轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机技术与应用详解：以AI(Ce)2877-1.46型离心鼓风机为核心

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)2877-1.46、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土矿加工

一、稀土矿提纯工艺中离心鼓风机的关键作用

在轻稀土(铈组稀土)冶炼提纯工艺中，离心鼓风机作为关键的气体输送与加压设备，承担着氧化焙烧、气体输送、浮选分离、废气处理等多重任务。铈(Ce)作为轻稀土中含量最丰富的元素，其提纯过程涉及多道工序，对风机的性能、耐腐蚀性和稳定性提出了特殊要求。稀土矿提纯通常包括采矿、选矿、焙烧、酸溶、萃取、结晶等步骤，在这些过程中，风机设备为化学反应提供必要的气体环境，控制工艺压力，确保生产连续稳定进行。

我国稀土资源丰富，特别是轻稀土储量居世界首位，其中铈组稀土包括镧、铈、镨、钕等元素，这些元素的分离提纯对风机设备有着不同的技术要求。针对铈的提纯，需要风机能够在输送腐蚀性气体、维持恒定压力、适应高温环境等方面表现出卓越性能。离心鼓风机凭借其结构紧凑、效率高、流量稳定、维护相对简便等优势，成为稀土提纯行业不可或缺的动力设备。

二、铈(Ce)提纯专用离心鼓风机系列概述

根据轻稀土提纯工艺的不同环节和气体处理要求，风机厂家开发了多个专用系列，每个系列都有其特定的设计特点和适用范围：

“C(Ce)”型系列多级离心鼓风机采用多级叶轮串联设计，每级叶轮都能增加气体压力，最终达到较高的出口压力。这类风机适用于需要较高压力的工艺环节，如氧化焙烧炉的鼓风、气体循环系统等。多级设计使风机在保持较高效率的同时，能够提供稳定的压力输出，特别适合铈提纯过程中对压力要求严格的工序。

“CF(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机和“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机专门为稀土浮选工艺设计。在铈的选矿过程中，浮选是重要环节，需要风机提供稳定、适量的空气，使矿物颗粒与气泡充分接触，实现有用矿物与脉石矿物的分离。这两类风机针对浮选工艺的气量波动特点进行了优化，能够在不同负载条件下保持性能稳定。

“D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机采用了高转速设计，通常配备增速齿轮箱，使叶轮能够在更高的转速下运行，从而在单级叶轮上实现更高的压力比。这类风机结构紧凑，适合空间受限的稀土冶炼厂，能够为高压反应提供气源。

“AI(Ce)”型系列单级悬臂加压风机是本文重点介绍的机型，采用单级叶轮和悬臂式设计，结构简单，维护方便。悬臂设计意味着叶轮安装在轴的一端，另一端由轴承支撑，这种结构减少了泄漏点，提高了运行可靠性。AI系列风机特别适合中等压力要求的铈提纯环节，如气体输送、通风排气等。

“S(Ce)”型系列单级高速双支撑加压风机采用两端支撑结构，转子由两端的轴承支撑，稳定性更好，适合高转速、大功率的应用场景。双支撑设计使风机能够承受更大的径向载荷，运行更加平稳，振动更小，适合长期连续运行的铈提纯生产线。

“AII(Ce)”型系列单级双支撑加压风机在AI系列的基础上改进而来，采用双支撑结构，提高了转子的刚性和稳定性，适用于流量较大、对运行平稳性要求更高的场合。这类风机在铈提纯的废气处理、气体循环等系统中应用广泛。

三、AI(Ce)2877-1.46型单级悬臂加压风机详解

3.1 型号解读与技术参数

AI(Ce)2877-1.46型离心鼓风机是专门为轻稀土(铈组稀土)铈提纯工艺设计的单级悬臂加压设备。按照风机命名规则：“AI”表示AI系列单级悬臂加压风机；“2877”表示风机在设计工况下的流量为每分钟2877立方米；“-1.46”表示风机出口压力为1.46个大气压（绝对压力），即相对于标准大气压的增压值为0.46个大气压（表压约为46kPa）。

值得注意的是，该型号中没有“/”符号，表示进风口压力为标准大气压（1个大气压）。如果型号中出现“/”，如“AI(Ce)2877/0.8-1.46”，则表示进风口压力为0.8个大气压。这种命名方式直观反映了风机的工作条件，便于选型和技术交流。

AI(Ce)2877-1.46型风机的主要设计参数包括：流量范围2500-3200立方米/分钟（可根据实际工况调节），工作温度-20℃至200℃（取决于密封和轴承配置），主轴转速根据具体设计通常在3000-8000rpm之间，配套电机功率依据气动计算确定，一般在200-400kW范围内。该风机采用后弯式叶轮设计，效率较高，通常可达82%-88%。

3.2 结构特点与工作原理

AI(Ce)2877-1.46型风机采用单级单吸式结构，叶轮悬臂安装在主轴的一端。这种悬臂设计减少了密封点，降低了气体泄漏的风险，特别适合输送有一定腐蚀性或珍贵的气体。风机主要由进气室、叶轮、蜗壳、主轴、轴承箱、密封系统和底座等部分组成。

进气室设计为渐缩型流道，使气体平稳加速进入叶轮，减少进气损失。叶轮作为风机的核心部件，采用高强度合金钢或不锈钢制造，经过精密动平衡校正，确保在高转速下运行平稳。叶轮叶片采用后弯式设计，这种设计虽然达到相同压力需要的转速较高，但效率高、性能曲线平坦、工作范围宽，适合流量可能波动的稀土提纯工艺。

蜗壳将叶轮出口的高速气体收集起来，通过渐扩形流道将动能转化为压力能，最后从出口排出。蜗壳设计采用对数螺旋线型，以减少气体流动损失，提高效率。

3.3 在铈提纯工艺中的应用定位

在轻稀土铈的提纯过程中，AI(Ce)2877-1.46型风机主要应用于以下环节：

风机与跳汰机配套使用时，需要根据跳汰机的具体型号和工作原理进行选型计算，确保风机提供的风量、风压与跳汰机要求匹配，使矿物颗粒在跳汰室内达到最佳分层效果。

四、风机关键配件详解

4.1 风机主轴

主轴是离心鼓风机的核心传动部件，承担着传递扭矩、支撑叶轮旋转的重要任务。AI(Ce)2877-1.46型风机的主轴通常采用高强度合金钢制造，如42CrMo或35CrMo，经过调质处理，使材料具有优良的综合机械性能—高强度、高韧性和良好的疲劳抗力。

主轴加工精度要求极高，轴承安装部位的尺寸公差通常控制在IT6级，表面粗糙度要求Ra0.8以下。叶轮安装端通常采用锥度设计，配合液压拆装工具，便于叶轮的安装和拆卸。主轴还需要进行超声波探伤和磁粉探伤，确保内部无裂纹、夹渣等缺陷。

对于输送腐蚀性气体的应用，主轴可能与气体接触的部分需要采取防腐措施，如喷涂防腐涂层或采用耐腐蚀材料制造。在铈提纯环境中，可能接触酸性气体，因此防腐处理尤为重要。

4.2 风机轴承与轴瓦

AI(Ce)2877-1.46型风机采用滑动轴承（轴瓦）设计，与滚动轴承相比，滑动轴承具有承载能力强、阻尼性能好、寿命长等优点，特别适合高速旋转机械。

轴瓦通常由钢背和巴氏合金衬层组成。钢背提供机械强度，巴氏合金层提供良好的摩擦性能和嵌入性。巴氏合金是一种锡基或铅基白色合金，具有质地软、熔点低的特点，当有微小颗粒进入轴承时，可以嵌入合金层，避免划伤主轴。

轴瓦的设计需要考虑润滑油的建立动压能力，通常采用椭圆瓦或可倾瓦设计，这些设计能够产生稳定的油膜，支撑主轴旋转。油膜厚度通常在0.02-0.05mm之间，既保证足够润滑，又避免过大的摩擦损失。

轴承的润滑通常采用强制润滑系统，包括油箱、油泵、冷却器、过滤器和监控仪表。润滑油不仅提供润滑，还带走轴承产生的热量，维持轴承温度在安全范围内（通常不超过70℃）。

4.3 风机转子总成

转子总成是风机的旋转部件，包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等组件。这些组件装配后需要作为一个整体进行动平衡校正，确保旋转时振动最小。

叶轮是转子总成的核心，AI(Ce)2877-1.46型风机的叶轮通常采用后弯式设计，叶片数量根据气动计算确定，通常在10-16片之间。叶轮制造材料根据输送气体性质选择，输送空气时可采用优质碳钢，输送腐蚀性气体时需采用不锈钢或特种合金。

平衡盘安装在叶轮背面，用于平衡部分轴向力，减少推力轴承的负荷。通过调整平衡盘的尺寸和间隙，可以优化轴向力的平衡效果。

转子总成的装配需要严格控制各零件的配合精度，叶轮与主轴的配合通常采用过盈配合，确保在高转速下不会松动。装配完成后，转子总成需要进行高速动平衡，平衡精度通常要求达到G2.5级或更高，确保风机运行平稳。

4.4 密封系统：气封、油封与碳环密封

密封系统是防止气体泄漏和润滑油泄漏的关键，对于稀土提纯风机尤为重要，既防止工艺气体外泄造成环境污染，也防止外部空气进入系统影响工艺。

气封通常指级间密封和轴端密封，用于防止高压气体向低压区域泄漏。AI(Ce)2877-1.46型风机采用迷宫密封作为主要气封形式，迷宫密封由一系列环形齿片组成，气体通过齿片间隙时产生多次节流膨胀，压力逐渐降低，从而达到密封效果。迷宫密封非接触式设计，无磨损，寿命长，但有一定泄漏量。

油封用于防止润滑油从轴承箱泄漏，同时防止外部污染物进入轴承箱。常见的油封包括唇形密封和机械密封。唇形密封结构简单，成本低，但寿命相对较短；机械密封效果好，寿命长，但结构复杂，成本高。AI(Ce)2877-1.46型风机根据具体应用环境选择合适的油封形式。

碳环密封是一种接触式密封，由多个碳环组成，碳环在弹簧力作用下与轴表面保持接触，形成密封。碳环密封的泄漏量极小，密封效果好，但会产生摩擦热量，需要良好的冷却。在输送有毒、易燃或珍贵气体时，碳环密封是理想选择，特别适合铈提纯过程中可能涉及的危险气体。

4.5 轴承箱

轴承箱是支撑主轴和轴承的壳体结构，为轴承提供精确的安装位置和良好的工作环境。轴承箱通常采用铸铁或铸钢制造，结构上需要足够的刚度和强度，以承受转子的重量和旋转产生的动态载荷。

轴承箱内部设计需要考虑润滑油的流动和分布，确保轴承各个部位都能得到充分润滑。轴承箱还设有观察窗、温度测点、振动测点等，便于运行监控和维护检查。

轴承箱与风机壳体的连接需要精确对中，确保主轴与气流通道的同心度。对中不良会导致振动增加、密封磨损、效率下降等问题。安装时需要采用精密测量工具，确保对中精度在0.05mm以内。

五、风机维修与维护要点

5.1 日常维护与检查

离心鼓风机的日常维护是确保长期稳定运行的基础，对于AI(Ce)2877-1.46型风机，日常维护包括：

5.2 定期检修内容

根据运行时间或状态监测结果，风机需要定期停机检修，检修周期通常为8000-24000运行小时，具体取决于工作环境和运行条件。

小修（8000-12000小时）主要包括：检查并紧固所有连接螺栓；清洗润滑油过滤器，更换滤芯；检查联轴器对中情况，必要时重新对中；检查密封状况，调整密封间隙；清洗冷却器，确保冷却效果。

中修（16000-20000小时）在小修基础上增加：检查轴承磨损情况，测量轴承间隙，必要时更换轴瓦；检查叶轮磨损和腐蚀情况，轻微磨损可修复，严重时需更换；检查主轴表面状况，特别是与密封和轴承接触部位；检查齿轮联轴器齿面磨损情况。

大修（24000小时或根据状态监测结果）需要全面拆解风机，检查所有部件：转子总成返厂进行动平衡校验；检查机壳内部流道磨损情况；更换所有密封件；检查轴承箱内部状况；全面清洗润滑系统，更换润滑油；检修后重新装配，进行对中调整和试运行。

5.3 常见故障诊断与处理

5.4 维修安全注意事项

风机维修过程中必须严格遵守安全规程：停机后必须切断电源并挂牌上锁；输送易燃或有毒气体的风机必须彻底置换和清洗；高温部件必须冷却到环境温度才能接触；吊装重物时必须使用合适的吊具，人员远离吊装区域；有限空间作业必须通风并监测气体浓度；维修完成后必须清理工具和杂物，确保风机内部无遗留物。

六、工业气体输送风机的特殊考虑

6.1 不同气体性质对风机设计的影响

稀土提纯过程中可能涉及多种工业气体输送，每种气体都有不同的物理化学性质，对风机设计和材料选择提出特殊要求：

空气是最常见的气体，成分相对稳定，无腐蚀性，对材料要求最低，常规碳钢即可满足要求。

工业烟气成分复杂，可能含有二氧化硫、氮氧化物、粉尘等，具有腐蚀性和磨损性。输送烟气的风机需要耐腐蚀材料，如不锈钢或防腐涂层，并考虑除尘措施，防止叶轮磨损。

二氧化碳(CO₂)在干燥状态下腐蚀性不强，但潮湿环境下会形成碳酸，具有腐蚀性。输送CO₂的风机需要注意密封防潮，材料选择耐酸性材料。

氮气(N₂)是惰性气体，化学性质稳定，无腐蚀性，但可能用于惰性气氛保护，要求风机密封良好，防止空气渗入。

氧气(O₂)具有强氧化性，在高压高温下可能使材料氧化加速，特别是与油脂接触可能引发火灾。氧气风机必须禁油，采用特殊密封材料，所有部件必须脱脂处理。

稀有气体（氦He、氖Ne、氩Ar）化学性质极不活泼，无腐蚀性，但这些气体通常珍贵，要求风机泄漏量极小，采用高等级密封，如碳环密封或干气密封。

氢气(H₂)密度小，分子小，极易泄漏，且易燃易爆。氢气风机要求极高的密封性能，防爆设计，通常采用迷宫密封与干气密封组合，电机和电气设备必须防爆。

混合无毒工业气体成分复杂，需要根据具体成分分析腐蚀性、爆炸极限等特性，选择相应材料和设计。

6.2 AI(Ce)2877-1.46型风机的气体适应性改进

针对不同气体输送需求，AI(Ce)2877-1.46型风机可以在基本设计基础上进行适应性改进：

6.3 风机选型计算的特殊考虑

输送不同气体时，风机的选型计算需要考虑气体性质的差异：

七、铈提纯工艺中风机的优化运行与节能

7.1 风机与工艺系统的匹配优化

在铈提纯生产线中，风机不是孤立设备，而是工艺系统的一部分，必须与前后设备良好匹配：

7.2 节能措施与技术

离心鼓风机是稀土提纯车间的能耗大户，采取节能措施可显著降低生产成本：

7.3 风机状态监测与预测性维护

现代风机维护理念从定期预防性维护向基于状态的预测性维护发展，通过实时监测风机状态，预测故障发生时间，提前安排维修，避免非计划停机：

通过建立风机健康状态数据库，结合人工智能算法分析，可以更准确地预测剩余使用寿命，优化维护计划，提高风机可用性和可靠性。

八、总结与展望

AI(Ce)2877-1.46型单级悬臂加压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，其设计充分考虑了稀土提纯行业的特殊需求，在材料选择、密封设计、耐腐蚀性等方面进行了针对性优化。该风机结构合理，维护相对简便，性能稳定，能够满足铈提纯过程中大多数气体输送和加压需求。

随着稀土行业技术发展，对风机设备提出了更高要求：更高效率以降低能耗，更强耐腐蚀性以适应更苛刻的工艺环境，更智能的控制以实现与工艺系统的高度集成，更可靠的运行以减少非计划停机。未来风机技术将朝着高效化、智能化、专用化方向发展，新材料、新工艺、新控制技术的应用将进一步提升风机性能。

对于风机使用单位，建立完善的设备管理体系，加强日常维护和状态监测，培养专业技术人才，是确保风机长期稳定运行的关键。同时，根据具体工艺条件选择合适的风机型式，进行科学的选型计算，优化风机运行方式，可以最大限度地发挥设备性能，降低运行成本，提高稀土提纯生产线的整体效益。

作为风机技术专业人员，我们需要不断学习新技术，了解新工艺，结合稀土提纯行业特点，提供更专业的技术支持和服务，为我国稀土产业的发展贡献力量。