轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机基础技术与应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：稀土矿提纯、离心鼓风机、铈组稀土、AI(Ce)1388-1.77、风机配件、风机修理、工业气体输送

引言：稀土提纯工艺中的风机技术重要性

稀土元素作为现代高科技产业的关键材料，其提纯工艺对设备性能有着严苛要求。轻稀土中的铈(Ce)作为铈组稀土的代表性元素，在冶金、玻璃陶瓷、催化剂等领域应用广泛。在铈的湿法冶金提纯过程中，离心鼓风机承担着气体输送、氧化还原反应供气、浮选分离等关键环节的动力供给任务。风机性能的稳定性、气体输送的精确性和设备耐腐蚀性直接关系到稀土产品的纯度、生产效率和能耗指标。本文将系统阐述稀土铈提纯专用离心鼓风机的基础知识，重点解析AI(Ce)1388-1.77型风机的技术特性，并对风机配件、维修保养及工业气体输送技术进行详细说明。

第一章：稀土提纯工艺对风机的特殊要求

1.1 铈提纯工艺流程概述

铈组稀土的提纯通常采用萃取分离、氧化还原、沉淀结晶等湿法冶金工艺。在这些工艺环节中，风机主要应用于：

氧化工序：向反应槽输送氧气或空气，将三价铈氧化为四价铈

浮选工序：为浮选机提供稳定气流，实现矿物分离

尾气处理：输送和处理生产过程中产生的酸性或碱性气体

物料输送：利用气流输送干燥后的稀土粉末

1.2 工艺环境对风机的挑战

铈提纯车间通常存在以下恶劣工况：

腐蚀性介质：盐酸、硝酸、硫酸等酸雾环境

高温高湿：反应槽区域温度可达60-80℃，相对湿度超过80%

颗粒物污染：稀土粉尘粒径细微，易在风机内部沉积

连续运行要求：生产流程24小时不间断，风机需具备高可靠性

压力精准控制：氧化还原反应对气体压力波动敏感，要求压力控制精度±0.5%

1.3 气体特性对风机设计的影响

不同工艺阶段输送的气体物理性质差异显著：

密度变化：氢气密度仅为空气的1/14，而二氧化碳密度是空气的1.5倍

腐蚀性差异：湿氯气腐蚀性极强，而氮气相对惰性

温度范围：从常温冷却气体到200℃以上的热烟气

第二章：稀土提纯专用离心鼓风机系列解析

2.1 多级离心鼓风机系列

“C(Ce)”型系列多级离心鼓风机采用轴向进气、径向排气的多级叶轮串联结构，每级叶轮增压值约1.1-1.3倍，总增压比可达2.5-4.0。该系列风机适用于需要中等压力、大流量的萃取槽曝气工序，其特点是运行平稳、效率曲线平缓，能够适应工艺参数的波动。

“D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机采用齿轮增速箱驱动，转速可达15000-30000rpm，单机压力最高可达4.5个大气压。该机型专为高压氧化反应设计，采用不锈钢或钛合金材质应对腐蚀环境，配备精密振动监测系统，确保高速转子运行的稳定性。

2.2 浮选专用风机系列

“CF(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机针对浮选工艺的特殊需求进行优化：流量调节范围宽（30%-110%）、压力稳定性高（波动小于2%）、具备抗堵塞设计。叶轮采用前倾后弯复合型叶片，兼顾高压和小流量工况下的性能稳定。

“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机在CF型基础上增加了智能控制系统，可根据浮选槽液位、泡沫厚度自动调节风量风压，实现节能运行。该机型配备气液分离器，防止浆液倒吸入风机。

2.3 单级加压风机系列

“S(Ce)”型系列单级高速双支撑加压风机采用两端支撑的刚性转子结构，适用于高转速、中等压力场合。该机型轴向推力由平衡盘和止推轴承共同承担，运行稳定性极佳，常用于尾气回收系统的气体增压。

“AII(Ce)”型系列单级双支撑加压风机在S型基础上进行了抗腐蚀强化，过流部件采用双相不锈钢或哈氏合金，密封系统升级为干气密封与迷宫密封的组合，适用于输送含微量腐蚀性成分的工艺气体。

第三章：AI(Ce)1388-1.77型单级悬臂加压风机深度解析

3.1 型号含义与技术参数

AI(Ce)1388-1.77型号的完整解读：

“AI”：代表单级悬臂加压风机系列

“(Ce)”：表示专为铈提纯工艺优化设计

“1388”：表示设计点流量为每分钟1388立方米（工况条件：进口压力1个大气压，温度20℃，相对湿度50%）

“-1.77”：表示出口绝对压力为1.77个大气压（即表压0.77kgf/cm²）

隐含参数：进风口压力为1个大气压（未标注“/”符号，按规范默认为常压进气）

该风机的主要设计参数：

额定转速：9800rpm

轴功率：185kW

设计效率：84%

允许介质温度：-20℃至150℃

噪声等级：≤85dB(A)

振动限值：≤2.8mm/s（RMS）

3.2 结构特点与材料选择

悬臂式转子设计：叶轮直接安装在电机轴伸端，省去了联轴器和轴承座，结构紧凑，减少了泄漏点。这种设计特别适用于输送洁净或微腐蚀气体，维护简便。

叶轮技术：采用三元流后弯式闭式叶轮，叶片数为12片，材料为FV520B马氏体沉淀硬化不锈钢。该材料经过固溶+时效处理后，硬度达到HRC38-42，同时保持优良的耐点蚀能力。叶轮动平衡等级达到G2.5级，确保高速运转平稳。

机壳设计：蜗壳采用轴向剖分结构，材料为304不锈钢内衬2mm厚的PTFE防腐层。进气口配备可调导叶，可在70%-105%额定流量范围内调节，保持高效运行。

第四章：风机核心配件技术详解

4.1 主轴系统

AI(Ce)1388-1.77风机主轴采用42CrMoA合金钢，调质处理后表面进行高频淬火，硬度层深度2-3mm，表面硬度HRC52-56。主轴与叶轮配合段采用过盈配合加键连接的双重固定，过盈量控制在0.04-0.06mm。主轴径向跳动允差≤0.01mm，轴向窜动量≤0.02mm。

4.2 轴承与轴瓦技术

该机型采用滑动轴承（轴瓦），相比滚动轴承具有以下优势：

承载能力大，适用于高速重载工况

阻尼特性好，可抑制振动

寿命长，正常使用可达50000小时

轴瓦材料为巴氏合金（ZChSnSb11-6），厚度3mm，浇铸在钢背瓦体上。轴承间隙按公式计算：顶隙=0.0012×轴径（毫米），侧隙为顶隙的1/2。供油系统采用强制润滑，油压0.15-0.25MPa，进油温度35-45℃，温升不超过20℃。

4.3 转子总成平衡技术

转子总成包括叶轮、轴套、平衡盘和半联轴器。动平衡分两步进行：首先单独对叶轮进行动平衡，剩余不平衡量≤1.5g·mm/kg；然后组装后进行转子总成动平衡，在两端校正面上配重，最终不平衡量≤0.5g·mm/kg。平衡精度按公式计算：偏心距=不平衡量/转子质量，要求≤0.5μm。

4.4 密封系统

碳环密封：由6-8个碳环组成密封组，每个碳环由3个扇形块组成，依靠弹簧箍紧在轴上。碳环材料为浸渍呋喃树脂的石墨，耐温可达250℃，摩擦系数低（0.08-0.12）。密封间隙按公式设计：径向间隙=0.001×轴径+0.1mm。

气封与油封：在碳环密封外侧设置迷宫式气封，减少气体泄漏；轴承箱端部采用骨架油封（氟橡胶材质）防止润滑油泄漏。气封间隙控制为0.2-0.3mm，过大则泄漏量增加，过小易发生摩擦。

4.5 轴承箱设计

轴承箱为铸铁件（HT250），内表面加工精度Ra≤1.6μm。箱体设置观察窗、油位计、温度计插孔和呼吸器。呼吸器内置3μm精度滤芯，防止粉尘进入。轴承箱与机壳间设置隔热垫，减少热传导。

第五章：风机维护与修理关键技术

5.1 日常维护要点

振动监测：每日记录轴承部位振动值，速度有效值超过4.5mm/s时需预警

温度检查：轴承温度不应超过75℃，油温不超过65℃

泄漏检查：碳环密封泄漏量应小于0.5%额定流量，肉眼不应见明显气流

油品管理：每三个月取样检测润滑油，水分不超过0.05%，机械杂质不超过0.01%

5.2 定期保养项目

每运行3000小时：

更换润滑油并清洗油箱

检查碳环磨损情况，剩余厚度小于原厚度1/3时需更换

检查对中情况，偏差不超过0.05mm

每运行12000小时：

拆卸检查轴承间隙，超标0.05mm以上需修刮或更换轴瓦

检查叶轮腐蚀和磨损情况，叶片厚度减薄超过1mm需修复或更换

校验振动传感器和温度仪表精度

5.3 常见故障处理

振动过大：
可能原因：转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动
处理方法：重新平衡转子、调整对中、更换轴承、紧固地脚螺栓
振动分析公式：振动烈度=均方根速度值，允许值=4500/转速的平方根（转速单位：rpm）

压力不足：
可能原因：密封磨损泄漏、叶轮腐蚀、过滤器堵塞、转速下降
处理方法：更换密封件、修复叶轮、清洗过滤器、检查电机和变频器

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
处理方法：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
温度计算公式：轴承温升=轴承摩擦功率/(润滑油比热容×流量)

5.4 大修技术要点

拆卸顺序：

拆除进出口管路和仪表接线

拆卸联轴器护罩和中间节

拆除轴承箱上盖和油管

吊出转子总成

关键测量数据：

轴瓦间隙（顶隙、侧隙）

叶轮口环间隙（半径方向0.4-0.6mm）

碳环密封间隙

转子轴向窜动量

装配注意事项：

所有配合面清洗干净，涂适量防咬合剂

热装叶轮时加热温度不超过180℃，保温时间按每毫米壁厚2分钟计算

拧紧螺栓时按对角顺序分三次拧紧至规定扭矩

最终对中要求：径向偏差≤0.03mm，角度偏差≤0.02/100mm

第六章：工业气体输送技术要点

6.1 不同气体的特性与风机选型

氧气输送：需采用禁油设计，所有过流部件进行脱脂处理，密封采用氮气隔离。材料选择铜合金或不锈钢，避免铁素体钢产生火花。

氢气输送：由于氢气密度小、音速高，风机需特殊设计：叶轮采用窄流道、多叶片结构；密封系统加强，防止泄漏；防爆等级达到Exd IIB T3。

腐蚀性气体（如湿氯气、二氧化硫）：过流部件采用钛材、哈氏合金或内衬氟塑料；轴承箱正压通风，防止气体侵入；设置应急密封气源。

6.2 气体参数换算方法

风机样本参数通常以空气为标准介质（密度1.2kg/m³），输送其他气体时需换算：

流量换算：体积流量不变，质量流量=体积流量×气体密度

压力换算：相同体积流量下，风机产生的压力与气体密度成正比
换算公式：实际压力=样本压力×(实际气体密度/空气密度)

功率换算：轴功率与气体密度成正比
换算公式：实际功率=样本功率×(实际气体密度/空气密度)

示例计算：AI(Ce)1388-1.77输送二氧化碳（密度1.98kg/m³）时：

体积流量仍为1388m³/min

出口压力=1.77×(1.98/1.2)=2.92个大气压

轴功率=185×(1.98/1.2)=305kW

6.3 混合气体输送注意事项

稀土提纯中常遇到混合气体，如空气-盐酸雾、氮气-有机物蒸汽等：

爆炸极限判断：混合气体浓度需避开爆炸上下限，必要时充入惰性气体稀释

露点控制：含可凝气体的混合物需保持温度高于露点10℃以上

材料兼容性：多种腐蚀成分共存时，选择材料需考虑协同腐蚀效应

第七章：风机智能控制与节能技术

7.1 变频调速控制

AI(Ce)系列风机配备变频调速系统，根据工艺需求自动调节转速。节能原理基于相似定律：流量与转速成正比，压力与转速平方成正比，功率与转速立方成正比。因此降低转速可大幅节能，当流量需求为80%时，转速降至80%，功率降至51%。

7.2 防喘振控制

喘振是离心风机的危险工况，发生在小流量高压比区域。AI(Ce)1388-1.77设置防喘振控制系统：

实时监测进出口压力和流量

计算当前工况点与喘振线的距离

当接近喘振线时，自动打开防喘振阀或增加转速

喘振控制公式：安全流量=喘振流量×1.1

7.3 状态监测与预警

安装在线监测系统，包括：

振动加速度传感器（频率范围2Hz-10kHz）

轴位移探头（测量范围±1mm）

温度传感器（PT100，精度±0.5℃）

气动参数变送器（压力、流量）

数据通过PLC采集，采用模糊逻辑算法进行故障诊断，提前预警轴承磨损、转子不平衡、密封失效等故障。

第八章：未来发展趋势

8.1 材料技术进展

新型复合材料如碳纤维增强聚合物、陶瓷基复合材料开始应用于风机叶轮，具有重量轻、强度高、耐腐蚀的优点。纳米涂层技术可提高传统材料的耐腐蚀性，如纳米氧化铝涂层可将不锈钢耐蚀性提高3-5倍。

8.2 设计方法革新

计算流体动力学（CFD）和有限元分析（FEA）的深入应用，使风机设计更加精准。通过全三维流场模拟，优化叶轮流道形状，可将效率提高2-3个百分点。转子动力学分析可预测临界转速和振动响应，提高运行稳定性。

8.3 智能化升级

基于工业物联网的风机群控系统，可实现多台风机的负荷分配优化、预测性维护和远程专家诊断。数字孪生技术建立风机虚拟模型，实时映射物理风机状态，为优化运行提供决策支持。

结语

稀土铈提纯专用离心鼓风机作为关键工艺设备，其技术性能直接影响产品质量和生产成本。AI(Ce)1388-1.77型单级悬臂加压风机凭借其紧凑结构、稳定性能和良好的耐腐蚀性，在轻稀土提纯领域得到广泛应用。正确选择风机型号、合理配置密封和轴承系统、实施科学的维护保养，是确保风机长期可靠运行的关键。随着新材料、新技术的应用，稀土提纯风机的效率、可靠性和智能化水平将持续提升，为我国稀土产业的转型升级提供有力装备支撑。