ทรายโครไมต์จากแอฟริกาใต้เป็นที่นิยมอย่างมากในอุตสาหกรรมการหล่อโลหะ เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งให้ข้อได้เปรียบอย่างมากในกระบวนการหล่อ โดยเหตุผลเฉพาะจะได้รับการวิเคราะห์ไว้ด้านล่าง:
1. ความทนทานต่อความร้อนสูงและเสถียรภาพทางความร้อน: ส่วนประกอบหลักของทรายโครไมต์คือโครไมต์ (FeCr₂O₄) ซึ่งมีปริมาณ Cr₂O₃ สูง (โดยทั่วไป >46%) ความทนทานต่อความร้อนของทรายชนิดนี้สามารถสูงถึงกว่า 1900℃ ซึ่งสูงกว่าทรายซิลิกา (ประมาณ 1600℃) มาก
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ: มีคุณสมบัติคงตัวด้านปริมาตรได้ดีที่อุณหภูมิสูง ไม่ขยายตัวหรือเสียรูปง่าย และช่วยลดข้อบกพร่องต่างๆ เช่น รอยแตกและสิ่งเจือปนในพื้นผิวของชิ้นงานหล่อได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนเหล็กหล่อขนาดใหญ่หรือชิ้นงานหล่อโลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวสูง
2. การนำความร้อนที่ดีเยี่ยม: ทรายโครไมต์มีค่าการนำความร้อนสูงกว่าทรายซิลิกาประมาณ 30%~50% ซึ่งช่วยเร่งอัตราการแข็งตัวของชิ้นงานหล่อ ปรับโครงสร้างเม็ดทรายให้ละเอียดขึ้น ปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของชิ้นงานหล่อ (เช่น ความแข็งแรงดึงและความเหนียว) และลดแนวโน้มการเกิดโพรงหดตัวและรูพรุน
3. ความเฉื่อยทางเคมีสูง
ปริมาณ SiO₂ ต่ำ: โดยทั่วไปปริมาณ SiO₂ ในทรายโครไมต์ของแอฟริกาใต้จะต่ำกว่า 1% ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาที่ทรายซิลิกาทำปฏิกิริยากับโลหะหลอมเหลว (โดยเฉพาะเหล็กหลอมเหลว) ที่อุณหภูมิสูงจนเกิดเป็นชั้นเกาะติดทราย สิ่งนี้ช่วยลดข้อบกพร่องจากการเกาะติดของทรายบนพื้นผิวการหล่อได้อย่างมาก และช่วยให้ทำความสะอาดได้ง่ายขึ้น
ป้องกันการแทรกซึมของโลหะ: คุณสมบัติการเปียกตัวต่ำกับโลหะหลอมเหลวช่วยป้องกันไม่ให้โลหะหลอมเหลวแทรกซึมเข้าไปในช่องว่างระหว่างอนุภาคทราย ส่งผลให้พื้นผิวเรียบเนียนและมีความแม่นยำทางมิติมากขึ้นในการหล่อชิ้นงาน
4. ข้อดีด้านสิ่งแวดล้อมและสุขภาพ
ปริมาณ SiO₂ อิสระต่ำมาก: ช่วยป้องกันการเกิดฝุ่นควอตซ์ (ซึ่งอาจก่อให้เกิดโรคซิลิโคซิส) จากทรายซิลิกาที่อุณหภูมิสูง ช่วยปรับปรุงสภาพแวดล้อมการทำงานในโรงหล่อให้ดีขึ้น
ไม่มีคุณสมบัติการเปลี่ยนแปลงเฟส: ไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกที่อุณหภูมิสูง จึงช่วยลดความเสี่ยงของการเกิดรอยแตกขนาดเล็กที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงเฟส
5. ความเข้ากันได้กับกระบวนการ
ต่างๆ เหมาะสำหรับระบบสารยึดเกาะหลายชนิด: สามารถยึดเกาะได้ดีกับสารยึดเกาะ เช่น เรซิน โซเดียมซิลิเกต และดินเหนียว โดยทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมในกระบวนการต่างๆ เช่น การขึ้นรูปด้วยวิธี V-process และการหล่อแบบโฟมหาย
สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้สูง: ทรายแร่โครเมียมมีความแข็งสูงและทนทานต่อการสึกหรอได้ดี และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หลายครั้งหลังจากการฟื้นฟูสภาพ ซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิตในระยะยาว
ข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ของคุณภาพทรัพยากรแร่โครเมียมในแอฟริกาใต้
: แอฟริกาใต้เป็นผู้ผลิตแร่โครเมียมรายใหญ่ที่สุดของโลก (คิดเป็นประมาณ 70% ของปริมาณสำรองทั่วโลก) ทรายแร่โครเมียมของแอฟริกาใต้มีปริมาณ Cr₂O₃ สูง มีปริมาณสิ่งเจือปนต่ำ (เช่น SiO₂ และ CaO) และมีองค์ประกอบที่เสถียรและสม่ำเสมอ
การกระจายขนาดอนุภาคที่เหมาะสม: อนุภาคทรายธรรมชาติมีรูปทรงเหลี่ยมมุมน้อย มีความหนาแน่นสูง และมีการซึมผ่านได้ปานกลาง ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการระบายอากาศในแม่พิมพ์และการเติมโลหะหลอมเหลว
ตัวอย่างการใช้งาน
ชิ้นส่วนเหล็กหล่อขนาดใหญ่: เช่น บล็อกเครื่องยนต์เรือ ชิ้นส่วนอุปกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เป็นต้น ซึ่งต้องการวัสดุที่มีความทนทานต่อความร้อนสูงและมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ
การหล่อเหล็กอัลลอยสูง: เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมและเหล็กทนความร้อน ต้องหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาของโครเมียมกับทรายซิลิกา ซึ่งจะทำให้ปริมาณโครเมียมบนพื้นผิวของชิ้นงานหล่อลดลง
การหล่อขึ้นรูปด้วยความแม่นยำสูง: ชิ้นส่วนยานยนต์และอากาศยานที่ต้องการคุณภาพพื้นผิวสูง
ข้อควรระวัง:
ต้นทุนสูงกว่า: ราคาประมาณ 5-10 เท่าของทรายซิลิกา โดยทั่วไปจะใช้เป็นทรายผิวหน้า (สัมผัสเฉพาะกับผิวหน้าของโลหะหลอมเหลวเท่านั้น) ส่วนทรายซิลิกายังสามารถใช้เป็นทรายรองรับเพื่อควบคุมต้นทุนได้
ต้องควบคุมปริมาณ Fe₂O₃: ปริมาณ Fe₂O₃ ที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดการออกซิเดชันที่พื้นผิวของชิ้นงานหล่อ ทรายโครไมต์จากแอฟริกาใต้โดยทั่วไปมีปริมาณ Fe₂O₃ ต่ำกว่า (<25%) ซึ่งช่วยให้ได้คุณภาพที่สูงกว่า
