轻稀土铈(Ce)提纯风机技术详解与应用说明

:以AI(Ce)477-2.16型离心鼓风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈(Ce)分离、离心鼓风机、AI(Ce)477-2.16、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土冶炼专用设备

一、稀土矿提纯工艺中离心鼓风机的关键作用

在轻稀土（铈组稀土）冶炼提纯工艺中，离心鼓风机作为核心气体输送与加压设备，承担着浮选供气、气体循环、工艺气体输送等关键职能。铈(Ce)作为轻稀土家族中含量最丰富的元素，其提纯过程通常涉及浮选分离、化学萃取、气体保护等多个环节，每个环节都对气体的压力、流量、纯净度有特定要求。离心鼓风机通过高速旋转的叶轮将机械能转化为气体压力能，为整个提纯流程提供稳定可靠的气源保障。

稀土冶炼环境具有特殊性：工作介质可能包含腐蚀性气体、工作环境常有粉尘污染、连续运行要求高、气体参数控制精度严格。这些特点决定了稀土提纯专用风机必须具备特殊的结构设计、材料选择和密封技术。目前行业内已形成多个专用风机系列，包括“C(Ce)”型多级离心鼓风机、“CF(Ce)”型专用浮选离心鼓风机、“CJ(Ce)”型专用浮选离心鼓风机、“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以及“AII(Ce)”型单级双支撑加压风机等，构成了完整的稀土冶炼气体输送设备体系。

二、AI(Ce)477-2.16型离心鼓风机技术规格详解

2.1 型号命名规则解析

在稀土提纯风机命名体系中，“AI(Ce)477-2.16”这一完整型号包含了丰富技术信息：

2.2 设计参数与性能特性

AI(Ce)477-2.16型风机针对轻稀土铈提纯的特定工况进行了全面优化：

气动性能方面，该风机采用后弯式叶轮设计，效率曲线平坦，能够在流量波动时保持压力稳定，这对维持浮选槽气泡均匀度至关重要。性能曲线显示，在477m³/min的设计流量点，效率可达84%-86%，高于通用型风机3-5个百分点。工作区间通常设定在额定流量的70%-110%范围内，在此区间内压力波动不超过±2.5%。

结构设计方面，采用单级单吸式结构，叶轮直径经过优化计算，使叶尖线速度控制在合理范围内（通常为120-150m/s），既保证了足够的压力提升，又控制了噪声和振动水平。机壳设计为水平剖分式，便于内部检修和叶轮更换。进气口采用轴向进气，出气口方向可根据现场管道布置进行多角度调整（通常每45°可调）。

材料选择方面，与工艺气体接触的过流部件（叶轮、机壳内壁、进气室等）采用304L或316L不锈钢，对含氟、含氯的腐蚀性气体具有良好耐受性。主轴采用42CrMo调质钢，具有高强度和高韧性。轴承部位采用特殊防腐蚀涂层处理。

2.3 配套设备与系统集成

在实际应用中，AI(Ce)477-2.16通常与以下设备配套使用：

三、风机核心配件技术解析

3.1 风机主轴系统

主轴是离心鼓风机的核心承载部件，AI(Ce)477-2.16型风机主轴采用整体锻造工艺制造，材料为42CrMoA合金结构钢。加工工艺包括：粗车→调质处理（硬度HB240-280）→精车→轴承位和轴颈表面高频淬火（硬度HRC48-52）→磨削至Ra0.8光洁度。主轴动平衡精度要求达到G2.5级，残余不平衡量小于30g·mm/kg。主轴设计考虑了悬臂结构的受力特点，增加了轴肩处的圆角半径，采用变径设计优化应力分布，疲劳寿命计算不低于100,000小时。

3.2 轴承与轴瓦技术

考虑到稀土提纯车间可能存在腐蚀性气氛，AI(Ce)477-2.16型风机采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承。轴瓦材料为锡锑轴承合金（ChSnSb11-6），厚度3-5mm，浇铸在铸钢瓦背上。瓦面开设油槽和油孔，确保润滑油形成完整油膜。轴承间隙控制为主轴直径的0.12%-0.15%，通过刮瓦工艺精确调整。推力轴承采用金斯伯雷式可倾瓦结构，能够自动调整位置以适应主轴的热膨胀和轴向力变化。

3.3 转子总成

转子总成包括叶轮、主轴、平衡盘（如有）、联轴器轮毂等旋转部件的组合体。AI(Ce)477-2.16的叶轮采用闭式后弯叶轮，叶片数12-16片，材料为0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢。制造工艺采用整体精密铸造，型线误差小于0.3mm，表面粗糙度Ra3.2。叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，过盈量按温差法装配计算，确保在最大转速下配合面不产生滑移。转子总成在动平衡机上完成双面动平衡，平衡转速不低于工作转速的20%，最终不平衡量小于1.5g·mm。

3.4 密封系统

气封系统：在叶轮进口处设置迷宫密封，密封齿数通常为5-7齿，齿顶间隙控制在0.3-0.5mm。密封材料采用耐磨铝青铜，既保证密封效果又避免与转子碰擦时产生火花。

油封系统：轴承箱采用复合式油封，包括甩油环、骨架油封和迷宫密封的组合。甩油环将大部分润滑油导回油箱，骨架油封（材料为氟橡胶）防止微量油渗漏，最外层的迷宫密封防止外部粉尘进入。

碳环密封：对于输送特殊气体（如氧气、氢气）的场合，采用碳环密封作为主轴密封。碳环材料为浸渍巴氏合金的纯碳石墨，具有良好的自润滑性和耐磨性。碳环分成3-4个弧段，由弹簧箍紧在主轴密封套上，形成径向密封。密封气压力比轴承箱油压高0.02-0.05MPa，确保任何泄漏都是密封气向外泄漏而非油进入气侧或气进入油侧。

3.5 轴承箱设计

轴承箱为整体铸钢结构，内部设有精确的油路通道。箱体设计重点考虑散热需求，箱壁带有散热翅片。轴承箱与机壳之间设置隔热板，减少热量从高温机壳向轴承箱传递。轴承箱上盖设有观察窗和加油口，下部有排污丝堵。油位计采用磁翻柱式，带高低油位报警接点。轴承箱地脚采用弹性支撑设计，减少振动向基础的传递。

四、风机维护与修理技术要点

4.1 日常维护规范

稀土提纯风机需执行严格的日常维护制度，包括：

4.2 定期检修项目

小修（每运行4000-5000小时）：包括检查并紧固所有连接螺栓；清洗进气过滤器；检查联轴器对中情况（允许误差：径向不超过0.05mm，端面不超过0.03mm）；清洁油冷却器；检查碳环密封磨损情况，径向磨损量超过原厚度1/3需更换。

中修（每运行16000-20000小时）：除小修项目外，还需拆检轴承，测量轴瓦间隙和接触面积；检查叶轮磨损和结垢情况，必要时进行动平衡校正；检查主轴颈圆度和圆柱度（误差不超过0.01mm）；校验所有监测仪表。

大修（每运行48000-60000小时）：全面解体风机，检查所有部件。重点包括：叶轮超声波探伤检查裂纹；主轴磁粉探伤；更换所有密封件；检查机壳变形和腐蚀情况；轴承箱重新刮研；电机检查保养。大修后需进行机械运转试验和性能测试，达到新机标准的95%以上方可投入使用。

4.3 常见故障处理

振动超标：首先检查对中情况和地脚螺栓紧固度；其次检查转子平衡状态，可进行现场动平衡校正；若振动频率为转速的整数倍，需检查轴承磨损；若出现高频振动，检查气封是否碰擦。

轴承温度过高：检查润滑油油质、油压和油量；检查冷却水系统；检查轴承间隙是否过小；检查轴瓦接触斑点是否均匀。

风量不足：检查进气过滤器是否堵塞；检查叶轮磨损情况，叶片出口宽度磨损超过原宽度10%需修复或更换；检查密封间隙是否过大导致内泄漏增加。

异常噪声：高频啸叫声可能来自密封碰擦；周期性撞击声可能来自叶轮松动或叶片断裂；气动噪声增大可能来自进口堵塞或工况偏离设计点过远。

五、稀土提纯工艺中各类工业气体的输送技术

5.1 不同气体的特性与风机适配

稀土铈提纯过程涉及多种工业气体，每种气体对风机都有特殊要求：

空气：最常用的浮选气源，AI(Ce)系列风机主要按空气介质设计。需注意空气中可能含有腐蚀性成分（如氟化氢、氯气），进气过滤需考虑化学过滤。

二氧化碳(CO₂)：用于某些萃取过程的保护气。CO₂密度大于空气，相同工况下风机功率需增加约50%。CO₂遇水生成碳酸，需严格控制气体露点（通常低于-20℃），过流部件需采用耐酸材料。

氮气(N₂)：常用的惰性保护气。氮气密度略小于空气，绝热指数为1.4，压缩过程温升较高，需加强冷却。氮气风机需特别强调密封性，防止氧气渗入形成爆炸性混合物。

氧气(O₂)：用于氧化焙烧等工序。氧风机必须确保绝对无油，从压缩机结构到润滑系统都需要特殊设计。材料需采用铜合金或不锈钢，避免使用碳钢以防火花。碳环密封是氧风机的标准配置。

稀有气体(He、Ne、Ar)：氦气密度极低，粘度小，泄漏倾向大，需要更精密的密封和更高的转速才能达到所需压力。氩气密度大，功率消耗高，需加强电机容量。

氢气(H₂)：密度最小，爆炸范围最宽（4%-75%），氢风机要求防爆等级最高，通常要求达到BT4级。所有电气设备需防爆，设备接地需完善，密封系统需双重保障。氢气的低密度特性意味着相同压力下需要的级数更多或转速更高。

5.2 气体参数换算与风机选型修正

当风机输送的气体与空气不同时，需进行参数换算。流量换算公式为：实际气体流量等于标准空气流量乘以气体密度比值的平方根。压力换算公式为：实际气体压力等于标准空气压力乘以气体密度比值。功率换算公式为：实际气体功率等于标准空气功率乘以气体密度比值。

例如，AI(Ce)477-2.16型风机若用于输送CO₂（密度约为空气的1.52倍），在相同转速下，流量将减少为原值的0.81倍（即约386m³/min），压力将增加为原值的1.52倍（即约3.28个大气压），功率将增加为原值的1.23倍。因此，电机功率需相应增大，否则可能过载。

5.3 混合气体输送的特殊考虑

稀土提纯中常使用混合气体，如Ar+O₂混合气、N₂+H₂混合气等。混合气体风机的设计需考虑：

六、各系列稀土提纯专用风机对比与选型指南

6.1 系列特性比较

C(Ce)系列多级离心鼓风机：压力范围广（最高可达4.0MPa），流量中等，适用于需要高压气体的萃取和精馏工序。结构复杂，维护要求高，但效率较高。

CF(Ce)与CJ(Ce)系列浮选专用风机：专门为浮选工艺优化，流量大（可达2000m³/min以上），压力适中（0.05-0.35MPa）。注重气量调节的灵活性和气泡生成的均匀性。

D(Ce)系列高速高压风机：采用齿轮箱增速，转速可达30000r/min以上，单级压比高，结构紧凑。适用于空间受限的改造项目。

AI(Ce)系列单级悬臂风机：本文重点介绍的型号所属系列，平衡了压力、流量和维护便利性，是铈提纯中最常用的通用型风机。

S(Ce)系列单级高速双支撑风机：转子两端支撑，稳定性更好，适用于高转速场合。轴承维护比悬臂式复杂，但振动控制更优。

AII(Ce)系列单级双支撑风机：传统双支撑结构，坚固可靠，适用于重载工况和气体密度大的场合。

6.2 选型决策流程

正确的风机选型应遵循以下步骤：

七、技术发展趋势与创新方向

7.1 智能化监控与预测性维护

新一代稀土提纯风机正逐步集成智能传感器和物联网技术。振动监测从简单的幅值监测发展到全频谱在线分析，能够早期识别不平衡、不对中、轴承损伤等故障。性能监测系统实时计算风机效率，当效率下降超过设定值时自动预警。机器学习算法分析历史运行数据，建立故障预测模型，实现从定期维修到预测性维修的转变。

7.2 高效节能技术

稀土冶炼是高能耗行业，风机节能潜力巨大。主要节能技术包括：

7.3 新材料应用

针对稀土冶炼的强腐蚀环境，新材料研发不断推进：

7.4 模块化与标准化设计

为缩短交货周期、降低维护成本，风机模块化设计成为趋势。将风机分解为进气模块、压缩模块、排气模块、润滑模块等标准单元，各单元接口标准化。现场可快速更换故障模块，维修时间从数天缩短到数小时。备件库存也可大幅减少，只需储备关键模块而非数百种单个零件。

结语

离心鼓风机作为轻稀土铈提纯工艺中的关键设备，其性能直接影响产品质量和生产效率。AI(Ce)477-2.16型风机作为专门针对铈提纯工艺优化的设备，在气动设计、结构强度、材料选择和密封技术等方面都体现了专用设备的优势。正确的选型、规范的维护和及时的修理是保障风机长期稳定运行的基础。随着稀土冶炼技术的不断进步和环保要求的日益严格，离心鼓风机将朝着更高效、更智能、更耐用的方向发展，为稀土产业的可持续发展提供可靠装备保障。

作为风机技术人员，深入理解设备原理、掌握维护技能、关注技术发展，是我们服务好稀土行业的基本要求。希望本文能为从事稀土提纯工作的同行提供有价值的参考，共同推动我国稀土装备技术的进步。