轻稀土(铈组稀土)铈(Ce)提纯风机技术详解：以AI(Ce)106-2.25为例的离心鼓风机全面解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：稀土提纯风机、铈(Ce)提纯、AI(Ce)106-2.25离心鼓风机、风机配件、风机修理、工业气体输送、离心鼓风机技术

一、稀土矿提纯工艺与风机应用的背景概述

稀土元素的提纯分离是稀土产业链中的核心技术环节，尤其是轻稀土（铈组稀土）中的铈(Ce)元素提纯，对工艺设备的稳定性和可靠性提出了极高的要求。在铈的提纯工艺流程中，离心鼓风机作为关键动力设备，承担着气体输送、气氛控制、物料输送等多种功能，其性能直接影响到产品的纯度、收率和生产成本。

稀土提纯工艺通常包括焙烧、酸溶、萃取、结晶等多个工序，每个工序都需要特定类型的气体输送设备。针对铈组稀土的物理化学特性，专门设计的离心鼓风机能够在高温、腐蚀性、易燃易爆等恶劣工况下稳定运行，确保工艺参数的精确控制。目前行业内已形成了多个系列的专业风机，包括C(Ce)型多级离心鼓风机、CF(Ce)型浮选专用风机、D(Ce)型高速高压风机以及AI(Ce)型单级悬臂加压风机等，这些设备构成了稀土提纯生产线的心脏部件。

二、AI(Ce)106-2.25型离心鼓风机的详细解析

2.1 型号命名规则与技术参数

在稀土提纯领域，风机型号的命名包含了丰富的信息。“AI(Ce)106-2.25”这一型号可以分解为以下部分：

值得注意的是，与参考型号“AI(Ce)400-1.3”相比，AI(Ce)106-2.25的流量较小但压力更高，这反映出它在铈提纯工艺中承担的是小流量、较高压力段的工艺需求，可能应用于特定工序如气体加压输送、气氛调节或小型反应器供气等环节。

2.2 结构特点与工作原理

AI(Ce)型单级悬臂加压风机采用后弯式叶片叶轮设计，这种设计在效率和稳定性之间取得了良好平衡。根据离心鼓风机的基本原理，气体进入叶轮后，在高速旋转的叶片作用下获得动能和压力能，随后在扩压器中进一步将动能转化为压力能。其性能可以用风机基本方程描述：理论压头等于圆周速度的平方除以重力加速度乘以功率系数，该系数与叶轮进出口速度三角形密切相关。

针对铈提纯工艺的特点，AI(Ce)106-2.25在以下方面进行了专门设计：

三、铈提纯风机关键配件详解

3.1 风机主轴

AI(Ce)106-2.25的主轴采用42CrMoA合金钢整体锻制，经调质处理后表面硬度达到HRC28-32，芯部保持较好的韧性。主轴与叶轮的配合采用过盈配合加键连接的双重固定方式，确保在高速旋转和可能的气体脉动作用下不会发生相对位移。主轴的动平衡精度要求极高，通常要达到G2.5级（根据国际标准化组织ISO1940标准），不平衡量不超过0.8g·mm/kg。

3.2 风机轴承与轴瓦系统

虽然AI系列主要采用滚动轴承，但为应对特殊工况（如高负载、连续运转），可选配滑动轴承（轴瓦）系统。轴瓦材料通常采用锡基巴氏合金（Chocke Metal），这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，能够在润滑条件短暂恶化时保护轴颈。轴瓦与轴颈的配合间隙经过精密计算，一般控制在轴颈直径的千分之一到千分之一点五之间。润滑系统采用强制油循环，配备双联油泵（一用一备）、油冷却器和双油过滤器，确保轴承温度始终控制在65°C以下。

3.3 风机转子总成

转子总成包括叶轮、主轴、平衡盘（如有）、联轴器等部件的装配体。AI(Ce)106-2.25的叶轮采用后弯式叶片设计，叶片数为12-16片，出口安装角通常在30-45度之间。叶轮制造采用整体数控加工或精密铸造，确保型线准确。在装配前，每个叶轮都需单独进行超速试验，试验转速为设计转速的115%，持续时间不少于2分钟，以验证其机械强度。

3.4 气封与油封系统

气封系统通常采用迷宫密封与碳环密封的组合设计。迷宫密封由一系列节流齿和膨胀腔组成，利用多次节流膨胀原理减少泄漏；碳环密封则依靠碳环的自润滑性和弹性紧密贴合轴表面，实现近乎零泄漏。对于输送易燃易爆或有毒气体（如氢气、一氧化碳）的应用，还需增加氮气吹扫系统，在密封腔注入略高于介质压力的氮气，形成气障防止介质外泄。

油封主要采用骨架油封或机械密封，防止润滑油从轴承箱泄漏。对于高速风机，机械密封是更可靠的选择，其动静环材料通常采用硬质合金对石墨，能够承受较高的线速度和工作温度。

3.5 轴承箱与碳环密封

轴承箱不仅是轴承的支撑件，也是润滑油的容器和散热部件。AI(Ce)106-2.25的轴承箱采用铸铁HT250制造，箱体设计有足够的刚性以抑制振动。轴承箱与机壳之间设有隔热腔，减少热量从机壳向轴承箱的传导。

碳环密封是高压差工况下的关键部件，由多个碳环串联组成，每个碳环承受部分压差。碳环材料为浸渍金属（通常是铜或巴氏合金）的碳石墨，既有碳的自润滑性，又有金属的强度和导热性。碳环的轴向压力由波形弹簧提供，确保在不同工况下都能与轴表面保持适当接触。

四、稀土提纯风机的维护与修理技术

4.1 日常维护要点

4.2 常见故障诊断与处理

故障一：振动超标

可能原因及处理方法：

故障二：轴承温度过高

可能原因及处理方法：

故障三：风量风压不足

可能原因及处理方法：

4.3 大修要点

风机大修周期通常为2-3年或累计运行15000-20000小时。大修内容包括：

五、稀土提纯工艺中的工业气体输送技术

5.1 不同气体的输送特点

稀土提纯过程中涉及多种工业气体，每种气体对风机的要求各不相同：

氢气(H₂)：分子量小、密度低，相同工况下需要的压升功率较小，但泄漏风险高。输送氢气的风机需特别加强密封系统，通常采用双端面干气密封加氮气隔离系统。AI(Ce)系列在输送氢气时，转速可能需要调整，因为氢气中的声速较高，需防止进入喘振区。

氧气(O₂)：强氧化剂，与油脂接触可能引发火灾。输送氧气的风机必须彻底脱脂，所有与氧气接触的表面需进行钝化处理。润滑油系统必须与氧气完全隔离，通常采用迷宫密封加氮气吹扫。

二氧化碳(CO₂)：高压下可能液化，设计时需确保最低工作温度高于对应压力下的液化温度。CO₂的绝热指数较小，压缩温升较低，有利于节能。

氮气(N₂)、氩气(Ar)：惰性气体，化学性质稳定，对材料无特殊要求，但氩气密度较大，相同工况下需要的功率较高。

混合工业气体：稀土提纯中常见的混合气体如还原性气氛（H₂+N₂）、保护气氛（Ar+H₂）等，需根据具体成分确定物性参数，特别是爆炸极限、最小点火能量等安全参数。

5.2 气体物性参数对风机选型的影响

选择输送特定气体的风机时，需要考虑以下物性参数：

对于AI(Ce)106-2.25这类已定型的产品，输送不同气体时需要重新核算性能曲线。制造商通常会提供空气性能曲线，用户可根据以下步骤换算：

第一步，根据实际气体密度与空气密度的比值，修正风机的压升：实际压升等于空气压升乘以气体密度与空气密度的比值。

第二步，根据气体绝热指数与空气绝热指数的差异，修正功率：实际功率等于空气功率乘以气体绝热指数与空气绝热指数的比值乘以气体密度与空气密度的比值。

第三步，检查实际排气温度是否在材料允许范围内：排气温度等于进气温度乘以压比的气体绝热指数减一除以气体绝热指数次方。

5.3 安全注意事项

输送工业气体的风机设计和操作需特别注意以下安全事项：

六、铈提纯工艺中风机选型与系统集成

6.1 选型原则

为铈提纯工艺选择风机时，需综合考虑以下因素：

对于AI(Ce)106-2.25的选型，如果实际工况与设计工况有差异，可根据相似定律进行初步估算：流量与转速成正比；压升与转速的平方成正比；功率与转速的立方成正比。

6.2 系统集成要点

风机在铈提纯系统中的集成需要注意以下问题：

6.3 未来发展趋势

随着稀土提纯工艺的不断进步和对产品质量要求的提高，铈提纯风机技术也在不断发展：

结语

AI(Ce)106-2.25型离心鼓风机作为铈提纯工艺中的关键设备，其设计、制造、维护都需要专业知识和丰富经验。随着我国稀土产业的不断升级，对提纯设备的性能要求也越来越高。作为风机技术人员，我们不仅要掌握设备本身的技术细节，还要深入了解稀土提纯工艺的特点，与工艺工程师密切合作，才能选择、使用和维护好这些关键设备，为我国稀土产业的发展提供可靠保障。

在实际工作中，建议建立完善的风机技术档案，包括出厂数据、运行记录、维修历史、性能测试报告等，为设备的全生命周期管理提供数据支持。同时，要关注新技术、新材料的发展，适时进行技术改造，提升设备性能，降低运行成本，提高生产安全性。

未来，随着智能制造和工业互联网技术的发展，铈提纯风机将更加智能化、集成化，为稀土提纯工艺的优化升级提供更强有力的设备支持。作为从业者，我们需要不断学习、积累经验，适应这一发展趋势，为推动我国稀土产业的发展贡献力量。