轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机技术与设备解析:以AI(Ce)2532-1.81型离心鼓风机为中心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：稀土提纯、离心鼓风机、AI(Ce)2532-1.81、风机配件、风机维修、工业气体输送、铈组稀土

一、稀土矿提纯工艺中离心鼓风机的关键作用

在轻稀土（铈组稀土）的提取与提纯工艺中，离心鼓风机作为核心气体输送与加压设备，发挥着不可替代的作用。铈（Ce）作为轻稀土中的重要元素，其提纯过程涉及焙烧、酸解、萃取、浮选等多个环节，这些工艺均需要特定压力、流量和纯度的气体参与反应或提供动力。离心鼓风机通过其高效的能量转换特性，将机械能转化为气体压力能和动能，为稀土提纯生产线提供稳定可靠的气源保障。

稀土提纯工艺对鼓风机有着特殊要求：一是气体介质多样，从空气到各种工业气体；二是工况条件苛刻，常涉及腐蚀性、高温或易爆环境；三是运行稳定性要求极高，任何停机都可能造成生产线中断和巨大经济损失。因此，针对稀土提纯开发的专用鼓风机系列，如“C(Ce)”、“CF(Ce)”、“AI(Ce)”等，都在材料选择、密封技术、结构设计等方面进行了专门优化，以适应稀土行业的特殊需求。

二、AI(Ce)系列单级悬臂加压风机技术特性与型号解读

1. AI(Ce)系列风机结构特点

AI(Ce)系列属于单级悬臂式加压离心鼓风机，其核心特点是转子系统仅在一端由轴承支撑，另一端悬空安装叶轮。这种结构设计减少了轴承数量，简化了密封系统，使得风机结构紧凑、维护方便。悬臂设计特别适用于中等流量和压力的工况，在稀土提纯的多个环节中都有广泛应用。

该系列风机主要由以下几大部件组成：进气室、叶轮、主轴、蜗壳、轴承箱、密封系统和驱动装置。其中叶轮采用后向或径向叶片设计，根据输送气体性质选择不同材质，如输送腐蚀性气体时采用不锈钢或特种合金。主轴采用高强度合金钢，经调质处理和精密加工，确保在高速旋转下的稳定性和耐久性。

2. 风机型号AI(Ce)2532-1.81全面解析

AI(Ce)2532-1.81是该系列中用于铈提纯工艺的典型型号，每个字符和数字都承载着重要的技术信息：

AI(Ce)2532-1.81型风机在铈提纯工艺中通常用于提供氧化焙烧过程中的助燃空气、输送反应气体或为浮选环节提供气泡生成所需的气体。其流量和压力参数是根据特定生产线的工艺要求专门选型确定的，确保在最佳效率点附近运行，既满足工艺需求，又最大限度降低能耗。

三、轻稀土提纯风机核心配件详解

1. 风机主轴系统

主轴是离心鼓风机的“脊梁”，承受着转矩、弯矩和轴向力的复合作用。AI(Ce)系列风机主轴通常采用42CrMo或类似优质合金钢制造，经过调质处理使硬度达到HRC28-32，既保证强度又有适当韧性。主轴的加工精度要求极高，轴承档和叶轮安装位的同心度误差通常不超过0.01mm，表面粗糙度Ra≤0.8μm，确保运转平稳。

在稀土提纯应用中，主轴还需考虑介质的腐蚀性。当输送含氟、氯等腐蚀性成分的气体时，主轴表面会采用镀层保护或选用耐蚀材料。主轴与叶轮的连接多采用过盈配合加键连接的双重固定方式，部分高压型号还会增加螺纹锁紧装置，确保在变工况下连接可靠。

2. 轴承与轴瓦技术

AI(Ce)系列悬臂风机通常采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，原因在于滑动轴承具有更好的阻尼特性、更高的承载能力和更长的使用寿命。轴瓦材料多为锡基巴氏合金（Babbitt metal），这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，即使有微小杂质进入润滑系统也不易损伤轴颈。

轴瓦设计的关键参数包括长径比（通常0.8-1.2）、间隙比（0.001-0.002倍轴径）和油槽布局。稀土提纯风机常处于变负荷工况，因此轴瓦设计需考虑启动、停机及负荷突变时的润滑状态。先进的轴瓦会设计可倾瓦结构，每块瓦片能自动调整角度，形成最佳油楔，大幅提升转子稳定性。

润滑系统对轴承寿命至关重要。AI(Ce)2532-1.81这类大型风机通常配备强制循环油系统，包括主辅油泵、油冷却器、双联过滤器和监控仪表。油温一般控制在40-45℃，进油压力0.1-0.15MPa，确保形成完整的润滑油膜。

3. 转子总成平衡与动力学

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合体。动平衡精度直接决定风机振动水平，AI(Ce)系列要求转子动平衡精度达到G2.5级（ISO1940标准），对于高速型号甚至要求G1.0级。平衡校正通常在低速和高速动平衡机上分两步进行，确保从启动到工作转速全范围内振动达标。

在稀土提纯应用中，还需考虑工艺介质可能附着在叶轮上造成的平衡破坏。因此，叶轮设计会尽量减小积垢可能，并考虑在线清洗功能。对于可能产生不均匀腐蚀的工况，叶轮材料会选择均匀腐蚀型合金而非局部腐蚀型。

4. 密封系统全解析

密封系统是防止工艺气体泄漏和润滑油污染的关键，在有毒、有害或贵重气体输送中尤为重要。AI(Ce)系列风机通常采用多重密封组合：

气封（迷宫密封）：是最基本的非接触式密封，通过一系列节流间隙消耗泄漏气体的压力能。迷宫齿数通常为4-7个，齿顶间隙为轴径的0.001倍加0.1mm左右。对于热膨胀差异大的情况，会采用可调节式迷宫密封。

碳环密封：在要求更高的密封场合使用。碳石墨材料具有自润滑、耐高温和一定弹性，能与轴形成良好贴合。碳环密封通常由3-6个环组成串联密封室，中间可通入缓冲气（如氮气）进一步降低泄漏。AI(Ce)2532-1.81在输送贵重或危险气体时，通常会配置碳环密封系统。

油封：用于轴承箱两端，防止润滑油外泄。常用的是唇形密封或机械密封。在高速高温场合，多采用双唇油封加甩油盘组合设计。对于稀土提纯中可能存在的腐蚀性气体环境，油封材料需耐腐蚀，如氟橡胶或聚四氟乙烯复合材料。

干气密封：在最新型号中开始应用，是非接触式机械密封的一种，泄漏量极小，但成本较高，主要用于输送极高价值或极度危险气体的场合。

5. 轴承箱与机体结构

轴承箱不仅支撑轴承，还构成润滑油腔。AI(Ce)系列采用铸铁或铸钢整体铸造，内腔设计确保润滑油流动顺畅，无死区。箱体上布置有多个传感器接口，用于安装温度、振动探头。箱体与机壳的连接处设有隔热间隙，减少热传导对轴承温度的影响。

风机蜗壳采用渐开线或对数螺旋线设计，确保气流平稳扩张。对于输送腐蚀性气体的稀土提纯应用，蜗壳内壁会涂覆防腐涂层或采用整体耐蚀材料。进气室设计考虑气流预旋调节，部分型号设有可调导叶，扩大风机高效运行范围。

四、风机维修保养关键技术要点

1. 日常维护与监测

稀土提纯生产线通常连续运行，风机的预防性维护至关重要。日常监测包括：振动值（通常要求≤4.5mm/s RMS）、轴承温度（≤75℃）、润滑油质和量、密封气压力等。每月应检查地脚螺栓紧固情况，每季度分析润滑油样，监测磨损颗粒变化趋势。

在线监测系统在现代稀土厂已成为标配，包括振动频谱分析、相位测量、轴向位置监测等。通过振动频谱变化可早期发现转子不平衡、不对中、轴承磨损等故障。AI(Ce)2532-1.81这类关键设备通常配备无线监测系统，数据直接传输到中央控制室。

2. 定期检修内容与周期

小修（每6-12个月）：检查并更换密封件，清洁润滑油系统，检查联轴器对中情况，检查基础螺栓紧固度。对于输送腐蚀性气体的风机，需特别检查叶轮和蜗壳的腐蚀情况，测量壁厚减薄量。

中修（每2-3年）：包括小修全部内容，加拆检轴承、检查轴颈磨损情况，必要时修磨轴颈、更换轴瓦。检查叶轮焊缝有无裂纹，进行着色探伤。平衡盘间隙调整，确保轴向推力在合理范围。

大修（每5-8年）：全面解体风机，检查主轴有无疲劳裂纹（磁粉探伤），叶轮进行静平衡和动平衡校正，更换所有密封件和轴承，蜗壳内壁防腐层修复或更新。大修后风机应进行机械运转试验和性能测试，确保恢复到设计性能。

3. 常见故障诊断与处理

振动超标：最常见故障。工频振动大通常是不平衡引起，需清洁叶轮或重新平衡；二倍频振动大往往是不对中，需重新找正；高频成分多可能是轴承损坏或间隙过大。稀土提纯风机还常见因介质结垢引起的渐进性不平衡，需定期清洗。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或变质、冷却系统故障、轴承间隙过小、轴向推力过大等。需逐项排查，特别注意稀土工艺中可能进入轴承箱的腐蚀性气体，会导致润滑油酸化变质。

性能下降：流量或压力达不到设计值，可能原因有密封间隙过大、叶轮腐蚀或磨损严重、进口过滤器堵塞等。需结合性能测试数据和内部检查确定原因。

气体泄漏：密封系统失效导致。迷宫密封磨损间隙增大是常见原因，需更换密封件或调整间隙。对于碳环密封，检查碳环磨损情况和弹簧力是否正常。

4. 修复技术与再制造

对于贵重的AI(Ce)系列风机，修复和再制造比更换更经济。叶轮修复可采用激光熔覆或等离子堆焊技术恢复尺寸，然后重新加工平衡。轴颈磨损可通过镀铬或热喷涂修复。蜗壳腐蚀穿孔采用补焊加内衬修复。

再制造不仅仅是修复，还包括性能升级，如将普通迷宫密封升级为碳环密封，增加在线监测系统，改进冷却系统等。再制造后的风机需进行全性能测试，确保达到或超过原设计指标。

五、稀土提纯工艺中工业气体输送风机选型与应用

1. 不同气体介质的输送要求

稀土提纯涉及多种工业气体，每种气体对风机的要求各不相同：

空气：最常用介质，用于氧化焙烧、气动输送等。注意空气中可能含有腐蚀性成分（如SO₂、HF），需根据具体环境选择防护措施。

氮气(N₂)：用于惰性气氛保护，防止产品氧化。氮气风机需特别注重密封性，防止氧气渗入。由于氮气分子量比空气小，相同转速下压力比较低，选型时需特别注意。

氧气(O₂)：用于强化燃烧或氧化反应。氧气风机必须严格禁油，所有接触氧气的部件需脱脂处理，材料选择需考虑氧化性环境下的相容性。

氢气(H₂)：用于还原反应。氢气密度小，泄漏倾向大，要求极高密封性。同时氢气与空气混合易爆，防爆设计是关键。

二氧化碳(CO₂)：用于调节pH或作为保护气。湿CO₂有腐蚀性，需注意材料选择。CO₂密度大于空气，风机功率需求相对较低。

氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)：稀有气体，通常价值高，要求泄漏率极低。风机多采用干气密封或多重密封组合，泄漏气体回收系统。

工业烟气：成分复杂，常含腐蚀性成分和颗粒物。风机需耐腐蚀设计，叶轮需防磨损，可能需前置除尘和降温装置。

2. 各系列风机在稀土提纯中的应用定位

“C(Ce)”型多级离心鼓风机：压力范围广（最高可达3.5MPa），用于需要高压气体的环节，如高压浸出、超临界萃取等。

“CF(Ce)”和“CJ(Ce)”专用浮选风机：针对浮选工艺优化，气泡尺寸和分布均匀性有特殊要求。CF型注重微泡生成，CJ型注重大气泡生成，根据浮选阶段选择。

“D(Ce)”高速高压风机：转速高（可达30000rpm），单级压力高，结构紧凑，用于空间受限或需要快速响应的场合。

“AI(Ce)”单级悬臂风机：本文重点，中等流量和压力，维护方便，用途广泛，是铈提纯生产线的主力机型。

“S(Ce)”单级高速双支撑风机：转子两端支撑，稳定性更好，适用于更高转速或更长转子的情况。

“AII(Ce)”单级双支撑加压风机：与AI系列类似但采用双支撑结构，适用于稍大流量和压力，稳定性优于悬臂式。

3. 风机选型计算要点

稀土提纯风机选型需综合考虑工艺参数和气体特性：

流量确定：根据化学反应计量或工艺经验确定，考虑安全系数（通常1.1-1.2）。注意区分标准立方米和工况立方米的转换。

压力确定：系统阻力包括管道摩擦阻力、局部阻力、设备阻力和出口背压。需精确计算并留10-15%余量。

气体性质修正：风机性能曲线基于空气（1.2kg/m³，20℃）测试，输送其他气体时需换算：压力比不变，流量不变，轴功率与气体密度成正比。

相似定律应用：当工况变化时，流量与转速成正比，压力与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正比。这是调节风机性能的理论基础。

安全系数选择：稀土生产连续性强，安全系数需适中。过小可能能力不足，过大则效率低、易喘振。一般流量系数1.1，压力系数1.15。

六、AI(Ce)2532-1.81在铈提纯生产线中的系统集成

1. 与前后工艺设备的匹配

AI(Ce)2532-1.81在铈提纯生产线中通常不是孤立运行，而是与前后设备高度集成。进气端连接气体净化系统（除尘、除湿、除油），出气端连接压力缓冲罐和分配管网。控制系统与生产线DCS集成，接受工艺指令调节流量和压力。

与跳汰机配套时（如示例中的AI(Ce)400-1.3），风机需提供稳定且可调的气压脉冲，这通常通过在出气管路增设脉冲阀实现。AI(Ce)2532-1.81也可能用于类似场合，但流量更大，可能服务多台跳汰机或更大规格设备。

2. 控制系统与调节方式

稀土提纯工艺对气体参数稳定性要求高，因此AI(Ce)2532-1.81通常配备先进控制系统。流量调节可采用进口导叶调节、变速调节（变频驱动）或出口放空调节。其中变速调节效率最高，节能效果明显，在连续生产的稀土厂日益普及。

防喘振控制是高压比风机的重点。AI(Ce)2532-1.81虽然压比不高（1.81），但在低流量时仍可能进入喘振区。控制系统会实时监测工况点，通过放空阀或回流阀防止喘振发生。

3. 节能措施与优化运行

稀土提纯是高耗能过程，风机节能尤为重要。AI(Ce)2532-1.81的节能措施包括：选用高效叶轮型线、减小内部间隙损失、优化管路系统减少阻力、采用变频调速匹配实际需求、余热回收（如将压缩热用于工艺加热）等。

定期性能测试是保持高效运行的基础。应每年至少进行一次风机性能测试，绘制实际性能曲线，与设计曲线对比，及时发现性能劣化并采取措施。

七、未来发展趋势与技术创新

1. 智能化与预测性维护

随着工业4.0技术在稀土行业的渗透，AI(Ce)系列风机正朝着智能化方向发展。智能传感器、边缘计算和人工智能算法的应用，使风机能够实现健康状态实时评估、故障预警、维护决策支持。数字孪生技术可创建风机的虚拟镜像，通过模拟预测性能变化和寿命消耗。

2. 新材料应用

新型材料正在提升风机性能边界。碳纤维复合材料叶轮重量轻、强度高，可提高转速和效率；陶瓷涂层增强耐腐蚀和耐磨性；自润滑材料减少对润滑油系统的依赖。这些新材料将特别有利于稀土提纯中的苛刻环境。

3. 绿色设计与全生命周期管理

环保要求推动风机绿色设计。低泄漏密封技术减少气体逃逸；噪音控制技术改善工作环境；可拆卸设计和模块化结构便于回收利用。全生命周期成本（LCC）分析成为选型重要依据，而不仅仅是采购价格。

4. 定制化与柔性化

稀土提纯工艺不断进步，对风机的需求也更加多样化。模块化设计使AI(Ce)系列能够快速组合出适应特定工艺的变型产品。快速响应和定制化服务成为风机供应商的核心竞争力。

结语

AI(Ce)2532-1.81型离心鼓风机作为轻稀土（铈组稀土）铈提纯工艺中的关键设备，其设计、制造、维护和优化都体现了现代工业设备的精密性与系统性。从主轴、轴承、密封等核心部件，到整机选型、系统集成和维修保养，每一个环节都直接影响稀土生产线的稳定性、经济性和安全性。

随着稀土战略地位的提升和提纯技术的进步，对专用风机的技术要求也将不断提高。作为风机技术人员，我们需深入理解工艺需求，掌握设备特性，不断学习新技术，才能为稀土行业提供更可靠、高效、智能的气体输送解决方案，助力我国稀土产业的高质量发展。