氮气作为一种惰性气体，在冶金行业中发挥着极其重要的作用。由于氮气不会与氧气反应，因此能有效防止金属材料在高温下发生氧化和脱碳现象，广泛用于各种保护性气氛工艺中。例如，氮气常被应用于钢铁及有色金属的热处理过程（如光亮退火、淬火、烧结等），以保持材料表面的完整性和品质zh.kindle-tech.comgaspuscientific.com。 此外，氮气来源广泛、成本低廉且安全性高，因此成为冶金工艺中最常用、最经济的惰性保护气体之一。在香港及内地市场，工业气体供应商（如盛尔气体官方 LinkedIn 与盛尔气体官方 Twitter）正不断推出新一代制氮技术，结合智能化控制系统，确保持续、稳定地供应高纯度氮气，以满足冶金行业对气氛保护的严格要求。
制氮机和空分设备
要保证冶金工艺中氮气供应的稳定可靠，制氮机与空分设备的作用至关重要。常见的制氮技术包括变压吸附（PSA）与膜分离两种方式。现代 PSA 制氮机利用碳分子筛及双吸附塔结构，可高效分离空气中的氮气与氧气，通常在约 20 分钟内即可产出高纯度氮气gaspuscientific.com。 与传统的气瓶供气或液氮外购方式相比，PSA 制氮机以空气为原料，仅需消耗空压机的电能，运行成本低且能源利用效率高gaspuscientific.com。 对于大型钢铁企业，深冷空分装置能够生产更大流量的液态氮气，同时满足冶金生产中对氧气、氮气及氩气的多元需求zjseqt.com。 总的来说，随着制氮机与空分设备技术的持续升级，氮气供应已实现更高程度的自动化与节能化，使各类冶金工艺能够更加精准地控制气氛条件，从而提升产品质量与生产安全性。
转炉炼钢
在转炉炼钢（Converter Steelmaking）过程中，氮气具有多重用途。首先，氮气常用于转炉顶部与底部的复合吹氮操作，用以搅拌钢水，促进炉内热量均匀分布，加快化学反应速率。氮气吹入钢水还能帮助排除溶解的氢、氧等杂质，从而提升钢水的洁净度与均质性gaspuscientific.com。 此外，转炉在高温冶炼过程中容易发生漏气现象，使用氮气作为密封气可有效隔绝空气，防止氧气进入炉内引发不必要的氧化反应gaspuscientific.com。 总体而言，氮气在转炉炼钢中不仅作为保护气体存在，还通过物理搅拌与气氛调节作用，提高了炼钢效率与最终产品质量。
连铸保护
在连铸过程中，钢水表面暴露在空气中极易被氧化，从而影响连铸坯的内部质量与表面光洁度。同时，钢包与中间包之间的过渡位置也容易发生空气渗入。为防止此类问题，在连铸工位通常会使用惰性气体（如氮气或氩气）作为保护气体，形成稳定的气氛保护层，以减少氧化物夹杂物的生成gaspuscientific.com。 尤其在初始浇注阶段，常向钢包或中间包充入氮气，建立保护性氮气气氛，将裸露的钢液与空气有效隔绝，从而保持钢液的高纯度。相关研究表明，采用保护浇注后，钢中的增氮量明显降低，夹杂物数量得到有效控制，连铸坯的质量显著提升。 总体而言，氮气在连铸保护工艺中的核心作用是提供稳定的气氛保护，防止氧化与夹杂生成，从而提高钢水纯净度与连铸生产效率gaspuscientific.comzjseqt.com。
退火工艺
退火是金属加工中常见的热处理工艺，其主要目的是降低金属硬度、消除内应力并改善材料的延展性。由于退火温度较高，若存在氧气，就容易导致金属表面发生氧化和脱碳现象。为避免这一问题，氮气通常被用作保护气体，以营造惰性气氛环境zh.kindle-tech.com。 相关分析指出，氮气在退火过程中能够有效防止材料氧化与脱碳，保持金属表面的亮度与完整性zh.kindle-tech.com。氮气的惰性保护作用尤为关键，尤其在合金钢及有色金属退火工艺中（如光亮退火、中性淬火）被广泛应用。此外，在粉末冶金烧结等特殊退火工艺中，也需要高纯度氮气气氛来确保产品质量与性能zh.kindle-tech.comgaspuscientific.com。 总的来说，“退火氮气”提供了一种低成本且安全可靠的保护环境，有助于保证工件在热处理后达到理想的机械性能与表面质量。
惰性气氛保护
除了转炉和连铸工序外，氮气在其他冶金环节中作为惰性气氛保护气体也十分常见。凡是涉及金属或合金加热且需要防止氧化的工序，通常都会采用氮气作为保护性气体。例如，在金属熔炼、锻造以及热处理过程中，炉膛内会充入高纯度氮气，以隔绝外界氧气，防止工件表面在高温下生成氧化物。 正如权威定义所述，所谓保护气氛热处理，是指在密闭炉膛中充入惰性气体（主要为氮气）的一种工艺，其目的在于防止工件在加热过程中发生氧化与脱碳zh.kindle-tech.combaike.baidu.com。 在实际应用中，氮气有时还会与氢气等其他气体混合使用，以形成还原性或中性气氛，具体取决于所需的金相性能。总的来说，惰性氮气气氛保护是冶金生产多个关键环节的基础操作，对提升金属制品的表面质量、组织稳定性与产品一致性具有决定性作用。
粉末冶金
粉末冶金加工過程中，金屬粉末必須經高溫燒結成型，避免粉末氧化同確保緻密度係關鍵。氮氣通常用作燒結保護氣氛，防止鋼粉同氧化物反應，確保製品機械性能。同時，氮氣亦可用喺燒結氣氛控制上，維持爐內氣氛嘅穩定度，使粉末冶金產物具備均一嘅性能zh.kindle-tech.comgaspuscientific.com。而且，啲金屬粉末高碳鋼或者磁性材料燒結時，亦需要高純度氮氣氣氛防止氧化gaspuscientific.com。喺粉末冶金領域，氮氣不但用喺燒結時保護，仲可以用喺渣洗同爐體吹掃，保證生產安全同品質穩定。
未来趋势与展望
随着科技的发展，氮气在冶金领域的应用持续演进。一方面，制氮技术正朝着智能化与节能化方向发展。现代 PSA 制氮机通过自动化控制系统运行，能耗主要来自空压机电力，整体运行成本低、效率高gaspuscientific.com。 另一方面，结合工业 4.0理念，氮气供应系统已可实现在线监测与远程智能调控，确保冶金生产线获得稳定、高纯度的氮气供应。同时，为响应绿色制造与节能减排的产业趋势，部分新技术已开始尝试将氮气与其他惰性或可控气体组合使用，形成复合保护气氛，以进一步提高加工效率并降低能耗。 总体而言，随着新材料、新工艺及自动控制技术的不断涌现，氮气在钢铁与新材料冶金领域的作用正变得愈发多元与精准，为现代冶金工艺提供了更高效、安全、环保的气体解决方案。
