Промышленные газы — это газы, используемые в широком спектре промышленных и научных применений. Они являются важными компонентами многих процессов, являются важным источником энергии и позволяют производить высококачественную продукцию. Промышленные газы используются в широком спектре отраслей промышленности, от медицинского сектора до аэрокосмической промышленности и от сектора электроники до пищевой промышленности и производства напитков.
Наиболее распространенными промышленными газами являются кислород, азот, углекислый газ и аргон. В дополнение к этим четырем основным газам существуют десятки других специальных газов, которые играют важную роль в промышленности. Например, водород используется в топливных элементах и двигателях, а гелий используется во многих криогенных процессах. Хлор и бром используются для очистки воды и сточных вод, а аммиак необходим для производства удобрений.
В данной статье рассматриваются промышленные газы аргон, гелий, азот, углекислый газ и кислород. Также проводится различие между инертными и защитными газами, поскольку их действие в производственном прессе сильно отличается. Кстати, технические газы в Курске вы можете заказать на страницах специализированного сайта.
Inerte Gase
Термин «инертный» происходит от латинского и означает летаргический. Инертная природа этих газов связана с их способностью вступать в реакцию с другими элементами. Инертные газы практически не вступают в химическую реакцию. Газы гелий и аргон особенно подходят, поскольку они существуют только в атомной форме, а их химические свойства препятствуют их реакции с другими веществами.
Инертные газы обладают двойным эффектом:
- Инертные газы не реагируют или почти не реагируют с другими элементами и из-за своей инертности не воздействуют на металлы.
- Инертные газы вытесняют воздух для дыхания из зоны обработки и препятствуют реакции кислорода с металлом.
Какие существуют инертные газы?
Из 118 известных элементов только 8 газов настолько неактивны, что их можно использовать в качестве инертных газов. Из этих газов, опять же, только азот, гелий, неон, аргон, криптон и ксенон могут использоваться без ограничений в качестве инертных газов.
Радон также является инертным газом, но не используется в промышленности, поскольку он радиоактивен.
Углекислый газ также можно использовать в качестве инертного газа при более низких температурах. Однако с этим газом нужно кое-что учитывать.
Активные газы
Обработка стали — это сложный процесс, в котором используются различные активные газы для производства высококачественной стальной продукции. Активные газы необходимы при выплавке стали, поскольку они играют важную роль в создании желаемой микроструктуры и свойств конечного продукта.
Активные газы обычно используются в сталеплавильном производстве для изменения химического состава стали, снижения температуры, при которой обрабатывается сталь, и улучшения качества поверхности стали. Основными активными газами, используемыми в производстве стали, являются кислород, азот и водород. Кислород используется для увеличения содержания углерода в стали, что может помочь увеличить прочность и твердость стали. Азот можно использовать для снижения температуры, при которой обрабатывается сталь, что может предотвратить образование трещин и других дефектов. Наконец, водород можно использовать для улучшения качества поверхности стали за счет повышения ее коррозионной стойкости и уменьшения пористости.
В дополнение к изменению химического состава стали, активные газы также могут быть использованы для снижения затрат энергии, необходимых для обработки стали.
Аргон в качестве защитного газа
Аргон, как гелий и ксенон, является благородным газом и очень инертным газом. По этой причине аргон используется в качестве защитного газа в промышленности. Аргон является очень распространенным элементом и естественным образом встречается в атмосфере Земли. При концентрации почти в один процент аргон является третьим по распространенности газом в воздухе, которым мы дышим, после азота и кислорода. Из-за такой высокой концентрации этот благородный газ химически извлекается непосредственно из воздуха.
Поскольку аргон не образует химических соединений, он является отличным защитным газом и используется, среди прочего, для сварки MIG и TIG. В этом процессе аргон вытесняет окружающий воздух для дыхания, предотвращая реакцию кислорода в воздухе с расплавленным металлом в сварочной ванне.
Аргон дешевле в покупке, чем гелий, потому что его относительно легко дистиллировать из атмосферы.
Гелий как инертный газ
Атом гелия состоит из двух протонов, двух нейтронов и двух электронов. Электроны расположены в одной, замкнутой электронной оболочке. Полностью заполненная электронная оболочка означает, что гелий ведет себя очень нереактивно. До сих пор не обнаружено ни одного химического соединения, содержащего гелий.
Даже в экстремальных условиях гелий не образует никаких соединений с другими элементами. Эта инертность делает гелий отличным промежуточным газом для промышленности. Например, во время сварки или лазерной резки гелий вытесняет окружающий воздух и, таким образом, предотвращает химические реакции между нагретым металлом и кислородом, содержащимся в воздухе.
Азот как инертный газ
Азот — это газ без цвета, запаха и вкуса, который составляет 78 процентов объема земной атмосферы. Азот не токсичен, но в высоких концентрациях он может привести к летальному исходу (удушью) для живых существ.
Азот является инертным газом и поэтому может использоваться в качестве защитного газа для сварки и лазерной резки. Азот также используется во многих других отраслях промышленности. Он используется в качестве охлаждающей жидкости и в качестве защитного газа при упаковке пищевых продуктов. Соединения азота можно найти в удобрениях и взрывчатых веществах. Азот используется при азотировании для упрочнения поверхности стали.
Азот может быть извлечен непосредственно из воздуха для дыхания с помощью химических процессов. Из-за его изобилия и доступности во всем мире азот намного дешевле гелия, аргона или других защитных газов.
Азот вытесняет кислород из вдыхаемого воздуха и предотвращает окисление расплавленного металла при термической обработке. Сварные швы, выполненные с использованием защитных газов, намного качественнее и долговечнее. При лазерной резке азот предотвращает образование окалины и шлака и улучшает качество лазерных деталей на кромках среза.
Азот для лазерной резки
В Rime используется термоядерная резка. Используемый азот идеально подходит для резки листового металла без окисления. Теоретически можно было бы использовать и аргоно-гелиевую смесь, но цена азота примерно на 40% ниже, чем у инертных газов. Поэтому решение в пользу азота также имеет экономическую природу, чтобы иметь возможность предлагать лазерную резку по разумным ценам.
Поскольку азот, как и инертные газы, не образует химических соединений с металлом, кромки заготовки очень чистые и редко нуждаются в повторной обработке. Этот факт делает лазерную обработку экономичным методом обработки листового металла, несмотря на высокий расход азота.
Диоксид углерода — инертный газ становится активным
Углекислый газ часто используется в качестве защитного газа, а также, помимо прочего, защищает нашу пищу. Для сварки CO2 можно использовать в сочетании с аргоном или гелием. Однако очень важно отметить, что диоксид углерода теряет свой характер защитного газа при более высоких температурах и становится активным газом.
Это означает, что диоксид углерода вступает в реакцию со сварочной ванной, и углерод накапливается в жидком металле. Обогащение весьма желательно в этом процессе сварки, поскольку оно может увеличить твердость. Степень этого эффекта можно регулировать количеством CO2 в защитном газе.
Проблема с кислородом
При объемной доле 20% кислород является вторым по распространенности газом в нашей атмосфере и, безусловно, самым распространенным элементом на нашей планете. Этот газ очень реакционноспособен и образует соединения с большинством других элементов. Однако кислород развивает свое разлагающее действие на железо и сталь только в сочетании с водой. Посредством диффузионных процессов вода удаляет ионы из железа, что затем позволяет кислороду эффективно воздействовать на железо.
Иначе обстоит дело со сваркой, лазерной резкой или другими методами термической обработки. Из-за чрезвычайно высоких температур кислород может вступать в реакцию с металлом даже без помощи воды. По этой причине область, где находится жидкий металл, должна быть защищена от воздуха инертными газами.