鎂炭磚的顯微結(jié)構(gòu)

1、鎂炭磚的顯微結(jié)構(gòu)鞍山熱能研究院1摘要: 用光學(xué)偏光顯微鏡觀察了熱處理前、后 MgO - C 磚試樣的顯微結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明:樹脂、瀝青及石墨均能很好地分散在鎂砂顆粒之間。經(jīng)600熱處理后由樹脂所形成的炭化產(chǎn)物呈各向同性的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),而由瀝青所形成的炭化產(chǎn)物則呈現(xiàn)出各向異性極弱的細(xì)粒鑲嵌狀組織。關(guān)鍵詞鎂碳磚,顯微結(jié)構(gòu),光X 學(xué)組織2介紹: 含碳耐火材料具有較高的抵抗化學(xué)負(fù)荷和熱負(fù)荷的能力,因而被廣泛用作煉鋼電爐、盛鋼桶及氧氣轉(zhuǎn)爐等的內(nèi)襯材料。對(duì)于含碳耐火材料中所添加的各類含碳物的性能及作用等,各國(guó)都進(jìn)行過詳細(xì)研究和報(bào)道,但對(duì)含碳耐火材料中各類含碳物的光學(xué)組織結(jié)構(gòu)的研究卻報(bào)道得不多。 日本石橋種三等

2、在80 年代曾專門研究過碳質(zhì)結(jié)合劑的炭化組織。他們?cè)跊]有耐火氧化物存在的條件下單獨(dú)對(duì)瀝青、酚醛樹脂以及二者的混合物進(jìn)行炭化,并用光學(xué)顯微鏡觀察其炭化物的光學(xué)組織。結(jié)果表明:酚醛樹脂的固相炭化物呈各向同性,即呈玻璃體構(gòu)造;瀝青炭化后則形成以粗粒鑲嵌狀為主的各向異性光學(xué)組織;當(dāng)酚醛樹脂與瀝青混合后共炭化時(shí),在兩者炭化組織的界面上會(huì)形成細(xì)粒鑲嵌狀組織。并指出,當(dāng)瀝青和樹脂的品種及配比選擇合適時(shí),混合物炭化后會(huì)全部呈現(xiàn)出均一的細(xì)粒鑲嵌狀組織。這說明瀝青的存在不但使樹脂炭化物的光學(xué)組織由原來的各向同性變成各向異性,而且瀝青炭化物的各向異性程度也隨之減弱,由粗粒鑲嵌狀變?yōu)榧?xì)粒鑲嵌狀。3持田勛的研究則注意到

3、耐火氧化物的存在對(duì)瀝青炭化的影響。他曾對(duì)石油瀝青A240 及A240 與SiO2 的混合物(SiO2 與A240 的質(zhì)量比為31) 進(jìn)行了炭化,結(jié)果表明,石油瀝青A240 單獨(dú)炭化時(shí)形成各向異性很強(qiáng)的流動(dòng)型(纖維狀) 組織,但與SiO2 共炭化時(shí)則形成粒狀鑲嵌組織,各向異性程度明顯減弱。他認(rèn)為這是由于SiO2 的存在妨礙了炭化時(shí)瀝青的流動(dòng),使中間相的生成、長(zhǎng)大及融并過程變得困難,從而使其炭化物的各向異性程度明顯減弱。為了進(jìn)一步了解在大量耐火氧化物及石墨共存的條件下,由樹脂和瀝青炭化后所形成的光學(xué)組織結(jié)構(gòu),本文對(duì)在試驗(yàn)室條件下制備的MgO- C 磚試樣進(jìn)行了光學(xué)顯微鏡觀察。4試驗(yàn)方法 采用耐火材

4、料廠實(shí)際生產(chǎn)MgO - C 磚所用的壓磚料。料的配比為:電熔鎂砂(MgO 97 %) 87 % ,鱗片石墨(C 95 %) 13 % ,酚醛樹脂4. 5 %(外加) ,焦油瀝青(軟化點(diǎn) 170 ) 3 %(外加) ,鋁粉3 %(外加) 。以10 t 的成型壓力壓制成50 mm 50 mm的試樣,在200 下干燥24 h ,冷卻后切成一定尺寸的樣塊,放入坩堝中用碎焦填埋并加以覆蓋,將坩堝置于電爐中加熱至600 并保溫1 h 后取出冷卻。對(duì)熱處理前后的樣塊按YB/ T077 - 1995 進(jìn)行光片制備及顯微鏡觀察。所用顯微鏡為ORTHO2PLAN 型偏光顯微鏡,觀察時(shí)主要采用了油浸物鏡(油200)

5、 。5結(jié)果與討論1 鱗片狀石墨的光學(xué)組織結(jié)構(gòu)圖1 是本試驗(yàn)用鱗片石墨的光學(xué)組織結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?鱗片石墨具有很強(qiáng)的光學(xué)各向異性,插入石膏檢板后呈細(xì)長(zhǎng)條狀,具有紅、黃、藍(lán)三種不同的干涉色,旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)時(shí)三種顏色交替出現(xiàn). 圖1. 石墨的光學(xué)組織 圖2. 熱處理前MgO - C磚的顯微結(jié)構(gòu)6熱處理前MgO - C 磚的顯微結(jié)構(gòu)熱處理前MgO - C 磚的顯微結(jié)構(gòu)見圖2。從圖2 可以看出鎂砂顆粒輪廓清晰、結(jié)構(gòu)致密,其干涉色呈紫色,旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)時(shí)無顏色變化,屬光學(xué)各向同性;樹脂、瀝青及石墨均很好地分散在鎂砂顆粒之間;樹脂及瀝青的干涉色相近,均為粉紅色,呈各向同性,兩者在鏡下難以區(qū)分;由于壓制過程受到擠壓,細(xì)

6、長(zhǎng)條形石墨呈彎曲狀存在;與圖1 照片相比,石墨的干涉色中粉紅色增多,這與樹脂及瀝青的包裹有關(guān)。輪廓呈圓及橢圓形的亮度較大的白色團(tuán)塊狀物為金屬鋁粉。7熱處理后MgO - C 磚的顯微結(jié)構(gòu) 熱處理后MgO - C 磚的顯微結(jié)構(gòu)見圖3。從圖3a 可以看出,鎂砂顆粒的干涉色仍呈紫色,根據(jù)其清晰的輪廓及致密的結(jié)構(gòu)是很容易辨別的;石墨仍呈彎曲的細(xì)長(zhǎng)條形;與圖2相比,石墨的干涉色中粉色減弱,亮度增強(qiáng),這應(yīng)與包裹在其表面的樹脂及瀝青的熱分解有關(guān);在照片右中部可看到樹脂熱分解形成的尺寸大些的碳結(jié)構(gòu),其干涉色比鎂砂的淺,呈暗粉色,孔壁上有許多微孔,呈現(xiàn)出多孔薄壁的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),屬光學(xué)各向同性;金屬鋁粉的亮度仍很強(qiáng),以

7、團(tuán)塊狀分散在MgO C 磚中。從圖3b可看到尺寸比較大些的瀝青炭化產(chǎn)物,其孔壁厚而圓滑,結(jié)構(gòu)致密,并包裹有細(xì)粒鎂砂;瀝青炭化產(chǎn)物的干涉色呈粉紅色,隱約可見到孔壁中細(xì)粒鑲嵌狀組織的存在,呈粉紅色或黃色,具有極微弱的各向異性。8 從圖3b可看到尺寸比較大些的瀝青炭化產(chǎn)物,其孔壁厚而圓滑,結(jié)構(gòu)致密,并包裹有細(xì)粒鎂砂;瀝青炭化產(chǎn)物的干涉色呈粉紅色,隱約可見到孔壁中細(xì)粒鑲嵌狀組織的存在,呈粉紅色或黃色,具有極微弱的各向異性。圖3.熱處理后MgO - C磚的顯微結(jié)構(gòu)9已知焦油瀝青單獨(dú)炭化時(shí)大多形成粗粒鑲嵌狀光學(xué)組織,而在本實(shí)驗(yàn)中,瀝青炭化后形成的是細(xì)粒鑲嵌狀組織。這是因?yàn)镸gO - C 磚中樹脂和瀝青的含量少(二者在磚中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4 %和3 %) ,且主要細(xì)分散在鎂砂顆粒及石墨的表面上,極大地限制瀝青炭化時(shí)的流動(dòng)性,從而極大地限制了瀝青炭化時(shí)中間相的形成、長(zhǎng)大及融并過程,因而使瀝青炭化物的光學(xué)組織發(fā)生了變化。應(yīng)該說,在大量鎂砂及石墨存在的條件下炭化時(shí),瀝青已不具備改變樹脂光學(xué)組織的能力,所以本次試驗(yàn)中也未觀察到樹脂與瀝青炭化物交界面上光學(xué)組織的改變。因此,把在沒有耐火氧化物存在的條件下,瀝青- 樹脂混合物單獨(dú)炭化時(shí)兩者的炭化物界面上光學(xué)組織發(fā)生改變這一結(jié)論,推廣到有大量耐火氧化物及石墨共同存在的耐火磚中,是值得商榷的。10結(jié)論 在MgO - C 磚試樣中,樹脂、瀝青和石墨均能很好地