重稀土铒(Er)提纯风机D(Er)1525-1.24技术解析与应用指南

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铒提纯、离心鼓风机、D(Er)1525-1.24、风机配件、风机修理、工业气体输送、稀土矿选矿

第一章 稀土矿提纯工艺中的离心鼓风机基础概述

1.1 重稀土铒提纯工艺与风机需求特性

重稀土元素铒(Er)作为现代高科技产业的关键材料，广泛应用于光纤通信、核工业、航空航天及永磁材料等领域。其提纯过程涉及复杂的物理化学工艺，其中气力输送、浮选分离和气体保护等环节对离心鼓风机提出了特殊要求。铒矿提纯通常包括矿石破碎、磨矿、浮选、浸出、萃取和焙烧等多道工序，各阶段对气体的压力、流量、纯度和稳定性均有严格指标。

在铒矿浮选阶段，需要特定压力和流量的空气产生合适气泡，实现矿物有效分离；在焙烧和还原工序中，需要惰性气体或特定工业气体创造无氧环境；在物料输送环节，需要稳定气流实现粉末状稀土中间体的气力输送。这些工艺特点决定了稀土提专用风机必须具备高压力稳定性、耐腐蚀性、密封可靠性和流量可调性等特性。

1.2 稀土提纯专用离心鼓风机系列概览

根据重稀土提纯工艺的不同环节需求，开发了多个专用风机系列：

C(Er)型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联设计，每级叶轮均提高气体压力，总压比可达1.3-2.5，适用于中等压力要求的浮选和输送环节。该系列风机效率曲线平坦，能够在较宽流量范围内保持较高效率，特别适合工艺参数波动的稀土选矿环境。

CF(Er)型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对浮选工艺优化设计，注重小流量、中高压力的性能匹配。其进气系统和叶轮流道经过特殊设计，能够产生均匀稳定的微小气泡，显著提高铒矿浮选的选择性和回收率。

CJ(Er)型系列专用浮选离心鼓风机：在CF系列基础上进一步优化，采用可调节进口导叶和高效叶型，能够根据矿石性质和浮选药剂特性精确调节气量气压，实现浮选过程的最优化控制。

D(Er)型系列高速高压多级离心鼓风机：本系列是重稀土提纯高压环节的核心设备，采用高转速设计（通常达10000-30000转/分钟）和多级压缩技术，出口压力可达1.2-3.0个大气压，特别适用于高压气体输送、流化床供气和工艺气体增压等关键工序。D(Er)1525-1.24即属于此系列代表型号。

AI(Er)型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，采用悬臂转子设计，无需联轴器，适用于空间有限的改造项目和中低压气体加压。

S(Er)型系列单级高速双支撑加压风机：高转速单级设计，两端支撑结构确保转子高稳定性，适用于中高压、小流量的气体输送。

AII(Er)型系列单级双支撑加压风机：传统双支撑结构，坚固可靠，维护简便，适用于长期连续运行的基建设备。

1.3 稀土提纯工艺中的工业气体应用

重稀土铒提纯过程涉及多种工业气体的应用，每种气体对风机材料、密封和设计均有特殊要求：

空气：作为最常用的工艺气体，在浮选、气力输送和氧化焙烧中广泛应用。需注意空气中水分和杂质对铒矿品质的影响。

工业烟气：在特定焙烧工艺中采用，需考虑烟气中的腐蚀性成分对风机流道和叶轮的侵蚀，通常需要防腐涂层或特殊材质。

二氧化碳CO₂：作为惰性保护气体用于防止稀土中间体的氧化，其分子量大于空气，对风机功率需求有不同影响。

氮气N₂：高纯度氮气用于创造无氧环境，防止铒化合物在高温下氧化。氮气密度与空气接近，但化学惰性要求更高的密封性能。

氧气O₂：在氧化焙烧工艺中使用，氧气的强氧化性要求风机所有接触部件采用抗氧化材料，并严格消除油脂污染。

稀有气体（氦气He、氖气Ne、氩气Ar）：用于高端铒材料制备的保护气氛，这些气体分子量差异大（氦气最轻，氩气较重），对风机叶轮设计和功率计算有显著影响。

氢气H₂：在还原工艺中使用，氢气的低分子量和高扩散性对风机密封提出极高要求，需采用特殊密封结构和防爆设计。

混合无毒工业气体：根据具体工艺配制的混合气体，其综合物性需在风机选型时精确计算，确保性能匹配。

第二章 D(Er)1525-1.24型高速高压多级离心鼓风机深度解析

2.1 型号命名规则与技术参数详解

D(Er)1525-1.24型号解析遵循稀土提纯专用风机统一编码系统：

该型号风机主要设计参数：

2.2 气动设计与性能特性

D(Er)1525-1.24采用三元流叶轮设计，每级叶轮均经过计算流体动力学优化，确保在重稀土提纯工艺的特定压力范围内保持高效率。三级叶轮采用前向、后向复合叶型，平衡压力提升和效率关系。

流量-压力特性曲线：该型号风机具有较为陡峭的压力-流量曲线，这意味着在流量变化时压力保持相对稳定，这一特性对铒提纯工艺中需要恒定气压的环节尤为重要。当流量从设计值减少30%时，压力上升约8%；流量增加20%时，压力下降约6%。

效率特性：最高效率点位于设计流量的85%-100%范围内，效率曲线相对平坦，在70%-110%设计流量范围内效率下降不超过5个百分点。这一宽高效区特性使风机能够适应稀土提纯工艺中的波动工况。

喘振防护：通过精心设计的扩压器和回流通道，结合进口可调导叶，将喘振边界向左下方移动，确保在实际操作中远离喘振区。当流量低于设计值的65%时，才会进入喘振区，而正常工艺控制中流量很少低于设计值的75%。

2.3 结构设计与材料选择

机壳设计：采用水平剖分式结构，便于内部组件检修。机壳材质为高强度铸铁HT300，内表面涂覆环氧防腐涂层，防止工艺气体中的腐蚀成分侵蚀。进出风口均采用法兰连接，标准法兰规格为PN16（公称压力1.6MPa）。

叶轮组件：三级叶轮均采用高强度铝合金ZL114A铸造，经热处理后抗拉强度≥310MPa。叶轮经动平衡测试，平衡精度达到G2.5级（优于ISO1940标准）。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。

主轴系统：主轴材料为42CrMo合金钢，调质处理后表面硬度HRC28-32，芯部保持较高韧性。主轴经精密磨削，径向跳动≤0.01mm。临界转速计算确保工作转速远离一阶和二阶临界转速，通常工作转速设计在一阶临界转速的75%以下，二阶临界转速的125%以上。

第三章 风机核心配件详解与维护要点

3.1 主轴系统与轴承组件

风机主轴：作为传递动力的核心部件，D(Er)1525-1.24的主轴设计充分考虑了高速旋转下的强度和刚度要求。主轴直径经过临界转速计算和强度校核，确保在14800转/分钟下安全运行。主轴表面进行高频淬火处理，提高耐磨性；轴肩和键槽处采用圆弧过渡，减少应力集中。

风机轴承与轴瓦：该型号采用滑动轴承（轴瓦）而非滚动轴承，原因在于滑动轴承更适合高速重载工况，阻尼特性好，能够吸收转子振动。轴瓦材料为高锡铝合金（Sn-Sb-Cu系列），厚度3-5mm，浇铸在钢背衬上。轴承间隙控制在轴径的0.12%-0.15%之间，过大则振动加剧，过小则易发热烧瓦。每块轴瓦均设温度传感器，监控温度变化。

轴承润滑系统：采用强制循环油润滑，润滑油站包括主辅油泵、冷却器和双联过滤器。润滑油压维持在0.25-0.35MPa，油温控制在38-45℃之间。润滑油定期取样分析，监测粘度变化和金属磨损颗粒。

3.2 转子总成与动平衡

转子总成：包括主轴、三级叶轮、平衡盘、联轴器组件等。组装前每个叶轮单独进行动平衡，组装成转子后再次进行整体动平衡。平衡精度要求：在工作转速下，转子残余不平衡量导致的振动速度≤2.8mm/s（符合ISO10816-3标准）。

平衡盘设计：位于最后一级叶轮后，平衡大部分轴向推力，剩余轴向推力由推力轴承承受。平衡盘与平衡盘密封的间隙控制在0.3-0.5mm，间隙过大会降低平衡效果，过小则易摩擦发热。

3.3 密封系统

气封系统：采用迷宫密封与碳环密封组合设计。迷宫密封位于叶轮进口和级间，通过多重曲折通道增加泄漏阻力，减少内部泄漏。碳环密封位于轴端，由多个碳环组成，每个碳环由三到四个弧段构成，依靠弹簧力抱紧轴颈。碳环材料为浸渍呋喃树脂的石墨，具有良好的自润滑性和耐温性。

油封系统：采用双唇骨架油封与甩油环组合。甩油环随轴旋转，将试图向外泄漏的润滑油甩回轴承箱；双唇油封提供二次密封保障。润滑油泄漏量标准为每24小时不超过5毫升。

碳环密封：作为D系列风机的特色密封，碳环密封由多个独立的碳环组成，每个碳环在弹簧作用下与轴保持均匀接触。碳环内表面开有螺旋槽，当轴旋转时产生泵送效应，将泄漏气体推回机内。碳环磨损后可更换，无需拆卸整个转子。

3.4 轴承箱与润滑系统

轴承箱结构：为铸铁整体铸造，箱体刚度高，减少变形对轴承对中的影响。轴承箱与机壳分离，通过定位销和螺栓连接，允许热膨胀差异。轴承箱内设有挡油板和回油槽，确保润滑油顺畅回流。

润滑系统细节：主油泵由主轴直接驱动，辅助油泵由电机驱动，当油压低于设定值时自动启动。油过滤器精度为25微米，压差超过0.15MPa时需更换滤芯。润滑油冷却器为管壳式，冷却水流量根据油温自动调节。

第四章 风机故障诊断与维修策略

4.1 常见故障诊断

振动异常：振动是风机故障的首要征兆。振动频率分析可判断故障类型：1倍频振幅增大通常指示不平衡；2倍频增大可能为对中不良；0.5倍频可能为油膜振荡；高频成分可能为轴承或齿轮故障。D(Er)1525-1.24的振动报警值为4.5mm/s，停机值为7.1mm/s。

温度异常：轴承温度超过85℃应发出报警，超过95℃应紧急停机。温度升高可能原因包括：润滑油不足或污染、轴承间隙不当、对中不良、过载等。碳环密封处温度通常比环境温度高30-50℃，异常升高可能预示摩擦加剧。

性能下降：流量或压力低于设计值可能原因：密封间隙磨损增大导致内部泄漏；叶轮积垢或腐蚀导致效率下降；进口过滤器堵塞导致进气不足；转速下降等。定期性能测试可及早发现问题。

异响噪音：尖锐啸叫声可能为密封摩擦；周期性撞击声可能为叶片与机壳碰擦；不规则爆裂声可能为喘振前兆。声学分析可辅助故障判断。

4.2 定期维护计划

日常检查：每班记录振动、温度、压力、流量等参数；检查润滑油位和泄漏情况；监听运行声音；检查地脚螺栓紧固情况。

月度维护：清洁进口过滤器；检查联轴器对中；取样分析润滑油品质；检查碳环密封泄漏情况；测试安全保护装置。

季度维护：检查轴承间隙（压铅法测量）；检查叶轮积垢情况；校准所有仪表传感器；检查地脚和连接件紧固力矩。

年度大修：全面解体检查；测量所有磨损部件间隙；检查叶轮有无裂纹（着色探伤或磁粉探伤）；检查主轴直线度和表面状况；更换所有密封件；重新做动平衡；重新对中校准。

4.3 关键部件修复技术

轴瓦修复：当轴瓦巴氏合金层磨损超过原厚度1/3或出现脱壳、裂纹时需修复。修复工艺包括：去除旧合金层→清洗钢背→挂锡处理→浇铸新合金→机加工→刮研。刮研要求接触角60-90°，接触点每平方英寸8-12点。

叶轮修复：叶轮腐蚀或磨损可采用堆焊修复。先彻底清洁表面，预热至150-200℃，采用不锈钢焊条堆焊，焊后缓冷，最后机加工至原尺寸并做动平衡。若叶片出现裂纹，需评估是否可焊补或必须更换。

主轴修复：轴颈磨损可采用电镀或热喷涂修复。磨损量小于0.3mm可采用镀铬修复；磨损量0.3-1.0mm可采用等离子喷涂不锈钢层。修复后需精密磨削至公差范围内。

碳环密封更换：当碳环磨损导致泄漏量超标时需更换。新碳环需在专用夹具上研磨内孔，确保圆度和尺寸精度。安装时注意弹簧压力均匀，各弧段间隙一致。

4.4 维修安全规范

能量隔离：维修前必须切断电源并上锁挂牌，隔离润滑和冷却系统，排放内部气体压力。

起重安全：吊装重物如转子、机壳上盖时，使用合格吊具，吊点需平衡，人员远离吊物下方。

密闭空间作业：进入机壳内部前确保充分通风，检测氧气浓度和有毒气体，设专人监护。

对中校准：使用激光对中仪确保高精度，冷态对中需考虑热膨胀偏移量，通常风机端比电机端高0.10-0.15mm。

第五章 工业气体输送的特殊考虑与选型指南

5.1 不同气体物性对风机设计的影响

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。输送氢气（密度约0.09 kg/m³）时，相同压升所需功率仅为空气的7%；输送氩气（密度约1.78 kg/m³）时，功率约为空气的1.38倍。D(Er)1525-1.24设计时已考虑密度适应范围，但超出范围需重新核算性能。

气体绝热指数影响：绝热指数k影响压缩温升和功率。对于单原子气体（He、Ne、Ar），k=1.67；双原子气体（N₂、O₂、空气），k=1.4；CO₂为三原子气体，k=1.3。压缩温升计算公式为：温升等于进口绝对温度乘以（压比的上标（k-1）/k次方减1）。温升过高可能需增加中间冷却。

气体腐蚀性考虑：工业烟气中含SO₂、NOx等腐蚀成分，需选择耐蚀材料如不锈钢叶轮、机壳内衬防腐层。氧气输送需禁油设计，所有接触表面需脱脂处理。

气体危险性考虑：氢气、氧气等易燃易爆气体需防爆设计和安全措施，如防静电接地、氮气吹扫系统、火焰探测器等。

5.2 重稀土提纯工艺中的风机选型

浮选环节选型：铒矿浮选通常需要稳定的小气泡，要求气压稳定、流量可调。CF(Er)和CJ(Er)系列专为此设计，选型时需根据浮选槽体积、矿石密度、药剂特性确定气量和压力。一般经验：每立方米浮选槽容积需气量0.8-1.2 m³/min，压力1.05-1.15个大气压。

气体保护环节选型：还原炉、焙烧炉需要惰性气体保护，通常选用AII(Er)系列双支撑风机，运行可靠。需根据炉膛体积、换气次数和压力损失计算所需性能。换气次数通常为每小时3-5次，压力需克服管道和炉膛阻力再加10%裕量。

气力输送环节选型：铒矿粉体输送需要较高压力和合适气速。压力需克服管道阻力和提升高度，气速需高于沉积速度但低于磨损速度。对于粒径50-100微米的铒矿粉，推荐气速15-20 m/s，固气比（质量比）3-5。D(Er)系列适合高压输送需求。

工艺气体增压选型：外购气体压力不足时需要增压，根据入口压力、出口压力和流量选型。注意入口压力影响风机实际流量，流量与绝对压力成反比。

5.3 D(Er)1525-1.24在不同气体中的应用调整

输送空气：为标准工况，直接按设计参数运行，注意空气湿度影响，高湿度可能导致内部冷凝和腐蚀。

输送氮气/氩气：密度接近空气，性能接近设计点，但需检查密封适应性，防止泄漏造成气体损失和保护气氛破坏。

输送氢气：需显著降低功率设置，检查所有密封的氢气渗透性，电气系统需防爆设计，设置泄漏检测和紧急排放系统。

输送氧气：需彻底脱脂清洁，更换为氧气专用润滑油，所有非金属件需评估与氧气的相容性，防止火灾风险。

输送二氧化碳：注意可能的冷凝问题，特别是冬季或压力较高时，需考虑气体加热或机壳保温。

输送混合气体：按混合气体平均分子量和绝热指数计算性能曲线，重点考虑各组分的腐蚀性和危险性，按最严苛组分确定材料和安全措施。

5.4 系统集成与智能控制

变频控制：稀土提纯工艺参数常需调整，变频驱动可灵活调节流量压力，节能效果显著。D(Er)1525-1.24配变频器时，需注意低速下的冷却和润滑，防止轴承油膜形成不足。

智能监控系统：集成振动、温度、压力、流量等多参数监测，通过大数据分析预测故障。智能系统可识别喘振前兆并自动调整，维持稳定运行。

远程维护支持：5G技术使得专家可远程诊断风机问题，指导现场维修，减少停机时间。数字孪生技术建立风机虚拟模型，模拟各种工况和故障，优化运行策略。

第六章 结论与展望

重稀土铒提纯工艺的复杂性和高要求推动了专用离心鼓风机的技术发展。D(Er)1525-1.24作为高速高压多级离心鼓风机的代表，通过优化的气动设计、可靠的密封系统和精密的制造工艺，满足了铒提纯工艺对气体输送设备的严格要求。

未来，随着稀土提纯技术向更高效、更环保、更智能的方向发展，离心鼓风机技术也将持续创新。材料科学的进步将带来更耐腐蚀、更轻质的叶轮材料；智能传感器和物联网技术将使状态监测和预测性维护更加精准；气动设计的进一步优化将提升效率和扩大稳定工作范围。

对于风机技术人员而言，深入理解设备原理、掌握维护技能、熟悉工艺需求，是确保重稀土提纯生产线稳定高效运行的关键。随着中国稀土产业的持续发展，专用风机技术必将迎来更广阔的应用前景和技术突破。