Фізико-хімічні властивості газів

У сталеплавильних процесах використовуються та виділяються га­зи з різними хімічними властивостями: окислювальні: кисень, повіт­ря, діоксид вуглецю, водяна пара, відновні: монооксид вуглецю, во­день, метан, нейтральні: аргон, умовно нейтральні: азот та ін.

Гази є ідеальними розчинами, в яких об’ємна концентрація, що визначається парціальним тиском, відіграв роль активності.

Гази можуть дисоціювати при досить високій температурі. Наприклад, діоксид вуглецю дисоціює за рівнянням

Під час горіння пальних газів розвиваються особливо високі тем­ператури (до 3000°C і вище), внаслідок чого крім дисоціації на ато­ми й нові молекули створюється низькотемпературна плазма, коли дея­кі молекули втрачають або приєднують електрони, утворюючи радикали типу , та ін. Унаслідок цього лише частина енергії, що звільняється при горінні, йде на підвищення температури продук­тів горіння, а решта – на створення радикалів, тобто часточок з під­вищеним запасом енергії. Після того як продукти горіння опиняються в місцях із нижчою температурою, відбувається рекомбінація радика­лів, які втрачають раніше здобуті або приєднують раніше втрачені електрони і знову перетворюються на звичайні молекули й атоми. При цьому надлишкова енергія, що містилась у радикалах, знову відокрем­люється і витрачається на нагрівання газів. Якщо при цьому газовий потік обтікає холодну поверхню, то на ній рекомбінуються радикали, що призводить до збільшення коефіцієнта використання енергії на на­грівання. Це відбувається шляхом спрямування полум’я безпосередньо на поверхню, що нагрівається.

Кожна газова фаза має певний окислювальний потенціал. Наприк­лад, для реакції (1.30) такий потенціал визначається з константи рівноваги реакції

і залежить від температури, яка впливає на значення константи, та складу газової фази.

Для чистого кисню , для повітря: , а для інших окислювальних газів та їх суміші визначається з відповідних реакцій за участю цих газів. Деякі реакції дисоціації набувають особливого значення. При горінні вуглеводнів унаслідок дисоціації утворюється твердий вуглець у вигляді сажі. Наприклад, (1.32)

Унаслідок того, що ступінь чорноти вуглецю майже дорівнює оди­ниці, а часточки сажі мають мікроскопічні розміри і велику площу по­верхні, загальний ступінь чорноти полум’я значно збільшується по­рівняно з випадком відсутності вуглецю, що сприяє теплообміну випро­мінюванням.

За нормальних умов густина газів дорівнює порядку , а з підвищенням температури до відповідних у сталеплавильних процесах – порядку .