Giáo trình lý thuyết các quá trình luyện kim

GS.TSKH Bùi Văn Mu (Chủ biên)
PGS.TS Nguyễn Văn Hiền. PGS.TS Nguyễn Kế Bính. PGS.TS Trơng Ngọc Thận
Lý thuyết các quá trình
luyện kim
Hà Nội, 9 - 2006
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật
Lời nói đầu
Lý thuyết các quá trình luyện kim phát triển học thuyết về nhiệt động học, động
học của các quá trình, lý thuyết dung dịch, các hiện tợng bề mặt, lý thuyết cấu tạo
chất. Các giả thuyết kinh điển về lý thuyết cân bằng, ảnh hởng của nhiệt độ, nồng
độ đều đợc mô tả gắn liền với các phản ứng luyện kim cụ thể cuả sự cháy, sự khử
cacbon, oxi, lu huỳnh, phôtpho, của sự hoà tan các khí trong kim loại và gắn liền với
các quá trình khử khí, khử tạp chất phi kim.
Giáo trình này bao gồm ngoài những phần truyền thống nh lý thuyết cháy, sự
tạo thành và phân ly các hợp chất kim loại, lý thuyết về hoàn nguyên và oxi hoá, còn
có những học thuyết hiện đại về cấu trúc các chất nóng chảy của xỉ và kim loại lỏng,
tơng tác giữa chúng với môi trờng khí, sự kết tinh của các hợp kim lỏng, sự tinh luyện
và những ứng dụng lý thuyết vào các lĩnh vực luyện kim ở nhiệt độ cao.
Lý thuyết các quá trình luyện kim là một khoa học cơ sở về "hoả luyện". Nó
chuẩn bị để độc giả tiếp tục đi sâu vào các giáo trình chuyên ngành cụ thể nh công
nghệ luyện gang, luyện thép, hợp kim, các kim loại màu và công nghệ đúc
Quyển sách này gồm 8 chơng:
1. Quá trình cháy nhiên liệu.
2. Quá trình phân ly oxit, cacbonat và sulfua kim loại.
3. Hoàn nguyên oxit kim loại.
4. Cấu trúc, tính chất của xỉ và kim loại lỏng.
5. Các qúa trình oxi hoá, khử oxi trong luyện kim.
6. Tinh luyện thép ngoài lò.
7.Phơng pháp tinh luyện bằng điện xỉ.
8. Nấu luyện và tinh luyện bằng phơng pháp Plasma.
Đây là giáo trình quan trọng để đào tạo kỹ s luyện kim, kỹ s khoa học và công

nghệ vật liệu và là tài liệu tham khảo cho học viên sau và trên đại học, cho kỹ s, cán
bộ nghiên cứu khoa học và cán bộ quản lý ngành luyện kim và các ngành khác có liên
quan.
Quyển sách của tập thể cán bộ giảng dạy đầu ngành Trờng đại học Bách Khoa
Hà Nội biên soạn, do GS. TSKH Bùi Văn Mu chủ biên và phân công biên soạn nh
sau:
GS.TSKH Bùi Văn Mu : chơng 4,6,7 và 8.
PGS.TS Nguyễn Văn Hiền: chơng 1 và 3.
PGS.TS Trơng Ngọc Thận: chơng 2.
PGS.TS Nguyễn Kế Bính : chơng 5.
Mặc dù các tác giả đã có nhiều cố gắng, song cuốn sách khó tránh khỏi đợc
thiếu sót. Rất mong đợc độc giả góp ý phê bình. Th góp ý xin gửi về Nhà xuất bản
Khoa học kỹ thuật - 70 Trần Hng Đạo - Hà Nội. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn.
Các tác giả.
CHƯƠNG 1
QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU
1. 1. Mở đầu
Các quá trình luyện kim phần lớn đều tiến hành ở nhiệt độ cao trong các thiết bị luyện kim
bằng cách đốt nhiên liệu, tức là gây ra sự cháy. Tùy theo loại nhiên liệu (rắn, lỏng hay khí) và
phương pháp đốt cháy mà ta được sản phẩm cháy có tính oxy hóa hay tính hoàn nguyên thích hợp
với yêu cầu công nghệ của quá trình luyện kim.
Do đó sự cháy chẳng những đảm bảo cho lò luyện kim có nhiệt độ cao mà còn tạo ra sản
phẩm cháy có tính chất cần thiết để tham gia tích cực vào các phản ứng luyện kim trong lò.
Ví dụ: Quá trình hoàn nguyên oxít kim loại yêu cầu sản phẩm cháy phải có tính khử để thực
hiện phản ứng :
MeO + CO = Me + CO
2
hay MeO + H
2
= Me + H

2
O
Nếu quá trình đó là oxy hóa các tạp chất trong kim loại lỏng thì yêu cầu sản phẩm cháy phải
có tính oxy hóa để thực hiện phản ứng :
[X] + CO
2
= (XO) + CO
hay [X] + H
2
O = (XO) + H
2
Nh vy trong ha luyn, s chỏy ca nhiờn liu chng nhng l ngun cung cp nhit m
cũn to ra mt trng cn thit tin hnh quỏ trỡnh luyn kim. Vỡ vy cng húa quỏ trỡnh chỏy
l mt bin phỏp ch yu cng húa quỏ trỡnh luyn kim. Mt trong nhng bin phỏp ú l dựng
khớ giu oxy trong quỏ trỡnh ha luyn.
Nhng phn ng chỏy khớ cú ý ngha quan trng i vi quỏ trỡnh ha luyn l phn ng
chỏy CO, H
2
. Nhng phn ng chỏy nhiờn liu rn cú ý ngha quan trng i vi quỏ trỡnh ha
luyn l phn ng chỏy cacbon.
Nhiờn liu dựng trong luyn kim cn t nhng yờu cu sau õy:
- Cú hiu ng nhit ln.
- Giỏ thnh r.
- Sn phm khi to thnh do quỏ trỡnh chỏy khụng cú hi n sn phm phn ng m tớch
cc tham gia vo quỏ trỡnh luyn kim.
1.2. Nhiệt động học của phản ứng cháy khí
1.2.1. Cháy oxit cacbon (CO)
Khí oxit cacbon là thành phần chủ yếu của nhiên liệu khí. Trong luyện kim CO có hai công
dụng: Đốt cháy để cung cấp nhiệt và dùng làm chất hoàn nguyên oxít kim loại. Vì cháy CO tỏa
nhiều nhiệt, đồng thời khí CO có ái lực mạnh với oxy nên có thể lấy oxy của nhiều oxit kim loại.

Phản ứng cháy CO:
2CO + O
2
= 2CO
2
(1 - 1)
H
0
298(1-1)
= -566108J
Theo quy luật pha:
C = k p + 2 = 2 1 + 2 = 3
Bậc tự do bằng 3, nh vậy có nghĩa là thành phần pha khí đợc xác định bởi ba yếu tố.
%CO, %CO
2
, %O
2
= f(T, P, C)
Theo nguyên lý Lơsactơliê ảnh hởng của nhiệt độ và áp suất sẽ làm thay đổi thành phần cân
bằng: khi áp suất tăng thì CO cháy mạnh và cho nhiều CO
2
khi nhiệt độ tăng thì CO
2
phân hóa
mạnh, cho nhiều CO.
Để làm cơ sở phân tích các quy luật nhiệt động học của phản ứng, chúng ta sẽ thiết lập ph-
ơng trình quan hệ giữa G và hằng số cân bằng K
P
của phản ứng với nhiệt độ.
K

P(1)
=
22
2
.
2
2
OCO
CO
PP
P
(1 - 2)
G
0
T
= H
T
0
- TS
0
T
(1 - 3)
Trong đó H
0
T
và G
0
T
là hàm số của nhiệt độ
H

0
T
= H
0
298
-


T
P
dTC
298
(1 4)
S
0
T
= S
0
298
-


T
P
T
dTC
298
(1 5)
ở đây C
P

là biến thiên nhiệt dung đẳng áp của chất tham gia phản ứng và tạo thành phản
ứng. C
P
cũng là hàm nhiệt độ. Cách tính nh sau:
C
P
= 2C
P
CO2
- 2C
P
CO
C
P
2
o
C
P
= 2.36,53 2.29,08 29,08 = -14,18J/mol
0
.k
S
0
298 (1-1)
= 2.213,72 2.148.00 205,15 = 174,71 J/mol
0
.k
H
0
298(1-1)

= -566108J
Thay giá trị H
0
298(1-1)
và S
0
298 (1-1)
vào công thức của Vanhốp.
G
0
T
= -RTlnkp. Ta có:
lgk
P(1-1)
=






+ 1
298
298
lg74,008,9
29574
T
T
T
(1-6)

Trong công thức (1-6) đặt lg
)(1
298
248
T
T
T

=






+
ta có:
lgk
P(1-1)
=
)(74,008,9
29574
T
T


(1-7)
Nếu tính đơn giản
lgk
P(1-1)

=
575,4575,4
0
)11(298
0
)11(298


+


S
T
H
lgk
P(1-1)
=
08,9
29574
.
lg
2
2
2
2
=
TPP
P
OCO
CO

(1-8)
Bảng 1 1 : Giá trị hằng số cân bằng k
P(1-1)
Nhiệt độ,
o
K Theo (1-7) Theo (1-8)
1000
1600
2000
2600
20,118
8,760
4,912
1,342
20,42
9,37
5,68
2,28
T bng 1-1 v th hỡnh 1-1 ta thy nhit cng tng thỡ hng s cõn bng ca phn ng
chỏy CO cng gim, ngha l s chỏy CO cng khụng hon ton. Trong pha khớ cõn bng, ngoi
CO
2
v O
2
cũn cú phn CO cha chỏy. Hay núi cỏch khỏc l nhit cao, khớ CO
2
bi phõn ly mt
phn, mc phõn ly cng tng khi nhit cng cao. T ú i n kt lun rng, nhit cao ỏi
lc húa hc ca CO v O
2

gim, nờn kh nng hon nguyờn ca nú cng gim i .
G , K J )
C
O

+

H
O

=

H

+

C
O

(
I

-

1
5
)
2
2
2

2
C
O

+

O

=

H

+

2
C
O

(
I

-

1
)
2
2
2
2
H

+

O

=

2
H
O

(
I

-

1
1
)
2
2
2
Sự phân ly của CO
2
(hay sự cháy không hoàn toàn của CO) Ở nhiệt độ cao làm cho nhiệt độ
cháy tính theo lý thuyết (là nhiệt độ của sản phẩm cháy khi giả thiết CO cháy hoàn toàn và không
có sự mất mát nhiệt ra môi trường xung quanh) và nhiệt độ cháy thực tế có sự sai khác.
Nhiệt độ cháy lý thuyết theo phương trình:
∑
=

cy
Q
T
.
Ở đây :
y - trọng lượng của từng chất khí trong sàn phẩm cháy (gam)
c - tỷ nhiệt trung bình của sản phẩm cháy (J/g.
o
K)
Q - nhiệt lượng của phản ứng cháy CO (J)
Nếu CO cháy hoàn toàn thì Q – n
CO
∆H (J)
n
CO
- số phân tử gam khí CO bị cháy
∆H - hiệu ứng nhiệt của phản ứng 2CO + O
2
= 2CO
2
(tức là nhiệt phát ra khi có 1 phân tử gam CO cháy hoàn toàn).
Trong trường hợp CO cháy không hoàn toàn (hay CO
2
bị phân ly một phần và mức độ phân
ly của CO
2
là
α
với giả thiết phản ứng viết cho một phần tử CO tham gia thì Q tính như sau:
Q

’
= n
CO
(1 - α) ∆H = (1 - α)Q
Khi đó nhiệt độ cháy là:
T
’
=
T
cy
Q
)1(
.
)1(
α
α
−=
−
∑
Vì bao giờ α cũng nhỏ hơn 1 nên T’ < T. Vậy sự phân ly của CO
2
có thể tính theo hằng số
cần bằng của phản ứng ( 1 - 1 ).
Giả sử lúc đầu trong hệ thống có một phần tử gam CO
2
nguyên chất. Nếu gọi độ phân ly của
CO
2
là α thì khi phản ứng cản bằng trong pha khí ta sẽ có:
α - phân tử gam CO

(1 - α) - phân tử gam CO
2
0,5α - phân tử gam O
2
Vậy tổng số phân tử gam của các chất khí trong sản phẩm cháy là
(l - α) + α + 0,5α = 1 + 0,5α
Nếu gọi áp suất tổng của hệ là P thi áp suất riêng phần cân bằng của từng chất khí trong đó
là:
α
α
α
α
α
α
5,01
5,0
5,01
.
5,01
)1(
2
2
+
=
+
=
+
−
=
P

P
P
P
P
P
O
CO
CO
Thay vào phương trình (1-2) ta có:
K
p(1-1)
=
P
3
2
)1)(2(
α
αα
−+
(1-9)
Khi độ phân ly α rất nhỏ thì có thể coi (1 - α) ≈ 1 và (2 + α) ≈ 2. Vậy:
3
)11(
.
2
PK
p
−
=
α

(1-10)
Vậy độ phân ly α của CO
2
tỷ lệ nghịch căn bậc ba với áp suất. Nhiệt độ tăng thì K
p(1-1)
giảm
(xem bảng l-l), do đó α tăng lên. Như vậy có thể thay đổi áp suất hoặc nhiệt độ để làm cho α tiến
tới 0, tức là làm cho sự cháy CO được hoàn toàn.
1.2.2. Sự cháy Hydro (H
2
)
Hydro là khí có ái lực với oxy khá mạnh. Nó có thể cháy với oxy theo phản ứng sau :
2H
2
+ O
2
= 2H
2
O (l- ll)
∆H
0
298(1-11)
= -503933J
Về nhiều mặt, phản ứng cháy H
2
giống với phản ứng cháy CO. Vì vậy những quy luật chúng
ta vừa xét đối với phản ứng cháy CO cũng thích hợp đối với phản ứng cháy H
2
.
∆G

0
(1-11)
= -503933 + 117,36T (1-12)
lgK
P(1-11)
=
13,6
26320
−
T
(1-13)
Vậy cũng như CO, trị số cân bằng của phản ứng cháy H
2
giảm khi nhiệt độ tăng, nghĩa là ở
nhiệt độ cao H
2
cháy không hoàn toàn hay H
2
O phân ly một phần. Nhiệt độ càng cao mức độ phân
ly càng tăng.
Ta có thể xác định được độ phân ly của H
2
O bằng phương pháp hoàn toàn giống như đối với
CO
2
.
Bảng 1 – 2: Giá trị hằng số cân bằng (1-11)
Nhiệt độ, T
0
K K

P(1-11)
600
1000
1500
2000
2500
3000
37,740
20,190
11,417
7,050
4,398
2,643
Nếu cũng giả thiết lúc đầu trong pha khí có 1 phân từ gam hơi nước H
2
O và gọi mức độ
phân ly của nó là α. Cũng lý luận giống như trên, ta có:
K
P(1-11)
=
P
OH
OHOH
.
)1)(2(
3
2
2
22
α

αα
−+
OH
2
α
nhỏ, có thể tính gần đúng:
Khi
OH
2
α
=
3
)111(
.
2
PK
P −
(1-14)
Vậy cũng như trên, có thể thay đổi nhiệt độ và áp suất để cho α
H2O
→ 0, tức là sự cháy H
2
được
hoàn toàn.
Từ giản đồ ∆G
T
= f
(T)
ta có thể so sánh về khả năng cháy của CO và H
2

ở nhiệt độ 1083
o
K ái lực
hóa học của H
2
và CO bằng nhau (vì ∆G
o
(1-11)
= ∆ G
o
(1-11)
) hay K
p(l – 1)
= K
p(1 - 11)
Thấp hơn nhiệt độ 1083
o
K
ái lực hóa học của -H
2
với O
2
yếu hơn (vì ∆G
o
(1-1)
> ∆G
o
(1-11)
hay K
P(1-11)

> K
P(1-1)
) Còn ở nhiệt độ cao hơn
1083
o
K thì ngược lại.
1 2.3. Phản ứng khí nước
Phản ứng khí nước là phản ứng tác dụng giữa CO và hơi nước
H
2
O + CO - H
2
+ CO
2
(1-15)
K
P(1-15)
=
COOH
COH
PP
PP
.
.
2
22
(1-16)
Có thể tính theo phương pháp gián tiếp bằng cách trừ phản ứng (1-1) cho phản ứng ( 1 - 11 )
ta có :
2CO + O

2
= 2CO
2
(l - 1)
2H
2
+ O2 = 2H
2
O (l – 11)
2(CO + H
2
O) = 2(CO
2
+ H
2
)
∆G
0
(1-15)
=
][
2
1
0
)111(
0
)11( −−
∆−∆
GG
lgK

0
P(1-15)
=
]lg[lg
2
1
)111()11( −−
−
PP
KK
K
P(1-15)
=
)111(
)11(
−
−
P
P
K
K
(1-17)
Từ phương trình này chúng ta tính được:
lgK
P(1-15)
=
469,1
1591
−
T

(1-18)
Vì phản ứng tiến hành trong điều kiện không có sự thay đổi thể tích các chất khí nên hằng số
cân bằng dù tính bằng áp suất riêng phần hay bằng nồng độ phần trăm thể tích cũng bằng nhau.
K
P(1-15)
=
))(%(%
))(%(%
.
.
2
22
2
22
COOH
COH
PP
PP
COOH
COH
=
(1-19)
Bậc tự do của phản ứng C = 3 - 1 + 1 = 3 có nghĩa là thành phần cân bằng của phản ứng ( 1 -
1 5) phụ thuộc vào ba thông số.
Ví dụ :
P
CO
= f
),,(
2

2
HPT
CO
-
Đặt
O
H
H
CO
CO
P
P
b
P
P
a
2
2
2
;
==
a, b - đặc trưng cho ái lực hóa học của CO và H
2
với O
2
T = 1083
o
K thì a = b, có nghĩa là ái lực hóa học của CO và H
2
với O

2
bằng nhau.
T < l083
0
k thì a < b, có nghĩa là ái lực hóa học của CO với O
2
lớn hơn ái lực hóa học của H
2
với O
2

T > 1083
o
K thì a > b, có nghĩa là ái lực hóa học của CO với O
2
kém hơn ái lực hóa học của
H
2
với O
2
Kết luận này phù hợp với kết luận khi xét quá trình cháy CO và H
2
Từ hằng số cân bằng K
P(1-15)
ta có thể viết :
K
p(1 - 15)
=
a
b

(1-20)
Do đó ta có :
b = a. K
P(1-15)
(1-21)
Ở một nhiệt độ không đổi thì K
P(1- 15)
= const và quan hệ giữa b và a là một đường thẳng, có
nghĩa là ở nhiệt độ không đổi có vô số điểm cân bằng và chúng liên hệ với nhau bởi phương trình
( 1 - 21).
1.2.4. Sự cháy khí Mêtan
Mêtan là thành phần cơ bản của khí đốt thiên nhiên, được sử dụng rộng rãi trong luyện kim.
Khí thiên nhiên được sử dụng trong các loại lò nung , lò luyện thép, lò cao trong các lò luỵên sắt
trực tiếp từ quặng.
Phản ứng cháy khí Mêtan:
(1) CH
4
+ O
2
= 2CO + 4H
2
∆H
0
298(1)
= -71300J
(2)
OHCOOCH
2224
2
1

2
1
+=+
∆H
0
298(2)
= -400700J
Phản ứng (1) và (2) đều phát nhiệt các hằng số cân bằng của chúng được biểu diễn như sau:
,
10) (%)(%
.).(%)(%
.
.
32
4
34
2
2
2
42
)1(
24
2
OCH
PHCO
PP
PP
K
OCH
HCO

P
==
P = P
CO
+
242
OCHH
PPP
++
).(%)(%
).(%)(%
.
.
2
2/1
4
2
2/1
2/1
2/1
)1(
24
22
OCH
OHCO
PP
PP
K
OCH
OHCO

P
==
Bậc tự do của 2 phản ứng (1) và (2):
C= 3 – 1 + 2 = 4
Tức là bốn biên độ độc lập của hệ thống này sẽ là nhiệt độ và 3 nồng độ của 3 cấu từ.
Trong khoảng rộng nhiệt độ, các hằng số cân bằng của phản ứng (1) và (2) đều rất lớn:
T,
o
K 500 1000 1500 2000
lgK
p(1)
12,80 11,46 11,08 10,80
lgK
p(2)
83,60 41,81 27,84 20,83
Khi bằng nhiệt độ cân bằng chuyển dịch từ phải sang trái, sản phẩm phản ứng sẽ giảm (vì
phản ứng tỏa nhiệt).
Khi rơi vào vùng nhiệt độ cao, Mêtan bị phân hủy:
(3) CH
4
= C + 2H
2
∆H
0
298(3)
= 74800J
K
P(3)
=
100).(%

)(%
4
2
2
2
4
2
CH
PH
P
P
CH
H
=
Ở đây P là áp suất tổng: P =
42
CHH
PP
+
Hằng số cân bằng phản ứng (3) phụ thuộc nhiệt độ theo phương trình sau:
lgK
P(3)
=
79,1100186,0lg957,5
3348
−−+ TT
T
Giá trị lgK
P(3)
ở các nhiệt độ khác nhau sẽ là:

T,
o
K 773 1273 1773 2273
LgK
P(3)
-0,40 1,71 2,37 2,50
Như vậy khi nhiệt độ tăng hằng số cân bằng K
P(3)
tăng, có nghĩa là sự phân ly của Mêtan
tăng.
Bậc tự do phản ứng (3) C = 2 –2 + 2 = 2
Cân bằng của phản ứng (3) được xác định bởi 2 thông số: Nhiệt dộ và nồng độ của một cấu
từ. Sự phân hủy Mêtan xẩy ra đáng kể khi T > 573
0
K (300
0
C).
Ở nhiệt độ 1273
0
K, Mêtan bị phân ly hoàn toàn trong thành phần hỗn hợp khí có: 98,11%H
2
vµ 1,89%CH
4
(với P = 101325Pa)
Khi tăng áp suất cân bằng phản ứng chuyển dịch sang trái:
Thành phần hỗn hợp khí cân bằng (P = 101325Pa)
T
0
, K CH
4

H
2
723 53,8 46,2
1273 1,89 98
Để nhận được sắt khi hoàn nguyên trực tiếp quặng sắt người ta không dùng trực tiếp khí
thiên nhiên mà dùng sản phẩm của sự chuyển hóa Mêtan (chính là CO, H
2
).
(4) CH
4
+ CO
2
= 2CO + H
2
O ∆H
0
298(4)
= 247000J
(5) CH
4
+ H
2
O = CO + 3H
2
∆H
0
298(5)
= 206000J
(6) CH
4

+ 2H
2
O = CO
2
+ 4H
2
∆H
0
298(6)
= 165000J
Ở nhiệt độ cao hằng số cân bằng của các phản ứng (4), (5), (6) đều lớn hơn 1 tức là từ 10
đến 10
8
. Ở nhiệt độ thấp T = 573
0
K thì K
P(4)
, K
P(5)
, K
P(6)
tương ứng bằng 10
-12
, 10
-10
, 10
-8
Dưới đây là ảnh hưởng của nhiệt độ tới hằng số cân bằng của phản ứng chuyển hóa khí thiên
nhiên.
T

0
, K 723 1273 1773 2273
lgK
p(4)
-12,2 1,25 5,76 7,98
lgK
p(5)
-10,0 1,40 5,36 7,32
lgK
p(6)
7,44 1,55 4,94 6,40
Để tăng tốc độ quá trình chuyển hóa khí thiên nhiên người ta xử dụng chất xúc tác NiO và ở
nhiệt độ 1173
0
K đến 1373
0
K. Để chuyển hóa người ta dùng khí thoát ra từ cổ lò đứng thực hiện quá
trình hoàn nguyên. Trong khí cỗ lò đứng có chứa CO
2
để chuyển hóa Mêtan theo phản ứng (4). Sau
chuyển hóa, người ta thu được khí hoàn nguyên chứa 30%CO và 70% H
2
.
1 3. Cơ chế và động học của phản ứng cháy khí
1 3. 1 . Sự bốc cháy của hỗn hợp khí
Nhiệt độ bốc cháy của hỗn hợp khí được xác định bởi quan hệ giữa tốc độ tỏa nhiệt (do phản
ứng cháy) và tốc độ thoát nhiệt ra môi trường xung quanh. Phương trình tỏa nhiệt :
q
tỏa
= Q.v = Q.K.C

n
(l-22)
Ở đây :
Q - Hiệu ứng nhiệt của phản ứng cháy
v - Tốc độ phản ứng cháy
K - Hằng số tốc độ phản ứng cháy
C - Nồng độ chất tham gia phản ứng
n - Bậc phản ứng
q
thoát
= α
dn
.
)(
τ
−T
V
F
(1-23)
F, V - diện tích bề mặt và thể tích của bình đựng
α
dn
– hệ số dẫn nhiệt
T - nhiệt độ do phản ứng tỏa ra
τ - nhiệt độ môi trường
Biểu diễn quan hệ giữa q
tỏa
và q
thoát
với nhiệt độ theo phương trình (1-22) và (1 -23) chúng ta

có một số nhận xét sau (hình 1-3):
q t á a , q t h o ¸ tq t á a , q t h o ¸ t
Ở nhiệt độ thấp (τ
1
) đầu tiêu khi T = τ ta có q
tỏa
> q
thoát
đường cong a nằm trên đường cong
b
1
. Vậy nhiệt tỏa ra lớn hơn nhiệt thoát ra ngoài, nên bình đựng được tự nung nóng lên, tương ứng
với sự tăng lên của tốc độ tỏa nhiệt (theo đường cong a) đồng thời tốc độ thoát nhiệt cũng tăng lên
theo đường cong b
1
Tại điểm M Ở nhiệt độ T
1’
q
tỏa
và q
thoát
bằng nhau, lúc đó sự tự nung nóng của một hệ bị
ngừng lại, hệ thống giữ ở nhiệt độ không đổi T
1
Nếu nhiệt độ trong bình đột nhiên cao hơn T
1
thì q
thoát
trở nên lớn hơn q
tỏa

hỗn hợp lại nguội
trở lại đến T
1
Vì vậy ở nhiệt độ T
1
sự cân bằng nhiệt đã được tự động thiết lập và phản ứng có đặc
tính ổn định. Nghĩa là tiến hành với nhiệt độ không đổi.
Trong vùng nhiệt độ thấp, tốc độ quá trình rất nhỏ, hầu như không quan sát được nên trên
thực tế quá trình không tiến hành được.
- Ở nhiệt độ cao (τ
2
) lúc này đường b
2
ở dưới đường a hay ở bất kỳ nhiệt độ nào trong bình
đều có q
tỏa
> q
thoát
. Quá trình tiến hành làm cho hiệu số (q
tỏa
- q
thoát
) tăng lên dẫn đến sự tích nhiệt
trong hệ thống. Sự chênh lệch này càng tăng khi nhiệt độ và tốc độ phản ứng càng tăng. Lúc đầu
quá trình tiến hành rất chậm sau tăng lên và tốc độ của nó đạt được giá trị rất lớn, do đó hỗn hợp
bốc cháy.
- Ở nhiệt độ tới hạn (τ
th
) đường cong b
th

gặp đường cong a và bắt đầu từ τ
th
hệ thống tự nung
nóng là do phản ứng cháy phát nhiệt. Ở T
th
nhiệt do hệ thống thu vào (nhờ phản ứng phát nhiệt) và
lượng nhiệt của hệ truyền ra môi trường bằng nhau. Nhưng khác với trường hợp ở nhiệt độ thấp là ở
đây sự cân bằng nhiệt không bền vững, chỉ cần tăng nhiệt độ lớn hơn T
th
một ít cũng đủ làm cho cân
bằng bị phá vỡ. Khi đó q
tỏa
> q
thoát
cũng giống như trường hợp τ
2
quá trình cháy rất mạnh.
Bởi vậy, nhiệt độ τ
th
gọi là nhiệt độ tới hạn. Thấp hơn nhiệt. độ τ
th
phản ứng tiến hành ổn
định, cao hơn τ
th
phản ứng tiến hành với sự gia tốc. Nhiệt độ như vậy gọi là nhiệt độ bốc cháy, nó
được xác định trên giản đồ khi b tiếp tuyến với a.
τ
1
τ
2

τ
th
Nhiệt độ bốc cháy phụ thuộc :
- Hình dạng kích thước và vật liệu làm bình (qua trị số α
dn’
F, V) trong công thức (1 -23).
- Trị số của hiệu ứng nhiệt và đặc trưng động học của phản ứng (Q, E, K
o
) trong phương
trình (1 -22).
- Nếu thay đổi điều kiện để giảm độ dốc của đường cong b và chuyển dịch đường cong a lên
phía trên thì dẫn tới sự hạ thấp nhiệt độ bốc cháy và ngược lại.
Ví dụ, giảm diện tích bề mặt riêng của hình
)(
V
F
sẽ làm tăng nhiệt tỏa ra trong một đơn vị thể tích
của hỗn hợp phản ứng, tăng áp suất tổng cũng như áp suất riêng phần của các cấu tủ tham gia phản ứng
đều giảm nhiệt độ bốc cháy.
1 3.2. Cơ chế dây chuyền của phản ứng cháy khí.
a) Đặc điểm: Ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bốc cháy, các phản ứng cháy khí (H
2
,CO) đều tiến
hành theo cơ cấu dây chuyền. Các phản ứng dây chuyền phát triển được là nhờ các gốc tự do có
hoạt tính cao (gốc tự do có thể là nguyên tử, hay ion ).
Lý thuyết phản ứng dây chuyền dựa trên hai nguyên tắc sau đây:
- Các gốc tự do có hoạt tính rất lớn trong các phản ứng với phân tử bão hòa hóa trị.
- Khi tác dụng với các phân tử bão hòa hóa trị, hóa trị của các gốc tự do không mất đi, vì
phát sinh ra những gốc tự do mới.
Dây chuyền bị gián đoạn khi gốc tự do của hai dây chuyền va chạm nhau tạo thành phân tử

bão hòa hóa trị.
Ví dụ: Gốc tự do H, OH…
H + O
2
= OH + O
phản ứng cắt đứt dây chuyền : OH + H = H
2
O
Nghiên cứu quan hệ giữa nhiệt độ bốc cháy của hỗn hợp khí với áp suất được biểu diễn ở
hình (1 - 4).
Từ hình 1 - 4 chúng ta thấy rằng ở nhiệt độ T > T
N
thì hỗn hợp khí chỉ có một giới hạn áp
suất bốc cháy là P
1
(đoạn RS). Trong giới hạn này khi P > P
1
hỗn hợp bốc cháy. Khi P < P
1
oxy hóa
chậm (không bốc cháy).
Khoảng nhiệt độ T
M
- T
N
có hai giới hạn bốc cháy: P > P
1
Và P < P
2
tạo nên một bán đảo bốc

cháy mũi M.
Giới hạn thứ ba : P > P
3
xẩy ra sự bốc cháy, quá trình tiến hành với tốc độ rất lớn. Ở đây lượng
khí thoát ra rất lớn và lượng nhiệt thoát ra cũng rất lớn.
Quá trình bốc cháy phụ thuộc vào áp suất được xác định bởi ba trường hợp sau đây:
X X
Va chạm bậc một: Đó là gốc tự do va chạm vào thành bình gây nên sự cắt đứt dây chuyền.
H + thành bình =
2
1
H
2
Tốc độ va chạm bậc một được biểu thị bởi công thức
V
1
= K
1
.P (1-24)
Va chạm bậc hai: Va chạm bậc hai làm phản ứng dây chuyền phát triển.
Ví dụ : H + O
2
= HO + O
O + H
0
= OH + H
Hai gốc tự do tham gia vào quá trình cháy. Do đó phản ứng dây chuyền phát triển. Tốc độ
va chạm bậc hai được biểu thị bởi phương trình:
V
2

= K
2
P
2
(1 - 25)
- Va chạm bậc ba: Khi gốc tự do va chạm phải những phần tử khí trơ có mặt trong hỗn hợp
khí (ví dụ : Ar, N
2
v.v ). Gốc tự do khi va chạm vào nhũng phần tử khí trơ sẽ chuyển năng lượng
cho nó và biến thành phân tử bão hòa hóa trị. Va chạm bậc ba xảy ra ở áp suất cao. Phản ứng dây
chuyền bị cắt đứt do va chạm bậc ba như sau:
ví dụ : H + H + M = H
2
+ M*
O
2
+ H + M = HO
2
+ M*
Phương trình tốc độ va chạm bậc ba
V
3
= K
3
P
3
Biểu diễn phượng trình (1-24), (1-25), (1-26) trên hình 1-5 ta có nhận xét:
¸
p s u Ê t
Từ O đến P

1
tốc độ va chạm phụ thuộc vào sự va chạm bậc một (đường V
1
nằm trên đường
V
2
và V
3
). Có nghĩa là giới hạn dưới bốc cháy quan hệ với sự va chạm vào thành bình gây nên sự
gián đoạn dây chuyền phản ứng. Vậy ở áp suất thấp sự cắt đứt dây chuyền là do gốc tự do va chạm
vào thành.
- Từ P
l
đến P
2
quyết định do va chạm bậc hai. Phản ứng dây chuyền phát triển (đường V
2
nằm trên đường V
l
và V
3
)
- P > P
2
quyết định do va chạm bậc ba (đường V
3
nằm trên đường V
l
và V
3

) phản ứng dây
chuyền đứt đoạn. Vậy ở áp suất cao sự cắt đứt dây. chuyên do va chạm bậc ba.
b) Sự cháy Hydrô H
2
Bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh rằng: phản ứng cháy hydrô với oxy theo cơ cấu
dây chuyền trong phản ứng cháy của nó, ngoài các phần tử hoạt tính là H và nhóm OH còn có oxy
nguyên tử tham gia với tác dụng mạnh hơn cả Hydrô nguyên tử. Chỉ với nồng độ oxy rất nhỏ đã có
thể làm giảm nhiệt độ bốc cháy của hỗn hợp khí tới nhiệt độ bình thường. Theo Xêmênôp thì cơ chế
cháy dây chuyền của phản ứng cháy Hydrô rất phức tạp, có thể phân chia thành các loại phản ứng
sau đây:
- Phản ứng phát sinh dây chuyền :
(1) H
2
+ O
2
→ HO
2
+ H
hay H
2
+ O
2
→ 2OH
Nhiệt độ tạo thành gốc OH là 83682J/mol họat năng của phản ứng vào khoảng E =
188284,5J
Hằng số tốc độ phản ứng
K
(1)
= 10
-10

.e
-7500/T
cm
3
/sec
Tốc độ phản ứng ( 1) là:
v
(1)
= n
(1)
K
(1)
(H
2
) (O
2
)
Trong đó n
(1)
là số phân tử hoạt tính tạo ra trong một đơn vị thời gian
(2) OH + H
2
→ H
2
O + H
Phàn ứng (2) tiêu hủy những phần tử hoạt tính gốc OH để tạo thành phần tử H
2
O nhưng
ngược lại tạo ra phần tử hoạt tính mới là H, đảm bảo cho dây chuyền phát triển. Phản ứng này phát
nhiệt (58512J/phân tử gam).

Tốc độ của nó phụ thuộc vào nồng độ nhóm OH trong cùng ngọn lửa.
v
(2)
= K
(2)
(H
2
) (OH)
Trong đó K
(2)
là hằng số tốc độ của phản ứng (2)
K
(2)
= 7.10
-12
sec/.
3
7000
cme
T
−
τ
Phản ứng chia nhánh dây chuyền
(3) H + O
2
→ OH + O
(4) O + H
2
→ OH + H
Những phản ứng này là những phản ứng quan trọng trong quá trình cháy dây chuyền. Ở đây

một phần tử hoạt tính mất đi thì tạo thành hai chất điểm hoạt tính. Cũng có nghĩa là tạo ra một đây
chuyền phản ứng mới, làm cho tốc độ quá trình được gia tốc.
V
(3)
= K
(3)
(O
2
) (H)
K
(3)
= 0,94.10
-10
.
sec/
3
7550
cme
T
−
Tốc độ phân ứng (4)
V
(4)
= K
(4)
→ (H
2
) (O)
K
(4)

= 2.10
-10
.

sec/
3
3000
cme
T
−
Bảng 1-3 dưới đây so sánh khả năng động học của phản ứng. Nêu lên giá trị của hằng số tốc
độ của phản ứng ở nhiệt độ 800
0
K.
Bảng 1-3: Hằng số tóc độ phản ứng ở nhiệt độ 800
0
K
Số thứ tự phản ứng Phản ứng K, cm
3
/sec
(1)
(2)
(3)
(4)
H
2
+ O
2
→ 2OH
H

2
+ OH → H
2
O + H
O
2
+ H → OH + O
H
2
+ O → OH + H
10
-22
4.10
-13
10
-14
5.10
-12
Phản ứng cắt đứt dây chuyền trên thành bình thành bình
(5) 2H H
2
th nhà
(6) 2OH H
2
O
2
Gồm có các thành phần
Ở áp suất thấp, các chất điểm hoạt tính H, O và OH khuếch tán đến thành bình, bị hấp phụ
trên đó và tác đụng với các chất điểm hoạt tính khác từ thể tích của bình đi vào tạo thành những
phân tử H

2
x O
2
và H
2
O đồng thời truyền năng lượng cho thành bình hay tỏa ra xung quanh, các
phân tử H
2
, O
2
và H
2
O được tạo thành bị giữ lại một cách yếu ớt trên thành bình nên sau đó được
nhã ra để đi vào pha khí.
- Phản ứng cắt đứt dây chuyền trong thể tích .
- Khi nâng cao áp suất thì phản ứng cắt đứt dây chuyền trên thành bình (5) được thay thế
bằng phản ứng cắt đứt đây chuyên trong thể tích (7)
(7) H + O
2
+ M → HO
2
+ M
*
2HO
2
→ H
2
O
2
+ O

2
Tốc độ của phản ứng này tăng lên rất nhanh khi tăng áp suất (tỷ lệ với P
3
). Phản ứng phát
triển được là do những phần tử thứ ba M (có thể là H
2
, O
2
,H
2
O hay khí trơ) khi va chạm bậc ba,
phần tử thứ ba sẽ hấp phụ năng lượng của các phần tử hoạt hóa, giải phóng năng lượng thừa và tạo
thành hợp chất trung gian.
v
(7)
= K
(7)
(O
2
) (M) (H)
K
(7)
= 2,4.10
-33
cm
3
/sec
Khi năng lượng hoạt hóa nhỏ (E → O) thì thực tế K
(7)
không phụ thuộc vào nhiệt độ.

Hơi nước có tác dụng làm trở ngại cho sự bốc cháy hydrô và oxy:
Ví dụ : ở 570
0
C không có H
2
O P
2
= 9,1.10
3
Pa
2% H
2
O P
2
= 8,0.10
3
Pa
2% H
2
O P
2
= 7,0.10
3
Pa
Có thể biểu diễn phản ứng cháy dây chuyên của hyđro bằng sơ đồ sau:

th nhà
(H)
khÝ
(H) thµnh b×nh

(H)
thµnh b×nh
(H) hÊp thô
(H) hÊp thô + (H) khÝ (H
2
) hÊp thô
(H
2
) hÊp thô (H
2
) khÝ
KhuÕch t¸n
22
OH +
2
HO
2
OH +
2
HOH +
2
HO +
OH
2

2
OH +

2
HOH +

2
OH +
c) Sự cháy o xít ca chon (CO)
Sự cháy oxit cacbon cũng được đặc trưng bằng các quy tắc chung như sự cháy hydro. Nó
cũng có bán đảo bốc cháy, nhưng giới hạn bốc cháy dưới và trên đều cao hơn sự cháy hydro. Một
đặc điểm khác với sự cháy của hydro là oxit cacbon khô cháy rất kém. Muốn làm cho nó bốc cháy
được thì phải bật tia lửa điện mạnh, ngoài ra ngọn lửa không ổn định, lan truyền chậm, dễ tắt,
nhưng chỉ cần cho vào một ít hơi nước thì hỗn hợp cháy mạnh hẳn lên. Người ta đã xác minh rằng,
hơi nước có ảnh hưởng quyết định đến tốc độ cháy hydro.
V
CO
= f(
OH
P
2
)
Nếu
OH
P
2
→ O thì v
CO
→ O
Thực nghiệm đã xác định rằng, tốc độ cháy của hỗn hợp oxit cacbon-oxy khi thừa oxit
cacbon tỷ lệ bậc nhất với hàm lượng hơi nước.
Với hỗn hợp thừa oxy thì ảnh hưởng của hơi nước ít hơn. Có thể thay đổi hàm lượng oxy
trong một khoảng khá lớn cũng không làm ảnh hưởng rõ rệt tới tốc độ cháy của oxit cacbon.
Qua phân tích trên ta thấy rằng, cơ chế của quá trình cháy CO có liên quan với nguyên tử
hoạt tính hydro.

Theo nghiên cứu của Xêmênốp thì cơ chế dây chuyến của sự cháy CO có liên quan với
nguyên tử hoạt tính hydro.
Theo nghiên cứu của Xêmênốp thì cơ cấu dầy chuyền của sự cháy CO có thể biểu diễn bằng
phương trình sau:
Phản ứng phát sinh dây chuyền:
H
2
O + CO = H
2
+ CO
2
H
2
+ O
2
= 2OH
- Phản ứng nối tiếp dây chuyền
OH + CO = CO
2
+ H
O + H
2
= OH + H
- Phản ứng cắt đứt dây chuyền trên thành bình
H + thành →
2
2
1
H
+ thành

- Phản ứng cắt đứt dây chuyền trong thề tích (trong không gian của bình)
CO + O + M → CO
2
+ M
+
Sơ đó tổng hợp của phản ứng cháy dây chuyền CO như sau :
c o
2
c O
2
1.3.3. Cơ chế và động học của phản ứng khí nước
Phương trình phản ứng : CO
2
+ H
2
→ CO + H
2
O
Phản ứng tiến triển được là nhờ chất xúc tác trải qua các giai đoạn hấp phụ và giải phụ các
chất tham gia phản ứng. Các phần tử khí H
2
và CO tham gia phản ứng đều bị hấp phụ trên bề mặt
chất xúc tác. Khi đó chúng bị biến dạng rất nhiều. ví dụ dùng chất xúc tác là Pt thì cơ cấu như sau :
(1) H
2(K)
+ P
t
= P
t
. (H

2
)
h.phụ
Sau đó các phân tử CO
2
trong pha khí va đập vào bề mặt chất xúc tác đã hấp phụ H
2
(2) P
t
.(H
2
)
h.phụ
+ CO
2(K)
= P
t
(CO)
h.phụ
+ H
2
O
Cuối cùng là phân tử CO được tách ra khỏi bề mặt chất xúc tác
P
t
(CO)
h.phụ
= P
t
+ CO

(K)

v = f(v
1
s
l
- v
2
s
2
)
v
1
- tốc độ hấp phụ CO trên bề mặt chất xúc tác ứng với S
1
v
2
- Tốc độ giải phụ CO
2
trên bê mặt chất xúc tác ứng với S
2
Phương trình tốc độ :
COH
H
PPK
PK
v
−
=
2

2
2
1
K
1
- hằng số tốc độ của phản ứng ( 1 ).
K
2
- hằng số tốc độ của phản ứng (2).
Từ phương trình tốc độ ta nhận xét rằng : tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào sự có mặt
của CO
2
trong hỗn hợp khí. Điều đó được giải thích bằng sự hấp phụ tương đối yếu của CO
2
trên bề
mặt xúc tác P
t
Nhân tố chủ yếu để tăng tốc độ phản ứng là tăng áp suất riêng phần của hydro trong hỗn hợp
khí, hay nói cách khác là tăng các phần tử hoạt tính làm cho phản ứng phát triển.
Một số nhà nghiên cứu khác trình bày cơ cấu phản ứng khí nước với chất xúc tác là oxit sắt.
CO + H
2
O = CO
2
+ H
2
Quá trình rất phức tạp, có thể trình bày quá các khâu sau đây:
Phân tử hơi H
2
O được hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác biến dạng mạnh đến nỗi liên kết

phân tử của nó bị phá vỡ. Nguyên tử oxy được giữ lại trên bề mặt chất xúc tác còn hyđro được tách
ra đi vào pha khí.
(l) H
2
O = (O)
h.phụ
+ H
2(K)
Những phân tử khí CO chuyển động trong pha khí gây nên những .va chạm có hiệu quả với
bề mặt chất xúc tác (mà trên đó có những nguyên tử oxy hấp phụ). CO sẽ tác dụng và nguyên tử
oxy bị hấp phụ để biến thành phân tử CO
2
và giải phóng bề mặt xúc tác:
(2) (O)
h.phụ
+ CO
(K)
= CO
2(K)

Giai đoạn thứ hai là khâu chuyển biến chậm nhất hạn chế toàn bộ quá trình.
n
OH
H
CO
H
OH
CO
P
P

PK
P
P
PKv
−








−








=
1
21
2
2
2
2
2

n - bậc phản ứng.
Phương trình cho ta thấy tốc độ của phản ứng sẽ giảm đi khi cho thêm khí H
2
vào và bậc của
phản ứng theo sự tiêu hao của CO tiến tới 1. ảnh hưởng của nhiệt độ có thể đánh giá bằng phương
trình hằng số tốc độ của phản ứng hạn chế như sau
T
AeK
8250
)2(
−
=
1.4. nhiệt động học của phản ứng cháy cacbon
1 4. 1 . Đặc điểm chung
Giữa cacbon và oxy có thề xảy ra những phản ứng sau đây:
Phản ứng cháy hoàn toàn
( 1) C + O
2
= CO
2
∆H
o
248(1)
= -394142J
Phản ứng cháy không hoàn toàn
(2) C +
2
1
O
2

= CO ∆H
o
248(2)
= -223431J
Phản ứng cháy tiếp
(3) CO +
2
1
O
2
= CO
2
∆H
o
248(3)
= -283054J
Phản ứng khí hóa cacbon
(4) C + CO
2
= 2CO ∆H
o
248(4)
= 170711J
Nhận xét chung:
- Cháy hoàn toàn cho ta hiệu ứng lớn nhất, cháy không hoàn toàn cho ta hiệu ứng nhiệt thấp
nhất. Bởi vì sản phẩm khí còn tiếp tục cháy nữa.
Q
1
= Q
2

+ Q
3
- Phản ứng cháy không hoàn toàn xẩy ra trong điêu kiện thiếu oxy, còn phản ứng cháy hoàn
toàn xẩy ra trong điều kiện thừa oxy.
- Phản ứng khí hóa cacbon là phản ứng thu nhiệt. Vậy khi nâng cao nhiệt độ, phản ứng cho
ta nhiều CO.
1 4.2. Nhiệt động học của phản ứng cháy cacbon .
Phương trình nhiệt động học.
113,9
8916
lg
48,174170711
069,9
29502
lg
71,173566108
156,9
11670
lg
31,175223431
044,0
20586
lg
84,0394142
)4(
0
)4(
)3(
0
)3(

)2(
0
)2(
)1(
)1(
+
−
=
−=∆
−=
−−=∆
+=
−−=∆
+=
−−=∆
T
K
TG
T
K
TG
T
K
TG
T
K
TG
p
p
p

p
o
Từ đồ thị (l-6) chúng ta có thể nhận xét rằng.
Ở đường (2) chứng tỏ rằng, nhiệt độ càng tăng thì giá trị ∆G
0
T
càng nhỏ. có nghĩa là ở nhiệt
độ cao CO tồn tại càng nhiều.
- Đường (2) và (3) cắt nhau ở nhiệt độ 978
o
K.
Điều đó chứng tỏ rằng ở nhiệt độ đó độ bền của CO và CO
2
bằng nhau. Vì ∆G
0
(2)
= ∆G
o
(3)
T> 978
o
K ∆G
o
(2)
< ∆G
o
(3)
. Ở nhiệt độ cao hơn 978
o
K khí CO bên hơn CO

2.
T < 978
o
K ∆G
o
(2)
> ∆G
o
(3)
có nghĩa là Ở nhiệt độ thấp, khí CO
2
bền hơn khi CO.
Đường (3) khi nhiệt độ tăng thì ∆G
0
tăng. Vậy khi nhiệt độ tăng ái lực CO với oxy giảm.
Suy ra trong lò cao phản ứng hoàn nguyên gián tiếp bằng khí CO chỉ xẩy ra ở nhiệt độ thấp (ở thân
lò).
Trong điều kiện thừa oxy (đường cong (2)) khi nhiệt độ tăng ∆G
0
T
giảm quá trình cháy tiến
hành hoàn toàn.
Như vậy quá trình cháy cacbon có thể tiến hành trong điều kiện thừa oxy hay thừa cacbon
(thiếu cacbon, hay thiếu oxy). Nhưng dù cho quá trình cháy có tiến hành theo cách nào và có những
phản ứng trung gian nào đi chăng nữa thì thành phần cuối cùng của sản phẩm cháy cũng sẽ do sự
cân bằng của hai phản ứng sau đây quyết định:
Thừa oxy (thiếu cacbon) 2CO + O
2
= 2CO
2

Thiếu oxy (thừa cacbon) C + CO
2
= 2CO
Kết quả nghiên cứu nhiệt động học hệ thống C-O cho phép ta đi đến kết luận chung như sau:
Trong điều kiện thừa cacbon (thiếu O
2
) ở nhiệt độ cao hơn 1300
o
K (trên 1000
o
C) thì sản
phẩm cháy duy nhất là CO. Nhiệt độ càng giảm thì lượng CO
2
càng nhiều và đạt tới 40% ở 970 -
980
o
K.
Trong trường hợp thừa oxy nhiệt độ đến 1700 - 1800
o
K thì cacbon và CO cháy hoàn toàn
thành CO
2
Ở nhiệt độ cao hơn bên cạnh CO
2
còn có CO (hoặc không cháy mà nằm trong sản phẩm
cuối cùng). Ở nhiệt cao pha khí chứa rất nhiều CO mặc dù thừa oxy.