1.前言
我國水泥回轉窯裝備日益向大型化方向發展。從上世紀末到現在的短短十幾年，我國的水泥回轉窯從2500T/D迅速發展到5000T/D，進而發展到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。
回轉窯上的托輪瓦是回轉窯的關鍵部件，傳統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，應用于水泥回轉窯。其生產的回轉窯托輪瓦以不拉絲、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，在萬噸水泥回轉窯上的應用，我國尚無先例。本所通過科學研究，依靠長期經驗和技術積累、技術開發研制出ZA303合金襯瓦，并成功應用于五條10000tT/D回轉窯，一條7500 T/D生產線。
2.回轉窯概況
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。該窯被業內人士稱為“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，因此該窯也被業內人士譽為“亞洲窯霸”。出口緬甸。?
2.3天津院設計:產能 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。據悉，12000T/D水泥熟料的回轉窯，是目前世界上最大的回轉窯。
上述六條大型回轉窯的關鍵部件——回轉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實力和長期的經驗積累以及業內的影響，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
ZA303合金是沈陽宇航金屬材料研究所經過多年的研究和開發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) 具體到回轉窯托輪瓦其典型優點是在使用過程中從不發生翻瓦、抱軸、拉絲事故。
3.3 優質高強韌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類似合金瓦，盡管消除了鑄造缺陷，但是不耐用，甚至發生故障，所以水泥企業不敢用。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，不是經濟的生產工藝。金屬型鑄造零件尺寸精確；低壓鑄造技術可以簡化鑄造工藝，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。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的充型，避免了鑄件上一次、二次夾渣缺陷的出現，避免了氣孔、夾砂的產生；在凝固過程中，通過計算機實時監測，根據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，采用低壓鑄造技術可以得到無缺陷的優質高性能ZA303合金托輪瓦。
托輪瓦低壓鑄造原理
?
4優質高強韌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、德國技術規范的要求，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.結語
5.1 質量優良的ZA303合金托輪瓦在使用過程中不發生翻瓦、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品。
5.2 繼ZA303合金襯瓦在1000-6000T/D回轉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出用于以12000T/D為代表的大型回轉窯托輪襯瓦，并在國際上與德國企業競爭中勝出，標志著我國大型回轉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】
?