轻稀土铈(Ce)提纯风机技术解析：AI(Ce)1038-2.7型号及系统应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、铈组稀土分离、离心鼓风机、AI(Ce)1038-2.7、风机配件维修、工业气体输送、稀土冶炼专用设备

第一章 轻稀土提纯工艺与风机设备概述

1.1 轻稀土铈组元素提纯工艺特点

轻稀土元素，特别是铈组稀土（包括镧、铈、镨、钕等）的提纯工艺，是现代稀土工业的基础环节。铈作为轻稀土中含量最丰富的元素，其提纯过程涉及复杂的物理化学过程，包括焙烧、酸浸、萃取、结晶等多个阶段。在这些工艺环节中，气体输送与压力控制是至关重要的技术参数，直接影响到产品纯度、生产效率和能源消耗。

铈提纯工艺对气体输送设备提出了特殊要求：首先，工艺过程中涉及多种腐蚀性介质，如酸性气体、湿氯气等；其次，提纯过程需要在特定压力、流量条件下进行，气体输送的稳定性直接影响化学反应平衡；再者，稀土生产车间环境往往存在粉尘、湿气等不利因素，要求设备具有高度的环境适应性。

1.2 离心鼓风机在稀土提纯中的作用与分类

离心鼓风机在铈提纯工艺中承担着多种关键功能：为化学反应提供氧化或还原气氛、维持萃取塔压力平衡、输送工艺气体至反应区域、提供气流动力用于物料输送等。根据不同的工艺环节和气体介质，稀土行业开发了专门化的风机系列。

目前轻稀土提纯领域主要应用的离心鼓风机包括：

这些专用风机系列根据稀土提纯的特殊需求进行了优化设计，在材料选择、密封技术、轴承系统等方面均有针对性改进。

第二章 AI(Ce)1038-2.7型离心鼓风机技术详解

2.1 型号解读与技术参数

AI(Ce)1038-2.7型离心鼓风机是专门为轻稀土铈提纯工艺设计的单级悬臂加压设备。型号中各部分含义如下：

需要特别说明的是，根据风机型号标注规范，当型号中只标注出风口压力（如“-2.7”）而没有进风口压力标注时，默认进风口压力为1个大气压（标准大气条件）。因此AI(Ce)1038-2.7的压升为1.7个大气压。

该型号风机主要技术特性包括：

2.2 结构特点与工作原理

AI(Ce)1038-2.7采用单级悬臂式结构，这种设计具有结构简单、轴向尺寸小、维护方便等优点。风机主要由进气室、叶轮、蜗壳、主轴、轴承系统、密封系统和驱动装置等部分组成。

气动工作原理：气体从轴向进入进气室，经过导流装置调整后进入高速旋转的叶轮。在叶轮叶片的作用下，气体获得动能和压力能，随后进入蜗壳，将部分动能转化为压力能，最终从出口排出。对于AI(Ce)1038-2.7，其压力提升主要依靠单级叶轮的高速旋转实现，因此叶轮设计和制造精度至关重要。

悬臂结构特点：与双支撑结构相比，悬臂式设计的叶轮安装在主轴的一端，另一端通过联轴器与驱动装置连接。这种结构减少了轴承数量，降低了机械损失，但同时对轴承的承载能力和轴的刚度提出了更高要求。AI(Ce)系列针对这一挑战进行了专门强化：采用加大直径的主轴提高刚度，选择高性能轴承提高承载能力，优化临界转速避开工作转速区域等。

2.3 材料选择与腐蚀防护

铈提纯工艺环境往往存在腐蚀性气体，因此AI(Ce)1038-2.7在材料选择上进行了专门考虑：

与气体接触部件：叶轮、蜗壳、进气室等直接接触工艺气体的部件，根据输送介质的不同选择相应材料。对于空气和惰性气体，可采用优质碳钢；对于潮湿酸性气体，采用不锈钢（如304、316L）或特殊合金；对于氧气输送，需采用禁油设计和铜合金或不锈钢材质。

表面处理技术：在易腐蚀部位采用特殊的表面处理工艺，如喷涂防腐涂层、渗氮处理、电镀防护层等。叶轮表面通常进行动平衡修正和防腐涂层处理，既保证平衡精度又提高耐腐蚀性。

第三章 风机核心配件详解

3.1 主轴系统

主轴是离心鼓风机的核心传动部件，AI(Ce)1038-2.7采用高强度合金钢整体锻造主轴，经过调质处理获得良好的综合机械性能。主轴设计需满足以下要求：

刚度与临界转速：主轴直径经过精心计算，确保在工作转速范围内有足够的刚度，同时使临界转速远离工作转速（通常要求临界转速比最高工作转速高30%以上）。主轴刚度不足会导致振动超标、密封失效等问题。

轴颈精度：与轴承配合的轴颈部位加工精度达到IT6级，表面粗糙度Ra≤0.8μm，确保轴承良好运行。轴肩、退刀槽等过渡部位采用圆角设计，减少应力集中。

动平衡要求：主轴在装配叶轮前后均需进行动平衡校正，残余不平衡量需控制在G2.5级以内，确保高速运转平稳。

3.2 轴承与轴瓦系统

AI(Ce)1038-2.7根据用户需求可配置滚动轴承或滑动轴承系统，其中滑动轴承（轴瓦）在重载、高速工况下具有独特优势。

滑动轴承（轴瓦）特点：

轴瓦材料与结构：通常采用巴氏合金衬层，这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，能在润滑条件暂时恶化时保护轴颈。轴瓦背部为钢壳，保证结构强度。轴瓦内表面开设油槽，确保润滑油均匀分布。

润滑系统：配备强制循环润滑系统，包括油箱、油泵、冷却器、过滤器和监控仪表。润滑油压、油温、油流量均有严格监控，确保轴承稳定运行。

3.3 转子总成

转子总成包括叶轮、主轴、平衡盘（如有）、联轴器半体等旋转部件的组合体，是风机的“心脏”。

叶轮设计与制造：AI(Ce)1038-2.7采用后向叶片叶轮，这种设计效率高、工作曲线平坦。叶轮制造采用整体数控加工或精密铸造，确保型线准确。叶片与轮盘、轮盖的连接采用焊接或整体加工，保证强度和气密性。

动平衡工艺：转子总成需进行多面动平衡校正，先进行单件平衡，再进行组件平衡，最后进行整体平衡。平衡精度直接影响到振动水平和轴承寿命。

3.4 密封系统

密封系统防止气体泄漏和油污进入流道，对风机效率和安全性至关重要。

气封装置：在叶轮进口处设置迷宫密封或碳环密封，减少内部泄漏。迷宫密封利用多次节流原理，碳环密封则依靠碳环与轴颈的紧密贴合，后者密封效果更好但成本较高。

油封系统：防止润滑油泄漏到外部或进入风机流道。常用油封包括唇形密封、机械密封等。AI(Ce)1038-2.7在轴承箱两端设置多重油封，确保密封可靠。

碳环密封特点：碳环密封由多个碳环组成，每个碳环在弹簧力作用下与轴颈保持贴合。碳材料具有自润滑性，即使短暂干摩擦也不会损伤轴颈。这种密封特别适合高速旋转机械，泄漏量比迷宫密封小一个数量级。

3.5 轴承箱与机壳

轴承箱：承载轴承和润滑系统，提供稳定的支撑环境。轴承箱设计需保证足够的刚性，防止变形影响轴承对中。箱体设置观察窗和测温测振接口，便于日常检查。

机壳（蜗壳）：收集从叶轮流出的气体，将动能转化为压力能。AI(Ce)1038-2.7采用单蜗壳设计，结构简单。蜗壳流道型线经过CFD优化，减少流动损失。机壳设置加强筋，提高刚性减少振动辐射。

第四章 风机维护与故障处理

4.1 日常维护要点

运行监测：每日记录风机振动、轴承温度、润滑油压等参数，建立趋势图。振动速度有效值不应超过4.5mm/s，轴承温度不超过85℃（滑动轴承）或95℃（滚动轴承）。

润滑系统维护：定期检查润滑油品质，每三个月取样化验一次。根据化验结果决定是否换油或过滤。保持油箱油位在正常范围，清洗或更换滤芯。

密封系统检查：定期检查密封泄漏情况，碳环密封的允许泄漏量通常为每分钟数升（标准状态下）。泄漏量突然增加可能预示密封磨损或损坏。

4.2 常见故障诊断与处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、基础松动等。处理步骤：首先检查基础螺栓和联轴器对中；然后进行振动频谱分析，判断故障类型；最后针对性处理，如重新平衡、更换轴承等。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或变质、轴承损坏、过载等。处理：检查润滑系统；化验润滑油；检查负载是否超过额定值；必要时更换轴承。

风量风压不足：可能原因包括进口过滤器堵塞、密封磨损内部泄漏、转速下降等。处理：清洁或更换过滤器；检查密封间隙；检查驱动系统确保转速正常。

4.3 定期大修内容

AI(Ce)1038-2.7建议每运行2-3年或24000小时进行一次全面大修，内容包括：

转子系统检修：检查叶轮磨损腐蚀情况，测量叶片厚度；检查主轴直线度、轴颈磨损；重新进行动平衡校正。

轴承系统检修：检查轴承磨损，测量间隙；滑动轴承检查巴氏合金层是否脱落、磨损；滚动轴承检查滚道和滚动体状况。

密封系统更换：更换所有密封件，特别是碳环密封通常在大修时更换。安装新密封时注意调整间隙和预紧力。

对中调整：重新调整风机与驱动装置的对中，确保公差在允许范围内。

性能测试：大修后进行空载和负载测试，验证性能恢复情况。

第五章 工业气体输送应用技术

5.1 不同气体介质的风机设计特点

AI(Ce)系列风机可输送多种工业气体，不同气体对风机设计有不同要求：

氧气输送：必须采用禁油设计，所有与氧气接触的部件彻底脱脂。材料选择上避免使用易氧化材料，通常采用不锈钢或铜合金。密封系统需特别注意防止润滑油渗入。

氢气输送：氢气密度小、渗透性强，需要特别严格的密封。通常采用干气密封或双重机械密封。轴承箱保持微正压，防止氢气渗入与润滑油混合。

腐蚀性气体：如酸性烟气、湿氯气等，需要选用耐腐蚀材料，如哈氏合金、钛材等。结构上避免死角，防止腐蚀介质积聚。表面进行特殊防腐处理。

惰性气体：如氦气、氖气、氩气等，物理性质接近空气，可按标准设计，但需考虑气体纯度要求，避免污染。

5.2 气体性质对风机性能的影响

不同气体的物理性质直接影响风机性能参数：

密度影响：风机产生的压力与气体密度成正比。输送密度小于空气的气体（如氢气）时，相同转速下产生的压力较低；反之，密度大的气体（如二氧化碳）产生的压力较高。选型时需进行密度换算。

比热比影响：影响气体压缩时的温升。比热比小的气体（如氩气）压缩时温升较小，有利于降低冷却要求。

可压缩性：在高压差下，气体可压缩性变得显著，需采用多变压缩过程计算，而不是简单的风机定律。

AI(Ce)1038-2.7适应性调整：针对不同气体，可通过调整叶轮转速、更换密封材料、调整间隙等方式适应。制造商通常提供不同气体介质的性能曲线供用户参考。

5.3 系统集成与安全防护

防爆要求：输送易燃易爆气体（如氢气）时，风机需满足相应防爆等级，通常要求隔爆型或增安型设计。电机、仪表等配套设备也需符合防爆要求。

安全联锁：设置压力、温度、振动等多重保护，当参数超标时自动报警或停机。氧气输送系统需设置纯度监测和氮气置换系统。

系统匹配：风机需与前后工艺设备良好匹配，包括管道系统、冷却器、过滤器、缓冲罐等。系统阻力计算需准确，避免风机在喘振区或阻塞区工作。

第六章 铈提纯工艺中的风机应用实例

6.1 铈萃取分离工艺风机配置

在铈的溶剂萃取分离工艺中，AI(Ce)1038-2.7通常承担以下功能：

萃取塔压力平衡：维持塔内微正压，防止空气进入影响萃取效率。压力控制精度要求±0.05大气压，风机需配备变频调速和压力反馈控制系统。

气体搅拌：在某些萃取槽中，通过底部通入惰性气体（如氮气）进行搅拌，促进相间传质。风机需提供稳定流量，不受背压变化影响。

尾气输送：将萃取过程中产生的微量有机蒸汽输送至处理装置，防止车间污染。此时需考虑气体的小流量特性，可能需要并联小风机或采用旁路调节。

6.2 铈焙烧工艺风机应用

铈精矿焙烧是提纯的重要环节，AI(Ce)1038-2.7在此环节的应用特点：

氧化气氛控制：通过精确控制鼓入空气量，控制焙烧炉内氧分压，从而控制铈的氧化程度。风机需具有宽广的流量调节范围和快速响应特性。

热气体输送：焙烧炉出口气体温度可达300-500℃，风机需考虑耐热设计和冷却措施。轴承箱需加强冷却，密封材料选用耐高温型。

系统耐腐蚀：焙烧气体中可能含有酸性成分（如SO₂、HCl等），风机过流部件需采用耐酸材料或涂层。

6.3 节能优化与智能控制

变频调速应用：AI(Ce)1038-2.7配合变频驱动，可根据工艺需求实时调整转速，节能效果显著。在流量需求变化大的工况下，变频调速可比阀门调节节能30%以上。

智能控制系统：集成PLC控制系统，实现风机与工艺系统的联动控制。系统可自动调节风机参数维持工艺条件稳定，同时监测风机健康状态，实现预测性维护。

能效优化：通过定期性能测试，监测风机效率变化。效率下降可能预示内部磨损或积垢，及时维护可恢复能效。建立风机能效档案，为同类设备选型提供参考。

结语

AI(Ce)1038-2.7型离心鼓风机作为轻稀土铈提纯工艺的关键设备，其设计和应用体现了特种风机在现代化工中的重要作用。随着稀土工业的技术进步和对产品纯度要求的不断提高，离心鼓风机技术也在持续发展：更高效率的叶轮设计、更可靠的密封技术、更智能的控制系统、更环保的材料选择，这些进步共同推动着稀土提纯工艺向更高效、更环保、更经济的方向发展。

作为风机技术人员，深入理解设备原理、掌握维护技能、熟悉工艺需求，是保证风机稳定运行、发挥最佳性能的基础。希望本文对从事稀土提纯及相关行业的技术人员有所裨益，共同促进行业技术进步。