轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机AI(Ce)411-1.50技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

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一、稀土矿提纯工艺中离心鼓风机的关键作用

稀土元素作为现代工业的“维生素”，在新能源、军工、电子等领域具有不可替代的战略价值。轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)和铕(Eu)，其中铈(Ce)是最丰富且应用广泛的元素之一。在铈的提取和提纯过程中，离心鼓风机作为关键动力设备，承担着气体输送、气氛控制、浮选供气等核心功能。

离心鼓风机在稀土提纯中的应用主要体现在三个环节：一是破碎筛分过程中的气力输送；二是浮选分离阶段的气泡生成与矿浆搅拌；三是高温焙烧、还原过程中的气氛控制与尾气处理。不同的工艺阶段对风机的压力、流量、气体兼容性和运行稳定性有着截然不同的要求，这也催生了专门针对稀土冶炼的系列风机产品。

二、稀土提纯专用离心鼓风机系列概述

针对轻稀土特别是铈(Ce)提纯的特殊工况，国内风机行业开发了多个专用系列：

C(Ce)型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联结构，每级叶轮增压比相对较低但总压升高，适用于需要中等流量、较高压力的稀土焙烧炉供风、还原气氛控制等环节。其设计特点是运行平稳、效率曲线平缓，能够适应稀土冶炼中炉压的波动。

CF(Ce)型系列专用浮选离心鼓风机：专为稀土浮选工艺研发，特别注重低脉动、恒流量输出，确保浮选槽气泡均匀稳定。该系列风机采用特殊进口导叶设计和叶轮流道优化，减少了气流脉动对浮选药剂吸附过程的影响。

CJ(Ce)型系列专用浮选离心鼓风机：在CF系列基础上的改进型，增加了变频调节和智能控制系统，能够根据浮选槽液位、矿浆浓度自动调节风量风压，实现精细化浮选控制，提高铈精矿品位和回收率。

D(Ce)型系列高速高压多级离心鼓风机：采用齿轮箱增速设计，转速可达每分钟15000转以上，适用于高压小流量场合，如稀土萃取车间的惰性气体保护系统、高压气力输送系统等。其轴承系统采用可倾瓦滑动轴承，确保高速下的稳定运行。

AI(Ce)型系列单级悬臂加压风机：本文重点介绍的型号即属此系列。采用单级叶轮、悬臂式结构，结构紧凑、维护方便，适用于中等流量、中低压力要求的稀土冶炼环节，如跳汰机供风、烟气循环等。

S(Ce)型系列单级高速双支撑加压风机：采用双支撑轴承结构，转子动力学特性更优，适用于更高转速和更大功率的场合。叶轮经过三元流设计，效率较传统设计提升5-8%，适用于大型稀土冶炼厂的集中供风系统。

AII(Ce)型系列单级双支撑加压风机：在AI系列基础上发展而来的双支撑结构风机，兼顾了结构刚性和维护便利性，是中小型稀土冶炼厂的主流选择，能够满足大部分铈提纯工艺的气动需求。

这些系列风机均可根据输送介质的不同，对材料、密封和润滑系统进行针对性设计，确保与空气、工业烟气、二氧化碳、氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、氢气及混合无毒工业气体的兼容性。

三、AI(Ce)411-1.50型风机深度解析

风机型号AI(Ce)411-1.50的完整解读：

“AI”代表单级悬臂加压风机系列，这是该风机的基本结构形式。单级指只有一个叶轮，悬臂指叶轮安装在主轴的一端，另一端由轴承支撑。这种结构简化了风机内部流道，减少了级间泄漏损失，同时也使维护更加便捷。

“Ce”在括号内表示该风机针对铈(Ce)提纯工艺进行了专项优化，包括材料选择、防腐处理、密封形式等，以适应稀土冶炼环境中可能存在的酸性气体、粉尘等特殊工况。

“411”是风机规格代码，其中“400”表示风机进口流量为每分钟400立方米（实际为411m³/min，通常取整标示），这是风机设计工况点的流量参数。在稀土提纯应用中，这一流量范围适用于中型跳汰机或多台小型浮选机的集中供气。

“-1.3”表示风机出口压力为1.3个大气压（表压0.3kgf/cm²或约30kPa）。这是该型号风机的额定排气压力，对应特定的转速和功率。需要注意的是，如果没有“/”符号分隔进口压力参数，则默认进口压力为1个大气压（绝对压力101.325kPa）。

AI(Ce)411-1.50在铈提纯中的应用定位：

该风机主要匹配跳汰机进行稀土矿的初步重力分选。跳汰机利用脉动水流使不同密度的矿物分层，而稳定的气流是产生合适脉动水流的动力源。AI(Ce)411-1.50提供的1.3个大气压压力和400m³/min流量，能够为跳汰机提供持续稳定的气流，确保铈矿与其他脉石矿物的有效分离。

相比于多级风机，单级悬臂结构的AI系列在相同流量下通常有更紧凑的尺寸，这有利于在空间有限的稀土选矿车间布置。同时，由于结构简单，其故障点较少，日常维护工作量也相对较低。

气动性能特点：

AI(Ce)411-1.50的设计工作点位于其性能曲线的高效区，效率通常可达82-85%。其性能曲线相对平缓，这意味着在工况稍有波动时，压力和流量变化不会过于剧烈，有利于跳汰机工艺的稳定。风机喘振线设定在较低流量区域，正常工作范围内不易发生喘振，但操作时仍需避免流量过低运行。

四、AI(Ce)系列风机核心配件详解

风机主轴：作为传递扭矩、支撑叶轮的核心部件，AI(Ce)系列主轴采用42CrMo合金钢锻造，调质处理后硬度达到HB240-280，具有优良的综合机械性能。主轴与叶轮配合处采用锥度设计，配合液压装拆工具，可实现叶轮的快速更换。针对稀土厂可能存在的腐蚀性气体环境，主轴表面进行镀铬或喷涂陶瓷处理，提高耐腐蚀性。

风机轴承与轴瓦：由于悬臂结构的不平衡载荷，AI(Ce)系列选用可倾瓦滑动轴承而非滚动轴承。可倾瓦轴承由多块弧形瓦块组成，每块瓦块均可绕支点微动，形成最佳油膜形状，具有良好的抗振性和稳定性。轴瓦材料为巴氏合金（锡锑铜合金），厚度3-5mm，浇铸在钢背上。巴氏合金具有优异的嵌入性和顺应性，能容忍少量硬质颗粒进入油膜而不损伤轴颈。轴承间隙控制在轴颈直径的千分之1.2到1.5之间，确保形成足够厚度的动压油膜。

风机转子总成：包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合体。叶轮为后向叶片设计，采用高强度铝合金或不锈钢铸造，经五轴数控机床精密加工，动平衡精度达到G2.5级（残余不平衡量小于2.5g·mm/kg）。针对输送含尘气体的情况，叶轮叶片入口处加装耐磨衬板，延长叶轮寿命。转子总成在装配后需进行高速动平衡试验，确保在工作转速范围内振动值低于2.8mm/s。

气封与油封：气封主要采用迷宫密封，在叶轮入口和级间设置多道环形齿片，形成曲折的泄漏通道，减少内部泄漏损失。针对腐蚀性气体，迷宫密封齿片可采用不锈钢或聚四氟乙烯材料。油封位于轴承箱两端，防止润滑油泄漏和外部杂质进入。AI(Ce)系列采用组合式油封：内侧为螺旋密封，利用主轴旋转时的泵送作用将油送回箱内；外侧为橡胶骨架油封或机械密封，作为最后一道防线。

碳环密封：在输送易燃易爆或有毒气体（如氢气、一氧化碳）时，AI(Ce)系列可选配碳环密封替代迷宫密封。碳环密封由多个碳环组成，在弹簧力作用下紧贴轴套表面，实现接触式密封。碳环具有自润滑性，摩擦系数低，且能适应轴的微小偏摆。每组碳环密封通常包括3-5个环，环间通入惰性气体（如氮气）作为阻塞介质，进一步阻止工艺气体泄漏。

轴承箱：作为轴承、润滑系统的支撑和防护壳体，轴承箱为铸铁或铸钢结构，具有足够的刚性和减振性能。箱体设计需考虑散热需求，通常在外表面设置散热筋。轴承箱与机壳间设置隔热层，减少高温气体对轴承温度的影响。润滑油系统包括油箱、油泵、冷却器、过滤器和监控仪表，确保轴承在合适温度下工作（通常控制轴承温度低于75℃）。

五、风机常见故障诊断与维修要点

振动异常处理：振动是离心鼓风机最常见的故障现象。对于AI(Ce)411-1.50，首先需区分是机械振动还是气动振动。机械振动可能源于转子不平衡、对中不良、轴承磨损或基础松动；气动振动则可能由喘振、旋转失速或进气不均匀引起。

处理步骤：1) 测量振动频率和幅值，如果振动频率等于转速频率，主要怀疑转子不平衡；如果为转速频率的倍数，可能为对中问题；如果为高频振动，可能为轴承故障。2) 检查联轴器对中，要求径向偏差小于0.05mm，角度偏差小于0.05mm/m。3) 如怀疑转子不平衡，需拆下叶轮进行动平衡校正，平衡精度需达到ISO1940 G2.5级标准。

轴承温度过高：轴承温度持续超过75℃需引起重视。可能原因包括：润滑油不足或变质、冷却器效率下降、轴承间隙过小、轴承负载过大（如对中不良引起附加载荷）等。

处理措施：1) 检查润滑油位、油质，定期更换润滑油（一般每运行4000-8000小时更换）。2) 清洗油冷却器，确保冷却水畅通。3) 检查轴承间隙，必要时更换轴瓦，重刮研瓦面，确保接触面积达70%以上，且每平方厘米有1-3个接触点。4) 检查轴承负载，重新校正对中。

风量风压不足：可能原因包括：进气过滤器堵塞、密封间隙过大导致内泄漏严重、转速下降、叶轮磨损或积垢等。

解决方法：1) 清洁或更换进气过滤器，压差超过500Pa即需清理。2) 检查迷宫密封间隙，径向间隙一般控制在轴直径的千分之2到3之间，如超过需更换密封齿片。3) 检查驱动电机转速，确保变频器或皮带传动系统正常工作。4) 检查叶轮状况，如有磨损需修复或更换，如有积垢需化学清洗（注意选择不与叶轮材料反应的清洗剂）。

异响识别：不同声音对应不同故障：尖锐的金属摩擦声可能为转动件与静止件接触；周期性的敲击声可能为轴承损坏；气流的啸叫声可能为喘振前兆；不规则的爆裂声可能为叶轮上异物脱落。

处理流程：首先立即停机检查，避免故障扩大。使用听音棒或振动分析仪定位声源。检查各部间隙，特别是气封和油封处。如怀疑喘振，检查系统阻力是否过大，出口阀是否开启过小，必要时增加旁通回路。

计划性维修策略：建议实施三级维修体系：日常巡检（每班）、月度保养（检查紧固件、清洁滤芯、化验油质）、年度大修（全面拆检、更换易损件、性能测试）。大修后需进行空载试车（逐步提速至工作转速，观察振动、温度）和负载试车（逐步加载至额定工况，验证性能参数）。

六、工业气体输送的特别注意事项

稀土提纯过程中涉及多种工业气体，不同气体对风机设计有不同要求：

输送空气：最常规工况，注意空气中可能含有稀土粉尘，需在进气口加装高效过滤器（过滤精度不低于10μm），并定期清理，避免叶轮磨损和不平衡。

输送工业烟气：稀土焙烧产生的烟气可能含有酸性成分（如SO₂、HF）和高温（可达300℃以上）。需选用耐腐蚀材料（如316L不锈钢），轴承箱加强隔热冷却，必要时在风机前设置降温塔。密封需采用特殊材料，避免酸性气体泄漏。

输送二氧化碳(CO₂)：CO₂密度大于空气，相同工况下风机功率需增加约50%。需注意CO₂在高湿环境下可能形成碳酸，腐蚀金属部件，应控制气体湿度或选用耐酸材料。

输送氮气(N₂)、氩气(Ar)等惰性气体：这些气体往往用于稀土还原或保护气氛。需特别注意密封的可靠性，防止空气渗入影响工艺气氛纯度。碳环密封配合氮气阻塞是常用方案。同时，惰性气体不具润滑性，密封摩擦副需自润滑材料。

输送氧气(O₂)：稀土氧化焙烧可能使用富氧空气或纯氧。氧气风机需严格遵守防爆要求：所有部件采用铜合金或不锈钢，避免产生火花；润滑系统采用特种氧 compatible油脂；叶轮需特殊处理，避免高速下与氧气摩擦起火。

输送氢气(H₂)：氢气密度极小，相同质量流量下体积流量大，风机设计需增大流道。氢气易燃易爆，且易泄漏，密封必须采用多级组合密封（如迷宫+碳环+氮气阻塞），外壳设置泄爆口，电气设备防爆等级不低于ExdⅡCT4。

输送氦气(He)、氖气(Ne)等稀有气体：这些气体昂贵，密封可靠性要求极高，通常采用干气密封或磁力驱动等零泄漏技术。同时需考虑气体的稀有性，在风机故障时要有气体回收措施。

无论输送何种气体，风机选型时都需进行气体密度修正：风机压力与气体密度成正比，轴功率与气体密度成正比。换算公式为：实际压力等于标准状态压力乘以实际气体密度与空气密度的比值；实际轴功率等于标准状态轴功率乘以实际气体密度与空气密度的比值。

七、AI(Ce)系列风机的操作与维护规范

启动前检查：确认进气阀开启，出口阀关闭（避免带载启动）；检查油位在视窗1/2-2/3处，油质清澈无乳化；手动盘车2-3圈，确认转动灵活无卡阻；检查地脚螺栓和连接螺栓紧固；确认安全防护装置完好。

启动程序：先启动润滑油泵（如有独立油站），确认油压正常（通常0.1-0.3MPa）；点动电机确认旋转方向正确；正式启动，缓慢加速至工作转速；逐渐打开出口阀至所需工况，避免长时间在小流量区运行（防止喘振）。

运行监控：每小时记录振动值（轴承处径向振动应小于4.5mm/s）、轴承温度（小于75℃）、油压油温、进出口压力和流量。注意监听运转声音，发现异常立即分析处理。

停机程序：逐渐关闭出口阀至最小开度；切断电源；风机停转后，继续运行油泵10-15分钟（对于滑动轴承），待轴承温度降至40℃以下再停油泵；关闭冷却水；如长期停机，每周盘车90度，防止轴弯曲。

备件管理：常备关键备件包括：轴瓦套件、机械密封/碳环密封、联轴器弹性块、进气过滤器滤芯。备件需妥善保管，轴瓦需油封防锈，密封件避光防老化，橡胶件注意有效期。

八、结语

AI(Ce)411-1.50作为轻稀土铈提纯工艺中的关键动力设备，其性能可靠性直接影响到铈产品的纯度、回收率和生产成本。深入理解该型号风机的结构特点、配件功能和维护要求，不仅有助于提高设备运行效率，更能为稀土冶炼工艺优化提供设备层面的支持。

随着稀土提纯技术向精细化、自动化发展，对风机设备也提出了更高要求：更高的运行效率以降低能耗，更智能的状态监测与故障预警系统，更好的气体适应性以应对复杂工艺气体环境。未来，稀土专用风机将更加注重与工艺系统的集成，成为智慧稀土工厂不可或缺的组成部分。

作为风机技术人员，我们不仅要掌握设备的维护技能，更应理解稀土工艺对风机的特殊需求，在设备选型、改造和优化中提出专业建议，为我国的稀土产业发展提供可靠的装备保障。