重稀土钬(Ho)提纯专用离心鼓风机技术详解:以D(Ho)172-2.91型高速高压多级离心鼓风机为例

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土钬提纯专用风机、D(Ho)172-2.91型离心鼓风机、稀土矿提纯工艺、离心鼓风机配件、风机维修技术、工业气体输送、多级离心鼓风机

第一章 稀土矿提纯工艺中离心鼓风机的关键作用

稀土元素作为现代高科技产业不可或缺的战略资源，其提纯工艺对设备提出了极为苛刻的要求。在重稀土钬(Ho)的提纯过程中，离心鼓风机承担着气体输送、气氛控制、物料分离等核心功能，直接关系到提纯效率、产品纯度和生产成本。重稀土钬的物理化学性质特殊，其氧化物在高温下具有不稳定性，且提纯过程中涉及多种腐蚀性、易燃易爆气体的处理，这对风机的材质选择、密封性能、运行稳定性提出了高于常规工业应用的严苛标准。

稀土矿提纯通常包含破碎、研磨、浮选、焙烧、浸出、萃取、还原等多个工序，每个环节都需要特定类型的气体输送设备。C(Ho)型系列多级离心鼓风机适用于中等压力的气体输送，CF(Ho)型系列专用浮选离心鼓风机针对浮选工艺优化设计，CJ(Ho)型系列则针对特殊浮选工况进行了改良，而D(Ho)型系列高速高压多级离心鼓风机则主要用于需要高压气体输送的关键环节，如焙烧炉供气、气氛控制等。此外，AI(Ho)型单级悬臂加压风机、S(Ho)型单级高速双支撑加压风机和AII(Ho)型单级双支撑加压风机则分别适用于不同压力、流量和空间限制的工艺环节。

在重稀土钬的提纯过程中，离心鼓风机必须能够稳定输送包括空气、工业烟气、二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氧气(O₂)、氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氢气(H₂)以及多种混合无毒工业气体在内的多种介质。这些气体的物理性质差异巨大，如氢气的低密度、高扩散性，氧气的强氧化性，以及工业烟气的腐蚀性，都需要风机在设计阶段就充分考虑适应性。

第二章 D(Ho)172-2.91型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号解析与技术参数

D(Ho)172-2.91型风机是专为重稀土钬提纯工艺设计的高速高压多级离心鼓风机。其型号解析如下：字母“D”代表该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机，专为高压气体输送设计；“(Ho)”表示该风机针对重稀土钬提纯工艺进行了特殊设计和优化；“172”表示风机额定流量为每分钟172立方米，此流量参数是根据钬提纯工艺中气体循环量精确计算得出的优化值；“-2.91”表示风机出口压力为2.91个大气压（表压），此压力值可满足提纯过程中对气体穿透力和输送距离的要求；型号中没有“/”符号，表示风机进口压力为标准大气压（1个大气压，绝对压力）。

技术参数方面，D(Ho)172-2.91型风机通常采用四级或五级叶轮串联设计，转速可达12000-18000转/分钟，具体取决于电机配置和传动方式。电机功率一般在110-160千瓦之间，采用防爆设计以满足危险区域使用要求。风机效率可达到82%-86%，通过优化叶型设计和减少内部流动损失实现。工作温度范围通常在-20℃至150℃之间，特殊设计的版本可扩展至200℃以适应高温工艺环节。

2.2 结构特点与材料选择

D(Ho)172-2.91型风机的结构设计充分考虑了重稀土钬提纯工艺的特殊性。机壳采用高强度铸铁或球墨铸铁制造，重要型号甚至采用不锈钢或特种合金钢以增强耐腐蚀性。由于提纯过程中可能接触到酸性或碱性气体，与介质接触的表面通常会进行防腐处理或采用耐腐蚀材料内衬。

叶轮作为核心部件，采用高强度铝合金、钛合金或特殊不锈钢制造，经过精密动平衡测试，残余不平衡量控制在G2.5级以内。叶型采用后弯式设计，在保证高压比的同时维持较高的效率。叶片表面进行抛光处理以减少气体摩擦损失和积灰可能性。

主轴系统采用高强度合金钢制造，经过调质处理和表面硬化，确保在高转速下具有足够的刚性和疲劳强度。轴承配置采用可倾瓦滑动轴承与角接触球轴承的组合设计，既保证了高速稳定性，又提供了足够的轴向承载能力。

密封系统是D(Ho)172-2.91型风机的设计重点，采用多级密封组合：在轴端采用碳环密封作为主密封，中间设置迷宫密封作为辅助，最外侧设置油封防止润滑油泄漏。对于输送氢气的特殊工况，还会增加干气密封作为额外防护。所有密封件都采用耐高温、耐腐蚀的特殊材料制造。

2.3 在重稀土钬提纯中的具体应用

在重稀土钬的提纯工艺流程中，D(Ho)172-2.91型风机主要应用于三个关键环节：

一是焙烧工序的气体供应。钬的化合物在高温焙烧时需要严格控制炉内气氛，风机提供稳定、精确的氧气或氮气流，确保氧化还原反应按预期进行。此时风机需连续运行数百小时，对稳定性和可靠性要求极高。

二是浸出工序的气体搅拌。在湿法冶金阶段，通过风机向浸出槽底部通入压缩气体，形成气泡搅拌液体，加速化学反应速率。此时风机需克服液柱压力，保持稳定的气泡尺寸和分布。

三是萃取分离工序的气体保护。在溶剂萃取过程中，为防止空气中二氧化碳等杂质影响萃取效率，需用高纯度氮气或氩气保护萃取槽表面。风机提供稳定的保护气流，形成气体屏障。

在这些应用中，D(Ho)172-2.91型风机的精确流量控制和压力稳定性直接关系到钬产品的纯度和收率。为此，风机配备了高精度传感器和智能控制系统，可根据工艺参数实时调整运行状态。

第三章 风机核心配件详解

3.1 主轴与轴承系统

主轴是离心鼓风机传递动力的核心部件，D(Ho)172-2.91型风机的主轴采用42CrMoA或类似等级的高强度合金钢制造，经过调质处理使硬度达到HB240-280，表面进行高频淬火或氮化处理，增加耐磨性。主轴的设计充分考虑临界转速的避开，工作转速通常设计在一阶临界转速的70%以下，确保运行平稳。

轴承系统采用滑动轴承与滚动轴承的组合设计。径向轴承为可倾瓦滑动轴承，由4-6块巴氏合金瓦块组成，每个瓦块可独立摆动，形成最佳油膜。这种设计具有良好的抗振性和稳定性，特别适合高速旋转机械。推力轴承采用双面角接触球轴承或多块式金斯伯雷推力轴承，承受转子的轴向力。

轴瓦材料选择锡基巴氏合金（ZSnSb11Cu6），这种材料具有优异的嵌入性和顺应性，当有微量杂质进入轴承时，可嵌入合金中，避免划伤轴颈。轴承间隙控制在轴颈直径的千分之1.2到1.5之间，通过精密刮研保证接触面积达到85%以上。

3.2 转子总成与动平衡

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。D(Ho)172-2.91型风机的转子采用多级叶轮串联设计，每个叶轮与主轴采用过盈配合加键连接，确保扭矩传递可靠。叶轮间设置隔套，精确控制各级之间的轴向距离。

动平衡是保证风机平稳运行的关键工序。转子总成首先进行单件平衡，每个叶轮单独做动平衡，剩余不平衡量控制在G2.5级以内。然后进行组件平衡，将各级叶轮装配到主轴上后，整体做高速动平衡。平衡转速通常为工作转速的1.2倍，确保在工作转速范围内振动值达标。最终平衡精度要求达到G1.0级，即在转子重心处，每公斤质量允许的不平衡量小于1克·毫米。

3.3 密封系统

密封系统对于防止气体泄漏和外部杂质进入至关重要，特别是输送氢气和氦气等小分子气体时。D(Ho)172-2.91型风机采用多级复合密封设计：

碳环密封作为主密封，由多个碳环串联组成，每个碳环内径比轴颈略小，依靠自身弹力抱紧轴颈。碳材料选择浸渍金属或树脂的高强度石墨，具有良好的自润滑性和耐高温性。多个碳环串联形成曲折的密封路径，极大地增加了泄漏阻力。

迷宫密封作为辅助密封，由一系列环形齿和腔室交替组成，气体通过狭窄间隙时产生多次膨胀和收缩，消耗能量降低压力。迷宫密封不接触轴颈，无磨损，寿命长，但单独使用密封效果有限。

油封用于轴承箱的密封，防止润滑油泄漏。采用氟橡胶或聚四氟乙烯材料，耐高温和耐化学腐蚀。对于特殊工况，还会增加干气密封，通过注入高压惰性气体形成气体屏障，实现零泄漏。

3.4 轴承箱与润滑系统

轴承箱是支撑转子并容纳轴承的关键部件，采用高强度铸铁制造，内部设计有合理的油路和储油腔。轴承箱与机壳之间设置隔热层，减少热传导。轴承箱盖上设有观察窗和测温测振接口，便于监控运行状态。

润滑系统采用强制循环油润滑，由主油泵、备用油泵、油冷却器、滤油器和油箱组成。润滑油选择ISO VG32或VG46透平油，具有优异的抗氧化性和抗乳化性。油压通常控制在0.15-0.25兆帕之间，油温控制在40-50℃。系统设有低压和低油温保护，当油压低于0.08兆帕或油温高于65℃时自动报警，高于70℃时联锁停机。

第四章 风机维护与故障处理

4.1 日常维护要点

D(Ho)172-2.91型风机的日常维护是保证长期稳定运行的基础，主要包括以下内容：

每日检查项目：振动值监测，使用振动仪测量轴承座三个方向的振动速度，正常值应小于4.5毫米/秒；温度监测，轴承温度应低于75℃，润滑油温应低于65℃；压力监测，油压应保持在规定范围内，进出口压差不应超过设计值的10%；泄漏检查，检查所有密封点是否有气体或润滑油泄漏。

每周检查项目：润滑油品质检查，取样检测润滑油的粘度、水分和污染度；紧固件检查，检查地脚螺栓、轴承盖螺栓等关键紧固件是否松动；联轴器检查，检查对中情况和膜片或弹性块磨损情况。

每月检查项目：过滤器清洗，清洗或更换进气过滤器和油过滤器；密封检查，检查碳环密封的磨损情况，测量径向间隙；基础检查，检查混凝土基础是否有裂纹或沉降。

4.2 常见故障诊断与处理

振动异常是离心鼓风机最常见的故障现象，原因多样：转子不平衡表现为振动频率与转速一致，频谱中1倍频占主导，需重新做动平衡；不对中表现为轴向振动大，频谱中有明显的2倍频成分，需重新对中；轴承损坏表现为振动频谱中有高频成分，伴随冲击信号，需更换轴承；共振表现为在特定转速下振动急剧增大，需修改支撑刚度或避开该转速区域。

温度异常也是常见故障：轴承温度高可能是润滑油不足、油质劣化、轴承间隙过小或负荷过大；润滑油温度高可能是冷却器堵塞、冷却水量不足或环境温度过高；机壳温度局部过高可能是内部摩擦或气体压缩比异常。

性能下降表现为风量或风压不足：进气过滤器堵塞会使进气阻力增加，风量下降；叶轮磨损或积灰会使效率降低；密封磨损严重会使内部泄漏增加；转速下降可能是传动问题或电机故障。

4.3 大修流程与标准

D(Ho)172-2.91型风机的大修周期通常为2-3年或运行20000-30000小时，主要内容包括：

拆卸检查：按照顺序拆卸联轴器、轴承箱、密封、转子等部件，检查各部件磨损情况。测量主轴直线度，全长弯曲应小于0.02毫米；测量轴颈圆度和圆柱度，应小于直径公差的一半；检查叶轮叶片磨损，最大磨损量不应超过原厚度的1/3。

部件修复与更换：磨损的轴颈可通过喷涂或电镀修复；叶轮轻微磨损可打磨修复，严重磨损需更换；碳环密封和油封必须全部更换；轴承根据磨损情况决定是否更换，巴氏合金层厚度小于1毫米时应重新浇铸。

装配调整：按逆序装配各部件，确保清洁度。轴承间隙调整是关键，径向间隙按轴颈直径的千分之1.2-1.5控制，轴向间隙按0.20-0.30毫米控制。转子与机壳的对中要精确，径向偏差小于0.05毫米，轴向偏差小于0.10毫米。

试车验收：大修后需进行空载试车和负载试车。空载试车逐步升速至额定转速，检查振动、温度、噪声等指标。负载试车逐步增加负荷至额定值，运行4-8小时，各项参数稳定达标方可验收。

第五章 工业气体输送的特殊考虑

5.1 不同气体的特性与风机适配

重稀土钬提纯过程中涉及多种工业气体，每种气体都有独特的物理化学性质，需要风机进行相应适配：

氧气输送时需特别注意禁油处理，所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂，采用铜基合金或不锈钢材料，避免使用含碳材料。密封系统需特殊设计，防止润滑油进入气流。风机内部流速需严格控制，避免局部过热引发危险。

氢气输送的挑战在于其低分子量和高扩散性。需增加密封级数，采用迷宫密封与干气密封组合。材料选择要避免氢脆现象，采用奥氏体不锈钢或低强度钢。由于氢气密度低，相同流量下所需功率较小，但压缩温升较高，需加强冷却。

腐蚀性气体如工业烟气、酸性气体输送时，需采用耐腐蚀材料，如316L不锈钢、哈氏合金或内衬聚四氟乙烯。密封材料选择耐化学腐蚀的氟橡胶或全氟醚橡胶。结构设计避免死角，防止腐蚀物积聚。

惰性气体如氦气、氩气输送时，主要考虑其高价值特性，要求泄漏率极低。密封系统需特别加强，通常采用三级机械密封加停车密封的组合。轴承箱与机壳间设置隔离气，确保零泄漏。

5.2 气体混合输送的注意事项

在钬提纯的某些环节，需要输送混合气体，这增加了风机的设计复杂性：

混合气体的压缩性因子需精确计算，特别是非理想气体混合物。通过状态方程计算实际压缩系数，修正性能曲线。不同组分的分压需考虑，避免在操作条件下出现冷凝。

材料相容性需全面评估，混合气体可能产生单一气体不存在的问题。如氧气与油蒸气的混合物易燃，氢气与空气混合物爆炸范围宽。需进行危险与可操作性分析，确定安全操作区间。

密封材料选择更复杂，需耐受所有组分的气体。通常选择聚四氟乙烯或全氟醚橡胶等广谱耐化学材料。润滑剂选择也需谨慎，避免与任何气体组分反应。

5.3 安全防护措施

工业气体输送的安全至关重要，D(Ho)172-2.91型风机配备多重安全防护：

防爆设计：电机、仪表、接线盒等采用相应防爆等级，通常要求达到Ex d IIB T4或更高。所有可能产生火花的部件都进行隔离或防护。

泄漏监测：在密封腔、轴承箱等关键部位设置气体泄漏探测器，实时监测泄漏情况。氧气环境设置氧浓度监测，防止富氧危险；氢气环境设置氢浓度监测，防止达到爆炸下限。

超压保护：出口管道设置安全阀或爆破片，防止系统超压。进口设置压力开关，防止负压过大造成设备损坏。

紧急停车系统：当监测到振动超标、温度超标、泄漏超标等异常情况时，自动触发紧急停车程序。系统保持惰性气体吹扫，防止停车后危险气体积聚。

第六章 风机选型与工艺适配

6.1 选型参数确定

为重稀土钬提纯工艺选择合适的风机型号，需综合考虑多个参数：

流量确定基于工艺气体需求量，考虑反应化学计量、物料平衡和设备填充率。通常增加10%-20%的安全系数，但不宜过大，以免低负荷运行时效率过低或喘振。

压力确定基于系统阻力，包括管道摩擦损失、设备压降、液柱高度和出口背压。通过阻力计算确定所需全压，再考虑10%-15%的余量。

气体性质需详细分析，包括分子量、比热比、压缩性因子、露点温度、腐蚀性等。这些参数影响风机的功率、材料选择和密封设计。

安装环境也需考虑，如海拔高度影响空气密度，环境温度影响冷却效果，湿度影响气体性质和腐蚀速率。

6.2 系列风机对比选择

针对重稀土钬提纯的不同环节，需选择不同系列的风机：

对于浮选工序的低压大风量需求，选择CF(Ho)型或CJ(Ho)型浮选专用离心鼓风机，其特点是流量大、压力低、效率高，专门为浮选槽充气优化设计。

对于中等压力的气体输送，如浸出工序的气体搅拌，选择C(Ho)型多级离心鼓风机，其压力范围适中，效率曲线平坦，适应流量波动。

对于高压需求，如焙烧炉供气、气体循环等，选择D(Ho)型高速高压多级离心鼓风机，其压力可达3-5个大气压，采用高速设计减小体积，适用于空间受限的场合。

对于空间特别受限或安装条件特殊的场合，可选择AI(Ho)型单级悬臂加压风机，其结构紧凑，安装方便；S(Ho)型单级高速双支撑加压风机则适用于高转速、高负荷工况；AII(Ho)型单级双支撑加压风机则兼顾稳定性和维护便利性。

6.3 系统集成与优化

风机在稀土提纯工艺中不是孤立设备，需要与前后工艺设备良好集成：

与压缩气体净化设备的集成：风机前通常设置过滤器除去固体颗粒，对于特殊气体还需设置干燥器、吸附塔等净化设备。需考虑这些设备的阻力对风机性能的影响。

与反应设备的匹配：风机性能曲线需与反应设备阻力曲线良好匹配，确保在整个操作范围内稳定运行。特别是对于非线性阻力的设备，需进行动态模拟分析。

控制系统集成：风机控制系统需与工艺DCS系统无缝集成，实现远程监控、自动调节和故障诊断。智能控制算法可根据工艺参数自动优化风机运行状态。

结语

重稀土钬提纯专用离心鼓风机作为稀土冶金工业的核心装备，其技术水平直接关系到我国稀土产业的竞争力和可持续发展能力。D(Ho)172-2.91型高速高压多级离心鼓风机凭借其精密的设计、可靠的性能和专业的适配性，为重稀土钬的高效提纯提供了坚实保障。随着稀土提纯工艺的不断进步和环保要求的日益严格，离心鼓风机技术也将持续创新，向着更高效率、更智能控制、更长寿命和更少维护的方向发展。风机技术人员需要不断更新知识，深入理解工艺需求，掌握先进维修技术，才能确保设备始终处于最佳运行状态，为我国的稀土战略资源保障贡献力量。

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