在我們上一篇關于采礦業中使用的工業氣體的文章中，我們對礦物加工部分以及如何利用氣體來加工礦物和金屬進行了一番探討。采礦過程的這一部分被稱為冶金學。

冶金學是一個用于提取純金屬的過程。它是一種用于提純金屬并將其變成合金的方法，合金本質上是一種金屬的混合物。例如，銀和銅結合在一起制成純銀，銅和鋅制成黃銅。

鋼鐵和金屬工業生產中最常用的一些氣體是氧氣、氮氣和氬氣。在這篇文章中，我們將深入探討這些氣體的使用方法和它們在冶金中的作用。

氧氣

在煉鋼工業生產中，氧氣是基本氧氣工藝（BOP）的主要組成部分，該工藝發生在基本氧氣爐（BOF）中。這個過程包括將高純度的氧氣吹入一個充滿熔化的鐵和其他廢料的爐子中，以將其轉化為鋼。

氧氣會引起反應，釋放熱量并氧化雜質，例如，批次中的碳。氧氣以超高速插入熔池中，這個過程持續約20分鐘，但也可能有所不同。

這是為了減少鋼本身的碳含量，從而將熱金屬轉化為低碳含量的液體鋼。煉鋼過程中大量存在的其他雜質是硫和磷。

硫和磷通常是通過使用基本氧氣爐將它們轉移到富含氧化鈣的階段來去除。雜質被去除后，熔融的鋼被倒入模具中冷卻，并加入鐵合金以改善鋼的特性，如強度和耐腐蝕性。

氮氣

氮氣通常用于金屬加工的退火過程。氮氣退火包括通過熱處理降低金屬硬度和增加延展性。如果你想用一種在壓力下不會開裂的金屬進行加工，并且在不使用額外熱量的情況下容易成型，退火是一個重要的過程，例如在冷加工中。

退火基本上減少了金屬中的晶體結構。經過退火處理的金屬通常更適合于生產電力。在退火過程中通常使用氮氣混合物

氮氣作為一種惰性氣體，在加熱和冷卻過程中被用來在爐內提供惰性氣氛。因為在爐子里使用氧氣爆破，會產生氧化和化學反應，這使得氮氣成為中和環境的關鍵氣體。

在實際退火過程之前，氮氣也被用來替換大氣中任何有可能造成不穩定或可燃環境的危害。

氬氣

當涉及到在煉鋼過程中使用氬氣時，它與氧氣一起用于一個稱為氬氧脫碳（AOD）的過程。這個過程發生在金屬被熔化成液體形式之后。

AOD過程本身經歷了三個階段：脫碳、還原和脫硫。

在脫碳過程中，液態金屬被轉移到一個容器中，通過注入氬氧混合氣體進行進一步精煉。該容器與基本氧氣爐中使用的容器非常相似。

以前，我們說過，氧氣會減少金屬中的碳含量。通過用氬氣稀釋氧氣，它降低了氧氣和一氧化碳的壓力，并且只氧化了少量的合金，而沒有氬氣存在的情況下，則氧化了較大的部分。

隨著碳含量的下降，更多的氬氣被加入以產生更高的氬氣濃度。在此之后，氬氣被用來幫助混合和去除氫和氮元素。

然后，在還原和脫硫階段，加入合金、石灰和螢石，以幫助管理礦渣，這是這個過程中形成的副產品。它有時被用于混凝土或作為生產道路的補充材料。

在脫硫階段添加其他元素，以稀釋硫磺和去除氧氣。在達到所需的硫磺水平后，礦渣副產品被移除，然后容器就可以被挖掘并澆注到模具中。