鉻鐵砂是一種用途廣泛、性能優異的耐火材料，主要用於鑄造廠的金屬鑄造。 其獨特的性能使其成為生產高品質、複雜金屬零件不可或缺的材料。
以下是對其在冶金領域作用的詳細說明：
1. 主要用途：鑄造造型與型芯
這是最常見的應用。鑄造廠使用鉻鐵礦砂來製作模具和型芯，然後將熔融金屬（如鐵、鋼或銅基合金）澆注到其中。
為什麼在這些應用中首選鉻鐵砂？
高熔點（~2150°C）： 能夠承受熔融鋼和其他鐵合金的極端溫度而不熔化或分解。
高導熱性： 它比石英砂更快地將鑄件的熱量帶走。這導致：
更細的金屬晶粒結構： 更快的冷卻速度可使鑄造金屬的微觀結構更堅固、更細。
減少滲透： 防止熔融金屬滲入砂粒之間的孔隙，從而獲得更光滑的鑄件表面光潔度和更少的清理工作。
低熱膨脹： 加熱時膨脹量極小。這比普通石英砂具有顯著優勢，普通石英砂在約 573°C 時會發生顯著且突然的膨脹，導致鑄造缺陷，例如 脈紋 （鑄件表面出現薄金屬片）。
化學惰性： 它能抵抗爐渣和金屬氧化物（呈鹼性），因此不易與熔融金屬反應。這有助於減少「燒痕」或「金屬滲漏」缺陷。
高棱角性和高密度： 顆粒棱角分明且相互咬合良好，提供優異的模具穩定性。其高密度（約 4.5 g/cm³）可防止澆注過程中模壁移動，從而確保尺寸精度。
2. 其他冶金應用
模具塗料/塗層： 鉻鐵礦砂通常被研磨成細粉，並與載體（如水或酒精）和黏合劑混合，製成耐火塗料。這種塗料塗覆在其他砂型（例如石英砂）製成的模具表面，以改善表面光潔度，並提供額外的屏障，防止金屬滲透和燒蝕。
止鋼棒和鋼包襯裡： 在煉鋼過程中，有時會在用於鋼包襯裡的砂漿和混合物中使用鉻鐵粉，或作為控製鋼水從鋼包流出的止鋼棒的成分之一。
鉻金屬和鉻鐵的生產： 這是一個不同但至關重要的冶金過程。鉻鐵礦是 生產 鉻鐵（一種鐵鉻合金）的原料 ，而鉻鐵又用於製造 不銹鋼。在此，鉻鐵礦並非耐火材料，而是鉻的主要來源。
與其他鑄造砂的比較
為了了解它的價值，將其與另外兩種主要的鑄造砂進行比較會很有幫助：
| 財產 | 鉻鐵砂 | 石英砂（鋯石） | 橄欖石砂 |
|---|---|---|---|
| 熔點 | 極高（約2150°C） | 極高 （約2200°C） | 高溫（約1760°C） |
| 熱膨脹 | 非常低 | 非常高（會導致靜脈曲張） | 緩和 |
| 熱導率 | 高的 | 非常高 | 低的 |
| 化學性質 | 中性的 | 酸性 | 基本的 |
| 成本 | 高的 | 非常高 | 緩和 |
| 健康與安全 | 粉塵是一個問題 （六價鉻）。需要嚴格控制處理。 | 主要隱患 （矽肺病）。必須嚴格控製粉塵。 | 被認為更安全。 |
比較總結：
鉻鐵礦與二氧化矽： 儘管鉻鐵礦成本較高，但對於高價值、複雜的鋼鑄件，鉻鐵礦仍被選作替代二氧化矽，以消除脈紋缺陷並提高冷卻速度。
鉻鐵礦與鋯石： 鋯石的熱性能略好，但價格昂貴得多，而且有放射性物質（釷、鈾）的問題。鉻鐵礦通常是性價比更高的高性能替代品。
鉻鐵礦與橄欖石： 鉻鐵礦在導熱性和抗鹼性爐渣方面通常更勝一籌。
關鍵考量因素與挑戰
成本： 鉻鐵砂比矽砂更貴，因此需要選擇性地使用，通常用於模具的關鍵部分或用於高完整性鑄件。
健康與安全： 這一點至關重要。鉻鐵礦砂產生的粉塵可能含有 六價鉻[Cr(VI)]，吸入六價鉻是已知的致癌物。使用鉻鐵礦砂的鑄造廠 必須 具備良好的通風和除塵系統，並強制要求工人正確使用個人防護裝備(PPE)。
黏結劑體系： 鉻鐵礦砂可與多種黏結劑系統搭配使用，包括：
酚醛聚氨酯（冷盒）
呋喃/矽酸鹽（酸催化）
醇酸樹脂（油類）
矽酸鈉（無機物）
結論
鉻鐵礦砂是一種優質高性能鑄造砂 ，能夠解決金屬鑄造中的特定問題，特別適用於鋼、錳鋼和其他高溫合金的鑄造。它兼具高導熱性、低熱膨脹係數和耐火性等獨特優勢，儘管成本較高且需要採取必要的安全措施，但對於生產尺寸精確、完整性高且表面光潔度優異的鑄件而言，鉻鐵礦砂仍然至關重要。