重稀土钬(Ho)提纯专用风机技术解析：以D(Ho)1136-3.5为核心

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重稀土钬(Ho)提纯专用风机技术解析：以D(Ho)1136-3.5为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土钬提纯，离心鼓风机，D(Ho)1136-3.5，风机配件，风机修理，工业气体输送，多级离心风机，稀土矿选矿设备

引言

稀土元素作为现代工业的“维生素”，在新能源、电子信息、国防军工等领域具有不可替代的战略地位。其中，重稀土元素钬(Ho)因其独特的光学、磁学性能，在高性能磁体、光纤通讯和核控制领域应用广泛。钬的提纯是一个复杂而精密的过程，涉及矿石破碎、浮选、萃取、分离、还原等多个环节，而每个环节都对气体输送设备提出了特殊要求。离心鼓风机作为提供气源动力的核心设备，其性能直接关系到提纯效率、产品纯度和生产成本。

针对重稀土钬提纯工艺的特殊性，专门研发了“Ho”系列专用离心鼓风机。该系列风机涵盖了从浮选、加压到高压输送的全流程需求，本文将以其中的高压核心设备:D(Ho)1136-3.5型高速高压多级离心鼓风机为重点，系统阐述其技术原理、型号释义、关键配件及维护修理要点，并对稀土提纯中涉及的工业气体输送风机选型进行综合说明。

第一章重稀土钬提纯工艺对风机的特殊要求

重稀土矿的提纯，尤其是钬的分离，通常采用溶剂萃取法、离子交换法或二者结合。工艺流程中，风机主要应用于以下关键环节：

浮选富集环节：需向浮选槽中鼓入稳定、可控的空气，形成均匀气泡，使稀土矿物选择性附着。此环节要求风机风量稳定、可调，对气泡大小有直接影响。 萃取与反萃环节：需向萃取槽、反萃槽中鼓入惰性气体（如氮气N₂）进行搅拌和气氛保护，防止稀土离子氧化或与二氧化碳反应。要求风机具有优良的气密性和耐腐蚀性。 高温还原环节：制备金属钬时，需在氢气H₂或氩气Ar保护下进行高温钙热还原或电解。输送氢气要求风机具备极高的防爆等级和密封性能；输送高温保护气体则要求风机材料能耐受一定温度。 尾气处理与循环环节：需处理工艺中产生的微量酸性或碱性气体，要求风机过流部件具备相应的耐蚀能力。

因此，钬提纯专用风机并非普通空气鼓风机，而是一系列针对不同工段、不同介质、不同压力需求的定制化、高可靠性产品。

第二章 “Ho”系列专用离心鼓风机概览

为满足上述多元化需求，“Ho”系列形成了完整的产品谱系，各型号分工明确：

“C(Ho)”型系列多级离心鼓风机：适用于中等压力、大风量的流程供气，如为多个并联的萃取槽提供搅拌气源，运行平稳，效率较高。 “CF(Ho)”型与“CJ(Ho)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为浮选工艺优化设计。CF型注重风量调节的宽泛性和线性度，以适应矿石品位和给矿量的变化；CJ型则在节能和气泡微细化方面有特殊设计，以提升浮选选择性和回收率。 “AI(Ho)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于空间受限的场所，进行低至中压的加压或气体循环，如小型反应器的气氛维持。 “S(Ho)”型系列单级高速双支撑加压风机与“AII(Ho)”型系列单级双支撑加压风机：两者均为单级结构，S型采用高速设计，在单级内实现较高的压比，适用于需要较高单级升压的场合；AII型则为传统双支撑结构，坚固耐用，维护方便，是常规加压工段的可靠选择。 “D(Ho)”型系列高速高压多级离心鼓风机：本系列的“高压重器”，采用多级叶轮串联、齿轮箱增速的设计，能实现远高于单级风机的出口压力。它是整个提纯流程中为高压反应、长距离管道输送或穿透高液位料浆提供动力的关键设备。

第三章核心机型深度剖析：D(Ho)1136-3.5型高速高压多级离心鼓风机

3.1 型号释义与技术参数解读

型号 D(Ho)1136-3.5的完整含义如下：

“D”：代表该风机属于“D型系列”，即高速高压多级离心鼓风机。 “(Ho)”：代表该风机专为重稀土钬（Holmium）的提纯工艺设计和优化，在材料选择、密封形式、耐腐蚀处理等方面有其特定配置。 “1136”：代表风机在设计工况下的额定进口体积流量为每分钟1136立方米。这是风机选型的核心参数之一，需根据工艺计算的总用气量，并考虑系统阻力、泄漏及余量后确定。 “-3.5”：代表风机出口的绝对压力为3.5个大气压（即表压约为2.5公斤力/平方厘米）。值得注意的是，根据参考说明，此标注方式默认风机进口压力为1个标准大气压。若进口压力非标，型号中会有进一步表示。

主要设计工况：以输送清洁空气为基准，进口压力1标准大气压，温度20℃，相对湿度50%。当输送其他介质时，其流量、压力、功率需根据气体密度、绝热指数等进行换算。

3.2 结构与工作原理

D(Ho)1136-3.5风机主要由驱动机（通常为防爆电机）、齿轮增速箱、风机主机（含机壳、转子、密封）、润滑系统、控制系统及附属管路组成。

其核心工作原理是：电机驱动齿轮箱的高速轴，将转速提升至数千甚至上万转每分钟。高速轴带动风机转子总成高速旋转。气体从进风口轴向进入，被第一级叶轮吸入并加速，在离心力作用下获得动能和压力能。流出叶轮的气体经扩压器将部分动能转化为压力能后，被导入下一级叶轮的进口。如此经过多级（通常为2-6级）的连续增压，最终在末级扩压器和蜗壳中进一步降速扩压，达到设计压力后从出风口排出。

其关键性能遵循离心式鼓风机的通用理论：风机的压头（压力）与叶轮外圆周速度的平方成正比，与气体密度成正比；流量与叶轮进口面积和气流速度成正比；所需功率与流量、压升的乘积成正比。

3.3 核心配件详解

为确保在高压、可能存在的腐蚀性气氛下长期稳定运行，D(Ho)1136-3.5的关键配件采用了特殊设计和材料：

风机主轴：作为传递扭矩和支撑转子的核心部件，采用高强度合金钢（如42CrMo）锻造，经调质处理获得优异的综合机械性能。所有轴颈、齿轮安装部位均经过精密磨削，保证尺寸精度和表面光洁度，以适配轴承和齿轮。其临界转速经过严格计算，必须远离工作转速，避免共振。 风机转子总成：由主轴、多级叶轮、定距套、平衡盘（如有）及锁紧螺母组成。叶轮是能量转换的“心脏”，根据输送介质不同，可选材为不锈钢（如304、316L）、双相不锈钢或钛合金。叶轮型线经过CFD优化，效率高、工况范围宽。每级叶轮及整个转子在动平衡机上完成高精度动平衡校正（通常达到G2.5或更高等级），以消除振动源。 风机轴承与轴瓦：高速转子通常采用滑动轴承（轴瓦）。其优点是阻尼特性好，承载能力高，运行平稳。轴瓦内衬巴氏合金，具有良好的嵌藏性和顺应性。润滑油在压力下形成稳定的油膜，将转子“浮起”，实现流体摩擦。轴承箱上集成了温度、振动传感器，实时监控运行状态。 密封系统：这是防止介质泄漏和润滑油污染的关键。 级间密封与轴端气封：常采用碳环密封或迷宫密封。碳环密封由多个碳环组成，在弹簧力作用下紧贴轴套，形成多级节流，泄漏量极小，且碳材料具有自润滑、耐高温、适应轻微轴窜的优点，非常适合氢气等贵重或危险介质的密封。油封：位于轴承箱端部，防止润滑油外泄。通常采用复合唇封或机械密封。 轴承箱：是容纳和支持轴承的刚性部件，内部有复杂的油路，确保润滑油能到达每一个润滑点。其结构设计需保证良好的对中性和散热性。 齿轮增速箱：采用高精度硬齿面斜齿轮传动，传动效率高，噪音低。齿轮箱有独立的润滑和冷却系统。其齿轮啮合频率是后期振动故障诊断的重要特征频率之一。

第四章 D(Ho)系列风机及其他“Ho”系列风机的维修与保养

科学规范的维修保养是保障风机长周期安全运行、延长使用寿命的根本。

4.1 日常巡检与维护

振动与温度监测：每日记录轴承箱振动值（速度/位移）和温度、齿轮箱油温、电机轴承温度。任何突然或趋势性增长都需预警。 润滑油系统检查：检查油位、油压、油过滤器压差。定期取样化验润滑油，监测粘度、水分、金属磨粒含量。 密封与泄漏检查：检查气封、油封有无泄漏迹象。 听音检查：用听针或超声波检测仪监听轴承、齿轮啮合内部声音是否正常。

4.2 定期检修

小修（每运行6-12个月）：主要包括更换润滑油和滤芯，检查并紧固所有连接螺栓，检查联轴器对中情况，清洁冷却器。 中修（每运行2-3年或根据状态监测结果）：包括小修全部内容，并开盖检查。重点检查叶轮结垢或腐蚀情况，检查气封、油封磨损间隙，检查齿轮齿面接触情况，检查轴承间隙及巴氏合金表面。根据检查结果更换磨损件。 大修（每运行5-8年或出现性能严重下降时）：近乎全面解体检修。包括： 转子总成的全面检查与再平衡：将整个转子拉出，检查主轴有无裂纹（磁粉探伤），测量叶轮口环、轴颈等关键尺寸。所有叶轮需单独及组装后重新进行动平衡校正。 轴承/轴瓦的更换与刮研：更换新轴瓦，必要时进行现场刮研，确保接触面积和顶隙、侧隙符合标准。 密封系统全面更换：更换所有碳环密封、油封等。 齿轮箱解体检修：检查齿轮齿面点蚀、磨损情况，测量啮合间隙。 机壳、管路探伤与防腐处理。

4.3 常见故障与处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡（需重新平衡）、对中不良（重新对中）、轴承磨损（更换轴承）、地脚松动（紧固）、喘振（调整工况或打开防喘阀）。 轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或变质（补油或换油）、冷却不良（清洗冷却器）、轴承间隙过小（调整或更换）、负载过大（检查系统阻力）。 性能下降（风量、压力不足）：可能原因包括过滤器堵塞（清洗）、密封间隙过大（更换密封）、叶轮腐蚀或积垢严重（清洗或更换）、转速下降（检查电机和传动）。 气体或润滑油泄漏：立即排查密封件，更换失效的碳环、唇封或垫片。

第五章输送各类工业气体的风机选型与应用要点

在钬提纯乃至整个稀土行业中，风机输送的介质远不止空气。针对不同气体，风机选型和设计需特殊考量：

空气：最常用介质。按常规选型，重点考虑湿度（可能结露）和粉尘含量（前置过滤）。 工业烟气：通常温度较高，含腐蚀性成分（如SO₂, Cl⁻）。风机需采用耐热、耐蚀材料（如316L及以上不锈钢），并考虑隔热冷却措施。C(Ho)或AII(Ho)系列经特殊材质升级后可适用。 二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)：均为惰性或弱氧化性气体。重点在于系统的气密性设计，防止泄漏造成气体损失或气氛破坏。密封等级要求高，碳环密封是优选。D(Ho)、S(Ho)系列均适用。 氧气(O₂)：强氧化性，忌油。风机必须进行严格的脱脂处理，所有润滑油路必须与气路绝对隔离，采用无油润滑轴承或确保密封万无一失。材料选择上需避免在高速摩擦下易发生火花的材料。通常需定制特殊防爆和禁油型号。 氢气(H₂)：密度小，易泄漏，爆炸极限宽。对风机气密性要求极高，通常采用干气密封或高性能碳环密封。电机和电器必须为防爆型。由于氢气密度低，达到相同压力所需功耗较空气小，但叶轮级数可能需要调整。D(Ho)系列是输送高压氢气的理想选择。 氦气(He)、氖气(Ne)：贵重惰性气体。首要目标是最大限度减少泄漏损失，对密封形式的选择最为严苛。同时，由于其分子量小，压缩性不同，性能曲线需专门核算。 混合无毒工业气体：需明确各组分比例，计算出混合气体的平均分子量、绝热指数、密度等关键物性参数，作为风机设计和选型的依据。同时需明确是否含有腐蚀性、易凝析成分。

通用选型原则：

介质适应性优先：根据气体性质确定材料、密封和防爆等级。 工况换算：风机样本参数基于空气，选型时必须将实际介质的流量、压力需求换算成“等效空气”工况，或要求制造商按实际气体性能曲线选型。 安全冗余：对于关键工艺环节，考虑备用风机或设计足够的性能余量。 全生命周期成本：综合考虑采购成本、运行能耗和维护费用，高效、可靠、易维护的风机长期经济效益更佳。

结论

重稀土钬的提纯是尖端材料制备的关键一环，其工艺过程对动力气源设备:离心鼓风机提出了苛刻且多样的要求。从浮选鼓风的CF(Ho)/CJ(Ho)，到流程加压的C(Ho)/AII(Ho)，再到高压核心的D(Ho)1136-3.5，“Ho”专用系列风机提供了一个完整、可靠、高效的解决方案。

深入理解如D(Ho)1136-3.5这类核心机型的型号含义、结构原理、配件特性，并实施科学精细的维修保养，是保障生产线稳定运行、降低能耗、提高经济效益的基础。同时，针对氧气、氢气、氩气等特殊工业气体的物理化学特性进行正确的风机选型和配置，是确保工艺安全和产品质量的前提。

随着稀土产业的持续升级和对高纯材料需求的增长，离心鼓风机技术也将朝着更高效率、更高可靠性、更智能监控、更广泛介质适应性的方向发展，继续为国之重器的材料基石提供坚实动力。

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