ZA303高強(qiáng)韌耐磨合金回轉(zhuǎn)窯托輪瓦研究及應(yīng)用
前言
回轉(zhuǎn)窯上的托輪瓦是回轉(zhuǎn)窯的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)上是銅合金制造的，目前仍有90%以上的水泥企業(yè)在使用銅瓦。其主要缺點(diǎn)是容易翻瓦、抱軸、拉絲，不耐磨，壽命短，特別是銅瓦傷軸，維修和更換麻煩；銅瓦造價(jià)高昂。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)銅的需求日益增大，銅在我國已成為匱乏的金屬材料。2002年我國銅的消費(fèi)量270萬噸，其中進(jìn)口210萬噸；2003年，國內(nèi)消費(fèi)銅290萬噸，其中電解銅進(jìn)口120萬噸，銅精礦進(jìn)口247萬噸；2004年國內(nèi)銅的消費(fèi)將達(dá)到310萬噸，中國必須進(jìn)口大量的電解銅及銅精礦才能滿足日益強(qiáng)勁的需求。我國的銅資源已經(jīng)枯竭?？梢灶A(yù)見，在不久的將來，銅在我國將成為戰(zhàn)略金屬。銅瓦的價(jià)格持續(xù)走高是必然的，價(jià)格低的，未必能保證托輪瓦這一關(guān)鍵部件的質(zhì)量。廣大的水泥企業(yè)和我國的資源形勢(shì)迫切要求研究開發(fā)銅質(zhì)托輪瓦的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
其實(shí)，上個(gè)世紀(jì)80年代初，我國的材料科學(xué)工作者，就開始在國外著名的鋅基合金ZA27基礎(chǔ)上研究開發(fā)能夠替代銅的減摩耐磨材料，并取得了長足的進(jìn)展?？陀^的說，我國目前在高強(qiáng)韌耐磨鋅合金的研究開發(fā)方面，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。比如，沈陽宇航金屬材料研究所是我國專門從事耐磨材料生產(chǎn)、研究的專業(yè)研究所，在鋅合金的研究開發(fā)方面已有20多年的發(fā)展歷史，研究開發(fā)了擁有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ZA303、ZA303A、ZA303B、ZRH5、AS7等系列耐磨材料。生產(chǎn)的軸瓦、軸套、襯瓦、襯套、密封環(huán)、摩擦盤廣泛應(yīng)用于礦山、水泥、冶金、軋鋼、鍛壓、水電、船舶、鼓風(fēng)機(jī)等行業(yè)。特別是沈陽宇航金屬材料研究所，在國際上率先把高強(qiáng)韌鋅基合金ZA303制造成托輪瓦應(yīng)用水泥的回轉(zhuǎn)窯上，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(diǎn)而著稱，深受用戶的歡迎，已經(jīng)在在全國不少大水泥廠得到應(yīng)用。隨著各大水泥企業(yè)對(duì)這一新型材料的認(rèn)識(shí)，和ZA303合金托輪瓦影響的日益擴(kuò)大，將有越來越多的企業(yè)采用這一先進(jìn)的技術(shù)，因此對(duì)這一產(chǎn)品的性能、相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用情況作一介紹是十分必要的。
1、ZA303合金耐磨合金
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(qiáng)韌耐磨鑄造合金，具有機(jī)械性能高，減摩耐磨性能好，熔鑄和機(jī)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，國外稱它為白青銅 。由于性能優(yōu)良， 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(yīng)用于水泥、冶金、礦山機(jī)械的軸瓦、軸套、絲母、滑板、蝸輪和軸襯等零件。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和長期的工程實(shí)際使用均表明：ZA303合金在滑動(dòng)摩擦面和承載能力和減摩耐磨性能都優(yōu)于銅合金，特別在重、中載和中低速滑動(dòng)摩擦的情況下，ZA303合金的優(yōu)良特性表現(xiàn)更為突出。ZA303合金的使用壽命超過銅合金，至少是銅產(chǎn)品壽命的2-3倍。ZA303合金產(chǎn)品價(jià)格比銅產(chǎn)品降低20-30%。大型重型機(jī)械、回轉(zhuǎn)窯托輪等安裝、檢修過程中更易于更換，大大降低檢修成本，節(jié)約更換時(shí)間。
2、ZA303機(jī)械性能和減摩耐摩性
表1. ZA303合金與銅合金的性能
3、ZA303合金使用條件
?。╥）.溫度-40℃≤t≤150℃
（ii）速度:V≤10m/s
?。╥ii）.載荷: [P]≤280kg/㎝2
理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)特別是大量長期的工程實(shí)踐表明，在上述工礦條件下，ZA303合金可以代替所有的銅合金耐磨減摩制品。
4、ZA303合金特點(diǎn)
通過長期的工程應(yīng)用實(shí)踐，可以將鋅合金ZA303的主要特點(diǎn)歸納如下：
4.1 磨擦系數(shù)小導(dǎo)、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(chǎng)合。
4.2 易于加工，精車后表面粗糙度可達(dá)1.6。
4.3 鑄造性能好，鑄件致密，可鑄成壁厚2.5mm的鑄件。
4.4 ZA303具有高強(qiáng)度、高韌性及良好的低溫性能，克服了其他合金的低溫脆性。
4.5 重量輕，比銅輕，易于安裝。
4.6 成本低，單件比錫青銅降低成本20-30%。
4.7 具有無磁性，無火花性能，在易燃易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)合安全。
4.8 具有一定的自潤滑性能及減震吸音功能。
4.9 具體到回轉(zhuǎn)窯托輪瓦其典型優(yōu)點(diǎn)是在使用過程中從不發(fā)生翻瓦、抱軸、拉絲事故。這一特點(diǎn)是錦西、本溪各大水泥廠在長期的使用過程中總結(jié)出來的。
5、ZA303合金在水泥回轉(zhuǎn)窯托輪上的應(yīng)用
由于ZA303合金機(jī)械性能和減摩耐磨性能都優(yōu)于銅合金，在相同滑動(dòng)摩擦條件下，其磨損量只有銅合金的四分之一左右，因此特別適合用于生產(chǎn)軸瓦、軸套、襯瓦等。沈陽宇航金屬材料研究所從1990年開始生產(chǎn)回轉(zhuǎn)窯托輪瓦，已有10多年歷史，鑄造工藝和加工工藝不斷改進(jìn)和提高，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，目前可生產(chǎn)國內(nèi)各大水泥設(shè)計(jì)院（南京、天津、成都、合肥等）設(shè)計(jì)的各種不同規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯托輪瓦。不拉絲、不抱軸、不翻瓦是我所生產(chǎn)托輪瓦獨(dú)有的特點(diǎn)，1990年至今該所生產(chǎn)的水泥回轉(zhuǎn)窯托輪瓦從未發(fā)生過燒瓦、斷裂、冒煙、起皺、拉絲、抱軸、翻瓦事故，具有優(yōu)量的自潤滑性能，對(duì)油質(zhì)要求不高，即使短暫缺油，也不會(huì)對(duì)托輪軸有損傷，不會(huì)產(chǎn)生拉絲現(xiàn)象，安裝加工容易，無需刮研即可達(dá)到要求，深受各大水泥廠的歡迎。產(chǎn)品出口韓國、巴基斯坦、越南、多米尼加等國家。長期的工程應(yīng)用表明，ZA303合金制造托輪瓦在水泥回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用是成功的成熟的，可以放心選用。
6、典型應(yīng)用實(shí)例
葛洲壩股份有限公司水泥廠4號(hào)窯，原采用其他廠家的托輪瓦，2005年8月份出現(xiàn)翻瓦事故，遂停止使用，而改用沈陽宇航金屬材料研究所的產(chǎn)品，目前運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好。因此已經(jīng)決定在后續(xù)的改造工程中繼續(xù)使用沈陽宇航金屬材料研究所的產(chǎn)品。
錦西水泥廠4、5號(hào)窯，規(guī)格φ3.94m×80m余熱鍋爐回轉(zhuǎn)窯，每臺(tái)回轉(zhuǎn)窯有4檔支撐，托輪瓦原設(shè)計(jì)采用ZQAl9-4青銅，1993年技改時(shí)采用我所生產(chǎn)的托輪瓦，同年11月份投產(chǎn)，1997年4月中檢時(shí)，托輪軸瓦磨損量不到1mm，托輪軸頸光亮如新，經(jīng)鑒定未作任何處理繼續(xù)使用。該瓦使用了11年。
內(nèi)蒙古冀東水泥有限公司5000噸窯，托輪瓦原設(shè)計(jì)采用ZQAl9-4青銅，2006年5月出現(xiàn)抱軸事故，瓦無法取出，無奈連同托輪軸一并運(yùn)回唐山盾石機(jī)械有限公司，重新對(duì)軸進(jìn)行了加工處理，遂改用我所ZA303合金襯瓦產(chǎn)品，至今運(yùn)轉(zhuǎn)良好，使用ZA303合金襯瓦拖輪軸溫與使用銅瓦拖輪軸溫降低15度。
山東淄博東華水泥有限公司