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轻稀土铈(Ce)提纯风机技术详解:以AI(Ce)286-2.15型离心鼓风机为核心

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:轻稀土铈提纯、离心鼓风机、AI(Ce)286-2.15、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土矿选矿

一、引言:稀土提纯工艺中的风机关键技术

稀土作为国家战略资源,其提纯工艺对装备性能有着严苛要求。在轻稀土(铈组稀土)的提纯过程中,离心鼓风机作为核心动力与气体输送设备,承担着浮选、加压、气体输送等关键工序的任务。特别是针对铈(Ce)元素的提取与分离,工艺气体环境往往具有特殊物性参数,对风机的密封性、耐腐蚀性及运行稳定性提出了更高标准。

我国稀土风机技术经过数十年发展,已形成针对不同工艺环节的专用系列产品。本文将围绕轻稀土铈提纯工艺中的核心设备:AI(Ce)286-2.15型单级悬臂加压风机展开系统性技术说明,并对风机关键配件、维修要点及工业气体输送特性进行深入分析,为行业内技术人员提供实用参考。

二、轻稀土铈提纯工艺与风机选型体系

2.1 铈组稀土提纯工艺特点

轻稀土(铈组稀土)主要包括镧、铈、镨、钕等元素,其提纯通常采用浮选法、萃取法、离子交换法等。在浮选工序中,需要稳定的气流形成均匀气泡,携带稀土矿物颗粒上浮分离;在气体保护或特定气氛反应环节,则需要精确控制工业气体的压力与流量。这些工艺要求决定了风机必须具备:

流量精确可调:适应浮选槽气泡均匀性要求 压力稳定可控:满足气体输送管网阻力特性 材质耐腐蚀:抵抗工艺气体中可能存在的酸性组分 密封性能优异:防止贵重气体泄漏及外部污染

2.2 稀土提纯专用风机系列概览

针对上述工艺需求,我国风机行业开发了完整的专用系列:

“C(Ce)”型系列多级离心鼓风机:适用于中等流量、较高压力的气体输送,常用于烟气循环或气体加压 “CF(Ce)”型与“CJ(Ce)”型系列专用浮选离心鼓风机:专门针对浮选工艺优化设计,注重流量调节范围与运行平稳性 “D(Ce)”型系列高速高压多级离心鼓风机:适用于高压、小流量工况,如特殊气体注入 “AI(Ce)”型系列单级悬臂加压风机:结构紧凑、维护方便,适用于中低压、中等流量场合 “S(Ce)”型系列单级高速双支撑加压风机:高转速、高效率,适用于对能耗敏感的连续生产 “AII(Ce)”型系列单级双支撑加压风机:稳定性优于悬臂结构,用于振动要求严格的工位

这些系列产品覆盖了稀土提纯全流程的气体输送需求,形成了完整的技术体系。

三、AI(Ce)286-2.15型风机深度解析

3.1 型号规格解读

AI(Ce)286-2.15型号包含以下关键信息:

“AI”:代表单级悬臂加压风机系列,叶轮安装在主轴一端,结构相对简单紧凑 “(Ce)”:表明该型号专为铈组稀土提纯工艺优化设计,在材质选择、密封形式等方面有特殊考虑 “286”:表示风机在设计工况下的流量为每分钟286立方米(即286 m³/min) “-2.15”:表示风机出风口压力为2.15个大气压(表压),即相对压力为1.15 bar。根据命名规则,若无“/”符号,则表示进风口压力为标准大气压(1 atm)

该型号适用于铈提纯工艺中的气体加压、循环或供给环节,其流量与压力参数与中小型浮选系统、气体保护系统具有良好的匹配性。

3.2 结构特点与技术参数

AI(Ce)系列采用单级悬臂结构,主要优势在于:

轴向尺寸小,占地面积少 拆卸维护相对简便 制造成本较低

主要技术特性:

叶轮设计:采用后弯式叶片,效率通常在82%-85%之间,兼顾效率与压力特性。叶轮材质根据输送介质不同可选铸铁、不锈钢或特种合金,对于可能接触酸性气体的场合,多采用304或316不锈钢。 驱动方式:通常采用电机直联或皮带传动,电机功率可根据气体密度调整。对于AI(Ce)286-2.15,配套电机功率约为75-90 kW,具体取决于气体介质及运行工况。 性能曲线:该型号风机的性能曲线呈现出典型的离心风机特性:压力随流量增加而缓慢下降,功率随流量增加而上升。在286 m³/min的设计流量点,效率达到最高值。 调节性能:可通过进口导叶调节、变频调速等方式实现流量调节。对于稀土提纯工艺,建议采用变频调节,以保持气体参数的精确稳定。

3.3 适用工艺环节

AI(Ce)286-2.15型风机在铈提纯工艺中主要应用于:

浮选系统供气:为浮选槽提供稳定、均匀的气流 气体保护系统:在萃取或干燥工序中提供惰性气体保护层 烟气循环系统:部分工艺尾气的再循环利用 原料输送气体加压:气力输送系统的气源

四、风机关键配件详解

4.1 风机主轴

主轴是传递扭矩、支撑旋转部件的核心零件。AI(Ce)系列主轴具有以下特点:

材质通常为42CrMo或40Cr,调质处理后硬度达到HB240-280 轴颈部位表面粗糙度要求Ra0.8以下,以保证与轴承的良好配合 叶轮安装端设有防松结构,防止高速旋转下松动 主轴动平衡精度要求G2.5级,确保运行平稳

4.2 轴承与轴瓦系统

AI(Ce)系列采用滑动轴承(轴瓦)设计,相较于滚动轴承具有:

更高承载能力,适用于较重转子 更好的阻尼特性,减振效果明显 更长的使用寿命,维护得当可达10年以上

轴瓦关键技术:

材料多为锡基巴氏合金(ChSnSb11-6),厚度1.5-3mm 瓦背与轴承座过盈配合,过盈量通常为0.02-0.04mm 油槽设计确保润滑油膜连续均匀 温度监测点设置在轴瓦承载区

4.3 风机转子总成

转子总成包括叶轮、主轴、平衡盘等旋转部件的组合体,其关键技术要点:

动平衡校正:分两步进行,先单独对叶轮做静平衡和动平衡,再与主轴装配后做整体动平衡。残余不平衡量按公式“允许不平衡量等于转子质量乘以许用偏心距”计算,AI(Ce)286系列通常控制在50g·mm以内。 叶轮与主轴配合:采用过盈配合加键连接,过盈量按“热装温度计算公式”确定,通常加热至150-200℃进行装配。 防腐处理:对于输送腐蚀性气体的转子,表面需做特殊涂层处理,如喷涂聚四氟乙烯或特种防腐漆。

4.4 密封系统

稀土提纯风机密封尤为重要,既要防止工艺气体泄漏造成损失或污染,也要防止外部空气进入系统影响工艺。

4.4.1 碳环密封

由多个碳环片组成的迷宫式密封 碳材料具有良好的自润滑性和耐磨性 允许少量泄漏,但可控制在设计范围内 维护周期长,通常1-2年更换一次

4.4.2 气封系统

在轴封处引入清洁气体(通常为氮气或空气) 形成气幕阻止工艺气体外泄 气封压力比密封腔压力高0.05-0.1bar 气源必须洁净干燥,避免带入杂质

4.4.3 油封

用于轴承箱密封,防止润滑油泄漏 常用双唇骨架油封或机械密封 材料需与润滑油相容,多为丁腈橡胶或氟橡胶

4.5 轴承箱

轴承箱是支撑转子、容纳轴承和润滑系统的关键部件:

箱体为铸铁或铸钢件,结构刚性要求高 设有润滑油进出口、油位观察窗、温度监测孔 与机壳的定位止口配合精度要求高 散热筋设计确保轴承温度控制在合理范围

五、风机维修与维护要点

5.1 日常维护

每日检查项目:

轴承温度:不超过75℃(环境温度+40℃) 振动值:轴承处振动速度有效值不超过4.5mm/s 油位:保持在视窗1/2-2/3处 异常声响:监听轴承和叶轮区域有无异响 密封系统:检查气封压力和泄漏情况

定期维护:

每500小时:检查油质,取样化验 每2000小时:更换润滑油,清洗油箱 每半年:检查联轴器对中情况,调整偏差 每年:全面检查密封件磨损情况

5.2 常见故障与处理

5.2.1 振动超标

可能原因:转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动 处理步骤: 先停机检查地脚螺栓和联轴器对中 如无明显问题,进行现场动平衡校正 检查轴承间隙,超标需更换 必要时检查叶轮磨损或结垢情况

5.2.2 轴承温度过高

可能原因:润滑油不足或变质、冷却不良、负荷过大、安装不当 处理步骤: 检查油位和油质,必要时更换 清洗冷却器,确保冷却水畅通 检查工艺系统阻力,避免风机超负荷 检查轴承安装间隙是否符合标准

5.2.3 风量风压不足

可能原因:叶轮磨损、密封间隙过大、转速下降、管网阻力变化 处理步骤: 检查电机转速是否达标 测量密封间隙,超差需调整或更换 检查叶轮叶片磨损情况,严重时需更换 检查进口滤网是否堵塞

5.3 大修要点

AI(Ce)系列风机大修周期通常为3-5年,主要工作包括:

全面解体:按顺序拆卸联轴器、轴承箱、密封、转子等部件 清洗检查:所有零部件彻底清洗,检查磨损、裂纹等缺陷 尺寸测量:关键配合尺寸测量记录,包括: 轴瓦间隙(顶隙和侧隙) 叶轮口环与机壳间隙 主轴直线度 密封环间隙 更换易损件:密封件、轴瓦、油封等必须更换 重新装配:按技术要求装配,注意各部位间隙调整 试运行:空载试运行4小时,监测振动、温度等参数

六、工业气体输送的特殊考虑

稀土提纯工艺涉及多种工业气体,不同气体物性对风机设计选型有重要影响。

6.1 不同气体的特性与风机适配

6.1.1 空气

最常用介质,风机性能曲线以空气为标准制定 注意空气中可能含有腐蚀性成分时的防护

6.1.2 二氧化碳(CO₂)

密度大于空气(约1.5倍),风机压力需重新计算 潮湿CO₂有弱酸性,需考虑防腐措施 密封要求较高,防止泄漏影响工艺浓度

6.1.3 氮气(N₂)

密度略小于空气 惰性气体,材料兼容性好 缺氧风险,维护时需充分置换

6.1.4 氧气(O₂)

强氧化性,禁油要求严格 所有接触部件需脱脂处理 密封必须可靠,防止泄漏引发危险 轴承润滑需采用特种氧气兼容油脂

6.1.5 稀有气体(He、Ne、Ar)

通常为贵重气体,密封要求极高 氦气分子小,易泄漏,需特殊密封设计 氩气密度大于空气,功率计算需调整

6.1.6 氢气(H₂)

密度极小,仅为空气的1/14 相同工况下,风机压力降低,流量增大 爆炸风险,防爆设计和接地必须完善 氢脆现象,材料需特殊选择

6.1.7 工业烟气

成分复杂,可能含有腐蚀性物质 温度和粉尘含量是关键参数 需考虑防腐、耐磨设计和温度适应

6.1.8 混合无毒工业气体

按混合比例计算平均分子量和密度 注意各组分的化学兼容性

6.2 气体转换计算

当风机输送介质改变时,性能参数需重新计算:

流量换算:体积流量不变,质量流量随密度变化 压力换算:风机产生的压力与气体密度成正比 功率换算:轴功率与气体密度成正比

具体公式为:

新介质下的压力等于原介质压力乘以新介质密度除以原介质密度 新介质下的轴功率等于原介质轴功率乘以新介质密度除以原介质密度

以AI(Ce)286-2.15为例,设计参数基于空气(密度1.2 kg/m³)。若改输CO₂(密度1.977 kg/m³),则:

出口压力变为原压力乘以1.977除以1.2,即约3.54个大气压 所需功率同样增加约1.65倍

6.3 安全注意事项

气体相容性:确保所有材料与输送气体相容,特别是氧气和氢气系统 防爆要求:输送易燃易爆气体时,电机和电器需防爆等级达标 泄漏监测:贵重或有毒气体系统需安装泄漏检测装置 置换程序:切换气体或维修前,必须按规程进行系统置换 接地措施:防止静电积累,特别是输送烃类或粉尘气体

七、选型与应用建议

7.1 选型流程

为铈提纯工艺选择合适风机,应遵循以下步骤:

确定工艺参数:气体种类、所需流量、进口压力、出口压力、气体温度、湿度等 计算修正参数:将实际气体参数换算到标准状态(20℃,1 atm) 初步选型:根据流量压力选择合适系列,AI系列适用于中低压、中等流量场合 核查特殊要求:腐蚀性、防爆、清洁度等特殊要求 确定最终型号:如AI(Ce)286-2.15满足要求,可确定型号;否则需考虑其他系列 配套选择:电机、变频器、过滤系统、消声器等辅助设备

7.2 与跳汰机配套注意事项

型号示例中提到的“与跳汰机配套选型确定”值得特别关注:

脉动气流匹配:跳汰机需要周期性脉动气流,需确认风机是否能适应或需加装特殊调节装置 压力稳定性:跳汰机对压力稳定性要求高,风机性能曲线在工况点附近应尽可能平坦 响应速度:如需要快速调节,变频驱动是较好选择 系统阻力:准确计算跳汰机及管网的阻力特性曲线,确保与风机性能曲线匹配

7.3 安装与调试要点

基础要求:混凝土基础质量至少为风机质量的3-5倍,养护期足够 对中精度:联轴器对中误差不超过0.05mm,角度误差不超过0.05/100mm 管道连接:进出口管道设独立支撑,避免外力传递到风机 试运行程序:先点动检查旋转方向,再空载运行2-4小时,最后逐步加载至满负荷 性能测试:实际测量流量、压力、功率等参数,与设计值对比

八、结论与展望

AI(Ce)286-2.15型单级悬臂加压风机作为轻稀土铈提纯工艺中的关键设备,其合理选型、正确使用与科学维护直接关系到提纯效率与产品质量。本文系统阐述了该型号风机的技术特点、配件构成、维修要点及气体输送适应性,为现场技术人员提供了实用参考。

随着稀土行业对提纯效率、能耗控制和自动化程度要求的不断提高,风机技术也在持续发展。未来趋势包括:

智能化监控:集成振动、温度、性能等多参数在线监测与故障预警 高效化设计:通过CFD优化叶型,提升效率2-5个百分点 材料升级:采用更耐腐蚀、更轻量化的新材料 系统集成:风机与工艺控制系统深度集成,实现自适应调节

作为风机技术专业人员,我们应持续跟踪技术发展,深入理解工艺需求,为稀土这一战略资源的提纯生产提供更可靠、更高效、更智能的风机解决方案。

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