气压（可调）

额定功率：185-220千瓦（根据工况调整）

转速：2950转/分钟（50Hz工频）

介质温度：-20℃至120℃

气体密度适应范围：0.6-1.5千克/立方米

2.2 结构特点与工作原理

AI(Ce)913-2.72型风机采用单级悬臂式结构，叶轮直接安装在电机延伸轴上，结构紧凑，占地面积小。悬臂设计避免了轴承跨距过大引起的振动问题，特别适合中等流量、中等压力的工况。

工作原理基于离心力原理：电机带动叶轮高速旋转，气体从进风口轴向进入叶轮，在叶片作用下获得动能和压力能，随后在蜗壳内将部分动能转化为静压能，最终从出风口排出。气体压力升高值遵循离心鼓风机基本定律，压力比与叶轮圆周速度的平方成正比。

该风机采用后弯式叶片设计，叶片出口角约为45度，兼顾效率和压力特性。叶轮直径约为850毫米，采用闭式焊接结构，材料根据输送介质不同可选用304不锈钢、316L不锈钢或钛合金。

2.3 在铈提纯工艺中的应用

在铈提纯工艺中，AI(Ce)913-2.72型风机主要用于跳汰分选工序。跳汰机利用周期性脉冲水流和气流使稀土矿物按密度分层，风机提供稳定气压确保脉动频率和幅度恒定。

具体工艺要求：

压力稳定性：压力波动需控制在±2%以内，确保分层效果

气体洁净度：进风口需配置三级过滤，颗粒物浓度低于5毫克/立方米

耐腐蚀性：针对可能存在的酸性气体组分，过流部件需进行防腐处理

调节特性：需配备变频调速装置，适应矿石粒度变化时的工艺调整

三、风机核心配件详解

3.1 风机主轴系统

AI(Ce)913-2.72型风机主轴采用42CrMoA合金钢锻件，经调质处理和表面高频淬火，硬度达到HRC52-56。主轴设计遵循悬臂梁强度计算原则，考虑离心力、气流轴向力、重力综合载荷。临界转速计算值高于工作转速的130%，避免共振风险。

主轴与叶轮采用过盈配合加键连接，过盈量按热装工艺计算确定，确保在最大转速下配合面不产生相对滑动。轴肩和退刀槽处采用圆弧过渡，减少应力集中。

3.2 轴承与轴瓦

该风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑，相比滚动轴承具有承载能力大、阻尼特性好、寿命长等优点。轴瓦材料为巴氏合金（ZChSnSb11-6），厚度3-5毫米，浇铸在铸钢瓦背上。

轴瓦设计要点：

宽径比：1.0-1.2，兼顾承载能力和稳定性

间隙比：0.0012-0.0015倍轴径（约0.15-0.20毫米）

油楔几何形状：按雷诺方程优化，确保形成完整压力油膜

供油系统：强制润滑，油压0.15-0.25MPa，油温40-50℃

3.3 转子总成

转子总成包括叶轮、主轴、平衡盘、联轴器等组件。动平衡等级按G2.5级执行，剩余不平衡量小于1.2克·毫米/千克。叶轮做超速试验，试验转速为最高工作转速的115%，持续10分钟。

平衡盘设计在叶轮背面，直径约为叶轮外径的70%，平衡约30%的轴向推力，剩余轴向力由推力轴承承受。

3.4 密封系统

气封系统：采用迷宫密封与碳环密封组合设计。叶轮进口处设迷宫密封，间隙0.3-0.5毫米；轴端采用碳环密封，由3-5个碳环串联组成，每个碳环分割为3-4个弧段，靠弹簧箍紧在轴上。

碳环密封特点：

材料：浸锑石墨或浸树脂石墨

工作温度：-100℃至350℃

允许线速度：80米/秒

泄漏量：小于0.5立方米/小时（标准状态）

油封：轴承箱采用骨架油封与迷宫组合密封，防止润滑油泄漏和外界污染物进入。

3.5 轴承箱

轴承箱为剖分式结构，便于安装和维护。箱体材料HT250铸铁，内表面涂防油涂料。设有观察窗、温度计接口、油位计和排污口。轴承箱与蜗壳间设隔热腔，减少热传导。

四、风机维护与修理技术

4.1 日常维护要点

振动监测：每日检测轴承座振动速度有效值，应小于4.5毫米/秒；位移峰值应小于35微米

温度监测：轴承温度不超过75℃，温升不超过40℃

润滑管理：使用ISO VG46透平油，每三个月取样分析，含水量应低于500ppm，颗粒污染度不低于ISO 4406 18/16/13级

密封检查：每周检查碳环密封泄漏情况，泄漏量突然增大需停机检查

过滤器维护：进风口过滤器压差超过500Pa时需清洁或更换

4.2 常见故障处理

故障一：振动超标

原因分析：转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动

处理方法：重新动平衡（去重或配重法）；激光对中仪重新对中，要求径向偏差小于0.05毫米，角度偏差小于0.05毫米/米；更换轴瓦；加固基础

故障二：轴承温度高

原因分析：润滑油不足或变质、冷却不良、载荷过大、轴承间隙不当

处理方法：检查油位和油质；清洗冷却器；检查工艺系统是否超压；调整轴承间隙

故障三：风量风压不足

原因分析：过滤器堵塞、密封间隙过大、转速下降、叶轮磨损

处理方法：清洁过滤器；调整密封间隙；检查变频器和电机；测量叶轮与蜗壳间隙，超标则修复或更换叶轮

故障四：碳环密封泄漏增大

原因分析：碳环磨损、弹簧失效、轴套磨损、气体带液

处理方法：更换碳环（整套更换）；更换弹簧；修复或更换轴套；检查气体分离装置

4.3 大修技术要点

大修周期一般为24000运行小时或3年，主要内容包括：

转子解体检修：

测量轴弯曲度，应小于0.02毫米

检查叶轮焊缝，着色探伤或磁粉探伤

叶片厚度测量，磨损超过原厚度30%需修复或更换

重新做动平衡，平衡精度G2.5级

轴承系统检修：

轴瓦检查，巴氏合金层无脱壳、裂纹、烧损

轴颈测量，圆度、圆柱度误差小于0.01毫米

刮瓦处理，接触角60-90°，接触点2-3点/平方厘米

密封更换：

迷宫密封间隙调整至设计值

碳环密封全部更换，安装时注意方向（斜面朝向高压侧）

检查轴套磨损情况，磨损深度超过0.5毫米需更换

对中调整：

冷态对中考虑热膨胀影响，电机中心一般比风机中心高0.10-0.15毫米

使用激光对中仪，三表法校核

试车验收：

空载试车2小时，轴承温升、振动达标

负载试车4小时，性能测试：在额定转速下，风量偏差不超过±5%，压力偏差不超过±3%，轴功率不超过设计值5%

五、工业气体输送的特殊考量

5.1 不同气体介质的风机调整

氧气(O₂)输送：

禁油处理：所有过流部件需脱脂清洗，油脂含量小于125毫克/平方米

材料兼容性：避免铜合金（氧指数低于氧分压），选用不锈钢或镍基合金

流速限制：低于25米/秒，防止静电积聚

密封特殊要求：采用无油润滑密封或氮气隔离密封

氢气(H₂)输送：

防泄漏设计：氢分子小，易泄漏，密封间隙需减少20-30%

防爆要求：电机、仪表防爆等级至少ExdⅡCT4

材料氢脆防护：避免高强度钢，选用奥氏体不锈钢或铝合金

流速控制：15-20米/秒，兼顾效率和安全性

二氧化碳(CO₂)输送：

防冷凝设计：压力降低可能导致干冰形成，需保温或加热

材料耐蚀性：湿二氧化碳形成碳酸，选用316L不锈钢

密封考虑：碳环密封需耐酸性介质

惰性气体(He、Ne、Ar)：

效率优化：气体密度差异大，叶轮需重新设计或调整转速

泄漏控制：惰性气体成本高，密封要求更严格

纯度保持：防止外界气体渗入，正压保护或特殊密封

5.2 工艺适应性调整

对于混合工业气体输送，需综合考虑：

气体密度计算：按各组分体积分数加权平均，密度变化影响风机压力和轴功率

压缩因子修正：高压下气体偏离理想气体，实际流量需修正

腐蚀性评估：根据酸性气体含量和湿度确定材料等级

爆炸极限考虑：可燃气体需控制氧含量低于最小氧浓度(MOC)

5.3 安全防护措施

超压保护：出风口设安全阀，整定压力为工作压力的1.1倍

喘振防护：设防喘振阀和喘振检测系统，流量低于设计值70%时自动打开

温度监控：进出口设温度传感器，异常高温报警

振动保护：振动值超限自动停机，设置两级报警：预警（80%限值）和停机（100%限值）

气体检测：可燃、有毒气体泄漏监测

六、AI(Ce)系列风机的选型与优化

6.1 选型计算基础

风机选型需基于工艺参数：

所需流量Q（立方米/分钟）

进口压力P₁（绝对压力，大气压）

出口压力P₂（绝对压力，大气压）

气体组成、温度、湿度

海拔高度（影响空气密度）

压力比ε = P₂/P₁，AI(Ce)系列适用于ε=1.3-3.0的工况。

轴功率计算公式：
轴功率（千瓦）= [流量（立方米/秒）× 压升（帕）] / [1000 × 风机全压效率 × 机械传动效率]

电机功率需考虑10-15%的安全裕量。

6.2 变频调速应用

稀土提纯工艺中，矿石性质和工艺条件常有变化，变频调速可灵活调整风机性能：

流量与转速成正比：Q₁/Q₂ = n₁/n₂

压力与转速平方成正比：P₁/P₂ = (n₁/n₂)²

轴功率与转速立方成正比：N₁/N₂ = (n₁/n₂)³

变频控制可实现：

工艺参数精细调整

防喘振控制

节能运行，部分负荷时显著降低能耗

软启动，减少电网冲击

6.3 系统匹配注意事项

管路设计：减少弯头和阀门，压力损失控制在出口压力的5%以内

过滤系统：三级过滤（粗效、中效、高效），保护叶轮和密封

消声措施：进出风口设消声器，噪声低于85分贝(A)

冷却系统：轴承箱和润滑油冷却，确保夏季高温期正常运行

控制系统：与DCS或PLC集成，实现远程监控和自动调节

七、结语

AI(Ce)913-2.72型单级悬臂加压风机作为轻稀土铈提纯工艺中的关键设备，其稳定运行直接关系到产品质量和生产效率。深入理解风机结构原理、掌握配件特性和维修技术、熟悉工业气体输送的特殊要求，是保障风机长期可靠运行的基础。

随着稀土提纯技术向精细化、绿色化方向发展，对风机设备的效率、可靠性和智能化提出了更高要求。未来稀土提纯专用风机将朝着高效节能、智能诊断、材料升级、模块化设计等方向发展，为稀土工业的转型升级提供有力装备支撑。

在实际应用中，建议建立完善的风机技术档案，记录运行参数、维护记录和故障分析，为设备优化和寿命预测提供数据支持。同时加强操作和维护人员的技术培训，提高故障识别和处理能力，最大限度地发挥设备性能，为稀土产业的高质量发展贡献力量。