高マンガン鋼コーンクラッシャージョーライナー鋳造用AFS45-50クロマイト砂
AFS45-50 クロマイト砂は、コーンクラッシャージョー用の高マンガン鋼 (Mn18Cr2/Mn22Cr2) ライナーの鋳造における表面砂および鋳型砂として独自の利点を備えています。
コーンクラッシャーのジョーライナーは、一般的に高マンガン鋼で作られています。高マンガン鋼の主成分は、炭素（C）、マンガン（Mn）、クロム（Cr）です。この組成により、高マンガン鋼の表面は強い衝撃を受けて加工硬化し、耐摩耗性をさらに向上させます。高マンガン鋼鋳物は、様々な過酷な作業条件下でも安定した性能を維持し、設備の耐用年数を延ばします。一般的に選択される原材料には、ZGMn13、ZGMn13Cr2、ZGMn18、ZGMn18Cr2、ZGMn21Cr2などがあります。高品質の耐摩耗性ライナーは、鋳物に高い要求を課します。生産される鋳物には、介在物、砂介在物、冷間収縮、気孔、引け巣、充填不足など、性能に影響を与える亀裂や鋳造欠陥があってはなりません。コーンクラッシャーのライナーは大型で厚肉の鋳物であり、歩留まりと鋳造品質の向上には鋳造欠陥の防止が不可欠です。この目標を達成するために、Cr₂O₃含有量が46%以上の南アフリカ産クロマイト砂が重要な材料となります。その利点は以下のとおりです。
1. 急速冷却効果
Cr₂O₃が46%以上のクロマイト砂は、シリカ砂の2～3倍の熱伝導率を有します。AFS45-50の粒子径（≈0.3 mm）は比表面積を最大化し、溶鋼との接触時の初期冷却速度を700～900 ℃/sに高めます。これにより、高マンガン鋼（粒径はASTM 5～6グレードまで微細化可能）の表面に厚さ3～8 mmの微細粒層を瞬時に形成します。これは鋳物の逐次凝固に有利であり、気孔欠陥を低減します。
2. 固相-固相変換バッファー
高マンガン鋼は固相変態を起こさないものの、収縮率が大きく（線収縮率2.9～3.4%）、クロマイト砂は熱膨張係数が5×10⁻⁶/℃（珪砂は12×10⁻⁶/℃）と小さく、粒度分布も狭い。高温下でも砂殻の膨れや割れが生じないため、ライナープレートの外形寸法公差を±0.5mm以内に安定的に制御でき、二次加工の削減につながる。
3. 化学的に不活性な付着防止砂
Cr₂O₃は中性酸化物であり、1600℃ではMnOやFeOと低融点化合物を形成しません。しかし、珪砂はこの温度でMnと容易に反応し、MnO·SiO₂（融点1250℃）を形成し、化学付着を引き起こします。表面砂としてクロマイト砂を使用することで、付着不良率を5%から0.3%未満に低減し、洗浄時間を70%短縮できます。
4. 濡れ防止バリア
クロマイト砂の融点は1800℃を超え、高マンガン鋼の鋳造温度（1450～1480℃）をはるかに超えるため、溶鋼が砂粒子を濡らしにくくなります。同時に、Cr₂O₃は高温で微量還元され、緻密なFeCr₂O₄スピネル層を形成します。これにより、金属の浸透がさらに抑制され、表面粗さが向上します。
5. リサイクル性能
1400℃の熱サイクルを繰り返しても、クロマイト砂の角張係数はわずか5%しか増加せず、破損率は0.2%未満であるため、複数回の再利用が可能です。一方、珪砂は1回の高温処理で相転移膨張と粉砕が起こり、回収率は60%未満です。長期生産により、成形材料コストを15～20%削減できます。
まとめると、コーンクラッシャー粉砕室用高マンガン鋼ライナーの鋳造において、AFS45-50クロマイトサンドは単なる「耐火砂」ではありません。「高熱伝導性急冷＋低膨張形状保持＋化学的不活性による固着防止」という三重のメカニズムを採用し、ライナー表面に高硬度、高密度、欠陥のない鋳放し品質を一度に付与することで、鋳物の品質向上と後処理・機械加工コストの大幅な削減を実現します。
