AFS45-50 Chromitsand für den Guss von Backenauskleidungen aus hochmanganhaltigem Stahl für Kegelbrecher
AFS45-50 Chromitsand bietet einzigartige Vorteile sowohl als Decksand als auch als Formsand beim Gießen von Auskleidungen aus hochmanganhaltigem Stahl (Mn18Cr2/Mn22Cr2) für Kegelbrecherbacken.
Die Backenauskleidungen von Kegelbrechern bestehen in der Regel aus Manganstahl. Hauptbestandteile dieses Stahls sind Kohlenstoff (C), Mangan (Mn) und Chrom (Cr). Diese Zusammensetzung bewirkt eine Kaltverfestigung der Stahloberfläche unter starker Belastung, wodurch die Verschleißfestigkeit weiter verbessert wird. Gussteile aus Manganstahl gewährleisten eine stabile Leistung unter verschiedenen anspruchsvollen Betriebsbedingungen und verlängern so die Lebensdauer der Anlage. Gängige Rohmaterialien sind ZGMn13, ZGMn13Cr2, ZGMn18, ZGMn18Cr2 und ZGMn21Cr2. Hochwertige, verschleißfeste Auskleidungen stellen hohe Anforderungen an die Gussteile. Diese müssen frei von Rissen und Gussfehlern sein, die die Leistung beeinträchtigen, wie z. B. Einschlüsse, Sandeinschlüsse, Kaltfließstellen, Porosität, Lunker und unzureichende Füllstoffe. Da Kegelbrecherauskleidungen große, dickwandige Gussteile sind, ist die Vermeidung von Gussfehlern entscheidend für eine hohe Ausbeute und Gussqualität. Südafrikanischer Chromitsand mit einem Cr₂O₃-Gehalt von ≥46 % ist ein wichtiger Bestandteil zur Erreichung dieses Ziels. Seine Vorteile sind folgende:
1. Schneller Kühleffekt
Chromitsand mit einem Cr₂O₃-Gehalt von ≥ 46 % weist eine 2- bis 3-mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Quarzsand auf. Seine Korngröße AFS45-50 (≈ 0,3 mm) maximiert die spezifische Oberfläche und führt zu einer anfänglichen Abkühlrate von 700–900 °C/s beim Kontakt mit flüssigem Stahl. Dadurch bildet sich auf der Oberfläche des Manganstahls sofort eine 3–8 mm dicke, feinkörnige Schicht (die Korngröße kann auf ASTM 5–6 verfeinert werden), was die sequentielle Erstarrung des Gussteils begünstigt und Porenbildung reduziert.
2. Puffer für die Fest-Fest-Phasenumwandlung
Hochmanganhaltiger Stahl unterliegt keiner Festphasenumwandlung, weist jedoch eine hohe Schwindungsrate auf (lineare Schwindung 2,9–3,4 %). Chromitsand besitzt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nur 5 × 10⁻⁶/°C (Quarzsand: 12 × 10⁻⁶/°C) und eine enge Korngrößenverteilung. Bei hohen Temperaturen wölbt sich die Sandschicht nicht und reißt nicht, wodurch die Maßtoleranz der Auskleidungsplatte innerhalb von ±0,5 mm stabil gehalten werden kann und die Nachbearbeitung reduziert wird.
3. Chemisch inerter Antihaftsand
Cr₂O₃ ist ein neutrales Oxid und bildet bei 1600 °C keine niedrigschmelzenden Verbindungen mit MnO und FeO. Quarzsand reagiert jedoch bei dieser Temperatur leicht mit Mangan zu MnO·SiO₂ (Schmelzpunkt 1250 °C), was zu chemischer Adhäsion führt. Durch die Verwendung von Chromitsand als Oberflächenmaterial lässt sich die Rate an Adhäsionsfehlern von 5 % auf unter 0,3 % reduzieren und die Reinigungszeit um 70 % verkürzen.
4. Anti-Benetzungsbarriere
Chromitsand besitzt einen Schmelzpunkt von über 1800 °C, der die Gießtemperatur von Manganstahl (1450–1480 °C) deutlich übersteigt. Dadurch wird die Benetzung der Sandpartikel durch flüssigen Stahl erschwert. Gleichzeitig erfährt Cr₂O₃ bei hohen Temperaturen eine Spurenreduktion und bildet eine dichte FeCr₂O₄-Spinellschicht, die das Eindringen von Metall weiter verhindert und die Oberflächenrauheit verbessert.
5. Recyclingleistung
Nach wiederholten Temperaturzyklen bei 1400 °C erhöht sich der Kantigkeitskoeffizient von Chromitsand nur um 5 %, und die Bruchrate liegt unter 0,2 %, was eine mehrfache Wiederverwendung ermöglicht. Im Gegensatz dazu erfährt Quarzsand nach einer einzigen Hochtemperaturbehandlung eine Phasenumwandlung, Ausdehnung und Pulverisierung, mit einer Rückgewinnungsrate von unter 60 %. Eine langfristige Produktion kann die Kosten für Formmaterial um 15–20 % senken.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass AFS45-50 Chromitsand beim Gießen von Auskleidungen aus Manganstahl für Kegelbrecher-Mahlkammern nicht einfach nur „feuerfester Sand“ ist. Vielmehr nutzt er einen dreifachen Mechanismus aus „Abschreckung mit hoher Wärmeleitfähigkeit + Formerhaltung bei geringer Ausdehnung + chemischer Inertheit zur Verhinderung von Anhaften“, um der Auskleidungsoberfläche in einem Arbeitsgang hohe Härte, hohe Dichte und fehlerfreie Gussqualität zu verleihen. Dadurch wird die Gussqualität verbessert und die Kosten für Nachbearbeitung und Reinigung deutlich reduziert.
