1-1аличие окиси углерода приводит, конечно, к то.му, что Р° ие равно т.

Вычислим величину сохраняемого свойства в переносимом веществе. Если на 1 г .железа расходуется г. г кпс-.торода, то на 1 г стали иеобходи.мо (1 - n,.), + Vc кислорода и получается п{\~{-г) г газообразного окисла. Следовагельно,

Различие в знаках соответствует различию в направлениях переноса кислорода и углерода. По принятому условию перенос в газ считается положительным. Тогда

Если температура поверхности металла столь высока, что концентрация кислорода на ней может быть принята равной нулю, то выражение для параметра переноса приобретает вид

S = -TT477+ or (4-46)

В это выражение входят величины, зависящие только от параметров газового потока и стали: если известны и , то в каждом частном случае можно определить величину В. Подставляя найденную величину в уравнение массообмена, соответствующее данной конфигурации поверхности металла и структуре газового потока, можно определить скорость массообмена.

Так как переносимое вещество находится в газообразном состоянии, то, конечно, скорость массообмена отличается от скорости горения стали. Обозначив указанные величины соответственно ш и т . .четко получим:

Интересно, что для сплава железо-углерод, в котором

г, т

п, = 7-- , одновременно В = О н -т,- = со. Прн расчете

скорости горения нз аналогии с теплооб.меком в этом случае получим (опуская знак минус п раскрывая неопределенность)

с.111(1-НД) - mpg

- c(r.-nr ,1,) - СП, (г, + 1)

Влияние примесей. При кислородной резке металла газовый поток содерлит почти чистый кислород, а концентрация углерода в стали незначительна. Если другим компонентом газового потока является азот с концентрацией OTj,, то уравнение (4-46) можно записать в виде

В = -I+ (4-48)-

Из этого выражения следует, что для чистых железа и кислорода параметр переноса равен -1, Так как 1п(1-1)= = - со, то это соответствует бесконечной скорости переноса. Однако при выводе уравнения (4-46) было принято, что т=0. В чистом кислороде эго невозможно. Действительное значение

й=у-1=неонределеиность,

т, е. массообмен не ограничивает процесса горения. Следовательно, скорость горения определяется пными, возможно химическими, факторами. Анализ этого случая дан в главе 5 (стр. 273).

Возвращаясь к случаю наличия небольших примесей прн высокой скорости реакции, найдем нз уравнения (4-48), что скорость массообмена пропорциональна

(получение обратной величины вызвано знаком минус). Как видим, скорость массооб.меиа стремится к бесконечности, когда т и стремятся к нулю; наоборот, даже очень малые количества иримесп могут сильно снизить скорость 156

переноса. Подобный эффект был нами OTNjeneH прн ана.тнзс аналогичного случая конденсации пара.

Уравнение (1-18) позволяет оценить относительное влияние содержания азота в газе н углерода в стали. Так,

если п = 0,1°/о, то эффект эквивалентен 0,1 -у- /в N,

Отношение - - имеет различные значения (в диапазоне

от 5,5 до 13) в зависимости от того, какие окислы образуются. Углерод поэтому оказывает существенно большее влияние, чем азот; следовательно, при резке стали со значительным содержанием углерода применение газа высокой чистоты не дает заметного выигрыша.

Температура поверхности. Наличие негазообразных продуктов сгорания затрудняет применение к случаю горения металлов той методики расчета температуры поверхности, которая была разработана для углерода. Здесь Мы будем исходить иепосредственпо из теоремы о массообмене, положив, что коэффициенты диффузии двух одновре.менно переносимых свойств равн!,1 между собой. Тогда состав газа на поверхности может быть рассчитан как полуиеииый в результате адиабатического смешения переносимого вещества с исходным газовым потоком. Применив первый закон термодинамики к процессу непрерывного превращения несгоревшего газа и стали в окись железа и газообразные продукты реакции, состав которых идентичен составу газа на поверхности, получим счедую-щее уравнение:

- Q = [Л- + я - (1 - J rl (Г, - Т) +

-f (1 - J (1 -Ь--,) с (Г, - -

-(1- )Я,-с (Г,-Г), (4-49)

где Q - renjujBbie потери па единицу массы сгоравшей стали;

Т, Г, Tj - температуры поверхности, исходного газа и исходной стали соответственно; с -средняя теплоемкость при постоянном давлении в соответству!Ош,ем диапазоне температур;

ЛУ - изменение энтальпии при сгорании углерода при температуре Г/,