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轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机AI(Ce)1167-1.46技术全解

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:稀土提纯、离心鼓风机、AI(Ce)1167-1.46、风机配件、风机修理、工业气体输送、铈组稀土、轴瓦、碳环密封

引言

在轻稀土(铈组稀土)的湿法冶金提纯工艺中,铈(Ce)的分离与精制是核心环节之一。这一过程涉及焙烧、浸出、萃取、沉淀、煅烧等多个工序,各工序对气体输送的压力、流量、洁净度及介质兼容性有着极为严苛的要求。离心鼓风机作为提供气动力的关键设备,其性能直接关系到生产线的效率、产品的纯度以及系统的稳定性。针对铈提纯工艺的特殊性,行业内开发了系列化的专用离心鼓风机。本文将聚焦于“AI(Ce)1167-1.46”型单级悬臂加压风机,对其型号含义、结构特点、在铈提纯中的应用、核心配件及维护修理要点进行深入阐述,并对稀土行业涉及的工业气体输送风机选型进行系统性说明。

第一章 稀土提纯工艺与离心鼓风机概述

轻稀土,又称铈组稀土,主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)等元素。其中,铈因其独特的氧化还原性质(Ce³⁺/Ce⁺),在抛光粉、催化剂、储氧材料等领域应用广泛,其高纯度提取至关重要。

典型的铈提纯流程中,离心鼓风机主要承担以下任务:

供氧氧化:将空气或富氧空气加压送入反应槽,将Ce³⁺氧化为Ce⁺,实现与其他三价稀土的分离。 流态化与搅拌:为浸出槽、沉淀槽等提供底部鼓风,使矿浆或溶液处于均匀悬浮状态,强化传质过程。 气体保护与输送:在需要惰性气氛(如氮气、氩气)保护的工序,或需输送特定工艺气体(如二氧化碳)时,提供稳定气源。 烟气处理与排放:输送焙烧、煅烧环节产生的工业烟气至后续处理系统。

这些工况要求风机不仅具备稳定的压力-流量输出,还必须具备良好的介质适应性、耐腐蚀性、密封可靠性和易于维护的特点。为此,发展出了包括C(Ce)、CF(Ce)、CJ(Ce)、D(Ce)、AI(Ce)、S(Ce)、AII(Ce)等在内的系列化产品,以适应不同压力、流量和结构形式的需求。

第二章 核心机型详解:AI(Ce)1167-1.46型单级悬臂加压风机

2.1 型号解读

“AI(Ce)1167-1.46”这一完整型号蕴含了丰富的信息:

“AI”:代表风机系列,即单级、单吸入口、悬臂式结构的加压离心鼓风机。悬臂式指叶轮安装在主轴的一端,另一端由轴承支撑,结构紧凑,便于拆卸维护。 “(Ce)”:明确标识此风机为铈(Ce)提纯工艺专用或优选机型,其过流部件材质、密封形式等针对铈提纯的化学环境进行了特殊设计或选配。 “1167”:表示风机在标准进口状态(通常指进口压力为1个标准大气压,温度20℃)下的额定体积流量,单位为立方米每分钟。即该风机设计的额定流量为1167 m³/min。这是一个非常重要的选型参数,需与工艺计算所需的气量匹配,并考虑一定的余量。 “-1.46”:表示风机出口的绝对压力值为1.46个标准大气压(atm)。由于型号中未出现“/”符号及进口压力值,根据约定,默认风机进口压力为1个标准大气压。因此,该风机的升压(压比)为1.46 - 1 = 0.46 atm,或约为46.8 kPa(千帕)。此压力适用于需要中等压力鼓风的氧化、搅拌等工序。

作为对比,型号“AI(Ce)400-1.3”表示流量400 m³/min,出口压力1.3 atm(进口1 atm,升压0.3 atm)。若型号为“AI(Ce)1167-1.46/0.8”,则“/0.8”表示进口压力为0.8 atm(如处于高原或上游负压条件),出口压力仍为1.46 atm,此时风机实际承担的压力提升更大。

2.2 结构特点与在铈提纯中的应用

AI系列风机采用单级叶轮实现压力提升,结构简单可靠。悬臂式设计避免了双支撑结构中轴穿过机壳带来的复杂密封问题,特别适合于输送可能含有微量腐蚀性气溶胶或对密封要求极高的工艺气体。

在铈提纯生产线中,AI(Ce)1167-1.46这类风机常被部署于:

氧化工序:作为主供风机,向氧化槽持续送入经过滤的洁净空气,压力需克服液位静压和管道系统阻力,确保气泡均匀分布。1.46 atm的出口压力足以应对中型至大型氧化槽的深度要求。 搅拌鼓风:为多个并行运行的沉淀槽或调节槽提供鼓风搅拌,一台大流量的AI风机可通过分流阀组同时服务于多个槽体,保证工艺一致性。 备用气源:作为氮气或其它专用气体增压风机的备用,在结构上兼容,通过切换管路即可投入使用。

其过流部件(进风口、叶轮、机壳)通常采用不锈钢(如304、316L)或更高等级的耐蚀合金,以抵抗工艺过程中可能逸出的酸性或碱性雾气。主轴一般采用高强度合金钢,表面进行防腐处理。

第三章 风机核心配件详解

一台高效稳定的离心鼓风机依赖于各个精密配件的协同工作。对于AI(Ce)系列风机,以下配件尤为关键:

3.1 风机主轴

主轴是传递电机扭矩、支撑转子高速旋转的核心零件。它必须具有极高的强度、刚性和疲劳韧性。材质常选用42CrMo、40CrNiMoA等优质合金钢,经过调质处理和精密加工,保证轴承位、叶轮安装位等关键部位的尺寸精度、形位公差和表面光洁度。主轴的设计需通过严格的临界转速计算,确保工作转速远离其一阶和二阶临界转速,避免共振。

3.2 风机轴承与轴瓦

AI系列悬臂风机通常采用滑动轴承(轴瓦)作为主支撑。相比于滚动轴承,滑动轴承在高速重载下具有更优的阻尼特性和承载能力,运行更平稳。

轴瓦材料:常用锡基巴氏合金(如ChSnSb11-6)浇铸在钢背衬上而成。巴氏合金质地柔软,具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力,能保护主轴免受损伤。轴瓦内表面需刮研至理想接触斑点,确保形成均匀的润滑油膜。 润滑系统:配备强制循环油站,向轴承提供恒压、恒温、洁净的润滑油。油膜的形成遵循流体动压润滑原理,即依靠主轴旋转将润滑油带入楔形间隙,产生压力油膜将轴颈浮起,实现非接触式运转。

3.3 风机转子总成

转子总成是风机的“心脏”,主要由主轴、叶轮、平衡盘(如有)、联轴器等部件组成,并经过严格的动平衡校正。

叶轮:作为唯一做功部件,其设计至关重要。叶型通常为后向或径向,采用三元流理论设计,以追求高效率。制造工艺包括整体铸造(不锈钢)、焊接(叶片与轮盘、盖板焊接)或精密五轴铣削。叶轮的平衡等级要求极高,通常需达到G2.5或更高(按ISO 1940标准),以最小化旋转振动。 动平衡:转子在专用动平衡机上校正。不平衡量(U)的计算公式为:不平衡量等于不平衡质量乘以偏心距。允许残余不平衡量根据转子质量和工作角速度确定。

3.4 密封系统

密封是防止介质泄漏、保证工艺安全和经济性的关键,尤其在输送贵重、有毒或危险气体时。

气封与油封:在机壳与轴贯穿处,设置迷宫密封或碳环密封作为气封(主密封),防止工艺气体外泄或空气渗入。在轴承箱两端,设置骨架油封或机械密封作为油封,防止润滑油泄漏。 碳环密封:在AI(Ce)这类对密封要求较高的风机中常被采用。它由多个分裂式碳环串联组成,依靠弹簧力提供径向箍紧力,与轴表面形成微间隙密封。碳材料具有自润滑、耐磨损、耐高温和化学惰性等优点,密封效果优于传统迷宫密封,且允许少量紧急隔离气注入以进一步提升密封安全性。

3.5 轴承箱

轴承箱是容纳主轴轴承、并提供稳定支撑的铸铁或铸钢结构件。其内部有精确加工的轴承座孔,设有进油、回油通道和油封安装位。轴承箱的设计需保证足够的刚性,防止在运行中变形影响轴承对中。同时,箱体上常配有振动和温度探头接口,用于在线状态监测。

第四章 风机修理与维护要点

为确保AI(Ce)1167-1.46等风机长周期稳定运行,必须实施计划性维护和针对性修理。

4.1 日常巡检与维护

振动监测:使用便携式测振仪定期检测轴承座径向和轴向振动速度值(mm/s)。振动异常增大往往是失衡、对中不良、轴承磨损或喘振的先兆。 温度监测:检查轴承温度(通常应低于75℃)和润滑油进回油温差。 润滑油管理:定期化验油品,监测水分、酸值、粘度变化和金属磨粒含量,按周期换油并清洗油路。 密封检查:观察气封、油封是否有可见泄漏。对于碳环密封,监控隔离气压力和流量。

4.2 常见故障与修理

振动超标原因:叶轮积垢或磨损导致动平衡破坏;联轴器对中偏差变大;地基或紧固螺栓松动;轴承磨损。 修理:停机,重新进行转子现场动平衡或送修;重新激光对中;紧固地脚;更换轴承或轴瓦。 轴承温度高原因:润滑油不足、变质或污染;冷却水系统故障;轴承间隙过小或接触不良;轴向力过大(平衡盘失效)。 修理:检查油系统,换油;疏通冷却器;刮研调整轴瓦间隙或更换;检查平衡盘及气封磨损情况。 性能下降(压力、流量不足)原因:进口过滤器堵塞;叶轮腐蚀或磨损严重;机壳气封间隙过大,内泄漏严重。 修理:清洗或更换过滤器;修复或更换叶轮(需重新动平衡);调整或更换气封元件(如碳环)。 密封泄漏原因:碳环磨损超过极限;弹簧失效;O型圈老化;轴表面磨损出现沟槽。 修理:成套更换碳环密封组件;对于轴磨损,可采用喷涂、镀铬等工艺修复,或进行局部车削后配用加大内径的碳环。

4.3 大修流程

风机运行一定周期(如2-3年)或出现严重故障时,需进行解体大修。流程包括:停机隔离→拆卸联轴器、管路附件→吊开上机壳→取出转子总成→全面检查测量各部件尺寸和间隙→更换所有密封件和轴承→修复或更换磨损/损坏件→彻底清洗所有部件→回装并精确对中→单机试车(检查振动、温度、性能)→联动试车。

第五章 稀土工业气体输送风机选型综述

铈提纯乃至整个稀土湿法冶金过程,涉及多种气体的输送,对风机提出了多样化要求。前述各系列风机各有侧重:

“C(Ce)”型多级离心鼓风机:通过多个叶轮串联实现较高压比,适用于需要中等至高压力但流量不一定很大的场合,如深度氧化或远程气体输送。 “CF(Ce)”与“CJ(Ce)”型专用浮选离心鼓风机:专门为浮选工序优化,特性曲线较平坦,能在矿浆液位变化时保持相对稳定的充气量,压力一般在AI系列范围内。 “D(Ce)”型高速高压多级离心鼓风机:采用齿轮箱增速,单级或多级叶轮,能达到非常高的出口压力(远高于1.46 atm),适用于需要高压鼓风的特殊工艺或气体回收增压。 “S(Ce)”型单级高速双支撑加压风机:双支撑结构,转速高,单级即可产生较高压力,稳定性好,适用于大流量、中高压力的关键工序。 “AII(Ce)”型单级双支撑加压风机:与AI系列同属单级,但采用两端支撑,转子刚性更好,适用于更重载或轴向力较大的工况,维护比悬臂式稍复杂。

输送介质适应性是所有选型的前提。针对不同气体,风机设计和材料选择需特别注意:

空气、氮气(N₂)、氩气(Ar):性质稳定,常规材质即可。注意空气中可能含尘,需前置高效过滤器。 氧气(O₂):助燃性强,禁油!所有过流部件必须彻底脱脂清洗,轴承润滑采用特殊氟素油脂或采用无油润滑结构(如磁悬浮轴承)。密封要求极高。 氢气(H₂):密度小,渗透性强,易泄漏。风机设计需注重防爆(防爆电机、仪表)和密封,碳环密封有优势。转速可更高以弥补体积流量大带来的体积庞大问题。 二氧化碳(CO₂):潮湿CO₂有弱酸性,需注意材质耐蚀性。低温下可能干冰结晶,需注意进气温度。 氦气(He)、氖气(Ne):惰性稀有气体,价值高,要求风机泄漏率极低,密封系统是重中之重。 工业烟气:成分复杂,可能含SO₂、HCl、粉尘等。风机需采用重防腐涂层或合金材质,前置除尘、降温、洗涤装置,并考虑结垢对叶轮平衡的影响。

选型总原则:在充分了解工艺气体成分、密度、温度、湿度、洁净度以及所需流量、进口压力、出口压力的基础上,结合现场空间、维护能力和投资预算,选择最合适的系列和具体型号。对于关键不中断工序,应考虑备用风机。

结论

AI(Ce)1167-1.46型单级悬臂加压离心鼓风机,作为轻稀土铈提纯工艺中一款流量适中、压力匹配的典型设备,体现了专用风机为特定化工流程服务的设计理念。其稳定运行依赖于从主轴、轴瓦、转子到碳环密封等一系列高品质配件的精准配合与制造。深入理解其型号含义、结构原理,并掌握科学的维护修理方法,是保障生产线连续高效运行、提升铈产品纯度与收率的重要技术支撑。同时,面对稀土冶炼中多样的气体输送需求,技术人员应全面了解C、CF、D、S、AII等各系列风机的特点,遵循介质适应性、工况匹配性和安全可靠性的原则,做出科学合理的选型与配置,从而为整个稀土分离提纯产业的高质量发展提供坚实的装备基础。

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