Sable chromit AFS45-50 pour le moulage de revêtements de mâchoires de concasseur à cône en acier à haute teneur en manganèse
Le sable chromit AFS45-50 présente des avantages uniques en tant que sable de surface et sable de moulage dans la coulée de revêtements en acier à haute teneur en manganèse (Mn18Cr2/Mn22Cr2) pour les mâchoires de concasseur à cône.
Les revêtements de mâchoires des concasseurs à cône sont généralement fabriqués en acier à haute teneur en manganèse. Les principaux composants de cet acier sont le carbone (C), le manganèse (Mn) et le chrome (Cr). Cette composition permet à la surface de l’acier de s’écrouir sous l’effet de chocs importants, améliorant ainsi sa résistance à l’usure. Les pièces moulées en acier à haute teneur en manganèse conservent des performances stables dans diverses conditions de travail difficiles, prolongeant la durée de vie de l’équipement. Les matières premières couramment utilisées sont le ZGMn13, le ZGMn13Cr2, le ZGMn18, le ZGMn18Cr2 et le ZGMn21Cr2. La fabrication de revêtements résistants à l’usure de haute qualité exige des pièces moulées de haute qualité. Ces dernières doivent être exemptes de fissures et de défauts de moulage susceptibles d’affecter les performances, tels que les inclusions, les inclusions de sable, les retassures, la porosité, les cavités de retrait et un remplissage insuffisant. Les revêtements de concasseurs à cône sont des pièces moulées de grande taille et à parois épaisses ; la prévention des défauts de moulage est donc essentielle pour optimiser le rendement et la qualité des pièces moulées. Le sable chromiteux sud-africain, dont la teneur en Cr₂O₃ est supérieure ou égale à 46 %, constitue un élément important pour atteindre cet objectif. Ses avantages sont les suivants :
1. Effet de refroidissement rapide
Le sable chromiteux, dont la teneur en Cr₂O₃ est supérieure ou égale à 46 %, présente une conductivité thermique 2 à 3 fois plus élevée que le sable siliceux. Sa granulométrie AFS45-50 (≈0,3 mm) maximise la surface spécifique, ce qui induit une vitesse de refroidissement initiale de 700 à 900 °C/s au contact de l’acier en fusion. Ceci permet la formation instantanée d’une couche à grains fins de 3 à 8 mm d’épaisseur à la surface de l’acier à haute teneur en manganèse (la granulométrie peut être affinée jusqu’à la nuance ASTM 5-6), ce qui favorise la solidification progressive de la pièce coulée et réduit les défauts de porosité.
2. Tampon de transformation de phase solide-solide
L’acier à haute teneur en manganèse ne subit pas de transformation de phase à l’état solide, mais présente un fort retrait (retrait linéaire de 2,9 à 3,4 %). Le sable de chromite possède un coefficient de dilatation thermique de seulement 5 × 10⁻⁶/°C (contre 12 × 10⁻⁶/°C pour le sable de silice) et une granulométrie étroite. À haute température, la couche de sable ne se déforme pas et ne se fissure pas, ce qui permet un contrôle précis de la tolérance dimensionnelle du contour extérieur de la plaque de revêtement à ±0,5 mm près et réduit ainsi les opérations d’usinage secondaires.
3. Sable antiadhésif chimiquement inerte
L’oxyde de chrome (Cr₂O₃) est neutre et ne forme pas de composés à bas point de fusion avec MnO et FeO à 1 600 °C. Cependant, le sable de silice réagit facilement avec le manganèse à cette température pour former MnO·SiO₂ (point de fusion : 1 250 °C), provoquant une adhésion chimique. L’utilisation de sable de chromite comme sable de surface permet de réduire le taux de défauts d’adhérence de 5 % à moins de 0,3 %, et de diminuer le temps de nettoyage de 70 %.
4. Barrière anti-mouillage
Le sable de chromite possède un point de fusion supérieur à 1 800 °C, bien au-delà de la température de coulée de l’acier à haute teneur en manganèse (1 450 à 1 480 °C), ce qui rend difficile le mouillage des particules de sable par l’acier en fusion. Simultanément, le Cr₂O₃ subit une réduction à l’état de traces à haute température pour former une couche dense de spinelle FeCr₂O₄, empêchant ainsi la pénétration du métal et améliorant la rugosité de surface.
5. Performance en matière de recyclage
Après des cycles thermiques répétés à 1 400 °C, le coefficient d’angularité du sable de chromite n’augmente que de 5 % et le taux de bris est inférieur à 0,2 %, ce qui permet de multiples réutilisations. En revanche, le sable de silice subit une transformation de phase, une expansion et une pulvérisation après un seul traitement à haute température, avec un taux de récupération inférieur à 60 %. Une production à long terme peut réduire les coûts des matériaux de moulage de 15 à 20 %.
En résumé, lors du moulage de revêtements en acier à haute teneur en manganèse pour les chambres de broyage des concasseurs à cône, le sable chromitique AFS45-50 n’est pas simplement un « sable réfractaire ». Il utilise plutôt un triple mécanisme – trempe à haute conductivité thermique + préservation de la forme par faible dilatation + inertie chimique pour empêcher l’adhérence – pour conférer en une seule étape une dureté élevée, une densité élevée et une qualité de coulée sans défaut à la surface du revêtement, améliorant ainsi la qualité de la coulée et réduisant considérablement les coûts de nettoyage et d’usinage ultérieurs.
