氧化钙的性能及优化研究进展

　　氧化钙具有优良的热力学稳定性、脱硫脱磷性能、碳吸附性能等，是工业生产应用中的一种重要碱性材料。但由于其抗水化性能较差，严重损害了材料的服役性能，限制了氧化钙的适用范围。本文阐述氧化钙质材料的应用进展，并归纳总结该材料体系热力学稳定性、脱硫脱磷、碳吸附和抗水化等性能优化的主要措施。
　　氧化钙具有优异的热力学稳定性、脱硫脱磷性能和碳吸附性能，被广泛应用于中间包过滤器、钢包、玻璃窑蓄热室、水泥窑烧成带、感应炉、LD转炉和电炉等领域。氧化钙晶体结构为氯化钠型，离子配位数为6，钙离子位于氧离子的八面体空隙中，由于其晶格常数较大(a=0.4797 nm)，而体积密度相对较小(3.32 g·cm-3)，因此晶格结构较疏松，易发生水化反应。当氧化钙发生水化反应时，由于反应产物氢氧化钙体积占比较大，因此材料易膨胀并导致裂纹增多甚至发生崩裂。氧化钙熟料水化程度随反应温度的升高而增大。目前，氧化钙的抗水化性能是制约其服役性能和适用范围的主要因素。
　　氧化钙的热力学稳定性较高，其熔点仅次于Mg O、Zr O2和ThO2等，使用温度可达到2 000℃。由于其难与熔融金属发生反应，因此常用于高温合金坩埚的制备。相较氧化镁坩埚，氧化钙坩埚的热稳定性更强且向金属液增氧更少。这主要是由于当冶炼温度相同时，Ca的饱和蒸气压小于Mg约20倍。
　　氧化钙坩埚替代氧化镁等材质坩埚具有的更高热力学稳定性和更低增氧量，满足超纯净镍基高温合金的熔炼。使用氧化铝坩埚和氧化钙坩埚冶炼得到镍基高温合金，而使用氧化钙坩埚的高温合金具有较高抗氧化性能和更优异抗蠕变性能。经过对氧化钙和氧化镁与钛、钛铝合金进行热力学分析，结果表明氧化钙坩埚可用于熔炼钛合金，而氧化镁则不适用。使用氧化钙坩埚和氧化镁坩埚在1 600℃真空下冶炼Cr12钢，对比发现：当炉内气压为5～10 Pa时，氧化钙未发生分解并未向钢液供氧，且使用氧化钙坩埚时Cr12钢中夹杂物的平均粒径、数量及面积比更小。