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重稀土钪(Sc)提纯专用离心鼓风机技术详解:以D(Sc)1425-2.14型风机为核心

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:重稀土钪提纯、离心鼓风机、D(Sc)1425-2.14、风机配件、风机修理、工业气体输送、多级离心鼓风机、钪提纯专用设备

引言

在稀土矿,尤其是重稀土元素钪(Sc)的湿法冶金提纯工艺中,离心鼓风机扮演着至关重要的角色。从矿浆浮选、溶液搅拌曝气、到各类工业气体的输送与加压,稳定、高效、耐用的鼓风设备是保障连续生产、提高回收率与产品纯度的关键。针对钪提纯工艺中腐蚀性介质、高压需求及特定气体环境,发展出了专门的“Sc”系列风机。本文将以重稀土钪(Sc)提纯专用风机的核心型号之一:D(Sc)1425-2.14为例,系统阐述其技术基础,并对风机关键配件、常见修理要点以及输送不同工业气体的适应性进行深入说明。

第一章 钪提纯工艺与专用风机系列概述

钪的提纯通常涉及焙烧、酸浸、萃取、沉淀、煅烧等多个单元操作,过程中需要大量气体参与。例如,浮选工序需要空气产生气泡;氧化、还原或保护气氛需要氧气、氢气或惰性气体;干燥煅烧需要热风。这些工艺对风机的压力、流量、气体兼容性及密封性提出了苛刻要求。

为此,行业开发了覆盖全流程的专用风机系列:

“C(Sc)”型系列多级离心鼓风机:适用于中等流量、较高压力的稳定气源供应,如向反应釜提供氧化空气。 “CF(Sc)”型与“CJ(Sc)”型系列专用浮选离心鼓风机:专为浮选工况优化,注重流量调节范围与运行稳定性,确保矿浆气泡均匀细腻。 “D(Sc)”型系列高速高压多级离心鼓风机:本文重点,采用高转速设计,满足流程中最高压力段的需求,如高压反吹、深度氧化或长距离气体输送。 “AI(Sc)”、“S(Sc)”、“AII(Sc)”型系列单级加压风机:分别对应悬臂、高速双支撑、常规双支撑结构,适用于流量较大、压力相对较低的补气、搅拌及循环场景。

所有“Sc”系列风机在材料选择(如过流部件采用不锈钢、双相钢等耐蚀材料)、密封形式(针对有毒、贵重或危险气体)及结构设计上,均进行了针对重稀土湿法冶金腐蚀性和工艺特殊性的强化。

第二章 核心型号:D(Sc)1425-2.14型高速高压多级离心鼓风机详解

D(Sc)1425-2.14是一款典型的重稀土钪(Sc)提纯专用风机,其型号解读如下:

“D”:代表D系列高速高压多级离心鼓风机。 “(Sc)”:指明该风机为钪提纯工艺专用设计。 “1425”:表示风机在标准进气状态下的额定体积流量为每分钟1425立方米。 “-2.14”:表示风机出口的绝对压力为2.14个大气压(即表压约为1.14公斤力/平方厘米)。根据命名规则,若无“/”符号分隔进口压力,则默认进口压力为1个标准大气压。

技术特点与工作机理:
该风机属于多级离心式。其核心原理是通过高速旋转的叶轮对气体做功,将机械能转化为气体的压力能与动能。气体依次通过多个串联的叶轮和导叶(扩压器),每经过一级,压力得到一次提升,最终在末级出口获得高压。

高速性:通常采用增速齿轮箱驱动,主轴转速可达每分钟数千至上万转,这是实现单台设备高增压比的关键。 高压性:多级结构(通常为2-6级或更多)允许气体被逐级压缩,最终出口压力显著高于单级风机。2.14个绝对大气压的输出足以克服工艺流程中高液位、密集管路及精密过滤装置带来的巨大阻力。 特性曲线:其性能可用“压力-流量曲线”描述。在固定转速下,随着流量增加,出口压力逐渐下降;同时有“功率-流量曲线”和“效率-流量曲线”。最佳工作点位于效率曲线峰值区域附近,此时运行最经济。 相似定律应用:当工况需求变化时,可根据风机相似定律进行换算。流量与转速成正比;压力与转速的平方成正比;轴功率与转速的立方成正比。这为变频调速节能改造提供了理论依据。

在钪提纯中,D(Sc)1425-2.14常被用于:

高压浸出或高压反应:向加压反应器提供富氧空气或其它反应气体。 气体循环:在封闭系统中(如氢气还原),循环压缩工艺气体。 尾气处理系统:为尾气吸收塔或洗涤塔提供高压输送气源。

第三章 风机关键配件系统解析

为确保D(Sc)1425-2.14这类高性能风机可靠运行,其核心配件必须满足高标准要求:

风机主轴:作为传递扭矩、支撑转子的核心部件,采用高强度合金钢(如42CrMo)锻造,经调质处理和精密加工,具有极高的强度、刚性和疲劳抗力。其临界转速必须远高于工作转速,以避免共振。 风机转子总成:由主轴、多级叶轮、平衡盘(或鼓)、轴套等组件构成。叶轮是关键增压元件,通常采用不锈钢焊接或精密铸造而成,并经动平衡校正至G2.5或更高等级,确保高速下平稳运行。转子动力学设计至关重要,需避免在运行转速范围内出现有害的横向振动模态。 轴承与轴瓦:高速风机常采用滑动轴承(轴瓦)。轴瓦材料多为巴氏合金,具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。润滑油在轴与瓦之间形成动压油膜,实现液体摩擦。需监控供油压力、温度和油质,确保油膜稳定。 密封系统:这是防止气体泄漏、维持工艺纯净和安全生产的核心。 气封与迷宫密封:位于机壳两端和级间,利用多道齿隙形成节流效应,减少内部气体窜漏。 碳环密封:一种接触式干气密封,由多个碳环组成,在弹簧力作用下与轴保持紧密接触,有效封堵有毒、贵重或危险气体(如氢气、氦气)的外泄。是Sc系列风机处理特殊气体的关键配置。 油封:主要用于轴承箱两端,防止润滑油外漏和外部杂质进入。 轴承箱:容纳主轴轴承、提供润滑油路和冷却腔室的铸件。要求刚性足、散热好,确保轴承工作环境稳定。

第四章 风机常见故障分析与修理要点

重稀土钪(Sc)提纯专用风机的维护修理,需结合其工艺特点(可能接触腐蚀性介质)进行。

振动超标原因:转子动平衡破坏(结垢、腐蚀不均、零件松动);对中不良;轴承磨损;基础松动;进入喘振区运行。 修理:停机检查,重新进行现场动平衡;校正电机与风机、齿轮箱与风机间的同心度;更换轴瓦;紧固地脚螺栓;调整操作点,远离喘振区(最小流量限)。 轴承温度过高原因:润滑油品质劣化、油量不足;冷却水不畅;轴瓦间隙不当;负荷过大。 修理:更换合格润滑油,检查油路;清理冷却器;检测并调整轴瓦间隙;检查系统阻力是否异常。 压力或流量不足原因:过滤器堵塞,进气不足;密封间隙(尤其是叶轮口圈密封、级间密封)因磨损过大,内泄漏严重;转速下降(皮带打滑、变频器问题);工艺系统泄漏。 修理:清洗或更换滤芯;解体测量并更换磨损的密封件(迷宫齿、碳环);检查驱动系统;排查工艺管道。 气体泄漏原因:轴端密封(特别是碳环密封)磨损或弹簧失效;密封气系统压力不稳。 修理:停机更换碳环密封组件;检查并调整密封气供给系统,确保其压力高于被密封气体压力。 特殊腐蚀问题: 对于输送含酸雾、碱性气溶胶等腐蚀性气体的风机,需定期检查叶轮、机壳流道的腐蚀减薄情况,及时修补或更换耐蚀性能下降的部件。

大修流程通常包括:停机隔离置换→解体→清洗检查→测量记录(间隙、形位公差)→更换损坏件→回装→对中校正→单机试车→联动试车。务必使用原厂或符合规格的配件,尤其是专用密封件。

第五章 输送各类工业气体的风机技术要点

重稀土钪(Sc)提纯专用风机系列设计时已考虑气体物性的差异,选型和应用时需特别关注:

气体密度影响:风机产生的压力与气体密度成正比。输送密度小于空气的气体(如氢气H₂、氦气He),在相同转速和体积流量下,出口压力会显著降低,所需轴功率也变小。反之,输送密度大的气体(如二氧化碳CO₂),压力和功率会增大。选型时必须进行密度换算,并校核电机功率。 腐蚀性气体:如工业烟气(含SOx、NOx)、氧气O₂(高纯氧加速氧化)。须选用更高等级的耐腐蚀材料(如316L、哈氏合金),并对润滑油路进行严格密封隔离,防止气体侵入。 危险气体:如氢气H₂(易爆)、氧气O₂(助燃)。风机设计需遵循防爆标准,采用防爆电机,彻底消除火花可能。密封必须极其可靠,碳环密封或更高级别的干气密封是常见选择。启动前需用惰性气体(如氮气N₂、氩气Ar)彻底置换。 惰性气体:如氮气N₂、氖气Ne、氩气Ar。性质稳定,重点在于保障其纯度,防止泄漏浪费和空气渗入污染。密封性要求高。 气体湿度与洁净度:湿气体可能凝结造成腐蚀或水击,需前置分离器。粉尘会磨损叶轮和密封,必须高效过滤。 喘振控制:所有离心风机在低流量、高压比工况下都会发生喘振,即气流周期性剧烈振荡,危害极大。对于输送贵重或危险气体的风机,必须设置可靠的反喘振控制回路(如放空阀、回流阀),确保运行点始终位于稳定工况区。

结语

D(Sc)1425-2.14型风机作为重稀土钪(Sc)提纯专用风机中的高压主力机型,其高效稳定的运行是钪冶炼生产线顺畅与否的命脉。深入理解其型号含义、工作原理、配件系统及维护修理要点,并掌握其输送不同工业气体时的技术特殊性,对于设备管理人员、工艺工程师乃至企业保障安全生产、提升技术经济指标都具有重要意义。随着钪在高科技领域应用不断拓展,对提纯装备的精细化、智能化要求也将日益提高,未来专用风机技术必将向着更高效率、更高可靠性、更智能调控的方向持续演进。

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