1.前言
我国水泥回转窑装备日益向大型化方向发展。从上世纪末到现在的短短十几年，我国的水泥回转窑从2500T/D迅速发展到5000T/D，进而发展到10000T/D，甚至12000T/D。设备大型化，对设备部件的可靠性提出了更加严格的要求，因为设备越大，故障停窑造成的损失也越大。
回转窑上的托轮瓦是回转窑的关键部件，传统上是采用铜合金制造。其主要缺点是容易翻瓦、抱轴、拉丝，不耐磨，寿命短，特别是铜瓦抱轴，维修和更换麻烦；铜瓦造价高昂。沈阳宇航金属材料研究所率先把高强韧锌基合金ZA303制造成托轮瓦，应用于水泥回转窑。其生产的回转窑托轮瓦以不拉丝、不抱轴、不翻瓦、寿命长、重量轻、易更换的特点而著称，深受用户的欢迎，已经在在全国不少大水泥厂2500T/D、5000T/D的窑型上得到广泛应用。但是，在万吨水泥回转窑上的应用，我国尚无先例。本所通过科学研究，依靠长期经验和技术积累、技术开发研制出ZA303合金衬瓦，并成功应用于五条10000tT/D回转窑，一条7500 T/D生产线。
2.回转窑概况
2.1中国沈阳北方重工（原沈阳重型）制造：φ5.3米×165米大型回转窑，2条，四档支撑，二三档托轮瓦轮廓尺寸为：φ640×850mm；一四档托轮瓦轮廓尺寸为φ730×940mm。该窑被业内人士称为“亚洲窑霸”。
2.2中国有色集团沈阳冶金机械制造：φ5.5米×115米大型回转窑，2条，二、三档托轮瓦轮廓尺寸为：φ850×1060mm；一四档托轮瓦轮廓尺寸为φ760×950mm。沈冶机械承担的这种用于红土型镍矿干燥和还原的大型回转窑，之前只有美国、德国能够制造，在我国尚无设计制造先例，因此该窑也被业内人士誉为“亚洲窑霸”。出口缅甸。
2.3天津院设计:产能 7500T/D，三档支撑，一三档托轮瓦轮廓尺寸为：φ730×865mm； 二档托轮瓦轮廓尺寸为：φ830×970mm。
2.4泰国12000T/D大型水泥回转窑概况：φ5.6米×82米，三挡支撑，各档托轮衬瓦的轮廓尺寸分别为：430×790×860mm、460×850×920mm、1125×1000×560.5mm，德国设计。据悉，12000T/D水泥熟料的回转窑，是目前世界上最大的回转窑。
上述六条大型回转窑的关键部件——回转窑衬瓦全部由沈阳宇航金属材料研究所承担制造。
沈阳宇航金属材料研究所依靠雄厚的技术实力和长期的经验积累以及业内的影响，赢得了上述全部六条超级大窑托轮衬瓦的研制任务。各个大窑的业主也同意选用沈阳宇航金属材料研究所的ZA303合金来制造托轮衬瓦。
3.大型ZA303合金衬瓦研制
3.1大瓦材质
ZA303合金是沈阳宇航金属材料研究所经过多年的研究和开发研制出来的一种新型高强韧耐磨铸造合金，具有机械性能高，减摩耐磨性能好，熔铸和机加工工艺性能优良，以及无磁性、减震和受撞击无火花等特性，ZA303系列合金目前已用于代替锡青铜、铝青铜、铅青铜制造耐磨零件，已成功应用于水泥、冶金、矿山机械的轴瓦、轴套、丝母、滑板、蜗轮和轴衬等零件。ZA303合金具有广泛的影响力。
3.2 ZA303合金特点
通过长期的工程应用实践，可以将锌合金ZA303的主要特点归纳如下：
(a) 磨擦系数小导、热率较高，使用寿命为锡青铜的2～3倍，适用于中低速重载荷的场合。
(b)易于加工，精车后表面粗糙度可达1.6。
(c) ZA303具有高强度、高韧性及良好的低温性能，克服了其他合金的低温脆性。
(d)重量轻，比铜轻，易于安装。
(e)成本低，单件比锡青铜降低成本20-30%。
(f)具有无磁性，无火花性能，在易燃易爆的危险场合安全。
(g)具有一定的自润滑性能及减震吸音功能。
(h) 具体到回转窑托轮瓦其典型优点是在使用过程中从不发生翻瓦、抱轴、拉丝事故。
3.3 优质高强韧ZA303合金大瓦制造工艺
ZA303合金虽然力学性能高、耐磨，但它也有缺点，即铸造性能不好。ZA303合金的凝固温度范围比较宽（375-484℃），在浇注后呈糊状方式凝固，不易补缩，容易形成疏松组织而降低性能。在ZA303中，各合金元素的比重差比较大，不可以采用离心铸造工艺，离心铸造导致成分不均匀，性能下降。江南有一些小作坊，采用离心铸造工艺生产类似合金瓦，尽管消除了铸造缺陷，但是不耐用，甚至发生故障，所以水泥企业不敢用。由于超级大窑的托轮瓦尺寸庞大，采用砂型铸造，可以通过浇注系统冒口设计等工艺手段消除铸造缺陷，但是为了保证加工，加工量必须加大，导致原材料和加工工时的巨大浪费，显然，砂型铸造工艺，对大瓦而言，不是经济的生产工艺。金属型铸造零件尺寸精确；低压铸造技术可以简化铸造工艺，在凝固过程实时加压补缩，保证铸件致密，所以本所采用金属型低压铸造技术。其原理如图1所示。依靠计算机精确控制充型压力，使合金液从铸型底部平稳的充型，避免了铸件上一次、二次夹渣缺陷的出现，避免了气孔、夹砂的产生；在凝固过程中，通过计算机实时监测，根据不同的凝固阶段施加不同的补缩压力，保证凝固过程的补缩，使铸件致密。因而，采用低压铸造技术可以得到无缺陷的优质高性能ZA303合金托轮瓦。
托轮瓦低压铸造原理
4优质高强韧ZA303合金托轮瓦
以泰国12000T/D为代表的六条超级大窑，托轮大瓦共计164件，采用ZA303合金材料制造，经过化学成分、力学性能、零件尺寸、表面粗糙度、超声波探伤、X-ray检验等全方位的逐件检查，全部符合图纸、合同、德国技术规范的要求，泰国朋友、中国沈阳北方重工集团、中国有色集团沈阳有色冶金机械公司、天津水泥设计研究院等用户很满意，对沈阳宇航金属材料研究所的大型ZA303合金瓦给予高度评价。
5.结语
5.1 质量优良的ZA303合金托轮瓦在使用过程中不发生翻瓦、抱轴、拉丝事故，价格便宜、使用寿命长，是铜托轮瓦的最佳换代产品。
5.2 继ZA303合金衬瓦在1000-6000T/D回转窑上广泛成功应用之后，沈阳宇航金属材料研究所又通过金属型低压铸造工艺研发出用于以12000T/D为代表的大型回转窑托轮衬瓦，并在国际上与德国企业竞争中胜出，标志着我国大型回转窑托轮衬瓦材料与制造工艺达到国际先进水平。
【作者：曹德辉 苏兵 李德成】
