轻稀土铈(Ce)提纯风机AI(Ce)2869-1.38技术解析与应用维护

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯 离心鼓风机 AI(Ce)2869-1.38 风机配件风机维修 工业气体输送 稀土冶炼专用风机

引言

稀土元素作为现代工业的“维生素”，在新能源、航空航天、电子信息等高科技领域具有不可替代的战略价值。轻稀土，特别是铈(Ce)组稀土（包括镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu），其提取与提纯工艺对设备有着特殊要求。在稀土湿法冶炼过程中，离心鼓风机作为核心气体输送设备，为萃取分离、浮选富集、氧化焙烧等关键工序提供稳定可靠的气源保障。本文将从技术原理、设备选型、配件系统、维护修理及工业气体输送等维度，系统阐述稀土矿提纯用离心鼓风机的专业知识，并以AI(Ce)2869-1.38型号为例进行深入剖析，为行业技术人员提供实用参考。

第一章 稀土提纯工艺对离心鼓风机的特殊要求

轻稀土提纯是一个复杂的物理化学过程，涉及多级萃取、浮选分离、高温焙烧等工序，对配套风机设备提出了一系列特殊技术要求：

首先，气体介质具有强腐蚀性。稀土冶炼过程中常产生含氟、氯、硫等腐蚀性成分的工业烟气，对风机流道、叶轮、密封等部件造成化学腐蚀。其次，工艺对气体参数的稳定性要求极高。萃取槽曝气、浮选机充气等工序需要恒定的气体流量和压力，微小波动可能影响稀土产品纯度和收率。再次，工作环境往往存在固体颗粒物。矿石粉尘、结晶物等随气体进入风机，易导致转子动平衡破坏和流道磨损。最后，稀土生产通常连续运行，设备可靠性直接关系到生产线效率和经济效益。

针对这些特殊工况，我国风机行业开发了专门的稀土提纯用离心鼓风机系列，包括：“C(Ce)”型系列多级离心鼓风机、“CF(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机、“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机、“D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机、“AI(Ce)”型系列单级悬臂加压风机、“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等。

第二章 AI(Ce)2869-1.38型风机技术详解

2.1 型号编码规则解析

“AI(Ce)2869-1.38”这一完整型号蕴含了丰富技术信息：

“AI”代表该风机属于AI系列单级悬臂加压风机。这种结构特点是叶轮安装在主轴悬伸端，结构紧凑，轴向尺寸小，特别适合空间受限的改造项目或模块化布置。

“(Ce)”表明这是专为铈组稀土提纯工艺优化的特种机型。这意味着该风机在材料选择、防腐处理、密封形式等方面都针对稀土冶炼环境进行了特殊设计。

“2869”表示该风机在设计工况下的流量为每分钟2869立方米。这是风机选型的核心参数之一，需要根据稀土生产线的实际用气量、工艺波动范围和未来发展余量综合确定。

“-1.38”表示风机出风口压力为1.38个大气压（表压0.38kgf/cm²）。这里需要特别注意的是：按照稀土行业风机型号标注惯例，当进风口压力为1个标准大气压时，压力参数前不加“/”符号；如果进风口不是标准大气压（如从上一工序接气），则会在流量和压力之间用“/”隔开，例如“AI(Ce)2869/1.05-1.38”表示进风口压力1.05大气压，出风口压力1.38大气压。

2.2 结构特点与工作原理

AI(Ce)2869-1.38采用单级离心式设计，主要结构包括：

进气室：采用渐缩流线型设计，引导气体平稳进入叶轮，减少进气损失。针对稀土烟气可能含有的微量颗粒，进气室下部设有排污口。

叶轮系统：作为核心做功部件，采用后弯式叶片设计，叶片数通常为12-16片。材料选用马氏体不锈钢（如2Cr13）或双相不锈钢（如2205），并进行表面渗氮或喷涂碳化钨处理，提高耐腐蚀耐磨损性能。叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，确保高速旋转下的可靠传递。

蜗壳（机壳）：采用铸造或焊接结构，流道型线经过CFD优化，使气体动能高效转化为压力能。针对稀土工艺中可能出现的酸性介质，蜗壳内壁可衬防腐材料或整体采用不锈钢制造。

传动系统：电机通过联轴器直接驱动风机主轴，转速通常在2950r/min（50Hz供电）或3560r/min（60Hz供电）。悬臂结构使风机无需中间支撑轴承，简化了润滑系统，减少了潜在故障点。

性能曲线特征：AI(Ce)2869-1.38的性能曲线相对平坦，即在较大流量变化范围内压力波动较小，这非常符合稀土萃取工序需要稳定曝气压力的工艺特点。其高效区通常在额定流量的80%-110%范围内，选型时应确保常用工况点落在高效区内。

第三章 关键配件系统技术解析

3.1 风机主轴系统

主轴是传递扭矩和支撑转子的核心部件。AI(Ce)系列主轴采用42CrMo合金钢整体锻造，调质处理后表面硬度达到HB240-280，轴颈部位经高频淬火使表面硬度达到HRC48-52，提高耐磨性。主轴的设计需同时满足强度、刚度和临界转速要求：

强度计算：根据传递功率和转速计算扭矩，结合叶轮重量引起的弯矩，按第三强度理论计算合成应力，安全系数通常取3-5。

刚度校核：悬臂端在叶轮重量作用下的挠度需控制在0.05mm以内，防止密封间隙不均导致泄漏或摩擦。

临界转速：一阶临界转速应高于工作转速的30%以上（刚性轴设计），避免共振。计算时需考虑轴系质量分布、支撑刚度和陀螺效应。

3.2 轴承与轴瓦系统

AI(Ce)2869-1.38采用滑动轴承（轴瓦）支撑，相比滚动轴承具有承载能力强、阻尼性能好、寿命长等优点，特别适合连续运行的稀土生产线。

轴瓦材料：常用锡锑轴承合金（ChSnSb11-6），厚度3-5mm，浇铸在钢背瓦壳上。这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，微量颗粒可嵌入合金层，避免划伤轴颈。

润滑系统：采用强制循环油润滑，油压通常维持在0.08-0.12MPa。润滑油除润滑冷却作用外，还带走轴承摩擦热和部分转子传导热。系统包括油箱、油泵、冷却器、过滤器及监控仪表。

间隙控制：轴瓦与轴颈的径向间隙按轴颈直径的0.001-0.0015倍选取，对于φ100mm轴颈，间隙为0.10-0.15mm。间隙过小易导致温升过高，间隙过大则振动加剧。

3.3 转子总成动平衡

转子不平衡是风机振动的主要根源，对于悬臂结构尤为敏感。AI(Ce)2869-1.38的转子组件（叶轮、主轴、联轴器半体等）需进行严格的动平衡：

平衡精度等级：按照ISO 1940 G2.5级要求，即平衡后剩余不平衡量使转子质心偏移量不超过2.5mm/s。

平衡工艺：首先对叶轮单独进行静平衡和动平衡，然后与主轴组装后再次进行整体动平衡。平衡转速应尽可能接近工作转速，以准确模拟实际离心力状态。

平衡校正：通过在叶轮轮盖或轮盘上钻孔去重、焊接平衡块或使用可调平衡块实现。校正后需进行试运转验证，振动速度有效值应低于4.5mm/s（符合GB/T 2888标准）。

3.4 密封系统

密封系统防止气体泄漏和润滑油进入流道，对稀土风机效率和可靠性至关重要：

气封（迷宫密封）：在叶轮轮盖与机壳间设置迷宫式密封，通常由4-8个梳齿组成。密封间隙控制在0.20-0.40mm，既减少泄漏又避免摩擦。针对腐蚀性气体，密封片可采用不锈钢或聚四氟乙烯复合材料。

碳环密封：在轴端采用分段式碳环密封，利用碳材料的自润滑性和弹性保持与轴的密切接触。每组通常由3-5个碳环串联，中间通入阻封气体（如氮气），形成多级密封屏障。碳环密封特别适合处理含固体颗粒的介质，因为碳环磨损后仍能保持一定的密封性能。

油封：轴承箱两端采用骨架油封或机械密封，防止润滑油外泄。在稀土生产环境中，需选用氟橡胶或聚四氟乙烯唇口材料，耐腐蚀耐高温。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱不仅是轴承的支撑壳体，也是润滑油路的分配中心：

结构设计：轴承箱为剖分式，方便安装维护。箱体设有观察窗、温度计接口、振动传感器接口等。底部设计适当的回油坡度，确保润滑油顺畅流回油箱。

热平衡计算：轴承摩擦热、转子传导热与润滑油带走的热量需达到平衡，控制轴承温度在65℃以下。所需润滑油流量按热量平衡方程计算：油流量（L/min）= [轴承发热量（kW）× 60] / [润滑油比热× 润滑油密度 × 温升]。实际配置时通常留有20%-30%余量。

第四章 风机常见故障与维修技术

4.1 振动异常分析与处理

振动是风机运行状态的综合反映，AI(Ce)系列风机常见振动原因及对策：

转子不平衡振动：特征为振动频率与转速一致（1×转频），振幅随转速平方增大。处理方法是停机重新进行动平衡。实践中，先检查叶轮有无结垢或磨损不均，清理后再平衡。

不对中振动：电机与风机轴线偏差导致，振动频率为1×、2×转频，轴向振动较大。用激光对中仪调整，要求径向偏差<0.05mm，角度偏差<0.05mm/m。

轴承故障振动：轴瓦磨损或润滑油变质引起，振动频率丰富，有高次谐波。监测油质和轴承温度，定期检查轴瓦间隙和接触情况。

基础松动振动：地脚螺栓松动或基础刚度不足，振动无固定频率特征。紧固螺栓或加固基础，必要时增加阻尼器。

4.2 性能下降维修

风量或压力达不到设计值可能原因：

密封间隙过大：长期运行后迷宫密封或碳环磨损，内部泄漏增加。停机检查间隙，标准为：迷宫密封半径间隙≤0.001×叶轮直径（mm），碳环密封内径磨损量≤原尺寸2%。

叶轮磨损或腐蚀：稀土介质中固体颗粒或化学腐蚀改变叶轮流道型线，降低气动效率。检查叶轮出口宽度变化，超过原尺寸5%需修复或更换。表面磨损可采用堆焊后机加工修复。

进口滤网堵塞：压差超过500Pa应清洗或更换滤网。稀土生产现场建议安装压差报警装置。

4.3 轴承系统故障处理

轴瓦刮研与更换：当轴瓦巴氏合金层磨损超过厚度的1/3，或出现脱层、裂纹时需更换。新轴瓦需刮研至接触斑点每平方厘米不少于2-3点，接触角60°-90°。

润滑油管理：每月检测润滑油粘度、水分、酸值、金属颗粒含量。稀土厂区环境潮湿，特别注意水分含量应低于0.05%。推荐使用ISO VG46抗氧防锈型汽轮机油，每8000小时或每年更换一次。

4.4 防腐维修策略

针对稀土腐蚀环境的专项维护：

涂层防护：非流道外表面采用环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+聚氨酯面漆体系，干膜总厚度≥250μm。流道内表面可采用喷涂聚四氟乙烯或衬橡胶。

阴极保护：对浸泡在电解液风险的部分（如下部壳体），可安装牺牲阳极块（镁合金或锌合金）。

材料升级：腐蚀严重部位将碳钢件更换为不锈钢（304L或316L），但需注意防止电偶腐蚀。

第五章 工业气体输送应用技术

稀土提纯工艺中，风机需要输送多种工业气体，每种气体特性不同，风机需相应调整：

5.1 不同气体介质对风机设计的影响

气体密度影响：风机压力与气体密度成正比，功率与密度成正比。输送密度小的气体（如氢气）时，相同体积流量下压力和功率降低；输送密度大的气体（如二氧化碳）时则相反。性能换算公式为：新工况压力 = 原工况压力 × (新气体密度/原气体密度)；新工况功率 = 原工况功率 × (新气体密度/原气体密度)。

比热比影响：影响气体受压缩时的温升。压缩过程温升计算公式：出口温度 = 进口温度 × (出口压力/进口压力)的[(比热比-1)/比热比]次方。氧气、空气等双原子气体比热比约1.4，氩气等单原子气体约1.67，二氧化碳等多原子气体约1.3。

腐蚀性气体：氧气输送需禁油设计，所有润滑油接触部位需隔离；酸性气体（如含硫烟气）需提高材料耐蚀等级；氢气输送需特别注意密封防漏和防爆。

5.2 混合气体输送实践

稀土浮选常使用混合气体（如空气与氮气混合调节氧浓度），风机需按混合气体物性参数重新核算性能。混合气体密度按各组分体积分数加权平均计算；比热比计算较复杂，需先计算混合气体定压比热和定容比热再求比值。

5.3 风机与工艺设备配套要点

与跳汰机配套：如型号示例“AI(Ce)400-1.3”中提到的，跳汰机需要恒定的气流脉动，风机出口需配置稳压罐和脉冲发生器。风量调节不宜用出口阀门节流，而应采用变频调速或进口导叶调节，避免压力波动。

与萃取槽配套：萃取槽曝气要求气泡细小均匀，风机出口压力需克服液柱静压和管道阻力，通常为1.2-1.5个大气压。需计算最大液位时的静压：静压（kPa）= 液体密度 × 重力加速度 × 液位高度。

与焙烧炉配套：焙烧炉鼓风需考虑高温气体密度变化，实际风量应按标准状态换算。同时高温气体可能引起风机壳体热膨胀，需预留膨胀间隙。

5.4 安全控制要点

防喘振控制：风机在小流量高压比工况下易发生喘振，表现为气流周期性振荡并伴随强烈振动。防喘振措施包括设置放空阀、回流阀或采用变频调速避开喘振区。喘振边界线可通过试验确定，通常在性能曲线左侧。

过载保护：电机功率需留有10%-15%余量，并设置过电流保护。功率计算公式：轴功率（kW）= [风量（m³/min）× 压力升（kPa）] / [60 × 风机效率 × 机械效率]。

气体监测：输送易燃易爆或有毒气体时，风机房需设置气体浓度监测报警装置，并与通风系统联锁。

第六章 AI(Ce)系列风机选型与优化

6.1 选型计算流程

稀土提纯风机选型需系统考虑工艺要求：

6.2 节能优化措施

变频调速应用：稀土生产负荷常有波动，变频调节比阀门节流可节能20%-40%。变频器选型需注意低速时的电机冷却和风机喘振问题。

系统阻力优化：管道布局尽量减少弯头、变径，采用大半径弯头（曲率半径≥1.5倍管径）。合理选择管内流速，一般气体管道经济流速为10-20m/s。

余热回收：压缩过程产生的热量可用于工艺预热，提高能源综合利用率。对于功率较大的风机，可考虑安装换热器回收润滑油或壳体的热量。

6.3 安装调试要点

基础要求：混凝土基础质量应为风机质量的3-5倍，地脚螺栓预留孔深度≥螺栓直径的25倍。基础养护期不少于14天。

管道连接：进出口管道需设独立支撑，避免外力作用在风机壳体上。柔性接头可补偿管道热膨胀和安装误差。

试运行程序：先点动检查旋转方向，再空载运行2小时监测振动、温度；然后逐步加载至满负荷，不少于8小时连续运行。试运行期间每小时记录一次运行数据。

结论

AI(Ce)2869-1.38型离心鼓风机作为轻稀土铈提纯工艺的专用设备，其设计充分考虑了稀土冶炼的特殊工况要求，从材料选择、密封形式到结构设计都体现了专业性和可靠性。正确理解型号含义、掌握关键配件技术、实施科学的维护维修、根据不同气体特性合理应用，是确保风机长期稳定运行、保障稀土生产线连续高效生产的关键。

随着稀土产业向精细化、绿色化方向发展，对提纯设备的要求也将不断提高。未来稀土提纯风机将朝着更高效率、更智能控制、更环保材料、更长检修周期的方向发展。作为风机技术人员，我们应持续跟踪新材料、新工艺、新控制技术，不断优化设备性能，为我国的稀土战略产业发展提供坚实的装备保障。