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轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机基础知识详解:以AI(Ce)1442-2.31型离心鼓风机为核心的工艺与应用

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:轻稀土提纯 铈(Ce) 离心鼓风机 AI(Ce)1442-2.31 风机配件 风机维修 工业气体输送

引言

在稀土湿法冶金与选矿领域,特别是轻稀土(铈组稀土)中铈(Ce)元素的萃取、分离与提纯工艺流程中,离心鼓风机作为提供稳定气流与压力的核心动力设备,扮演着不可或缺的角色。其性能的稳定性、效率及对特定工艺介质的适应性,直接关系到产品质量、回收率与生产成本。本文将从风机技术角度出发,结合轻稀土铈提纯工艺特点,系统阐述相关离心鼓风机的基础知识,重点对AI(Ce)1442-2.31型单级悬臂加压风机进行深度解析,并对其关键配件、常见维修要点,以及输送各类工业气体的风机选型与应用进行说明,旨在为行业同仁提供技术参考。

第一章 稀土提纯工艺与离心鼓风机概述

轻稀土(铈组稀土)主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素,其提纯常涉及焙烧、酸溶、萃取、沉淀、煅烧等多道工序。在这些工序中,离心鼓风机主要用于:

氧化焙烧供风:为稀土精矿的氧化焙烧提供充足、稳定的空气(氧气),确保铈等元素的高效氧化转型。 流化床/反应器流化与搅拌:在流态化反应设备中提供流化气体,强化气固接触。 气体输送与循环:输送工艺过程中产生的烟气(需防腐处理)、或循环惰性气体(如氮气N₂)用于保护性气氛。 浮选与气动输送:在选矿阶段为浮选槽提供充气(“CF(Ce)”及“CJ(Ce)”系列),或用于物料的气力输送。 尾气处理与环保:为吸收塔、吹脱塔等环保设备提供加压空气。

为适应上述复杂多样的工况,风机厂家开发了专门针对稀土(Ce)工艺的系列化产品,包括“C(Ce)”型多级离心鼓风机、“D(Ce)”型高速高压多级离心鼓风机、“AI(Ce)”型单级悬臂加压风机、“S(Ce)”型单级高速双支撑加压风机、“AII(Ce)”型单级双支撑加压风机等。这些风机在结构、材料、密封等方面进行了针对性设计,以应对腐蚀、磨损、特定气体介质等挑战。

第二章 核心机型深度解析:AI(Ce)1442-2.31型单级悬臂加压风机

AI(Ce)1442-2.31是该系列中一个典型型号,其命名规则清晰体现了风机的核心参数:

“AI”:代表AI系列单级悬臂式结构。悬臂式指叶轮安装在主轴的一端,另一端由轴承箱支撑,结构相对紧凑,维护方便,适用于中等流量和压力的场合。 “(Ce)”:特指该风机适用于铈(Ce)及相关轻稀土元素的提纯工艺环境,通常在材料选择(如过流部件采用不锈钢或更高等级耐蚀材料)、防结垢设计等方面有特殊考量。 “1442”:表示风机在标准进气状态下的额定流量为每分钟1442立方米(m³/min)。这是风机选型的首要参数,需根据工艺计算的实际气量需求(考虑余量)来确定。 “-2.31”:表示风机的出口静压(表压)为2.31个标准大气压(atm),即出口绝对压力约为3.31 ata(标准大气压绝对)。此压力值至关重要,需克服工艺系统阻力(管道、阀门、设备压降)并满足工艺反应所需的压力条件。 进口气压默认:根据说明,型号中未用“/”分隔表示进口压力,即默认进口压力为1个标准大气压(绝对压力)。若进口非标况(如负压或正压),需在选型时特别注明。

AI(Ce)1442-2.31风机的技术特性与应用定位:
该机型属于单级加压风机,通过一个高性能叶轮实现气体加压。其压力范围(通常1.1至3.0 atm)和流量范围(数百至数千m³/min)非常适合轻稀土提纯中多数氧化、吹扫、流化及气体输送环节。悬臂式设计使其结构简单,转子动力学特性相对易于控制,安装基础要求适中。在铈提纯流程中,它可能被用于向中压反应釜提供氧化性空气,或为物料干燥系统输送热风(需与热源配套)。

其性能曲线(压力-流量曲线、效率-流量曲线、功率-流量曲线)是选型和运行的核心依据。运行点应落在风机高效区内,并避免进入喘振区(小流量不稳定工况)和阻塞区(大流量效率急剧下降区)。

第三章 风机核心配件详解

为保证AI(Ce)1442-2.31及类似型号风机在稀土提纯苛刻环境下的长周期稳定运行,其关键配件的设计与选材至关重要:

风机主轴:作为转子的核心承载件,需具备极高的强度、刚性和疲劳抗力。通常采用优质合金钢(如42CrMo)锻制,经调质处理和精密加工,确保轴承档、叶轮安装档的尺寸精度、形位公差和表面硬度。其临界转速必须远高于工作转速,避免发生共振。 风机转子总成:包括主轴、叶轮、平衡盘(如有)、联轴器等旋转部件的集合体。叶轮是“心脏”,多为后向或径向叶片设计,采用焊接或整体铣制工艺,材料需根据输送气体性质选择,如304/316不锈钢、双相钢,甚至钛材。转子组装后必须进行高精度动平衡校正,通常要求达到G2.5或更高等级(根据转速),以最大限度减少振动。 风机轴承与轴瓦:对于高速重载风机,滑动轴承(轴瓦)因其承载能力强、阻尼特性好、寿命长而被广泛采用。轴瓦常采用巴氏合金(锡基或铅基)衬层,与主轴颈形成良好的油膜润滑。轴承箱设计需保证润滑油路的通畅和冷却。 密封系统:防止气体泄漏和油污进入流道的关键。 气封与油封:在轴承箱与机壳之间,通常采用迷宫密封或碳环密封防止工艺气体外泄或润滑油进入机壳。迷宫密封依靠多级节流间隙降压;碳环密封则利用自润滑的碳环与主轴紧密贴合,密封效果更好,尤其适用于不允许泄漏的贵重或有毒气体。 碳环密封:在AI(Ce)系列中,对于输送如氢气(H₂)、一氧化碳(CO)或有害工业烟气时,碳环密封是优选。它由多个碳环组成,在弹簧力作用下径向紧贴轴套,实现动态密封。其优点是非接触式(运行中形成极薄气膜)、耐高温、适应一定程度的轴跳动。 轴承箱:是容纳轴承、轴瓦、润滑油及密封件的壳体。要求刚性足、散热好,设有油位计、温度测点、冷却水夹套(如需)等。其设计直接影响轴承温度控制(一般要求轴承温度不超过70-75℃)和转子稳定性。

第四章 风机常见故障与修理要点

在稀土提纯连续生产过程中,风机需定期维护,出现故障时需准确判断与修理。

振动超标原因:转子不平衡(结垢、磨损、零件脱落)、对中不良、轴承磨损/损坏、地脚螺栓松动、喘振、基础刚性不足。 处理:首先检查对中和地脚螺栓。停机后,重点检查转子结垢情况(稀土工艺易结垢),彻底清洁叶轮和流道。对转子重新进行动平衡校正。检查轴瓦间隙,超过允许值需更换。检查主轴是否弯曲。 轴承温度过高原因:润滑油质劣化、油量不足/过多、冷却不良、轴承磨损/损坏、安装间隙不当、轴瓦刮研不良。 处理:检查油质并定期更换。检查油路和冷却系统。监测轴承振动和温度趋势。若轴瓦巴氏合金层出现磨损、裂纹或脱落,需按规程重新刮研或更换新瓦。 风量或压力不足原因:进口过滤器堵塞、密封间隙过大(特别是迷宫密封或碳环磨损导致内泄漏增加)、叶轮磨损或严重结垢、转速下降(皮带打滑或电机问题)、管网阻力变化。 处理:清洗过滤器。检查并调整或更换密封件(如碳环)。清洁或修复叶轮。检查驱动系统。复核系统阻力。 异常噪音原因:喘振(伴随剧烈振动和流量波动)、轴承损坏、转子与静止件摩擦、齿轮箱(如有)故障。 处理:立即排查是否进入喘振区,通过调整出口阀门或回流阀开度脱离喘振区。检查轴承和内部间隙。

修理通用原则:必须严格按照装配工艺文件执行。更换配件(如轴瓦、碳环、叶轮)时,必须确保型号、材质与原件一致或经论证可替代。修理后,必须重新进行对中、盘车检查、试运行(先空载后加载),并全面监测振动、温度、电流等参数。

第五章 输送各类工业气体的风机选型与应用说明

轻稀土提纯工艺中,风机输送的介质远不止空气。不同气体物性(密度、比重、粘度、爆炸性、腐蚀性、毒性)对风机设计选型有决定性影响。

空气:最常用介质。按标准空气(密度1.2 kg/m³)选型。用于氧化、流化、输送等。 工业烟气:可能含有SO₂、HCl、水蒸气等腐蚀成分。风机需采用耐蚀材料(如316L、2205双相钢),密封需加强,壳体考虑防腐涂层或排水设计。AI(Ce)系列需特别注明材质代码。 二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar):惰性或中性气体。密度不同(CO₂约1.98 kg/m³,N₂约1.16 kg/m³,Ar约1.78 kg/m³)。风机所需功率与气体密度成正比(功率与气体密度的一次方成正比关系),选型时必须按实际介质密度换算性能曲线和轴功率。密封要求根据系统压力而定。 氧气(O₂):强氧化性,忌油。风机所有过流部件必须彻底脱脂清洗,轴承润滑需采用特殊抗氧化润滑油或采用磁悬浮等无油轴承技术。密封要求极高,防止油蒸汽渗入。 氦气(He)、氖气(Ne):稀有气体,通常贵重。强调极低的泄漏率,密封系统必须采用高性能设计,如多级碳环密封或干气密封。气体密度很低(He极轻),风机可能需特殊设计以满足压头要求。 氢气(H₂):密度极小(约0.089 kg/m³),极易泄漏、易燃易爆。对风机气密性要求极高,壳体设计需防静电,电气防爆等级需匹配。密封必须采用如干气密封等零泄漏或微泄漏型。功率计算需注意密度影响。 混合无毒工业气体:需提供准确的气体组分、平均分子量(或密度)、温度、压力等参数,以便风机厂进行性能换算和材料评估。

选型核心公式(概念描述):

压力换算:风机样本性能曲线基于标准空气。输送其他气体时,风机产生的压比(出口绝对压力/进口绝对压力)大致不变,但以压力单位(如kPa)表示的压力值会随气体密度变化。 轴功率换算:风机的容积流量大致不变,但质量流量轴功率与气体密度成正比。即,输送密度大于空气的气体时,在相同流量和压比下,轴功率增大;反之减小。 必须的工作:将工艺要求的介质流量、进口状态、出口压力提供给风机厂家,由厂家进行严格的性能换算模型修正,确保选型的准确性。绝不可直接按空气参数选择用于其他气体的风机。

结论

在轻稀土铈提纯这一精细化、连续化的工业生产中,离心鼓风机不仅是动力源,更是工艺稳定与优化的重要保障。深入理解如AI(Ce)1442-2.31这样的专用风机型号含义、掌握其核心配件技术要点、熟悉其维护修理规程,并严谨对待不同工业气体介质的选型差异,是每一位风机技术人员和设备管理者的必备技能。随着稀土材料需求的增长和工艺的进步,对风机的高效、可靠、智能化要求也将不断提升,这要求我们持续学习,将风机技术与工艺需求更紧密地结合,共同推动行业的高质量发展。

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