南アフリカ産のクロマイト砂が鋼鋳物に用いられる主な理由は、その高い融点、優れた熱安定性、そして耐金属浸透性です。以下では、その具体的な用途と利点を分析します。
1. 耐火物（鋳型材）として
：南アフリカ産のクロマイト砂の融点はおよそ1900℃で、鋼の鋳造温度（通常1500～1600℃）をはるかに上回ります。そのため、溶鋼の高温に効果的に耐え、焼結のリスクを低減します。
低熱膨張: 高温での熱膨張係数が低いため、熱応力による鋳物の割れや変形が軽減され、特に大型の鋼鋳物に適しています。
金属浸透抵抗: 緻密な表面により溶融鋼が砂型に浸透するのを防ぎ、表面砂付着欠陥を減らし、表面仕上げを向上させます。
用途: 鋳鋼品、特に表面品質が求められる高合金鋼、ステンレス鋼鋳鋼品の表面砂(溶鋼と接触する表面層)に多く使用されます。
2. コーティングまたは添加剤として
クロム鉱石粉体コーティング：クロム鉱石砂を粉末状に粉砕し、水またはアルコールと混合して耐火コーティングを形成します。このコーティングを砂型や中子の表面に噴霧することで、耐食性が向上します。
混合使用: シリカ砂などの材料と混合して、耐火物全体の性能を向上させます (たとえば、シリカ砂は低コストですが耐火性がありません。混合すると性能とコストのバランスをとることができます)。
3. インベストメント鋳造における鋳型シェルの強化への応用
：精密インベストメント鋳造では、クロム鉱石砂を使用して鋳型シェルの強化層を形成し、高温強度を向上させ、変形を低減することができます。
4. 特殊なプロセス要件
厚くて断面の大きい鋳物: 厚肉鋼鋳物の場合、クロム鉱石砂は蓄熱係数が高く、方向性凝固を促進し、収縮欠陥を減らします。
高マンガン鋼などの活性合金: クロム鉱石砂は化学的に不活性であり、マンガンなどの反応性元素との反応を減らし、鋳造表面への酸化物介在物の発生を防ぎます。
南アフリカ産クロム砂の利点
高クロム鉄含有量 (Cr₂O₃ ≥ 45%): 優れた耐火性と耐スラグ性を実現します。
不純物が少ない（例：SiO₂およびFe₂O₃が少ない）：溶鋼との化学反応が少なくなり、多孔性のリスクが軽減されます。
豊富な資源：南アフリカはクロム鉱石の世界有数の生産国であり、安定した供給量を有しています。しかし、環境保護政策が輸出に与える影響には注意が必要です。
注意事項:
高コスト: 通常はコストを抑えるために局所的に使用されます (例: 表面砂)。
粉塵対策：クロム砂には微量の三価クロムが含まれるため、加工時に粉塵対策が必要です（毒性は低いですが、長期間の吸入は有害です）。
リサイクル: リサイクル可能な砂は再生により再利用でき、廃棄砂の排出を削減します。
一般的なプロセス例：
成形：表面砂には 100% クロム鉱石砂を使用し、裏面砂にはシリカ砂または再生砂を使用します。
コーティング：クロマイト粉末アルコールコーティングをスプレーし、乾燥させてから鋳造します。
洗浄: 鋳物が冷えると、クロマイト砂は簡単に剥がれるため、洗浄時間が短縮されます。
南アフリカ産のクロム砂を合理的に使用すると、特に高級鋼鋳造の分野において、鋼鋳物の歩留まり、表面品質、寸法精度が大幅に向上します。
