轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机技术详解：以AI(Ce)1293-2.72型风机为核心

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)1293-2.72、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土矿加工

一、稀土矿提纯与离心鼓风机技术概述

稀土元素作为现代工业的“维生素”，在新能源、电子信息、国防军工等领域具有不可替代的作用。轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素，其中铈(Ce)是最丰富且应用广泛的轻稀土元素。在铈的提纯工艺中，从采矿、浮选到化学分离的各个环节，都需要专门的流体输送设备，离心鼓风机正是其中关键设备之一。

离心鼓风机在稀土提纯过程中承担着多种重要职能：在浮选阶段提供气流搅拌和气泡生成；在焙烧工序输送助燃空气；在气体保护环节提供惰性气氛；在尾气处理中完成废气输送。由于稀土提纯工艺对气体流量、压力、纯净度和稳定性有特殊要求，普通工业风机难以满足生产需要，必须采用专门设计的稀土提纯用离心鼓风机。

我国稀土资源丰富，尤其是轻稀土储量居世界前列，但稀土提纯技术和设备水平直接决定了产品质量和资源利用率。经过多年技术积累，我国已开发出针对稀土提纯各工艺环节的专用风机系列，形成了完整的技术体系。本文将围绕轻稀土（铈组稀土）铈(Ce)提纯专用的AI(Ce)1293-2.72型离心鼓风机，深入解析其技术特点、配件组成、维修要点以及在工业气体输送中的应用。

二、轻稀土提纯工艺对风机的特殊要求

铈(Ce)的提纯是一个复杂的物理化学过程，通常包括矿石破碎、磨矿、浮选、焙烧、酸浸、溶剂萃取、结晶等多个步骤。每个步骤对风机的要求各不相同：

在浮选阶段，需要风机提供稳定、均匀的气流，形成适宜大小的气泡，气泡大小和分布直接影响矿物分离效率。这一阶段通常使用“CF(Ce)”型和“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机，它们能够提供微调精确的气流，适应浮选槽的工艺变化。

在焙烧工序中，铈精矿需要在特定温度下与氧气反应，风机需要提供精确控制的助燃空气，同时保持炉内气氛稳定。此环节多采用“C(Ce)”型系列多级离心鼓风机，它能够提供较高压力，克服焙烧炉阻力。

在溶剂萃取和结晶阶段，往往需要惰性气体保护，防止稀土化合物氧化或水解，此时需要输送高纯度氮气、氩气等保护气体的专用风机。AI(Ce)系列风机在此环节表现优异，能够保持气体纯净度，防止产品污染。

特别值得注意的是，稀土提纯过程中涉及的气体介质多样，包括空气、工业烟气、二氧化碳、氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、氢气以及各种混合无毒工业气体。不同气体物性参数差异显著，如密度、粘度、爆炸极限、腐蚀性等，这就要求风机在设计、材料选择和密封方式上都有针对性考虑。

三、AI(Ce)1293-2.72型风机技术详解

3.1 型号解读与技术参数

“AI(Ce)1293-2.72”这一完整型号包含了丰富的信息：“AI”表示该风机属于AI系列单级悬臂加压风机；“Ce”括号标注表明这是专门为铈(Ce)提纯工艺优化设计的型号；“1293”表示风机在设计工况下的流量为每分钟1293立方米；“-2.72”表示风机出口压力为2.72个大气压（绝对压力），若没有特别标注进口压力，则默认进口压力为1个大气压。

这种命名体系直观明了，便于技术人员快速识别风机基本性能。与常规AI系列风机相比，AI(Ce)系列在多个方面进行了特殊优化：叶轮材质上，采用抗腐蚀性能更好的不锈钢或特种合金，防止稀土工艺中酸性或碱性气体的腐蚀；密封结构上，强化了气密性设计，防止贵重稀土物料泄漏或外界空气污染工艺气体；轴承系统上，采用更高精度的支撑和润滑，确保在连续运行中保持稳定性能。

AI(Ce)1293-2.72型风机的主要设计参数包括：流量调节范围通常为额定流量的70%-110%，压力波动范围控制在±2%以内，效率曲线较为平坦，能够在较宽的工况范围内保持高效运行。这些特性对于铈提纯工艺尤为重要，因为生产过程中原料成分、环境条件等因素会有所变化，风机需要具备良好的适应能力。

3.2 结构特点与工作原理

AI(Ce)1293-2.72型风机采用单级悬臂结构，这种设计减少了轴承数量，简化了支撑系统，降低了机械损耗。悬臂设计的核心优势在于避免了双支撑结构中主轴穿过机壳可能带来的密封难题，对于输送贵重或危险气体的应用场景尤为重要。

风机的工作原理基于离心力原理：电机通过联轴器驱动主轴高速旋转，安装在主轴端的叶轮随之转动。气体从进风口轴向进入叶轮，在叶轮叶片的作用下获得能量，压力和速度均提高。随后气体进入扩压器，速度能进一步转化为压力能，最终从出风口排出。整个过程中，气体仅通过叶轮一次增压，故称为单级风机。

针对铈提纯工艺的特殊要求，AI(Ce)1293-2.72型风机在气动设计上做了专门优化：叶轮采用后弯叶片设计，效率高且性能曲线平坦；叶片型线经过CFD优化，减少了气体分离和涡流损失；流道表面进行抛光处理，减少摩擦阻力，同时防止粉尘积聚。这些改进使风机在输送含微量稀土粉尘的气体时仍能保持良好性能。

四、风机关键配件详解

4.1 风机主轴系统

主轴是离心鼓风机的核心传动部件，AI(Ce)1293-2.72型风机的主轴采用42CrMo高强度合金钢制造，经过调质处理和精密加工，表面硬度达到HRC28-32，芯部保持良好韧性。主轴设计综合考虑了强度、刚度和临界转速，确保在工作转速范围内远离共振点。

特别值得注意的是，针对稀土提纯工艺中可能输送腐蚀性气体的特点，AI(Ce)系列风机主轴在与介质接触的部分可采用表面镀层处理，如镀硬铬、喷涂陶瓷等，提高耐腐蚀性。主轴与叶轮的连接采用过盈配合加键连接的双重固定方式，确保在高转速下连接可靠。

4.2 轴承与轴瓦系统

AI(Ce)1293-2.72型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑系统，相比滚动轴承，滑动轴承具有承载能力大、阻尼性能好、寿命长等优点，特别适合高速旋转机械。轴瓦材料通常选用锡基巴氏合金，这种材料具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。

轴瓦设计采用可倾瓦结构，由多块瓦块组成，每块瓦块可以自适应地调整位置，形成最佳油楔。这种设计显著提高了转子稳定性，减少了油膜振荡的可能性。轴承间隙经过精确计算和控制，既要保证足够润滑油膜形成，又要限制转子过大的径向运动。

4.3 风机转子总成

转子总成是风机做功的核心部件，包括叶轮、主轴、平衡盘等组件。AI(Ce)1293-2.72的叶轮采用闭式后弯叶片设计，材料根据输送介质的不同可选马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢或钛合金。叶轮制造完成后需进行动平衡校正，平衡精度达到G2.5级，确保高速运转平稳。

针对稀土提纯工艺中可能含有微量腐蚀性成分的特点，AI(Ce)系列叶轮表面通常进行特殊处理：一是提高表面光洁度，减少积垢可能；二是采用耐腐蚀涂层，如聚四氟乙烯涂层或特种陶瓷涂层，延长叶轮寿命。叶轮与主轴的装配在恒温车间进行，确保过盈量精确。

4.4 密封系统

密封系统对于稀土提纯风机至关重要，既要防止工艺气体泄漏造成产品损失和环境污染，又要防止外部空气进入污染工艺气体。AI(Ce)1293-2.72型风机采用多重密封组合设计：

气封通常采用迷宫密封，在转子和静子之间形成曲折通道，增加气体流动阻力，减少泄漏。迷宫齿数、间隙和形状经过优化设计，在允许的范围内达到最佳密封效果。

油封采用机械密封与唇形密封组合的方式，既能有效防止润滑油泄漏，又能阻挡外部杂质进入轴承箱。对于输送贵重或危险气体的场合，可增加一道干气密封作为主密封，实现零泄漏。

碳环密封是AI(Ce)系列风机的一大特色，由多段碳环组成，依靠弹簧力提供初始贴合压力，运行时依靠介质压力实现自紧密封。碳环材料具有良好的自润滑性和耐磨性，适合高速旋转密封。碳环密封的另一个优点是不需要复杂的密封辅助系统，维护相对简单。

4.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱不仅为轴承提供支撑和保护，还构成润滑油路的一部分。AI(Ce)1293-2.72的轴承箱采用铸铁或铸钢制造，结构设计充分考虑了散热需求，箱体表面通常布置有散热肋片。轴承箱与机壳之间设有隔热层，减少热量传导。

润滑系统采用强制循环油润滑，包括主油泵、备用油泵、油冷却器、油过滤器、油箱等组件。润滑油路设计确保每个轴承都有充足、洁净的润滑油供应。油温、油压设有监控点，与控制系统联锁，确保轴承运行安全。

五、风机维护与修理要点

5.1 日常维护

AI(Ce)1293-2.72型风机的日常维护主要包括：每日检查润滑油位、油温和油压；监听轴承和齿轮运转声音是否正常；检查密封是否有泄漏迹象；记录进出口压力、流量、电流等运行参数。每周应检查地脚螺栓是否松动，联轴器对中情况，清理进风口滤网。

针对稀土提纯工艺的特点，需要特别注意气体成分变化对风机的影响。如果工艺气体中酸性成分增加，应缩短检查周期，重点关注过流部件的腐蚀情况。如果气体中粉尘含量增加，应加强滤网清理，必要时提前更换过滤器。

5.2 定期检修

定期检修通常每运行8000-12000小时进行一次，主要包括：全面检查叶轮磨损和腐蚀情况，测量叶轮与机壳间隙；检查主轴直线度和表面状况；检查轴瓦磨损情况，测量轴承间隙；检查密封件磨损状况，必要时更换；清洗润滑油路，更换润滑油。

检修过程中需要特别注意：拆卸前做好标记，确保回装正确；检查所有紧固件的紧固状态；清洁所有零件表面，特别是配合面；测量所有关键尺寸并与原始数据对比，评估磨损程度；回装时严格按照装配工艺要求进行，确保各部件间隙符合标准。

5.3 常见故障处理

振动异常是离心鼓风机最常见的故障之一。对于AI(Ce)1293-2.72型风机，振动原因可能包括：转子不平衡、轴承磨损、对中不良、基础松动等。处理步骤为：首先检查基础和地脚螺栓；然后检查联轴器对中；再检查轴承状况；最后考虑转子动平衡问题。振动分析仪可以帮助快速定位故障源。

压力或流量不足也是常见问题，可能原因有：进口滤网堵塞、叶轮磨损或积垢、密封间隙过大、转速下降等。处理时需系统检查气体路径，逐项排除可能原因。对于稀土提纯工艺，特别要注意工艺气体成分变化引起的密度变化，这会影响风机性能表现。

轴承温度过高可能由润滑油问题、轴承磨损、负荷过大等原因引起。处理时需要检查润滑油品质和油量，检查轴承间隙和接触情况，检查风机是否在超负荷运行。长期在高温下运行会加速轴承合金疲劳，必须及时处理。

5.4 大修与升级改造

风机运行多年后，可能需要进行大修或升级改造。大修范围包括更换叶轮、主轴、轴承等主要部件，恢复风机原始性能。升级改造可能涉及：更新密封系统，提高密封效果；改进叶轮型线，提高效率；增加状态监测系统，实现预测性维护；改造控制系统，提高调节精度。

对于服务于稀土提纯的风机，升级改造时还需要考虑工艺变化带来的新要求，如适应新的气体成分、满足更严格的环保标准、提高自动化水平等。改造前应全面评估现有风机状态，制定详细的技术方案，确保改造后风机性能满足工艺要求。

六、工业气体输送的特殊考虑

6.1 不同气体介质的输送特点

稀土提纯过程中涉及多种工业气体，每种气体的物性不同，对风机的要求也不同：

输送氧气时需要特别注意禁油处理，所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂，防止油污与高压氧气接触引发燃烧。材料选择上，应避免使用在富氧环境下易燃的材料。AI(Ce)系列风机在用于氧气输送时，采用特殊设计的无油润滑轴承和经过脱脂处理的流道。

输送氢气时，由于氢气密度小、渗透性强，需要特别加强密封。同时，氢气与空气混合的爆炸范围很宽，必须确保风机完全密封，防止空气渗入形成爆炸性混合物。叶轮设计也需要考虑氢气低密度特性，通常需要更高转速才能达到所需压力。

输送二氧化碳时，如果气体中含有水分，可能形成碳酸，对碳钢部件产生腐蚀。因此，输送湿二氧化碳的风机过流部件应采用不锈钢或防腐涂层。同时，二氧化碳密度比空气大，风机功率计算需要考虑这一因素。

输送惰性气体如氩气、氦气时，虽然气体本身化学性质稳定，但通常纯度要求很高，任何泄漏都会造成贵重气体损失。因此密封系统必须高度可靠，同时风机内部清洁度要求也很高，防止污染物混入气体。

6.2 混合气体输送

稀土提纯中常遇到混合气体的输送，如空气与烟气的混合物、不同比例的保护气体等。混合气体的物性参数需要根据各组分的比例计算等效密度、粘度等参数，这些参数直接影响风机性能。

AI(Ce)系列风机在设计时考虑了混合气体输送的可能性，性能曲线提供了较宽的工作范围。但在实际应用中，如果气体成分变化较大，可能需要重新核算风机工况点，必要时调整转速或导叶角度，使风机始终在高效区运行。

6.3 防爆与安全考虑

许多工业气体具有可燃性或助燃性，风机设计必须考虑防爆要求。AI(Ce)系列风机可根据需要配置防爆电机，防爆等级通常为ExdIIBT4或更高。风机本体设计上，避免产生火花的可能性，如使用防静电材料、避免部件摩擦等。

安全系统包括气体泄漏监测、氧气浓度监测、火灾报警等，这些系统与风机控制系统联动，一旦检测到危险情况，可自动停机并启动保护措施。对于输送有毒气体的场合，还需要考虑应急处理措施，如事故排风系统、个人防护设备等。

七、稀土提纯风机选型与应用案例

7.1 选型要点

为铈提纯工艺选择离心鼓风机时，需综合考虑以下因素：工艺要求的流量和压力范围；气体介质成分及物性；工艺对气体纯净度的要求；现场安装条件限制；运行维护便利性要求；能效和生命周期成本。

AI(Ce)1293-2.72型风机适用于中等流量、中等压力的场合，如铈精矿的浮选供气、焙烧炉助燃、保护气体循环等。对于更高压力的需求，可考虑“D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机；对于大流量、低压力的场合，“S(Ce)”型系列单级高速双支撑加压风机可能更合适。

选型过程中，应提供尽可能详细的工艺参数，包括正常工况和极端工况下的气体流量、进出口压力、气体成分、温度、湿度等。同时应考虑工艺未来可能的变化，为风机留有一定裕量，但裕量不宜过大，以免风机长期在低效区运行。

7.2 应用案例分析

某稀土分离厂铈提纯线升级改造项目中，原使用普通离心风机为溶剂萃取槽提供氮气保护，存在气体纯度波动大、能耗高、维护频繁等问题。改造后选用AI(Ce)1293-2.72型风机，配合精密过滤和监测系统，取得了显著效果：

气体纯度稳定性提高了30%，减少了因气氛波动导致的产品不合格；能耗降低了15%，主要得益于风机高效设计和变频调速的应用；维护周期从原来的3个月延长到6个月，减少了停机时间；噪声水平降低了8分贝，改善了工作环境。

这一案例表明，专用风机的应用不仅能直接改善工艺指标，还能带来节能降耗、减少维护、改善环境等多重效益。对于连续生产的稀土提纯线，这些效益往往在短期内就能收回设备投资。

八、未来发展趋势

随着稀土提纯技术的不断进步，对离心鼓风机也提出了新的要求：更高的效率和更低的能耗，响应国家节能减排政策；更智能的控制和监测，实现预测性维护和远程诊断；更好的材料耐腐蚀性，适应更苛刻的工艺条件；更灵活的调节能力，满足小批量、多品种的生产模式。

AI(Ce)系列风机正在向这些方向发展：采用三元流叶轮设计，进一步提高效率；集成物联网传感器，实时监测振动、温度、压力等参数；开发新型涂层技术，提高耐腐蚀和耐磨性能；优化调节机构，扩大高效工作范围。

同时，稀土提纯工艺本身也在变革，如绿色提取技术、循环经济模式等，这些变革将带来新的气体输送需求。风机技术需要与工艺技术同步发展，甚至超前发展，为稀土工业的转型升级提供装备支撑。

结语

离心鼓风机作为稀土提纯工艺中的关键设备，其性能直接影响产品质量、生产效率和运行成本。AI(Ce)1293-2.72型风机是针对轻稀土（铈组稀土）铈(Ce)提纯工艺专门开发的专用设备，在设计、材料、制造、密封等方面都考虑了稀土工艺的特殊要求。

正确选择、使用和维护风机，不仅能够保证生产顺利进行，还能延长设备寿命，降低运营成本。随着我国从稀土资源大国向稀土技术强国的转变，对高端专用设备的需求将更加迫切。风机技术工作者应与工艺工程师紧密合作，不断优化设备性能，为稀土工业的发展做出贡献。