氧化鈣具有優(yōu)良的熱力學(xué)穩(wěn)定性、脫硫脫磷性能、碳吸附性能等，是工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的一種重要堿性材料。但由于其抗水化性能較差，嚴(yán)重?fù)p害了材料的服役性能，限制了氧化鈣的適用范圍。本文闡述氧化鈣質(zhì)材料的應(yīng)用進(jìn)展，并歸納總結(jié)該材料體系熱力學(xué)穩(wěn)定性、脫硫脫磷、碳吸附和抗水化等性能優(yōu)化的主要措施。
氧化鈣具有優(yōu)異的熱力學(xué)穩(wěn)定性、脫硫脫磷性能和碳吸附性能，被廣泛應(yīng)用于中間包過濾器、鋼包、玻璃窯蓄熱室、水泥窯燒成帶、感應(yīng)爐、LD轉(zhuǎn)爐和電爐等領(lǐng)域。氧化鈣晶體結(jié)構(gòu)為氯化鈉型，離子配位數(shù)為6，鈣離子位于氧離子的八面體空隙中，由于其晶格常數(shù)較大(a=0.4797 nm)，而體積密度相對(duì)較小(3.32 g·cm-3)，因此晶格結(jié)構(gòu)較疏松，易發(fā)生水化反應(yīng)。當(dāng)氧化鈣發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)，由于反應(yīng)產(chǎn)物氫氧化鈣體積占比較大，因此材料易膨脹并導(dǎo)致裂紋增多甚至發(fā)生崩裂。氧化鈣熟料水化程度隨反應(yīng)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范圍的主要因素。
氧化鈣的熱力學(xué)穩(wěn)定性較高，其熔點(diǎn)僅次于Mg O、Zr O2和ThO2等，使用溫度可達(dá)到2 000℃。由于其難與熔融金屬發(fā)生反應(yīng)，因此常用于高溫合金坩堝的制備。相較氧化鎂坩堝，氧化鈣坩堝的熱穩(wěn)定性更強(qiáng)且向金屬液增氧更少。這主要是由于當(dāng)冶煉溫度相同時(shí)，Ca的飽和蒸氣壓小于Mg約20倍。
氧化鈣坩堝替代氧化鎂等材質(zhì)坩堝具有的更高熱力學(xué)穩(wěn)定性和更低增氧量，滿足超純凈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(yōu)異抗蠕變性能。經(jīng)過對(duì)氧化鈣和氧化鎂與鈦、鈦鋁合金進(jìn)行熱力學(xué)分析，結(jié)果表明氧化鈣坩堝可用于熔煉鈦合金，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(duì)比發(fā)現(xiàn)：當(dāng)爐內(nèi)氣壓為5～10 Pa時(shí)，氧化鈣未發(fā)生分解并未向鋼液供氧，且使用氧化鈣坩堝時(shí)Cr12鋼中夾雜物的平均粒徑、數(shù)量及面積比更小。
