轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机AI(Ce)514-2.53技术解析与应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈(Ce)分离、离心鼓风机、AI(Ce)514-2.53、风机配件、风机维修、工业气体输送

引言

在稀土矿物提纯工艺中，特别是轻稀土（铈组稀土）的分离与提纯，离心鼓风机作为关键的气体输送与加压设备，发挥着不可替代的作用。铈(Ce)作为轻稀土组中的重要元素，其提纯过程需要稳定、可靠且高效的气体输送系统支持。本文将重点围绕稀土矿提纯用离心鼓风机的基础知识展开，特别针对AI(Ce)514-2.53型号进行详细说明，并对风机配件、维修保养以及工业气体输送特点进行全面阐述，为从事稀土提纯工作的技术人员提供实用参考。

第一章 稀土提纯工艺与风机需求特性

1.1 轻稀土（铈组稀土）提纯工艺概述

轻稀土主要包括镧、铈、镨、钕等元素，其中铈(Ce)的提取通常采用化学分离法，涉及焙烧、酸溶、萃取、结晶等多个工序。在这些工序中，需要多种气体参与反应或作为保护气氛，如氧气用于焙烧氧化、氮气作为惰性保护气、压缩空气用于物料输送等。气体输送的稳定性、压力精度和洁净度直接影响稀土产品的纯度与回收率。

1.2 离心鼓风机在稀土提纯中的作用

离心鼓风机通过高速旋转的叶轮对气体做功，提高气体压力与流速，满足工艺需求。在铈提纯中，风机主要用于：

提供氧化焙烧所需富氧空气

输送萃取过程中的保护性气体

为气动输送系统提供动力源

维持反应釜内特定压力环境

风机性能的稳定性直接关系到工艺参数的恒定，进而影响产品一致性。

第二章 AI(Ce)514-2.53型号离心鼓风机详解

2.1 型号命名规则解析

“AI(Ce)514-2.53”这一完整型号包含以下信息：

“AI”：表示AI系列单级悬臂加压风机，该系列采用单级叶轮、悬臂式转子结构，结构紧凑，适用于中低压气体输送。

“(Ce)”：表示该风机专为铈提纯工艺设计，在材质选择、密封形式和防腐处理上有特殊考虑，以适应稀土提纯环境。

“514”：表示风机额定流量为每分钟514立方米，这是风机在标准进口状态下的设计输送能力。

“-2.53”：表示风机出口压力为2.53个大气压（表压）。此处没有“/”符号，表明进口压力为标准大气压（1个大气压绝对压力）。

2.2 AI(Ce)514-2.53技术特点

2.2.1 结构设计

该型号采用单级悬臂式设计，叶轮直接安装在电机轴伸端或通过高速联轴器连接，省去了齿轮箱，减少了故障点。悬臂结构使转子动力学特性较为简单，但要求精确的动平衡校正。

2.2.2 性能参数

流量范围：450-560 m³/min（可调）

出口压力：2.53 bar（可随工况微调）

轴功率：约185-220 kW（取决于气体密度）

转速：2950-9800 rpm（根据电机极数与传动方式）

效率：≥82%（在设计点）

2.2.3 材质选择

针对稀土提纯环境中可能存在的腐蚀性气体成分，与气体接触的主要部件（如叶轮、机壳、进气室）采用不锈钢316L或双相不锈钢材质，具有良好的耐氯离子腐蚀能力。轴承箱等结构件采用铸铁HT250，表面进行防腐处理。

第三章 风机核心配件详解

3.1 风机主轴

主轴是传递扭矩、支撑转子的核心部件。AI(Ce)514-2.53的主轴采用42CrMoA合金钢，调质处理后硬度达到HB240-280，具有高强度与良好的韧性。主轴与叶轮配合处采用锥面配合，配合面接触面积不低于75%，确保传递大扭矩时不产生相对滑动。主轴动态跳动要求小于0.01mm，保证运行平稳。

3.2 风机轴承与轴瓦

该型号采用滑动轴承（轴瓦）支撑，相比滚动轴承，滑动轴承具有承载能力大、阻尼性能好、寿命长的优点。轴瓦材料为锡基巴氏合金（ChSnSb11-6），厚度3-5mm，浇铸在铸铁瓦背上。巴氏合金具有良好的嵌入性与顺应性，能容忍少量异物，适应稀土厂可能存在的振动环境。

轴承润滑采用强制润滑油系统，油压0.15-0.25MPa，油温控制在35-45℃之间。润滑油需定期检测粘度、水分与颗粒度，建议每三个月取样分析一次。

3.3 风机转子总成

转子总成包括叶轮、主轴、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合体。叶轮为后弯式叶片设计，叶片数12-16片，采用三元流理论设计，效率较高。叶轮制造完成后需进行超速试验，试验转速为设计转速的115%，持续2分钟，检查有无永久变形。

动平衡等级要求达到G2.5级（ISO 1940标准），不平衡量小于0.5g·mm/kg。平衡校正时需在两端校正平面上进行，剩余不平衡量分布遵循“力与力矩平衡”原则。

3.4 密封系统

3.4.1 气封

在叶轮与机壳间设置迷宫密封，间隙控制在0.3-0.5mm（半径方向）。迷宫密封的齿形为阶梯式，增加泄漏阻力，减少内泄漏损失。密封材料与机壳一致，热膨胀系数相近，防止热态运行时碰磨。

3.4.2 碳环密封

在轴伸出端采用碳环密封，防止气体外泄。碳环材料为浸渍树脂石墨，具有自润滑性，允许少量轴向与径向浮动。每组碳环密封由3-5个环组成，环间有弹簧压紧，确保密封面贴合。碳环密封的正常寿命为8000-12000小时，需定期检查磨损情况。

3.4.3 油封

轴承箱两端采用骨架油封，防止润滑油泄漏。油封材料为氟橡胶（FKM），耐温范围-20℃至200℃，耐矿物油性能好。安装时注意唇口方向朝向箱内，弹簧圈完好无脱落。

3.5 轴承箱

轴承箱为整体铸铁结构，分为上盖与下座，剖分面通过精密加工保证密封。箱体设计有足够的刚性，防止在转子载荷下产生变形影响对中。轴承箱下部设置回油槽，确保润滑油顺畅流回油箱。箱体上预留温度计与振动传感器接口，方便状态监测。

第四章 风机维护与修理要点

4.1 日常维护内容

振动监测：每天记录轴承座振动值，速度有效值不超过4.5mm/s，位移峰值不超过50μm。振动突然增加需立即分析原因。

温度检查：轴承温度不超过75℃，温升不超过40℃（相对于环境温度）。

润滑油管理：每周检查油位，保持在视窗1/2-2/3处；每月检查油质，水分不超过0.05%，机械杂质不超过0.01%。

密封检查：每周检查碳环密封处有无明显泄漏，允许有轻微渗漏（每分钟不超过5个气泡），但不应有连续气流。

4.2 定期保养项目

季度保养：清洗润滑油过滤器，检查联轴器对中情况，对中误差要求径向小于0.05mm，角度小于0.05mm/100mm。

年度保养：更换润滑油与滤芯，检查碳环密封磨损量，超过原厚度1/3需更换。检查地脚螺栓紧固情况，力矩需符合设计要求。

三年期大修：解体检查全部内部零件，测量叶轮、密封间隙，检查轴瓦磨损情况，巴氏合金层厚度小于1mm需重新浇铸。对转子做动平衡校验。

4.3 常见故障处理

4.3.1 振动超标

可能原因：转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动。处理步骤：首先检查基础螺栓与对中，若无问题则停机检查转子平衡状态与轴承间隙。

4.3.2 轴承温度高

可能原因：润滑油不足或变质、冷却不良、轴承间隙过小、负载过大。处理步骤：检查油系统，测量轴承间隙（正常为轴径的0.1%-0.15%），检查工艺系统是否超压运行。

4.3.3 风量不足

可能原因：进口过滤器堵塞、密封间隙过大、转速下降、管网阻力增加。处理步骤：检查进口压力是否降低，测量实际转速，检查叶轮是否积垢或磨损。

4.3.4 碳环密封泄漏大

可能原因：碳环磨损、弹簧失效、轴套磨损、压盖间隙不当。处理步骤：停机检查碳环厚度与弹簧弹力，测量轴套磨损量（不得超过原直径的0.5%）。

4.4 修理技术要求

修理过程中需特别注意：

叶轮与主轴拆卸需使用专用液压工具，避免敲击造成损伤。

轴瓦刮研需由有经验技师操作，接触点每平方厘米不少于2-3点，接触角90°-120°。

所有紧固螺栓需使用扭矩扳手，按对角线顺序分三次拧紧至规定力矩。

重新组装后需进行4小时空载试车，再逐步加载至满负荷。

第五章 稀土提纯用系列风机概述

5.1 C(Ce)型系列多级离心鼓风机

采用2-8级叶轮串联，每级叶轮后设导叶与回流器，压力可达0.8-3.2MPa。适用于需要高压气体的萃取与加压工序。特点：效率高（可达85%以上）、压力稳定、但结构复杂，维修难度较大。

5.2 CF(Ce)与CJ(Ce)型系列专用浮选离心鼓风机

专为稀土浮选工艺设计，压力范围0.4-0.8MPa，流量调节范围宽（30%-110%）。CF型采用常规材质，CJ型采用增强防腐设计，适用于含药剂气体环境。共同特点：抗堵塞性能好，能适应含有微量泡沫的气体。

5.3 D(Ce)型系列高速高压多级离心鼓风机

采用齿轮箱增速，转速可达20000rpm以上，单级压力比高，级数少，结构紧凑。压力范围1.6-4.0MPa，适用于需要超高压气体的特殊提纯工艺。特点：技术含量高，制造精度要求极高，需配备先进的控制系统。

5.4 S(Ce)型系列单级高速双支撑加压风机

与AI型同为单级，但采用双支撑结构，转子稳定性更好，适用于更高转速（可达15000rpm）。压力范围1.5-3.0MPa，流量200-800m³/min。特点：运行平稳，振动小，但轴向尺寸较长，占地面积大。

5.5 AII(Ce)型系列单级双支撑加压风机

介于AI型与S型之间，采用双支撑但转速适中（6000-10000rpm），兼顾稳定性与经济性。压力范围1.2-2.5MPa，流量300-1000m³/min。特点：性价比高，维护相对简便，适合中等规模稀土提纯厂。

第六章 工业气体输送特殊考量

6.1 不同气体特性对风机设计的影响

6.1.1 密度差异

气体密度直接影响风机轴功率，功率计算公式为：轴功率等于流量乘以压力升再除以效率除以机械效率再乘以气体密度修正系数。输送氢气（密度0.09kg/m³）时功率仅为空气的约1/11，而输送二氧化碳（密度1.98kg/m³）时功率约为空气的1.5倍。AI(Ce)514-2.53设计时已考虑密度变化范围，电机功率留有15%-20%裕量。

6.1.2 腐蚀性气体

工业烟气中可能含有SO₂、HCl等酸性成分，氧气具有强氧化性。风机材质需相应调整：输送氧气时需脱脂处理，所有零件禁油；输送酸性气体时采用更高级别不锈钢或衬防腐涂层。

6.1.3 危险气体

氢气、氦气等易燃易爆或高渗透性气体，需采用特殊密封（如干气密封）与防爆电机，静电接地需完善。AI(Ce)系列可根据需要升级为防爆设计，满足Ex d IIB T4防爆等级。

6.2 气体纯度要求

稀土提纯对气体纯度有较高要求，特别是保护性气体如氮气、氩气，纯度通常要求99.99%以上。风机内部清洁度必须保证，组装前所有流道需经喷砂清理与脱脂清洗，碳钢件需涂覆环氧树脂涂层防止生锈污染。

6.3 压力与流量调节

稀土提纯不同工序对气体参数要求不同，风机需具备调节能力。AI(Ce)514-2.53提供多种调节方式：

进口导叶调节：可调范围70%-105%，效率损失小

转速调节（配变频电机）：可调范围50%-100%，节能效果明显

出口放空调节：简单但能耗高，仅作为临时措施

推荐采用变频调速，不仅节能，还能实现软启动，减少机械冲击。

6.4 安全保护措施

喘振保护：设置防喘振阀，当流量低于设计值65%时自动打开，防止风机进入喘振区。

超压保护：出口设安全阀，整定压力为工作压力的1.1倍。

温度保护：轴承温度超过85℃报警，超过95℃连锁停机。

振动保护：振动值超过7.1mm/s报警，超过11mm/s连锁停机。

油系统保护：油压低于0.1MPa报警并启动辅助油泵，低于0.05MPa连锁停机。

第七章 选型与应用建议

7.1 AI(Ce)514-2.53适用场景

该型号特别适用于：

铈氧化焙烧供风系统

稀土萃取槽搅拌气源

气力输送系统的动力源

反应釜加压与保压系统

建议工作环境：环境温度-10℃至40℃，海拔不超过1000m，相对湿度小于90%（无冷凝）。

7.2 配套设备建议

进口过滤器：选用F7中效过滤器（对0.5μm颗粒过滤效率70%），压差超过250Pa时报警提示更换。

消声器：进口与出口均配消声器，使噪声降至85dB(A)以下。

润滑油站：独立油站，带双联过滤器与油冷却器，冷却水用量约3-5m³/h（温差10℃时）。

控制系统：建议采用PLC控制，实现自动启停、参数监测与故障记录。

7.3 经济效益分析

AI(Ce)514-2.53按年运行8000小时计算：

电费（按0.7元/kWh）：约100-120万元/年

维护费用：约占设备价值的2%-3%/年

采用变频调速可节电15%-25%，投资回收期约1.5-2年

7.4 未来技术发展趋势

智能化：加装物联网传感器，实现远程监测与预测性维护。

材料升级：采用更耐腐蚀的复合材料，延长在恶劣环境下的寿命。

高效化：应用计算流体动力学优化流道，效率有望提升至86%以上。

集成化：风机、电机、控制系统一体化设计，减少安装空间与工程量。

结语

AI(Ce)514-2.53型离心鼓风机作为轻稀土铈提纯工艺中的关键设备，其性能稳定性、可靠性直接影响到稀土产品的质量与生产成本。深入理解该型号的技术特点、配件构成与维护要求，掌握工业气体输送的特殊考量，对于确保稀土提纯生产的顺利进行具有重要意义。随着稀土产业技术升级与环保要求提高，离心鼓风机技术也将持续进步，为稀土资源的高效、清洁利用提供更可靠的装备保障。