氧化鈣的性能及優化研究進展

　　氧化鈣具有優良的熱力學穩定性、脫硫脫磷性能、碳吸附性能等，是工業生產應用中的一種重要鹼性材料。但由於其抗水化性能較差，嚴重損害了材料的服役性能，限制了氧化鈣的適用範圍。本文闡述氧化鈣質材料的應用進展，並歸納總結該材料體系熱力學穩定性、脫硫脫磷、碳吸附和抗水化等性能優化的主要措施。
　　氧化鈣具有優異的熱力學穩定性、脫硫脫磷性能和碳吸附性能，被廣泛應用於中間包過濾器、鋼包、玻璃窯蓄熱室、水泥窯燒成帶、感應爐、LD轉爐和電爐等領域。氧化鈣晶體結構爲氯化鈉型，離子配位數爲6，鈣離子位於氧離子的八面體空隙中，由於其晶格常數較大(a=0.4797 nm)，而體積密度相對較小(3.32 g·cm-3)，因此晶格結構較疏鬆，易發生水化反應。當氧化鈣發生水化反應時，由於反應產物氫氧化鈣體積佔比較大，因此材料易膨脹並導致裂紋增多甚至發生崩裂。氧化鈣熟料水化程度隨反應溫度的升高而增大。目前，氧化鈣的抗水化性能是制約其服役性能和適用範圍的主要因素。
　　氧化鈣的熱力學穩定性較高，其熔點僅次於Mg O、Zr O2和ThO2等，使用溫度可達到2 000℃。由於其難與熔融金屬發生反應，因此常用於高溫合金坩堝的製備。相較氧化鎂坩堝，氧化鈣坩堝的熱穩定性更強且向金屬液增氧更少。這主要是由於當冶煉溫度相同時，Ca的飽和蒸氣壓小於Mg約20倍。
　　氧化鈣坩堝替代氧化鎂等材質坩堝具有的更高熱力學穩定性和更低增氧量，滿足超純淨鎳基高溫合金的熔煉。使用氧化鋁坩堝和氧化鈣坩堝冶煉得到鎳基高溫合金，而使用氧化鈣坩堝的高溫合金具有較高抗氧化性能和更優異抗蠕變性能。經過對氧化鈣和氧化鎂與鈦、鈦鋁合金進行熱力學分析，結果表明氧化鈣坩堝可用於熔煉鈦合金，而氧化鎂則不適用。使用氧化鈣坩堝和氧化鎂坩堝在1 600℃真空下冶煉Cr12鋼，對比發現：當爐內氣壓爲5～10 Pa時，氧化鈣未發生分解並未向鋼液供氧，且使用氧化鈣坩堝時Cr12鋼中夾雜物的平均粒徑、數量及面積比更小。