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轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机AI(Ce)2311-1.50基础知识及配套设备与维修技术详解

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:轻稀土提纯、铈(Ce)提纯风机、AI(Ce)2311-1.50、离心鼓风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土矿用鼓风机

引言

在稀土矿,特别是轻稀土(铈组稀土)的湿法冶金提纯工艺中,鼓风机是不可或缺的关键动力设备。其承担着为氧化焙烧、浸出、萃取、浮选、干燥等多个工序提供稳定、可控气源的重任,气体介质常涉及空气、特定工业气体或其混合物。风机的性能、可靠性及对特定工艺的适应性直接关系到铈(Ce)等稀土元素的提取效率、产品纯度及生产成本。本文立足于稀土提纯工业现场,以一款典型设备:AI(Ce)2311-1.50型单级悬臂加压风机为核心,系统阐述其基础知识,并对风机关键配件、维修要点以及输送不同工业气体的风机技术进行说明,旨在为相关领域技术人员提供实践参考。

第一部分:稀土提纯工艺对离心鼓风机的要求及系列简介

轻稀土(铈组稀土)主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素,其提纯过程复杂。鼓风机在此过程中主要用于:

氧化焙烧供风:为稀土精矿的焙烧提供充足氧气(空气),促使铈等元素转化为易于后续处理的价态。 搅拌与气力输送:在浸出槽、反应釜中通入气体进行搅拌,或输送粉状物料。 浮选充气:为浮选机提供微小、均匀的气泡,是实现矿物分离的关键。 惰性气体保护:在特定工序使用氮气(N₂)、氩气(Ar)等防止产品氧化。 工艺气体输送:输送二氧化碳(CO₂)、氧气(O₂)等参与化学反应。

为满足这些多样化的需求,发展了多个专用风机系列,每个系列的设计侧重点不同:

“C(Ce)”型系列多级离心鼓风机:适用于中等流量、较高压力的稳定供气场合,如焙烧炉主供风,结构紧凑,效率高。 “CF(Ce)”与“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机:专门为浮选工艺优化,特别注重气流稳定性、微气泡发生能力及耐腐蚀设计,是浮选工序的核心设备。 “D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机:采用齿轮增速,能达到很高压比,适用于需要高压气体的特殊工艺段。 “AI(Ce)”型系列单级悬臂加压风机:结构简单,维护方便,适用于流量中等、压力要求不极高的加压、鼓风场合,如辅助供风、搅拌、物料输送等。 “S(Ce)”型系列单级高速双支撑加压风机:转子两端支撑,运行更平稳,适用于更高转速或更苛刻的工况。 “AII(Ce)”型系列单级双支撑加压风机:兼具双支撑稳定性和较宽泛的工况适应性,是许多标准工艺段的可靠选择。

第二部分:核心机型详解:AI(Ce)2311-1.50型单级悬臂加压风机

风机型号解读
“AI”代表“AI系列单级悬臂加压风机”;括号内的“(Ce)”表示该风机设计适用于铈组稀土提纯工艺,在材料选择、密封形式等方面可能针对该工艺环境有特殊考量;“2311”表示该风机的设计流量为每分钟2311立方米;“-1.50”表示风机在设计流量下的出口静压为1.50个标准大气压(表压约为0.50 bar)。根据命名规则,进风口压力默认为1个标准大气压(绝对压力),故该风机提供的压力升高值为0.50个大气压。

结构特点与工作原理
AI(Ce)2311-1.50属于单级离心式鼓风机。其核心部件是高速旋转的叶轮。电机通过联轴器驱动风机主轴,带动安装在轴端的叶轮(即风机转子总成的核心)旋转。叶轮中的气体在离心力作用下被甩向叶轮外缘,流经蜗壳时速度能部分转化为压力能,从而获得所需的压力。气体从叶轮中心区域被持续吸入,形成连续气流。
“悬臂”结构是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壳体,便于拆卸维护(无需拆卸进口管路即可抽出转子),但对于转子的动平衡精度和轴承的承载能力要求较高。

主要性能参数与应用场景

设计流量:2311 m³/min。这是一个标称值,实际运行流量会随管网阻力变化。 出口压力:1.50 atm(绝压)。提供0.5 atm的压升。 驱动功率:根据流量、压升和风机效率计算确定,需匹配相应电机。计算功率的基本公式为:轴功率等于(流量乘以压升)除以(风机效率乘以机械传动效率)。 转速:根据叶轮设计确定,通常为定速运行。 适用场景:在铈提纯生产线中,AI(Ce)2311-1.50这类风机常作为焙烧工序的二次补风风机、浸出槽或结晶槽的充气搅拌风机、物料(如碳酸稀土)的气力输送风机,或为干燥系统提供热风循环动力。其压力足以克服多数槽罐的液阻和管道阻力,流量适中,能够满足单元操作的用气需求。

第三部分:风机关键配件详解

风机的长期稳定运行依赖于各个关键配件的可靠工作。对于AI(Ce)系列及类似风机,需重点关注以下部件:

风机主轴:是传递扭矩、支撑转子旋转的核心零件。需采用高强度合金钢锻造,并经过精密加工和热处理,具有极高的尺寸精度、同轴度、表面硬度和疲劳强度。任何微小的弯曲或表面损伤都可能导致振动超标。 风机轴承与轴瓦:对于高速重载的鼓风机,滑动轴承(轴瓦)应用广泛。轴瓦通常由巴氏合金等高耐磨减摩材料衬在钢背上制成,与主轴轴颈形成油膜润滑,承载转子径向载荷。其间隙、接触角、油楔形状需严格按设计标准装配。定期检查轴瓦的磨损、刮伤和巴氏合金层有无脱落、裂纹至关重要。 风机转子总成:主要包括叶轮、主轴、平衡盘(如有)、联轴器部件等。叶轮是心脏部件,其气动设计决定了风机性能。在稀土提纯环境中,叶轮材质需考虑介质的腐蚀性(如含氟、氯离子烟气),可能采用不锈钢或特种合金。转子总成在组装后必须进行高精度动平衡校正,以将残余不平衡量控制在标准以内,这是保证低振动运行的前提。 密封系统:防止气体泄漏和润滑油污染的关键。 气封(级间密封/轴端密封):在叶轮与壳体间,常用迷宫密封。利用一系列节流齿隙,形成流动阻力,极大减少高压侧气体向低压侧的泄漏。齿隙需保持设计值,过大则效率下降。 油封:位于轴承箱端盖,防止润滑油沿轴外泄。常用骨架油封或填料密封。 碳环密封:在输送易燃、易爆、有毒或珍贵气体(如氢气、氦气)时,常采用接触式或非接触式碳环密封作为主轴贯通端的密封。其具有自润滑、耐高温、低磨损的特点,通过阻塞气体或引入隔离气(如氮气)实现零泄漏或可控泄漏,安全性高。对于AI(Ce)2311-1.50,若输送普通空气,可能不配置碳环密封;若工艺升级用于输送特殊气体,则需考虑加装。 轴承箱:容纳轴承(轴瓦)、提供润滑油路和冷却系统的部件。其结构应保证刚性,确保轴承孔的对中性。油路需畅通,油温、油压监测仪表需完好。

第四部分:风机常见故障与修理要点

基于上述配件,风机在铈提纯车间的常见故障及修理要点如下:

1. 振动异常升高

可能原因:转子动平衡破坏(叶轮结垢、腐蚀不均、部件松动);对中不良;轴瓦磨损,间隙过大;基础或管路支撑松动;喘振(在压力过高、流量过小的不稳定工况区运行)。 修理要点:首先检查对中和地脚螺栓。停车后,重点检查转子总成,清理叶轮污垢,检查有无磨损或裂纹,必要时重新进行动平衡。测量轴瓦间隙,若超差需研刮或更换。调整运行工况点,避免进入喘振区。

2. 轴承温度过高

可能原因:润滑油质恶化、油量不足或油路堵塞;轴瓦刮研不良,接触点过少或过大,形成不了完整油膜;冷却系统(水冷)失效;轴承负载过大(对中不良、管道应力)。 修理要点:检查润滑油品牌、粘度及清洁度,定期滤油或换油。检查油泵、滤网、冷却器。研刮轴瓦至接触点均匀达标。重新精密对中,解除管道应力。

3. 风量或压力不足

可能原因:进气过滤器堵塞;密封间隙(尤其是迷宫密封)因磨损过大,内泄漏严重;转速未达到额定值(电机或传动问题);叶轮腐蚀、磨损严重,效率下降;管网阻力实际高于设计值。 修理要点:清洗或更换过滤器。检查并调整或更换迷宫密封齿。校验电机和传动。检查叶轮状态,严重时需修复或更换。复核管网系统。

4. 气体泄漏

可能原因:壳体密封面(中分面、端盖)垫片老化或损坏;轴端密封(油封、气封、碳环密封)磨损或失效。 修理要点:更换高质量密封垫片,紧固螺栓。检查并更换失效的油封、气封组件。对于碳环密封,需检查碳环磨损量、弹簧弹力及密封气系统压力是否正常。

修理通用原则:任何维修,尤其是涉及转子、轴承、密封的核心维修,都必须遵循制造厂的维修手册。装配时,所有关键尺寸(如轴承间隙、密封间隙、对中数据)必须测量并记录在案。维修后应进行单机试车,逐步升速至工作转速,密切监测振动、温度、噪声等参数,合格后方可投入工艺运行。

第五部分:输送工业气体的风机技术说明

在铈提纯过程中,输送介质可能从空气切换到特定工业气体,这对风机提出了特殊要求:

气体性质的影响密度:气体密度直接影响风机所需的轴功率。输送氢气(H₂)、氦气(He)等轻气体时,功率显著小于输送同流量空气;输送二氧化碳(CO₂)等重气体时则需更大功率。电机选型必须根据实际气体密度重新核算。 腐蚀性:如工业烟气可能含硫、氟、氯成分,氧气(O₂)在高纯高压下会加剧材料氧化。风机过流部件(叶轮、蜗壳、密封)需选用耐蚀材料如316L不锈钢、蒙乃尔合金、或进行特种涂层处理。 危险性:氧气(O₂)助燃,氢气(H₂)易燃易爆。用于此类气体时,风机设计需遵循严格的防爆标准,消除一切可能火源。碳环密封系统是理想选择。所有静电需良好导除。 纯净度与毒性:输送氦气(He)、氖气(Ne)等稀有气体或高纯氮气(N₂)时,要求风机内部高度清洁,密封绝对可靠,防止泄漏损失和污染。氩气(Ar)等惰性气体虽无毒,但大量泄漏有窒息风险。 风机选型与改造: 当工艺要求从输送空气改为输送其他气体时,不能简单地直接使用原风机。必须进行重新选型计算,考虑新气体的密度、绝热指数、压缩性等,校核性能曲线、轴功率、转速是否匹配,必要时需更换叶轮甚至整机。 对于AI(Ce)2311-1.50这类风机,若计划用于输送除空气以外的气体,必须向制造商明确提出介质成分、温度、压力、纯度等详细条件,以便确认或调整材料等级、密封形式(如升级为碳环密封)、润滑系统(防止油汽互窜)及安全配置。 系列风机的适应性“C(Ce)”、“D(Ce)”系列:经材质和密封升级后,可用于输送氮气、二氧化碳、氩气等稳定的工艺气体。 “S(Ce)”、“AII(Ce)”系列:双支撑结构更稳定,适合用于转速较高或对振动要求更严的氧气、混合气体输送。 所有用于特殊气体的风机,必须在出厂前进行严格的泄漏测试,并在现场安装、操作、维护规程中制定专门的安全条款。

结论

在轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)的提纯产业链中,离心鼓风机扮演着“动力肺”的角色。深入理解如AI(Ce)2311-1.50这类典型风机的型号含义、结构原理、性能特点,是正确选型和高效应用的基础。而熟练掌握其关键配件(如主轴、轴瓦、转子、各类密封)的维护要点和故障修理技术,是保障生产线连续稳定运行、降低非计划停机风险的关键能力。随着工艺的不断进步,对输送多样化、特种化工业气体的需求日益增长,这就要求风机技术人员不仅要懂机械,还要了解气体特性,能够针对不同介质(从空气到氢气、氧气、惰性气体等)提出正确的风机选型、改造和安全运行方案。唯有如此,才能让风机设备更好地服务于稀土提纯这一战略性产业,为实现高效、绿色、安全的稀土生产提供坚实的设备保障。

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