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轻稀土铈(Ce)提纯离心鼓风机技术详解:以AI(Ce)346-2.75型风机为核心

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:轻稀土提纯;铈(Ce)提纯风机;AI(Ce)346-2.75;离心鼓风机配件;风机维修;工业气体输送;多级离心鼓风机

引言

在稀土工业,特别是轻稀土(铈组稀土)的湿法冶炼与提纯工艺中,离心鼓风机是至关重要的动力与工艺设备。其承担着为氧化、搅拌、气浮、干燥、物料输送等多个关键环节提供稳定、洁净、特定压力与流量气体的核心任务。铈(Ce)作为轻稀土中的主要元素,其提纯流程(如萃取分离、灼烧等)对配套风机的可靠性、密封性、介质适应性及运行效率有着严苛的要求。本文将从风机技术角度出发,以AI(Ce)346-2.75型单级悬臂加压风机为例,系统阐述轻稀土铈提纯用离心鼓风机的基础知识、型号解读、关键配件构成、维护修理要点,并对输送各类工业气体的风机选型与应用进行说明。

第一章:轻稀土提纯工艺与风机的作用

轻稀土铈的提纯通常涉及焙烧、酸溶、萃取、沉淀、灼烧等工序。在这些工序中,离心鼓风机主要扮演以下角色:

氧化/曝气:向反应槽或池中鼓入空气或富氧空气,促进铈的氧化(如将Ce³⁺氧化为Ce⁺),这是分离的关键步骤。 搅拌与混合:提供气动搅拌动力,使萃取剂与稀土溶液充分接触,提高传质效率。 流态化与输送:在灼烧炉等设备中,形成流态化床或输送灼烧后的粉末物料。 工艺保护气输送:输送氮气、氩气等惰性气体,创造无氧操作环境,防止产品氧化或保障安全。 烟气处理与尾气排放:输送工艺产生的废气至处理系统。

这些应用要求风机必须能够长时间连续稳定运行,耐腐蚀,密封可靠以防止工艺气体泄漏或污染,且流量和压力参数需精准匹配工艺需求。

第二章:铈(Ce)提纯专用离心鼓风机型号体系概览

针对稀土提纯的复杂工况,风机行业形成了专门的产品系列,上文提及的系列各有侧重:

“C(Ce)”型系列多级离心鼓风机:采用多级叶轮串联,适用于中高压力、中等流量的稳定供气场合,如为多个萃取槽集中供风。 “CF(Ce)”/“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机:专为稀土浮选工艺优化,注重流量调节范围和运行稳定性,气动特性与浮选设备高度匹配。 “D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机:采用齿轮增速,转速高,单级压比大,结构紧凑,适用于需要更高压力的工艺点。 “AI(Ce)”型系列单级悬臂加压风机:结构简单,维护方便,适用于中低压力、中等流量的场合,是应用非常广泛的机型。 “S(Ce)”型系列单级高速双支撑加压风机“AII(Ce)”型系列单级双支撑加压风机:转子两端支撑,运行更平稳,适用于转速较高或叶轮较重的场合,可靠性更优。

本文重点解析的AI(Ce)346-2.75型风机,即属于单级悬臂式结构。

第三章:AI(Ce)346-2.75型风机深度解析

1. 型号释义
遵循所述规则,“AI(Ce)346-2.75”解读如下:

“AI”:代表AI系列,即单级、悬臂式、叶轮置于电机端对侧的结构形式。 “(Ce)”:明确此风机设计适用于铈(Ce)及相关轻稀土的提纯工艺环境,在材质选择、密封设计等方面有针对性考量。 “346”:表示风机在额定工况下的进口容积流量,单位为立方米每分钟(m³/min)。即该风机设计流量为每分钟346立方米。 “-2.75”:表示风机出口的表压为2.75个标准大气压(atm, g)。由于型号中未出现“/”符号,根据约定,表示进口压力为1个标准大气压(绝压)。因此,风机设计的压升(压比)为出口压力除以进口压力。

2. 性能与结构特点
AI(Ce)346-2.75风机设计点明确,旨在为特定的铈提纯工序(如特定规模的氧化槽供气)提供精准的气源。其单级悬臂式结构意味着只有一个叶轮,主轴一端由轴承箱内的轴承支撑,另一端悬出安装叶轮。这种结构优点在于:

结构简单:轴向尺寸短,检查维护叶轮、密封时无需拆卸主轴和电机,便利性高。 成本经济:相对于多级或双支撑风机,制造成本通常更低。 适用性:非常适合压升要求在1.3至3.0 atm (g)之间,流量适中的工况。

其性能曲线(压力-流量曲线、效率-流量曲线、功率-流量曲线)需根据具体叶轮设计(如叶片形式、进出口角度)来确定。风机选型时,必须确保工艺所需的工作点(所需流量和压力)落在风机高效运行区间内,并有一定裕度。

第四章:风机关键配件详解

AI(Ce)346-2.75等系列风机的可靠运行,离不开一系列精密配件的协同工作:

1. 风机主轴
主轴是传递扭矩、支撑转子的核心部件。需采用高强度合金钢(如42CrMo)锻造,经调质热处理获得优异的综合机械性能。其加工精度极高,特别是安装叶轮、轴承的轴颈部位,尺寸公差、形位公差(如同轴度、圆柱度)和表面粗糙度要求严格,以确保动平衡和装配精度。

2. 风机转子总成
这是风机的“心脏”,通常由主轴、叶轮、平衡盘(如有)、联轴器等部件组成并作动平衡校正。叶轮是核心气动部件,对于输送可能有腐蚀性的工艺气体,叶轮材质常选用不锈钢(如304、316L)或更高等级的耐蚀合金。叶轮型线设计决定了风机的压头和流量特性。整个转子总成需进行高速动平衡(G2.5或更高等级),以消除不平衡力,保证高速运转下的振动值在安全范围内。

3. 风机轴承与轴瓦
对于AI系列悬臂风机及部分大型风机,常采用滑动轴承(轴瓦)。轴瓦通常由铸钢瓦基内衬巴氏合金(白色金属)制成,具有良好的嵌入性、顺应性和抗咬合性。轴承的运行依赖于稳定的油膜润滑,润滑油在轴颈旋转带动下形成压力油膜,将转子“浮起”,实现液体摩擦,摩擦阻力小,寿命长,且能阻尼振动。轴承箱内设有油路、油槽确保充分供油。

4. 密封系统
密封是防止介质泄漏、保证工艺纯净和安全生产的关键,尤其在输送贵重、有害或易燃工业气体时。

气封(级间密封/平衡盘密封):在多级风机中用于减少级间泄漏。在单级风机中,结构相对简单。 油封:位于轴承箱两端,防止润滑油外泄,并阻止外部杂质进入轴承箱。 碳环密封:是工艺侧(机壳内)常用的非接触式轴端密封。由多个碳环组成,依靠弹簧力抱紧在轴套上,其间有极细微的间隙。它允许少量工艺气体(通常是清洁的缓冲气)泄漏,但能有效阻止大部分工艺气体向外泄漏或空气向内侵入,特别适合对密封要求高、不允许润滑油污染工艺介质的场合。在AI(Ce)系列中,根据输送气体性质,会选用不同类型的密封组合。

5. 轴承箱
轴承箱是容纳轴承、轴瓦、油封并提供润滑油路的壳体。它需要足够的刚性和精度,确保轴承孔的中心高和同轴度,并有效散热。

第五章:风机常见故障与修理要点

针对AI(Ce)346-2.75这类风机,常见的维修工作包括:

1. 振动超标

原因:转子不平衡(叶轮磨损、结垢、部件松动)、对中不良、轴承磨损、基础松动、喘振等。 修理:重新进行现场动平衡;检查并重新校正电机与风机的对中;检查更换轴承或轴瓦;紧固地脚螺栓;调整运行工况避免喘振区。

2. 轴承温度高

原因:润滑油不足、变质、牌号不对;油路堵塞;冷却不良;轴承间隙不当(过小或过大);负载过大。 修理:检查油位、油质,换用指定牌号新油;清洗油路、滤网;检查冷却水系统;测量并调整轴承间隙(对于轴瓦,需刮研或更换);检查系统阻力是否过高。

3. 风量或压力不足

原因:进口过滤器堵塞;密封间隙过大导致内泄漏严重;转速未达到额定值;叶轮磨损或腐蚀严重;管路系统泄漏或阻力增加。 修理:清洗或更换过滤器;检查并调整碳环等密封间隙;检查电机和电源;检测叶轮尺寸,修复或更换叶轮;检查系统管路。

4. 气体泄漏

原因:轴端密封(如碳环)磨损、弹簧失效;壳体结合面垫片损坏;连接法兰密封不严。 修理:更换碳环密封组件;更换密封垫片;紧固法兰螺栓或更换垫片。

大修流程通常包括:停机隔离置换→拆卸联轴器护罩、管路附件→吊开上机壳→检测转子跳动、各部间隙→吊出转子总成→检查清洗叶轮、主轴→检查更换轴承/轴瓦、所有密封件→回装并调整各部位间隙(如叶轮与机壳的轴向径向间隙、轴承游隙)→找正对中→单机试车(监测振动、温度、性能)。

第六章:输送不同工业气体的风机考量

稀土提纯中可能涉及多种工业气体,风机选材与设计需相应调整:

空气:最常用,注意过滤空气中的尘埃和水分,防止腐蚀和结垢。 工业烟气:通常高温、含尘、可能具腐蚀性。需考虑风机材质的耐温性(如选用耐热钢)、耐磨性(堆焊耐磨层或喷涂)及耐蚀性,并需在前端设置高效的除尘、降温装置。 二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar):惰性或稳定性气体。主要考量密封性,防止气体外泄浪费或空气渗入影响工艺纯度。碳环密封配合惰性缓冲气是良好选择。注意CO₂遇水可能形成碳酸,对碳钢有腐蚀,潮湿工况下壳体需防腐。 氧气(O₂):强氧化性,危险性高。所有与氧气接触的部件(叶轮、机壳、密封件)必须采用绝对禁油的材质(如不锈钢、铜合金、特定密封材料),并进行严格的脱脂清洗。运行中需严防油雾侵入,防止发生燃爆。 氢气(H₂):密度小,泄漏性强,易燃易爆。对风机密封性要求极高,通常采用干气密封等先进密封形式。壳体设计需考虑防爆要求。由于氢气密度低,风机转速往往需要更高才能达到所需压头。 氦气(He)、氖气(Ne):惰性稀有气体,价值高。核心要求是极低的泄漏率,最大限度回收气体。对密封系统和所有连接处的气密性要求极为苛刻。

选型原则:输送不同气体时,风机的性能会发生变化。风机的压头与介质密度成正比关系,而轴功率与介质密度成正比关系。因此,输送氢气(密度远小于空气)时,同一台风机产生的压头会急剧下降,所需功率也大幅减小;反之,输送密度大的气体时,压头和功率都会增加。选型时必须根据实际输送气体的密度、温度、压力进行性能换算,重新确定满足工艺要求的型号和电机功率。

结语

AI(Ce)346-2.75型单级悬臂加压风机作为轻稀土铈提纯生产线上的一个典型动力单元,其型号承载了明确的性能参数与工艺指向。深入理解其型号含义、掌握其关键配件(如转子、轴瓦、碳环密封)的技术要点,并建立系统性的故障诊断与维修能力,是保障稀土生产连续、稳定、高效运行的重要技术基础。同时,面对多元化的工业气体输送需求,必须严格遵守“介质决定材质与密封”的原则,进行严谨的选型与适应性设计。唯有将风机的通用技术与稀土提纯的特殊工艺要求深度融合,方能充分发挥装备效能,为我国稀土工业的高质量发展提供坚实可靠的装备支撑。

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