1.前言
我國水泥回轉(zhuǎn)窯裝備日益向大型化方向發(fā)展。從上世紀末到現(xiàn)在的短短十幾年，我國的水泥回轉(zhuǎn)窯從2500T/D迅速發(fā)展到5000T/D，進而發(fā)展到10000T/D，甚至12000T/D。設備大型化，對設備部件的可靠性提出了更加嚴格的要求，因為設備越大，故障停窯造成的損失也越大。
回轉(zhuǎn)窯上的托輪瓦是回轉(zhuǎn)窯的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)上是采用銅合金制造。其主要缺點是容易翻瓦、抱軸、拉絲，不耐磨，壽命短，特別是銅瓦抱軸，維修和更換麻煩；銅瓦造價高昂。沈陽宇航金屬材料研究所率先把高強韌鋅基合金ZA303制造成托輪瓦，應用于水泥回轉(zhuǎn)窯。其生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)窯托輪瓦以不拉絲、不抱軸、不翻瓦、壽命長、重量輕、易更換的特點而著稱，深受用戶的歡迎，已經(jīng)在在全國不少大水泥廠2500T/D、5000T/D的窯型上得到廣泛應用。但是，在萬噸水泥回轉(zhuǎn)窯上的應用，我國尚無先例。本所通過科學研究，依靠長期經(jīng)驗和技術(shù)積累、技術(shù)開發(fā)研制出ZA303合金襯瓦，并成功應用于五條10000tT/D回轉(zhuǎn)窯，一條7500 T/D生產(chǎn)線。
2.回轉(zhuǎn)窯概況
2.1中國沈陽北方重工（原沈陽重型）制造：φ5.3米×165米大型回轉(zhuǎn)窯，2條，四檔支撐，二三檔托輪瓦輪廓尺寸為：φ640×850mm；一四檔托輪瓦輪廓尺寸為φ730×940mm。該窯被業(yè)內(nèi)人士稱為“亞洲窯霸”。
2.2中國有色集團沈陽冶金機械制造：φ5.5米×115米大型回轉(zhuǎn)窯，2條，二、三檔托輪瓦輪廓尺寸為：φ850×1060mm；一四檔托輪瓦輪廓尺寸為φ760×950mm。沈冶機械承擔的這種用于紅土型鎳礦干燥和還原的大型回轉(zhuǎn)窯，之前只有美國、德國能夠制造，在我國尚無設計制造先例，因此該窯也被業(yè)內(nèi)人士譽為“亞洲窯霸”。出口緬甸。?
2.3天津院設計:產(chǎn)能 7500T/D，三檔支撐，一三檔托輪瓦輪廓尺寸為：φ730×865mm； 二檔托輪瓦輪廓尺寸為：φ830×970mm。
2.4泰國12000T/D大型水泥回轉(zhuǎn)窯概況：φ5.6米×82米，三擋支撐，各檔托輪襯瓦的輪廓尺寸分別為：430×790×860mm、460×850×920mm、1125×1000×560.5mm，德國設計。據(jù)悉，12000T/D水泥熟料的回轉(zhuǎn)窯，是目前世界上最大的回轉(zhuǎn)窯。
上述六條大型回轉(zhuǎn)窯的關(guān)鍵部件——回轉(zhuǎn)窯襯瓦全部由沈陽宇航金屬材料研究所承擔制造。
沈陽宇航金屬材料研究所依靠雄厚的技術(shù)實力和長期的經(jīng)驗積累以及業(yè)內(nèi)的影響，贏得了上述全部六條超級大窯托輪襯瓦的研制任務。各個大窯的業(yè)主也同意選用沈陽宇航金屬材料研究所的ZA303合金來制造托輪襯瓦。
3.大型ZA303合金襯瓦研制
3.1大瓦材質(zhì)
ZA303合金是沈陽宇航金屬材料研究所經(jīng)過多年的研究和開發(fā)研制出來的一種新型高強韌耐磨鑄造合金，具有機械性能高，減摩耐磨性能好，熔鑄和機加工工藝性能優(yōu)良，以及無磁性、減震和受撞擊無火花等特性，ZA303系列合金目前已用于代替錫青銅、鋁青銅、鉛青銅制造耐磨零件，已成功應用于水泥、冶金、礦山機械的軸瓦、軸套、絲母、滑板、蝸輪和軸襯等零件。ZA303合金具有廣泛的影響力。
3.2 ZA303合金特點
通過長期的工程應用實踐，可以將鋅合金ZA303的主要特點歸納如下：
(a) 磨擦系數(shù)小導、熱率較高，使用壽命為錫青銅的2～3倍，適用于中低速重載荷的場合。
(b)易于加工，精車后表面粗糙度可達1.6。
(c) ZA303具有高強度、高韌性及良好的低溫性能，克服了其他合金的低溫脆性。
(d)重量輕，比銅輕，易于安裝。
(e)成本低，單件比錫青銅降低成本20-30%。
(f)具有無磁性，無火花性能，在易燃易爆的危險場合安全。
(g)具有一定的自潤滑性能及減震吸音功能。
(h) 具體到回轉(zhuǎn)窯托輪瓦其典型優(yōu)點是在使用過程中從不發(fā)生翻瓦、抱軸、拉絲事故。
3.3 優(yōu)質(zhì)高強韌ZA303合金大瓦制造工藝
ZA303合金雖然力學性能高、耐磨，但它也有缺點，即鑄造性能不好。ZA303合金的凝固溫度范圍比較寬（375-484℃），在澆注后呈糊狀方式凝固，不易補縮，容易形成疏松組織而降低性能。在ZA303中，各合金元素的比重差比較大，不可以采用離心鑄造工藝，離心鑄造導致成分不均勻，性能下降。江南有一些小作坊，采用離心鑄造工藝生產(chǎn)類似合金瓦，盡管消除了鑄造缺陷，但是不耐用，甚至發(fā)生故障，所以水泥企業(yè)不敢用。由于超級大窯的托輪瓦尺寸龐大，采用砂型鑄造，可以通過澆注系統(tǒng)冒口設計等工藝手段消除鑄造缺陷，但是為了保證加工，加工量必須加大，導致原材料和加工工時的巨大浪費，顯然，砂型鑄造工藝，對大瓦而言，不是經(jīng)濟的生產(chǎn)工藝。金屬型鑄造零件尺寸精確；低壓鑄造技術(shù)可以簡化鑄造工藝，在凝固過程實時加壓補縮，保證鑄件致密，所以本所采用金屬型低壓鑄造技術(shù)。其原理如圖1所示。依靠計算機精確控制充型壓力，使合金液從鑄型底部平穩(wěn)的充型，避免了鑄件上一次、二次夾渣缺陷的出現(xiàn)，避免了氣孔、夾砂的產(chǎn)生；在凝固過程中，通過計算機實時監(jiān)測，根據(jù)不同的凝固階段施加不同的補縮壓力，保證凝固過程的補縮，使鑄件致密。因而，采用低壓鑄造技術(shù)可以得到無缺陷的優(yōu)質(zhì)高性能ZA303合金托輪瓦。
托輪瓦低壓鑄造原理
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4優(yōu)質(zhì)高強韌ZA303合金托輪瓦
以泰國12000T/D為代表的六條超級大窯，托輪大瓦共計164件，采用ZA303合金材料制造，經(jīng)過化學成分、力學性能、零件尺寸、表面粗糙度、超聲波探傷、X-ray檢驗等全方位的逐件檢查，全部符合圖紙、合同、德國技術(shù)規(guī)范的要求，泰國朋友、中國沈陽北方重工集團、中國有色集團沈陽有色冶金機械公司、天津水泥設計研究院等用戶很滿意，對沈陽宇航金屬材料研究所的大型ZA303合金瓦給予高度評價。
5.結(jié)語
5.1 質(zhì)量優(yōu)良的ZA303合金托輪瓦在使用過程中不發(fā)生翻瓦、抱軸、拉絲事故，價格便宜、使用壽命長，是銅托輪瓦的最佳換代產(chǎn)品。
5.2 繼ZA303合金襯瓦在1000-6000T/D回轉(zhuǎn)窯上廣泛成功應用之后，沈陽宇航金屬材料研究所又通過金屬型低壓鑄造工藝研發(fā)出用于以12000T/D為代表的大型回轉(zhuǎn)窯托輪襯瓦，并在國際上與德國企業(yè)競爭中勝出，標志著我國大型回轉(zhuǎn)窯托輪襯瓦材料與制造工藝達到國際先進水平。
【作者：曹德輝 蘇兵 李德成】
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