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1、镁炭砖的显微结构鞍山热能研究院张宇晨等摘要:用光学偏光显微镜观察了热处理前、后MgO-C砖试样的显微结构。结果表明:树脂、沥青及石墨均能很好地分散在镁砂颗粒之间。经600℃热处理后由树脂所形成的炭化产物呈各向同性的多孔网状结构,而由沥青所形成的炭化产物则呈现出各向异性极弱的细粒镶嵌状组织。关键词 镁碳砖,显微结构,光X学组织介绍:·含碳耐火材料具有较高的抵抗化学负荷和热负荷的能力,因而被广泛用作炼钢电炉、盛钢桶及氧气转炉等的内衬材料。对于含碳耐火材料中所添加的各类含碳物的性能及作用等,各国都进行过详细研究和报道,但对含碳耐火材料中各类含碳物的光学组织结构的研究却报道得不多。·日本石桥
2、种三等在80年代曾专门研究过碳质结合剂的炭化组织。他们在没有耐火氧化物存在的条件下单独对沥青、酚醛树脂以及二者的混合物进行炭化,并用光学显微镜观察其炭化物的光学组织。结果表明:酚醛树脂的固相炭化物呈各向同性,即呈玻璃体构造;沥青炭化后则形成以粗粒镶嵌状为主的各向异性光学组织;当酚醛树脂与沥青混合后共炭化时,在两者炭化组织的界面上会形成细粒镶嵌状组织。并指出,当沥青和树脂的品种及配比选择合适时,混合物炭化后会全部呈现出均一的细粒镶嵌状组织。这说明沥青的存在不但使树脂炭化物的光学组织由原来的各向同性变成各向异性,而且沥青炭化物的各向异性程度也随之减弱,由粗粒镶嵌状变为细粒镶嵌状。持田勋的
3、研究则注意到耐火氧化物的存在对沥青炭化的影响。他曾对石油沥青A240及A240与SiO2的混合物(SiO2与A240的质量比为3∶1)进行了炭化,结果表明,石油沥青A240单独炭化时形成各向异性很强的流动型(纤维状)组织,但与SiO2共炭化时则形成粒状镶嵌组织,各向异性程度明显减弱。他认为这是由于SiO2的存在妨碍了炭化时沥青的流动,使中间相的生成、长大及融并过程变得困难,从而使其炭化物的各向异性程度明显减弱。为了进一步了解在大量耐火氧化物及石墨共存的条件下,由树脂和沥青炭化后所形成的光学组织结构,本文对在试验室条件下制备的MgO-C砖试样进行了光学显微镜观察。试验方法采用耐火材料厂
4、实际生产MgO-C砖所用的压砖料。料的配比为:电熔镁砂(MgO>97%)87%,鳞片石墨(C>95%)13%,酚醛树脂4.5%(外加),焦油沥青(软化点>170℃)3%(外加),铝粉3%(外加)。以10t的成型压力压制成<50mm×50mm的试样,在200℃下干燥24h,冷却后切成一定尺寸的样块,放入坩埚中用碎焦填埋并加以覆盖,将坩埚置于电炉中加热至600℃并保温1h后取出冷却。对热处理前后的样块按YB/T077-1995进行光片制备及显微镜观察。所用显微镜为ORTHO2PLAN型偏光显微镜,观察时主要采用了油浸物镜(油×200)。结果与讨论1鳞片状石墨的光学组织结构图1是本试验用鳞
5、片石墨的光学组织结构。可以看出,鳞片石墨具有很强的光学各向异性,插入石膏检板后呈细长条状,具有红、黄、蓝三种不同的干涉色,旋转载物台时三种颜色交替出现.图1.石墨的光学组织图2.热处理前MgO-C砖的显微结构热处理前MgO-C砖的显微结构热处理前MgO-C砖的显微结构见图2。从图2可以看出镁砂颗粒轮廓清晰、结构致密,其干涉色呈紫色,旋转载物台时无颜色变化,属光学各向同性;树脂、沥青及石墨均很好地分散在镁砂颗粒之间;树脂及沥青的干涉色相近,均为粉红色,呈各向同性,两者在镜下难以区分;由于压制过程受到挤压,细长条形石墨呈弯曲状存在;与图1照片相比,石墨的干涉色中粉红色增多,这与树脂及沥青
6、的包裹有关。轮廓呈圆及椭圆形的亮度较大的白色团块状物为金属铝粉。热处理后MgO-C砖的显微结构热处理后MgO-C砖的显微结构见图3。从图3a可以看出,镁砂颗粒的干涉色仍呈紫色,根据其清晰的轮廓及致密的结构是很容易辨别的;石墨仍呈弯曲的细长条形;与图2相比,石墨的干涉色中粉色减弱,亮度增强,这应与包裹在其表面的树脂及沥青的热分解有关;在照片右中部可看到树脂热分解形成的尺寸大些的碳结构,其干涉色比镁砂的浅,呈暗粉色,孔壁上有许多微孔,呈现出多孔薄壁的网状结构,属光学各向同性;金属铝粉的亮度仍很强,以团块状分散在MgO–C砖中。从图3b可看到尺寸比较大些的沥青炭化产物,其孔壁厚而圆滑,结构
7、致密,并包裹有细粒镁砂;沥青炭化产物的干涉色呈粉红色,隐约可见到孔壁中细粒镶嵌状组织的存在,呈粉红色或黄色,具有极微弱的各向异性。从图3b可看到尺寸比较大些的沥青炭化产物,其孔壁厚而圆滑,结构致密,并包裹有细粒镁砂;沥青炭化产物的干涉色呈粉红色,隐约可见到孔壁中细粒镶嵌状组织的存在,呈粉红色或黄色,具有极微弱的各向异性。图3.热处理后MgO-C砖的显微结构已知焦油沥青单独炭化时大多形成粗粒镶嵌状光学组织,而在本实验中,沥青炭化后形成的是细粒镶嵌状组织。这是
