轻稀土钕(Nd)提纯风机关键技术解析:以AII(Nd)724-2.73型鼓风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、钕(Nd)分离、离心鼓风机、AII(Nd)724-2.73、风机配件、风机维修、工业气体输送

第一章 轻稀土提纯工艺与风机设备概述

1.1 轻稀土（铈组稀土）提纯工艺特点

轻稀土元素主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)等，其中钕(Nd)作为高性能永磁材料的关键成分，其提纯工艺对气体输送设备有着特殊要求。轻稀土提纯过程通常包括矿石分解、萃取分离、沉淀煅烧等多个阶段，每个阶段都需要特定的气体环境和压力条件。风机设备在这些工艺中承担着提供氧化气氛、控制反应环境、输送工艺气体等关键职能。

1.2 离心鼓风机在稀土提纯中的作用

离心鼓风机通过旋转叶轮对气体做功，将机械能转化为气体压力能和动能，为稀土提纯工艺提供稳定、可控的气流。与一般工业风机相比，稀土提纯专用风机需要满足以下特殊要求：第一，气体介质可能具有腐蚀性、高温或含有微量放射性物质；第二，运行稳定性要求极高，任何气流波动都可能影响产品纯度；第三，密封性能必须优异，防止工艺气体泄漏或外界气体混入；第四，材料选择需考虑与工艺气体的相容性。

1.3 稀土提纯风机系列概述

根据轻稀土提纯工艺的不同环节，风机设备可分为多个专用系列：

“C(Nd)”型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联设计，适用于需要较高压比但流量相对稳定的工艺环节，如萃取槽气体搅拌和氧化气氛提供。

“CF(Nd)”型与“CJ(Nd)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对稀土矿石浮选工艺开发，具备抗矿浆泡沫吸入特性，叶轮设计考虑了含固体微粒气流的通过性。

“D(Nd)”型系列高速高压多级离心鼓风机：采用高速转子设计，单级压比高，适用于需要高压气体的工艺环节，如高压反应釜气体供应和气体循环系统。

“AI(Nd)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，维护方便，适用于中小流量、中低压力的辅助工艺环节。

“S(Nd)”型系列单级高速双支撑加压风机：采用两端支撑结构，运行稳定性好，适用于中等流量和压力的主工艺环节。

“AII(Nd)”型系列单级双支撑加压风机：本文重点机型所属系列，兼具双支撑结构的稳定性和单级风机的维护便利性，是轻稀土钕提纯工艺中的主力机型之一。

第二章 AII(Nd)724-2.73型鼓风机技术详解

2.1 型号命名规则解析

“AII(Nd)724-2.73”这一完整型号包含了丰富信息：“AII”表示AII系列单级双支撑加压风机；“(Nd)”表示该风机专为钕提纯工艺优化设计；“724”表示风机进口条件下的流量为每分钟724立方米；“-2.73”表示风机出口压力为2.73个大气压（绝对压力）。按照行业惯例，如果型号中没有“/”符号分隔压力参数，则表示风机进口压力为标准大气压（1个大气压）。

作为对比，“D(Nd)300-1.8”型风机的解读为：“D”系列高速高压多级离心鼓风机，设计流量每分钟300立方米，出口压力1.8个大气压，进口压力为标准大气压，主要用于空气输送并与跳汰机配套使用。

2.2 AII(Nd)724-2.73型风机结构特点

该型号风机采用单级双支撑结构，主要组件包括：

进气室：采用渐缩式流道设计，确保气体均匀进入叶轮，减少进气损失。针对稀土提纯工艺中可能含有微量腐蚀性成分的特点，进气室内壁涂覆有耐腐蚀涂层。

叶轮：采用后弯式叶片设计，叶片数量为12片，材质为稀土提纯专用不锈钢，具有优异的耐腐蚀性和抗疲劳强度。叶轮经过动平衡校正，残余不平衡量小于1.0g·mm/kg，确保高速运转时的稳定性。

机壳：采用水平剖分式结构，便于检修和维护。机壳内部流道经CFD优化，减少局部涡流和气流分离，提高效率。机壳材质根据输送气体性质可选铸铁、铸钢或不锈钢。

主轴：采用42CrMo高强度合金钢，经调质处理和表面淬火，具有高强度和良好的韧性。主轴与叶轮采用过盈配合加键连接，确保扭矩可靠传递。

2.3 性能参数与工况适配

AII(Nd)724-2.73型风机在标准工况（进口压力101.325kPa，温度20℃，相对湿度50%）下的主要性能参数：

该风机性能曲线平坦，在85%-110%设计流量范围内效率变化不超过3%，适应稀土提纯工艺中因反应条件变化导致的流量波动。风机采用入口导叶调节，调节范围可达60%-105%设计流量，满足工艺调节需求。

2.4 在钕提纯工艺中的应用定位

AII(Nd)724-2.73型风机主要应用于钕提纯工艺的两个关键环节：

氧化焙烧工序：将稀土氢氧化物或碳酸盐转化为氧化物，需要稳定的氧化气氛（通常为空气或富氧空气）。风机提供的气流压力确保焙烧炉内气氛均匀，温度场稳定，防止局部还原气氛形成影响产品质量。

气体循环系统：在部分闭路工艺中，需要对工艺气体（如氮气、氩气等保护性气体）进行循环利用。风机提供循环动力，同时通过配套的过滤净化装置去除气体中的杂质。

第三章 风机关键配件技术规范

3.1 风机主轴系统

主轴是离心鼓风机的核心传动部件，AII(Nd)724-2.73型风机主轴系统具有以下特点：

材料选择：主轴采用42CrMoA合金结构钢，经真空脱气处理，非金属夹杂物等级不超过2.0级。材料抗拉强度≥980MPa，屈服强度≥835MPa，延伸率≥12%，满足高速旋转的强度要求。

热处理工艺：主轴毛坯经正火处理后进行粗加工，然后进行调质处理（淬火+高温回火），获得回火索氏体组织，保证良好的综合力学性能。最后对轴颈和轴承配合面进行表面淬火，硬度达到HRC52-56，提高耐磨性。

精度要求：主轴各配合段直径公差为IT6级，表面粗糙度Ra≤0.8μm。主轴全长直线度偏差不超过0.02mm，与叶轮配合的轴段径向跳动不超过0.015mm。

3.2 风机轴承与轴瓦系统

AII(Nd)724-2.73型风机采用滑动轴承系统，与滚动轴承相比，滑动轴承具有承载能力强、阻尼性能好、寿命长等优点，特别适合高速重载转子。

轴瓦材料：采用锡基巴氏合金（牌号ZChSnSb11-6）作为轴承衬材料，该材料具有良好的嵌入性和顺应性，能适应主轴的微小变形和不对中。巴氏合金层厚度为1.5-2.0mm，与钢背结合强度不低于50MPa。

轴承结构：采用四油楔动压滑动轴承，在轴承内表面加工出四个对称分布的油楔，确保主轴在任何旋转方向都能形成稳定的油膜。轴承间隙控制在轴颈直径的0.12%-0.15%范围内，对于φ150mm的主轴轴颈，轴承间隙为0.18-0.225mm。

润滑系统：采用强制循环润滑，润滑油为ISO VG46透平油。润滑系统包括主辅油泵、油冷却器、双联过滤器、蓄能器等，确保轴承在任何工况下都有充足的清洁润滑油供应。进油压力控制在0.15-0.25MPa，进油温度40-45℃，回油温度不超过70℃。

3.3 风机转子总成

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合体。

动平衡要求：转子总成在动平衡机上校正，平衡精度等级达到G2.5级（根据ISO1940标准）。在最大工作转速下，轴承处的振动速度有效值不超过2.8mm/s。平衡校正采用去重法，在叶轮轮盖或平衡盘上钻孔去重，去重深度不超过壁厚的1/3。

临界转速：转子一阶临界转速为5200r/min，工作转速2980r/min，工作转速与一阶临界转速的比值（即工作转速系数）为0.57，远离临界转速区域，确保转子在远离共振区的安全范围内运行。

过盈配合计算：叶轮与主轴的过盈量通过厚壁圆筒理论计算确定，考虑离心力、传递扭矩和温度变化的影响。实际过盈量为配合直径的0.08%-0.12%，并通过加热装配实现。

3.4 密封系统

密封系统是防止气体泄漏和润滑油污染的关键，AII(Nd)724-2.73型风机采用多层次密封组合。

气封系统：在叶轮进口处设置迷宫密封，利用多道节流齿形成流动阻力，减少内部泄漏。密封间隙控制在0.25-0.40mm之间，既保证密封效果，又避免与转子摩擦。迷宫密封材料为铝青铜，具有自润滑性和抗咬合性。

碳环密封：在轴端采用碳环密封作为主密封，碳环材料为浸渍呋喃树脂的石墨，具有良好的自润滑性、化学稳定性和耐温性。碳环密封为剖分式结构，便于安装更换，弹簧加载确保碳环与轴套均匀贴合。碳环密封可承受最高0.5MPa的压差，泄漏量小于0.5m³/h（标准状态）。

油封系统：采用双唇骨架油封和甩油盘组合结构，防止润滑油从轴承箱泄漏。油封材料根据润滑油类型选择丁腈橡胶或氟橡胶，工作温度范围-30℃至150℃。

轴承箱设计：轴承箱为铸铁件，采用刚性设计，确保轴承座孔不变形。轴承座孔精度为IT7级，同轴度不超过0.03mm。轴承箱设有呼吸器，平衡内外压力，防止油雾外逸和外界污染物进入。

第四章 风机维护与故障处理

4.1 日常检查与维护要点

运行参数监测：每日记录风机进出口压力、流量、电流、轴承温度、振动值等关键参数，建立运行档案。特别注意参数的趋势变化，早期发现异常征兆。

振动监测：采用振动监测仪定期测量轴承座在水平、垂直、轴向三个方向的振动值。振动速度有效值报警值为4.5mm/s，停机值为7.1mm/s。振动频谱分析可帮助判断不平衡、不对中、轴承磨损等故障类型。

润滑油管理：每三个月取样检测润滑油理化指标，包括粘度、水分、酸值、颗粒污染度等。每年或运行4000小时后更换全部润滑油。保持润滑系统清洁，定期清洗或更换滤芯。

4.2 常见故障诊断与处理

振动异常增大：可能原因包括转子积垢不平衡、轴承磨损、联轴器不对中、地脚螺栓松动等。处理步骤：首先检查地脚螺栓和联轴器对中；若无改善，停机检查转子清洁度和平衡状态；最后检查轴承间隙和轴瓦状况。

轴承温度过高：可能原因包括润滑油不足或污染、轴承间隙过小、轴瓦刮研不良、冷却系统故障等。处理步骤：检查油压、油位和油温；检查冷却器工作情况；必要时检查轴承间隙和轴瓦接触情况。

气量或压力不足：可能原因包括进口过滤器堵塞、密封间隙过大、叶轮磨损、转速下降等。处理步骤：检查进口过滤器和管道是否通畅；检查密封间隙；检查电机转速和电压；检查叶轮磨损情况。

4.3 定期大修内容与标准

AII(Nd)724-2.73型风机建议每运行24000小时或四年进行一次全面大修，主要内容包括：

转子组件检修：检查叶轮叶片磨损、腐蚀情况，最大磨损量不超过原厚度的1/3。检查主轴轴颈磨损、表面损伤，磨损量不超过直径公差的50%。转子重新进行动平衡校正。

轴承系统检修：检查轴瓦磨损情况，巴氏合金层最小厚度不小于0.5mm。测量轴承间隙，超过设计值20%时应更换轴瓦。检查轴承座孔圆度和圆柱度，偏差不超过0.02mm。

密封系统更换：所有密封件（迷宫密封齿、碳环密封、油封）在大修时均应更换。检查密封间隙，调整到设计范围。

对中调整：重新检查并调整电机与风机、风机与管道的对中。联轴器对中要求：径向偏差不超过0.05mm，角度偏差不超过0.05mm/m。

性能测试：大修后进行性能测试，验证风机的流量、压力、功率、效率等参数是否恢复到设计值的95%以上。

第五章 工业气体输送特殊考虑

5.1 不同气体介质的输送要求

稀土提纯工艺中涉及多种工业气体，不同气体对风机设计和材料选择有不同要求：

空气：最常用介质，主要考虑空气中可能含有的腐蚀性成分（如SO₂、Cl⁻等）对材料的腐蚀。叶轮和机壳可选用不锈钢或表面防腐处理。

工业烟气：通常含有粉尘、腐蚀性气体和较高温度。需要前置除尘和冷却装置，风机材料需耐高温和腐蚀，密封系统需防止粉尘进入轴承。

二氧化碳(CO₂)：干燥CO₂腐蚀性不强，但潮湿CO₂会形成碳酸，对碳钢有腐蚀作用。输送CO₂的风机应采用不锈钢材料或内防腐处理，密封材料需耐CO₂渗透。

氮气(N₂)、氩气(Ar)：惰性气体，化学性质稳定，主要考虑纯度保持和泄漏防止。密封系统要求高，通常采用双端面机械密封或干气密封。

氧气(O₂)：强氧化性，所有与氧气接触的部件必须严格去油脱脂，防止油脂在高压氧气中自燃。材料选择需考虑氧相容性，避免使用易燃材料。

氢气(H₂)：密度小，易泄漏，渗透性强。输送氢气的风机需特殊密封设计，通常采用迷宫密封加氮气缓冲的组合密封。轴承箱需正压通风，防止氢气积聚。

氦气(He)、氖气(Ne)：稀有气体，价值高，对密封性能要求极高，泄漏率通常要求低于0.1%。采用多级密封系统，并设置泄漏监测和回收装置。

5.2 气体性质对风机性能的影响

气体密度、比热比、压缩性等物理性质直接影响风机的性能参数：

密度影响：风机产生的压升与气体密度成正比。输送轻质气体（如H₂、He）时，相同压升需要的叶轮圆周速度更高，或需要更多级数。AII(Nd)724-2.73型风机输送氢气时，相同转速下的压升仅为输送空气时的约1/14。

比热比影响：比热比（等熵指数）影响压缩过程的温升和功率。输送单原子气体（如He、Ar）时比热比较大，压缩温升较高，需考虑冷却措施。

可压缩性影响：高压比时气体可压缩性显著，性能计算需采用考虑可压缩性的方程式。对于多原子气体，当压比超过1.1时，应考虑可压缩性修正。

性能换算公式：当输送气体与设计气体不同时，需进行性能换算。流量换算公式为实际流量等于设计流量乘以实际气体密度与设计气体密度比值的平方根；压力换算公式为实际压力等于设计压力乘以实际气体密度与设计气体密度比值；功率换算公式为实际功率等于设计功率乘以实际气体密度与设计气体密度比值。

5.3 安全注意事项

爆炸性气体：输送易燃易爆气体（如H₂、含CO的烟气）时，风机需符合防爆要求，电机、仪表选用防爆型，设备接地良好，设置气体泄漏检测和应急停机系统。

毒性气体：输送有毒气体时，密封系统需达到零泄漏或负压收集，操作区域设置气体监测和报警，维修前需充分吹扫和气体检测。

高压气体：输送高压气体时，机壳、管道需按压力容器规范设计和检验，设置安全阀和泄压装置，定期进行无损检测。

氧气专用：氧气风机必须专用，严禁与输送其他气体的风机互换。维修工具专用，维修人员穿着无油工作服，维修现场禁火禁油。

第六章 结语

AII(Nd)724-2.73型单级双支撑加压风机作为轻稀土钕提纯工艺中的关键设备，其设计充分考虑了稀土提纯工艺的特殊要求。从结构设计到材料选择，从性能参数到密封系统，每一个细节都影响着风机的运行效率和可靠性。正确的选型、规范的安装、科学的维护和及时的维修是保证风机长期稳定运行的关键。

随着稀土提纯工艺的不断进步，对风机设备的要求也在不断提高。未来稀土提纯专用风机将朝着更高效率、更智能化、更环保的方向发展。新材料、新密封技术、状态监测与故障预测等新技术的应用，将进一步提升风机在稀土提纯工艺中的性能和可靠性。

风机技术人员需要不断更新知识，深入了解工艺需求，掌握设备特性，才能充分发挥设备潜力，为稀土产业的发展提供可靠保障。对于AII(Nd)724-2.73型风机这样的专用设备，建立完善的设备档案、运行记录和维修历史，积累故障案例和处理经验，是提高设备管理水平的重要途径。