В процессе взаимодействия вещества с К. исключительно важна роль воды. Например, даже такой активный металл, как , ссовершенно лишённым влаги К. не реагирует, но воспламеняется в К. при обычной температуре в присутствии даже ничтожных количеств паров воды. Подсчитано, что в результате ежегодно теряется до 10% всего производимого металла.
Окиси некоторых металлов, присоединяя К., образуют перекисные соединения, содержащие 2 или более связанных между собой атомов К. Так, перекиси Na 2O 2и ВаО 2включают перекисный ион O 2 2-, надперекиси NaO 2и KO 2- ион O 2 -, а озониды NaO 3, KO 3, RbO 3и CsO 3- ион O 3 -. К. экзотермически взаимодействует со многими сложными веществами. Так, аммиак горит в К. в отсутствии катализаторов, реакция идёт по уравнению: 4NH 3+ 3O 2= 2N 2+ 6Н 2О. Окисление аммиака кислородом в присутствии катализатора даёт NO (этот процесс используют при получении ) .Особое значение имеет горение углеводородов (природного газа, бензина, керосина) - важнейший источник тепла в быту и промышленности, например СН 4+2О 2= СО 2+2Н 2О. Взаимодействие углеводородов с К. лежит в основе многих важнейших производственных процессов - такова, например, так называемая конверсия метана, проводимая для получения водорода: 2СН 4+О 2+2Н 2О=2СО 2+6Н 2(см. ) .Многие органические соединения (углеводороды с двойной или тройной связью, альдегиды, фенолы, а также скипидар, высыхающие масла и др.) энергично присоединяют К. Окисление К. питательных веществ в клетках служит источником энергии живых организмов.
Получение. Существует 3 основных способа получения К.: химический, электролизный (электролиз воды) и физический (разделение воздуха).
Химический способ изобретён ранее других. К. можно получать, например, из бертолетовой соли KClO 3, которая при нагревании разлагается, выделяя O 2в количестве 0,27 м 3на 1 кгсоли. Окись бария BaO при нагревании до 540 °С сначала поглощает К. из воздуха, образуя перекись BaO 2, а при последующем нагревании до 870 °С BaO 2разлагается, выделяя чистый К. Его можно получать также из KMnO 4, Ca 2PbO 4, K 2Cr 2O 7и других веществ при нагревании и добавлении .Химический способ получения К. малопроизводителен и дорог, промышленного значения не имеет и используется лишь в лабораторной практике.
Электролизный способ состоит в пропускании постоянного электрического тока через воду, в которую для повышения её электропроводности добавлен раствор едкого натра NaOH. При этом вода разлагается на К. и водород. К. собирается около положительного электрода электролизёра, а водород - около отрицательного. Этим способом К. добывают как побочный продукт при производстве водорода. Для получения 2 м 3водорода и 1 м 3К. затрачивается 12-15 квт·чэлектроэнергии.
Разделение воздуха является основным методом получения К. в современной технике. Осуществить разделение воздуха в нормальном газообразном состоянии очень трудно, поэтому воздух прежде сжижают, а затем уже разделяют на составные части. Такой способ получения К. называют разделением воздуха методом глубокого охлаждения. Сначала воздух сжимается компрессором, затем, после прохождения теплообменников, расширяется в машине- или дроссельном вентиле, в результате чего охлаждается до температуры 93 К (-180 °С) и превращается в жидкий воздух. Дальнейшее разделение жидкого воздуха, состоящего в основном из жидкого азота и жидкого К., основано на различии температуры кипения его компонентов [t kипO 290,18 К (-182,9 °С), t kипN 277,36 К (-195,8 °С)]. При постепенном испарении жидкого воздуха сначала выпаривается преимущественно азот, а остающаяся жидкость всё более обогащается К. Повторяя подобный процесс многократно на ректификационных тарелках воздухоразделительных колонн (см. ) ,получают жидкий К. нужной чистоты (концентрации). В СССР выпускают мелкие (на несколько л) и самые крупные в мире кислородные воздухоразделительные установки (на 35000 м 3 /чК.). Эти установки производят технологический К. с концентрацией 95-98,5%, технический - с концентрацией 99,2-99,9% и более чистый, медицинский К., выдавая продукцию в жидком и газообразном виде. Расход электрической энергии составляет от 0,41 до 1,6 квт·ч/м 3 .
К. можно получать также при разделении воздуха по методу избирательного проницания (диффузии) через перегородки-мембраны. Воздух под повышенным давлением пропускается через фторопластовые, стеклянные или пластиковые перегородки, структурная решётка которых способна пропускать молекулы одних компонентов и задерживать другие. Этот способ получения К. пока (1973) используется лишь в лабораториях.
Газообразный К. хранят и транспортируют в стальных баллонах и ресиверах при давлении 15 и 42 Мн/м 2(соответственно 150 и 420 бар,или 150 и 420 am) ,жидкий К. - в металлических сосудах Дьюара или в специальных цистернах-танках. Для транспортировки жидкого и газообразного К. используют также специальные трубопроводы. Кислородные баллоны окрашены в голубой цвет и имеют чёрную надпись «кислород».
Применение. Технический К. используют в процессах газопламенной обработки металлов, в , ,поверхностной , и др., а также в авиации, на подводных судах и пр. Технологический К. применяют в химической промышленности при получении искусственного жидкого топлива, смазочных масел, азотной и серной кислот, метанола, аммиака и аммиачных удобрений, перекисей металлов и др. химических продуктов. Жидкий К. применяют при взрывных работах (см. ) ,в реактивных двигателях и в лабораторной практике в качестве хладагента.
Заключенный в баллоны чистый К. используют для дыхания на больших высотах, при комических полетах, при подводном плавании и др. В медицине К. дают для вдыхания тяжелобольным, применяют для приготовления кислородных, водяных и воздушных (в кислородных палатках) ванн, для внутримышечного введения и т.п. (см. ) .
В. Л. Василевский, И. П. Вишнев, А. И. Перельман.
К. в металлургии широко применяется для интенсификации ряда пирометаллургических процессов. Полная или частичная замена поступающего в металлургические агрегаты воздуха кислородом изменила химизм процессов, их теплотехнические параметры и технико-экономические показатели. Кислородное дутьё позволило сократить потери тепла с уходящими газами, значительную часть которых при воздушном дутье составлял азот. Не принимая существенного участия в химических процессах, азот замедлял течение реакций, уменьшая концентрацию активных реагентов окислительно-восстановительной среды. При продувке К. снижается расход топлива, улучшается качество металла, в металлургических агрегатах возможно получение новых видов продукции (например, шлаков и газов необычного для данного процесса состава, находящих специальное техническое применение) и др.
Первые опыты по применению дутья, обогащенного К., в доменном производстве для выплавки передельного чугуна и ферромарганца были проведены одновременно в СССР и Германии в 1932-33. Повышенное содержание К. в доменном дутье сопровождается большим сокращением расхода последнего, при этом увеличивается содержание в доменном газе окиси углерода и повышается его теплота сгорания. Обогащение дутья К. позволяет повысить производительность доменной печи, а в сочетании с газообразным и жидким топливом, подаваемым в горн, приводит к снижению расхода кокса. В этом случае на каждый дополнительный процент К. в дутье производительность увеличивается примерно на 2,5%, а расход кокса снижается на 1%.
К. в мартеновском производстве в СССР сначала использовали для интенсификации сжигания топлива (в промышленном масштабе К. для этой цели впервые применили на заводах «Серп и молот» и «Красное Сормово» в 1932-33). В 1933 начали вдувать К. непосредственно в жидкую ванну с целью окисления примесей в период доводки. С повышением интенсивности продувки расплава на 1 м 3/ тза 1 чпроизводительность печи возрастает на 5-10%, расход топлива сокращается на 4-5%. Однако при продувке увеличиваются потери металла. При расходе К. до 10 м 3/ тза 1 чвыход стали снижается незначительно (до 1%). В мартеновском производстве К. находит всё большее распространение. Так, если в 1965 с применением К. в мартеновских печах было выплавлено 52,1% стали, то в 1970 уже 71%.
Опыты по применению К. в электросталеплавильных печах в СССР были начаты в 1946 на заводе «Электросталь». Внедрение кислородного дутья позволило увеличить производительность печей на 25-30%, снизить удельный расход электроэнергии на 20-30%, повысить качество стали, сократить расход электродов и некоторых дефицитных легирующих добавок. Особенно эффективной оказалась подача К. в электропечи при производстве нержавеющих сталей с низким содержанием углерода, выплавка которых сильно затрудняется вследствие науглероживающего действия электродов. Доля электростали, получаемой в СССР с использованием К., непрерывно растет и в 1970 составила 74,6% от общего производства стали.
В ваграночной плавке обогащенное К. дутьё применяется главным образом для высокого перегрева чугуна, что необходимо при производстве высококачественного, в частности высоколегированного, литья (кремнистого, хромистого и т.д.). В зависимости от степени обогащения К. ваграночного дутья на 30-50% снижается расход топлива, на 30-40% уменьшается содержание серы в металле, на 80-100% увеличивается производительность вагранки и существенно (до 1500 °С) повышается температура выпускаемого из неё чугуна.
О значении К. в конвертерном производстве см. в ст. .
К. в цветной металлургии получил распространение несколько позже, чем в чёрной. Обогащенное К. дутьё используется при конвертировании штейнов, в процессах шлаковозгонки, , и при отражательной плавке медных концентратов. В свинцовом, медном и никелевом производстве кислородное дутьё интенсифицировало процессы шахтной плавки, позволило снизить расход кокса на 10-20%, увеличить проплав на 15-20% и сократить кол-во флюсов в отдельных случаях в 2-3 раза. Обогащение К. воздушного дутья до 30% при обжиге цинковых сульфидных концентратов увеличило производительность процесса на 70% и уменьшило объём отходящих газов на 30%. Разрабатываются новые высокоэффективные процессы плавки сульфидных материалов с применением чистого К.: плавка в кислородном факеле, конвертирование штейнов в вертикальных конвертерах, плавка в жидкой ванне и др.
С. Г. Афанасьев.
Лит.:Чугаев Л. А., Открытие кислорода и теория горения в связи с философскими учениями древнего мира, Избр. труды, т. 3, М., 1962, с. 350; Коттон Ф., Уилкинсон Дж., Современная неорганическая химия, пер. с англ., т. 1-3, М., 1969; Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, М., 1965; Кислород. Справочник, под ред. Д. Л. Глизманенко, ч. 1-2, М., 1967; Разделение воздуха методом глубокого охлаждения, под ред. В. И. Епифановой, Л. С. Аксельрода, т. 1-2, М., 1964; Справочник по физико-техническим основам глубокого охлаждения, М. - Л., 1963.
Кислородная ёмкость крови
Кислоро'дная ёмкость кро'ви,количество кислорода, которое может быть связано кровью при её полном насыщении; выражается в объёмных процентах ( об%); зависит от концентрации в крови .Определение К. ё. к. важно для характеристики дыхательной функции .К. ё. к. человека - около 18-20 об%.
Кислородная задолженность
Кислоро'дная задо'лженность,дополнительное количество кислорода, потребляемое организмом после физической работы на окисление недоокисленных продуктов обмена веществ. К. з. свидетельствует об отставании потребления кислорода во время работы от потребности в нем организма. Определение К. з., производимое путём исследования ,важно при решении некоторых вопросов физиологии труда и спорта, оценке состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Термином «К. з.» иногда обозначают расхождение между потребностью организма в кислороде и его фактическим потреблением при различных обстоятельствах, связанных с кислородным голоданием, или .
Кислородная резка
Кислоро'дная ре'зка,газовая резка, способ резки металлических деталей, основанный на свойстве металлов, нагретых до температуры воспламенения, гореть в технически чистом кислороде. При К. р. на нагретый до 1200-1300 °С металл направляют струю кислорода, прожигающую металл и разрезающую его. Образующиеся окислы железа в расплавленном состоянии вытекают и выдуваются из полости реза. Этим способом режут изделия из углеродистых низко- и среднелегированных сталей обычно толщиной от 1 ммдо 200-300 мм(возможна К. р. стали толщиной до 2 м) .
К. р. производят - специальной сварочной горелкой с дополнительным устройством для подвода кислорода. В зависимости от использования для нагрева металла горючего газа различают ацетиленокислородную, водородно-кислородную, бензинокислородную и др. резку, ручную и машинную. Машинная К. р. обеспечивает высокую точность и чистоту реза при большой производительности. На машинах ( рис. ) производят резку по шаблонам, специальным направляющим, чертежу, копируя его в любом масштабе; возможно использование сразу нескольких резаков для одновременной резки деталей. К. р. можно автоматизировать, используя фотоэлектронное устройство.
Разновидностью К. р. является флюсокислородная резка, которой разделяют металлы, трудно поддающиеся резке (высокохромистые и хромоникелевые стали), а также чугуны и алюминиевые сплавы. В этом случае процесс облегчают вдуваемые вместе с кислородом порошкообразные .Кроме разделительной К. р., при которой режущая струя почти перпендикулярна поверхности металла, применяют кислородную обработку (т. н. строжку). При этом режущую струю направляют под небольшим углом (почти параллельно) к поверхности металла.
К. р. широко распространена в машиностроении, судостроении, в чёрной и цветной металлургии, в строительстве и др. отраслях. Наряду с К. р. в промышленности получила распространение плазменная резка (см. ) .
Лит.:Хренов К. К., Сварка, резка и пайка металлов, 4 изд., М., 1973.
К. К. Хренов.
Машина для кислородной резки.
Кислородная терапия
Кислоро'дная терапи'я,оксигенотерапия (от латинского Oxygenium - кислород и ) ,искусственное введение кислорода в организм человека с лечебной целью. К. т. применяют обычно для лечения заболеваний, сопровождающихся (болезни сердечно-сосудистой системы; пневмонии, эмфизема лёгких; высотная болезнь; отравление удушающими газами - хлором, фосгеном и др.), а также при лечении некоторых гнойно-гнилостных процессов мягких тканей (например, гангрена) и др. Для К. т. применяют как чистый кислород, так и смесь его с воздухом или с двуокисью углерода (5-7%), так называемый карбоген. Кислород вводят в организм ингаляционным путем, подкожно, внутрибрюшинно, через кишечник (для изгнания глистов) и т.д. Для К. т. используют катетеры, маски, кислородные подушки, специальные ингаляторы, кислородные палатки и тенты. Применяют также лечение кислородом под повышенным давлением - .
Кислородно-дыхательная аппаратура
Кислоро'дно-дыха'тельная аппарату'ра,приборы для проведения .Простейшим из них является кислородная подушка - прорезиненный мешок (ёмкость 12-16 л), наполненный кислородом и снабженный резиновой трубкой с краном и мундштуком. Применяют носовые катетеры или пластмассовые трубки, которые надевают на два ответвления тройника, третий конец которого подсоединён к любому источнику кислорода. Катетеры вводят по нижнему носовому ходу, кислород через увлажнитель подают со скоростью 2-3 л/мин. Дыхательные маски представляют собой металлические или пластмассовые капсулы, изогнутые так, чтобы при наложении на лицо покрывать ротовое отверстие и нос. Маски имеют вдыхательные и выдыхательные клапаны, позволяющие регулировать скорость подачи кислорода. Катетеры или маски являются неотъемлемой частью кислородных ингаляторов, состоящих из металлического баллона (или нескольких соединённых между собой баллонов), в котором находится кислород под давлением 150 атм,и редуктора, снабженного двумя манометрами. Переносные кислородные ингаляторы имеют ёмкость от 0,7 до 1,5 л. Баллонами большой емкости снабжают ингаляторы, предназначенные для горноспасательных станций, пожарных автомобилей и т.д., а также для стационарных установок в больницах. При палаточном методе кислородной терапии палатка или тент из не пропускающего газ материала подвешивается на специальном держателе над изголовьем постели. Тент снабжен окнами из плексигласа; держатель тента, баллоны с кислородом и редуктор размещают на металлической площадке. Кислород поступает в подпалаточное пространство со скоростью 6-8 л/мин.Воздушная смесь этого пространства насосом непрерывно прогоняется через регенератор, в котором содержится поглотитель углекислоты и резервуар со льдом для охлаждения воздуха и удаления излишней влаги. Концентрация кислорода в подпалаточном пространстве держится на уровне 60-80%, температура и влажность соответствуют зоне комфорта.
Рис. 2. Кислородная палатка (вид сбоку): 1 - тент; 2 - петли; 3 - штанга; 4 и 5 - консоли для установки тента; 6 - газоанализатор для контроля содержания O 2и CO 2в подпалаточном пространстве; 7 - вентиляционная труба; 8 - гайки крепления; 9 - окна из плексигласа; 10 - редуктор; 11 - резервуар с мотором, вентилятором, сосудом с поглотителем углекислоты и для льда; 12 - приёмник воды, образующейся при таянии льда.
Рис. 1. Кислородный ингалятор: 1 - баллон с кислородом; 2 - редуктор с манометрами; 3 - инжектор; 4 - дыхательный мешок; 5 - предохранительный клапан; 6 - маска; 7 - выдыхательный клапан.
Кислородное голодание
Кислоро'дное голода'ние,кислородная недостаточность, состояние организма, характеризующееся тем, что поступление O 2к тканям и органам или их способность утилизировать O 2ниже потребностей животного или человека в кислороде; то же, что .
Кислородно-конвертерная сталь
Кислоро'дно-конве'ртерная ста'ль,сталь, выплавляемая в кислородных конвертерах; см. .
Кислородно-конвертерный процесс
Кислоро'дно-конве'ртерный проце'сс,один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путём продувки чугуна в технически чистым кислородом сверху. О целесообразности использования кислорода при производстве стали в конвертерах указывал ещё в 1876 русский металлург Д. К. .Впервые применил чистый кислород для продувки жидкого чугуна снизу советский инженер Н. И. Мозговой в 1936. В 1939-41 на Московском заводе станкоконструкций проводились опыты по продувке чугуна сверху кислородом в 1,5- тковше и выплавлялась сталь для фасонного литья. Впервые К.-к. п. был опробован в промышленном масштабе в Австрии в 1952. Первый кислородно-конвертерный цех в СССР был введён в эксплуатацию в Днепропетровске на металлургическом заводе им. Петровского в 1956.
К.-к. п. осуществляется в конвертере с основной смолодоломитовой (доломит, смешанный со смолой) футеровкой и с глухим дном; кислород под давлением более 1 Мн/м 2(10 кгс/см 2) подаётся водо-охлаждаемой через горловину конвертера. С целью образования основного шлака, связывающего фосфор, в конвертер в начале продувки добавляют известь. Под воздействием дутья примеси чугуна (кремний, марганец, углерод и др.) окисляются, выделяя значительное количество тепла, в результате чего одновременно снижается содержание примесей в металле и повышается температура, поддерживая его в жидком состоянии. Когда содержание углерода достигает требуемого значения (количество углерода определяется по времени от начала продувки и по количеству израсходованного кислорода), продувку прекращают и фурму извлекают из конвертера. Продувка обычно длится 15-22 мин.Полученный металл содержит в растворе избыток кислорода, поэтому заключительная стадия плавки - .Течение К.-к. п. (т. е. последовательность реакций окисления примесей чугуна) обусловливается температурным режимом процесса и регулируется изменением количества дутья или введением в конвертер «охладителей» ( ,железной руды, известняка). Температура металла при выпуске около 1600 °С. На приведена схема получения стали в кислородном конвертере.
Применение при конвертировании кислородного дутья вместо воздушного (см. , ) позволило получать сталь с низким содержанием азота (0,002-0,006%). Высокая температура К.-к. п. способствует интенсивному окислению углерода, поэтому содержание кислорода, растворенного в металле, снижается до 0,005-0,01%. Расход кислорода на 1 тчугуна при К.-к. п. составляет » 53 м 3. При одном и том же качестве стали К.-к. п. по сравнению с мартеновским (см. ) даёт экономию по капиталовложениям на 20-25%, снижение себестоимости стали на 2-4% и увеличение производительности труда на 25-30%. В СССР за 1965-71 выплавка стали в кислородных конвертерах увеличена с 4 до 23,2 млн. тв год, или в 5,8 раза. Рост производства конвертерной стали сопровождается ростом ёмкости конвертеров. С технологической точки зрения, увеличение емкости конвертера не создает каких-либо дополнительных трудностей ведения плавки. Поэтому даже в крупных конвертерах выплавляют не только рядовую низкоуглеродистую сталь, но и среднеуглеродистую, высокоуглеродистую, низколегированную и легированную стали.
Лит.:Применение кислорода в конвертерном производстве стали, М., 1959; Туркенич Д. И., Автоматизация процесса плавки в кислородном конвертере, [М.], 1966: Бережинский А. И., Хомутинников П. С., Утилизация, охлаждение и очистка конвертерных газов, М., 1967; Явойский В. И., Теория процессов производства стали, 2 изд., М.. 1967; Конвертерные процессы производства стали, М., 1970.
С. Г. Афанасьев.
Схема получения стали в кислородном конвертере: а - загрузка металлолома; б - заливка чугуна; в - продувка; г - выпуск стали; д - слив шлака.
Кислородный конвертер
Кислоро'дный конве'ртер .см . .
Кислородный эффект
Кислоро'дный эффе'ктв радиобиологии, защитное действие пониженного содержания кислорода ( ) при облучении живых организмов ионизирующей радиацией. К. э. проявляется у всех биологических объектов (микроорганизмы, растения, животные) и на всех уровнях их организации (субклеточном, клеточном, тканевом, органном и организменном), значительно ослабляя все радиобиологические реакции (биохимические нарушения, , угнетение роста и развития) и повышая выживаемость облученных организмов. Механизм защитного действия гипоксии объясняется тем, что при облучении в присутствии кислорода образуются перекисные радикалы, усиливающие действие излучений на жизненно важные макромолекулы и структуры клеток и (или) ослабляющие эффективность внутриклеточных защитных веществ. Величина К. э. зависит главным образом от вида радиации и условий облучения. Наибольший К. э. наблюдается при действии рентгеновских лучей и гамма-лучей; с ростом плотности ионизации К. э. уменьшается, а при действии наиболее плотно ионизирующих излучений (например, альфа-лучей) практически отсутствует. В нормально обводненных активно жизнедеятельных биологических объектах ослабление лучевого поражения имеет место только при применении гипоксии во время облучения, в сухих объектах (покоящиеся семена растений, споры бактерий) - и при гипоксии после облучения, во время перехода облученных объектов к активной жизнедеятельности (например, при проращивании семян). К. э. находит применение в :повышая содержание кислорода в опухоли и создавая гипоксические условия в окружающих тканях, можно усиливать лучевое поражение опухолевых клеток, одновременно уменьшая повреждение здоровых тканей.