Потому что плотность горячего воздуха меньше плотности холодного, и чем больше эта разность, тем выше будет столб дыма.
Все металлы включая и чугун могут находится во всех трех состояниях. Даже в газообразном. Просто для этого нужна очень высокая температура парообразования.
Q=c*m*deltat
c=Q/mdeltat
c=1120/(0.4*20)=140