轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯离心鼓风机基础知识与应用详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯；铈(Ce)；离心鼓风机；AI(Ce)405-1.44；风机配件；风机修理；工业气体输送

第一章：轻稀土提纯工艺与离心鼓风机概述

在稀土产业链中，提纯是关键环节，直接关系到稀土产品的纯度、性能和价值。轻稀土，又称铈组稀土，主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素。其中，铈(Ce)作为地壳中含量最丰富的稀土元素，在抛光材料、储氧材料、有色金属添加剂等领域应用广泛。其提纯工艺通常涉及焙烧、酸溶、萃取、沉淀、煅烧等多个单元操作，而这些工艺过程往往需要稳定、可靠、特定参数的气体输送与加压设备作为支撑。

离心鼓风机正是此类工艺中的核心动设备之一。它通过高速旋转的叶轮对气体做功，将机械能转化为气体的压力能和动能，从而实现气体的连续输送和加压。在铈的提纯流程中，鼓风机主要承担着以下任务：

供氧与助燃：为焙烧、煅烧等高温工序提供充足、压力稳定的空气或氧气。

气力输送：输送粉末状或颗粒状的中间物料。

流态化与搅拌：在反应釜或溶解槽中通入气体，强化传质与反应过程。

烟气输送与处理：输送工艺产生的工业烟气至后续净化系统。

惰性气体保护：在特定工序中输送氮气(N₂)、氩气(Ar)等惰性气体，防止产品氧化。

为满足铈提纯工艺的多样化需求，发展出了系列化的专用离心鼓风机，主要包括：

“C(Ce)”型系列多级离心鼓风机：适用于中等流量、较高压力的稳定工况，结构经典，维护便利。

“CF(Ce)”与“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机：针对湿法冶金中的浮选工序优化，特性曲线平缓，适应负荷波动。

“D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机：采用齿轮增速，达到更高转速，满足大流量、高压力需求，结构紧凑。

“AI(Ce)”型系列单级悬臂加压风机：结构简单，体积小，适用于流量相对较小但需一定加压的场合，如本文重点介绍的型号。

“S(Ce)”型系列单级高速双支撑加压风机：转子两端支撑，运行稳定性高，适用于高速、较高负荷的工况。

“AII(Ce)”型系列单级双支撑加压风机：比“S”系列更强调结构的坚固性与耐用性，用于条件苛刻的工段。

这些风机设计时已充分考虑稀土工艺气体的潜在特性（如腐蚀性、含尘量、湿度等），在材料选择、密封形式、内部间隙等方面进行了针对性设计。

可输送的工业气体涵盖：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。不同气体因其分子量、比热容、绝热指数等物性参数差异，对风机的性能参数（压力、轴功率）有直接影响，选型时必须进行换算。

第二章：核心机型详解:AI(Ce)405-1.44型单级悬臂加压风机

一、型号释义与性能定位

以 “AI(Ce)405-1.44”这一完整型号为例，进行详细解码：

“AI”：代表风机系列，即单级、单吸、悬臂式结构的加压离心鼓风机。其转子（叶轮）安装在主轴的一端，呈悬臂状，结构相对简单，易于检修。

“(Ce)”：特指该风机系列或其标准材质配置适用于铈(Ce)及其他轻稀土元素的提纯工艺环境，强调了其专用性。

“405”：表示风机在标准进气状态（通常指进气压力为1个标准大气压，温度20℃，相对湿度50%，介质为空气）下的额定流量，单位为立方米每分钟。即该风机设计流量为 405 m³/min。这是一个关键的性能参数。

“-1.44”：表示风机出口的绝对压力值为 1.44个标准大气压（绝对压力）。根据型号说明惯例，如果此处没有“/”符号分隔，则默认风机进风口压力为1个标准大气压（绝对压力）。因此，该风机的升压（压比）为1.44 - 1 = 0.44个大气压，或约为44 kPa。

性能定位：AI(Ce)405-1.44风机属于中等流量、低压比机型。其1.44个绝对大气压的出压，非常适合用于铈提纯流程中的氧化焙烧炉鼓风、流态化干燥床供风、物料气力输送以及尾气循环等需要气体微正压推进但压力要求不极高的环节。悬臂式设计使其结构紧凑，占地面积小，便于在现有车间布局中安装。

二、关键部件结构与功能

风机主轴：作为传递扭矩和支撑旋转部件的核心零件，必须具有极高的强度、刚性和疲劳抗力。通常采用高强度合金钢（如42CrMo）锻制，并经调质热处理。其加工精度要求极高，特别是安装轴承和叶轮的轴颈部位，表面粗糙度、圆柱度误差均有严格标准，以确保运行的平稳和对中的精确。

风机转子总成：这是风机的“心脏”，由主轴、叶轮、平衡盘（如有）、锁紧螺母等组成。

叶轮：是能量转换的核心。对于输送空气或非强腐蚀性气体，常用材质为不锈钢（如304、316）；若介质中含有微量酸性成分或要求更高，则可能采用双相不锈钢或进行表面特殊处理。叶轮型线经过空气动力学优化设计，以在给定流量和压力下达到较高的效率。制造完成后需进行严格的动平衡校正，将不平衡量控制在极低范围内（通常用克·毫米表示），这是降低振动、保证长周期运行的基础。

轴承与轴瓦：AI系列悬臂风机通常采用滑动轴承（轴瓦）。与滚动轴承相比，滑动轴承承载能力大、运行平稳、阻尼性能好，更适合于较高转速和连续运行的工况。

轴瓦：内衬巴氏合金，具有良好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性。瓦背与轴承座孔需紧密贴合，保证散热。轴瓦与主轴轴颈之间的间隙（顶隙、侧隙）是关键装配参数，需根据轴径、转速、润滑油粘度精确计算和调整，以形成稳定的润滑油膜。

轴承箱：承载主轴和轴承的壳体。它既是轴承的支撑座，也是润滑油路的载体。轴承箱需具有足够的刚性，防止在受力下变形影响对中。箱体上设有观察窗（油位镜）、温度计插孔、润滑油进出口等。其与风机机壳的连接止口，决定了转子与静止部件（如气封）的对中关系。

密封系统：防止气体泄漏和润滑油渗入流道的关键。

气封（级间密封/轴端密封）：通常采用迷宫密封。在转轴上安装一系列齿形环，与固定在机壳上的密封片形成微小、曲折的间隙通道，大幅增加气体泄漏的阻力。对于AI(Ce)系列，迷宫密封的材质可能与壳体一致，或采用更耐磨的铝青铜等。

碳环密封：在需要更严格密封的场合（如输送贵重或有害气体），可能采用碳环密封。它由多个分瓣的碳环在弹簧力作用下紧抱主轴，实现接触式密封。碳环具有自润滑性，摩擦发热小，密封效果好，但对主轴表面硬度、光洁度及冷却有更高要求。

油封：安装在轴承箱两端，防止润滑油沿轴渗出。常用的是骨架橡胶油封或聚四氟乙烯（PTFE）油封，其唇口与轴轻微接触，依靠弹性实现密封。

第三章：风机核心配件详解与维护要点

风机的可靠运行依赖于各配件的完好。以下是主要配件的说明与维护关注点：

1. 过滤与消音配件：

进气过滤器：防止粉尘、颗粒物进入风机，磨损叶轮和密封。对于铈提纯车间可能存在的粉尘环境，必须选用高效率过滤器（如布袋式或芯筒式），并建立定期更换或清洁制度。压差计是判断过滤器堵塞的重要工具。

进气/排气消音器：降低风机运行产生的空气动力性噪声。内部为穿孔板和吸音材料结构。需定期检查吸音材料是否老化、脱落，壳体有无锈蚀穿孔。

2. 润滑系统配件：

润滑油站：包括油箱、油泵、冷却器、双联过滤器、安全阀、压力表、温度控制器等。润滑油的选择至关重要，需根据轴承类型、转速、负荷及环境温度选定合适的粘度等级（如ISO VG32或VG46）。必须定期监测油质（通过油品分析）、油压、油温，定期清洗或更换滤芯，保证油路畅通、油品清洁。

3. 监测与安全配件：

振动与温度传感器：在轴承箱上安装振动探头和温度传感器（Pt100），实时监测轴承振动值和温度，是实现预知性维修、防止突发故障的关键。

安全阀/泄压阀：安装在出风管道上，当系统压力异常升高超过设定值时自动开启泄压，保护风机和管道系统。

4. 联轴器与对中：

连接电机与风机的联轴器（常用膜片式或鼓形齿式）需定期检查其弹性元件有无磨损、裂纹，螺栓有无松动。冷态对中是安装和维修后的核心工作，必须使用激光对中仪等精密工具，确保电机与风机轴心线在冷态和热态（运行温度下）均能保持良好的同轴度，这是减少振动、延长轴承和密封寿命的根本。

第四章：AI(Ce)系列风机常见故障与修理流程

风机修理需遵循“检查-分析-修复-验证”的科学流程。

常见故障一：振动超标

可能原因：1) 叶轮积垢或磨损导致动平衡破坏；2) 轴承磨损，间隙增大；3) 对中不良；4) 地脚螺栓松动；5) 转子部件（如锁紧螺母）松动；6) 基础刚性不足。

修理流程：首先进行振动频谱分析，初步判断故障类型。停机后，检查对中、紧固件。拆卸后，检查叶轮有无损伤、结垢，送专业动平衡校正。检查轴瓦磨损情况，测量间隙，必要时刮研或更换。彻底检查主轴有无弯曲或裂纹（磁粉探伤）。

常见故障二：轴承温度过高

可能原因：1) 润滑油不足、变质或牌号错误；2) 润滑油冷却不良（冷却器堵塞、冷却水量不足）；3) 轴承间隙过小或过大；4) 负荷过大或进口气温过高；5) 振动过大导致发热。

修理流程：检查油位、油质、油压和冷却系统。拆卸轴承后，检查巴氏合金层有无磨损、剥落、裂纹或烧熔（抱瓦）现象。测量轴颈尺寸和轴瓦内径，重新调整或加工至规定间隙。清理润滑油路。

常见故障三：风量或压力不足

可能原因：1) 进气过滤器严重堵塞；2) 叶轮磨损严重，间隙增大；3) 密封（迷宫密封、碳环密封）磨损，内泄漏增大；4) 管网阻力实际值大于设计值；5) 电机转速下降。

修理流程：检查系统压差和过滤器状态。解体风机，重点测量叶轮与机壳的径向间隙、叶轮与进气口的轴向间隙，与出厂标准对比。检查所有迷宫密封齿的磨损情况，更换磨损严重的密封件。

故障四：气体泄漏或油泄漏

气体泄漏：检查气封、碳环密封及法兰连接处。更换磨损的碳环或修复迷宫密封齿。

油泄漏：检查油封唇口是否磨损、老化或弹簧失效。检查轴承箱回油孔是否畅通。更换油封时，注意安装方向和保护主轴表面。

大修通用流程：

停机、隔离、泄压，做好安全措施。

拆卸进出口管路、联轴器护罩、对中测量并记录。

拆卸轴承箱上盖，测量轴承间隙、瓦背过盈量。

吊出转子总成，进行无损探伤和全面检查。

检查、清理或修理机壳、进气室等静止部件。

更换所有磨损超标或到期的部件（轴瓦、密封、油封等）。

重新装配，精确调整各级间隙和对中数据。

单机试车，监测振动、温度、压力、流量等参数，直至各项指标合格。

第五章：输送各类工业气体的特殊考量

为铈提纯工艺配套的风机，可能输送多种性质迥异的气体，选型与操作需特别注意：

氧气(O₂)：强氧化性，忌油。必须进行绝对严格的脱脂处理，所有与氧气接触的部件、管路、密封材料均需使用禁油材料。润滑油路必须与气路完全隔离并确保密封可靠。运行中需严防任何油品渗入。通常选用“S(Ce)”或“AII(Ce)”系列，采用特殊密封结构。

氢气(H₂)：分子量极小，密度低，易燃易爆。输送氢气时，风机在相同转速下产生的压比和所需轴功率会显著低于输送空气。选型计算必须基于氢气的物性重新进行。电机需防爆型，整个系统需严格的防泄漏和静电导除设计。

氮气(N₂)、氩气(Ar)等惰性气体：性质相对稳定，但需注意纯度要求，防止密封不良导致空气渗入污染气体。对于高纯度气体，密封等级要求更高。

二氧化碳(CO₂)：密度大于空气，在高压低温下可能液化或产生干冰。需注意出口温度和控制压力，防止相变。

工业烟气：通常含有腐蚀性成分（如SO₂、HCl）、湿气和粉尘。风机材质需升级（如采用更高级别不锈钢或防腐涂层），内部间隙需适当加大以防积灰卡涩，并考虑底部设置排污口。进气前必须设置高效除尘和除雾装置。

通用换算原则：
当输送气体非标准空气时，风机的体积流量（m³/min）大致保持不变（取决于叶轮几何尺寸），但质量流量、压力能力（压比可能变化）和轴功率会发生显著变化。选型时必须使用以下公式进行换算：
所需轴功率（新气体） ≈ （标准空气下轴功率） × （新气体密度 / 空气密度）
或更精确地，根据气体的绝热指数，利用风机相似定律进行计算。务必由专业技术人员，根据风机性能曲线和气休物性参数进行严谨的选型核算。

结论

AI(Ce)405-1.44型离心鼓风机作为轻稀土铈提纯工艺中一款性能匹配度高的专用设备，其稳定运行对于保障生产连续性、产品质量和能耗控制至关重要。深入理解其型号含义、结构特点、配件功能以及针对不同工业气体的适应性，是进行正确选型、规范化操作、预防性维护和高效维修的基础。作为风机技术从业人员，我们不仅需要掌握机械维修技能，更应了解工艺需求，将风机特性与生产实际紧密结合，才能最大程度地发挥设备效能，为稀土工业的精细化生产提供坚实可靠的动力保障。