術語"工業(yè)氣體"是指一組特別用于各類工業(yè)流程的氣體（圖1）。它們有別于燃料氣體。但是，乙炔有時也被認為是工業(yè)氣體。特種氣體，如氖、氪、氙和氦，有時也被視為工業(yè)氣體的領域。工業(yè)氣體以氣體和液體形式生產(chǎn)和供應，以鋼瓶、散裝液體或管道氣體形式運輸。鋼鐵工業(yè)中一般使用的工業(yè)氣體是氧氣、氮氣、氬氣和氫氣。
圖1工業(yè)氣體
按照氣體的特點，工業(yè)氣體以一系列不相同的氣瓶供應。有些是在高壓下供應的，而有些則必須在低壓下供應。工業(yè)氣體的特點決定了向用戶供應氣體的方式。諸如氧氣、氮氣、氬氣和氫氣等氣體可以很容易地在200巴的壓力下被壓縮到鋼瓶中。乙炔由于其特性，需要儲存在一個包括"多孔塊"的鋼瓶中，氣體被保存在一個載體溶劑中。
工業(yè)氣瓶有一系列的尺寸，通常按容器的水容量來分類。哪種尺寸是zui合適的，取決于一系列因素，包括消耗量和流速。另外，每個鋼瓶都裝有一個為適應氣體和壓力要求而定制的鋼瓶閥。出口螺紋由國標決定，以保證只能安裝與這些要求兼容的調(diào)整器。另外，對于需要更高容量的運用，工業(yè)氣體是以一系列集束氣瓶托盤的形式供應的，集束氣瓶托盤由多個氣瓶聯(lián)接在一塊，并以托盤的形式裝運。
鋼鐵工業(yè)中一般使用的工業(yè)氣體有氧氣、氮氣、氬氣、氫氣和乙炔。這些氣體的屬性在表1中給出。表后對這些氣體進行了描述。另外，一些特殊氣體和混合氣體被用于鋼鐵廠實驗室的儀器分析工作。
空氣是地球上的自然大氣，是一種不可燃、無色、無味的氣體混合物，其中氮氣（78%）和氧氣（21%）占主導位置。其余的大約1%是由稀有氣體氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣組合而成。壓縮（加壓）空氣被用于鋼鐵廠的一些應用。它也被用于生產(chǎn)氧氣、氮氣和氬氣。
氧氣
氧氣（O2）是大氣中的一種活性成分，按體積計算占20.94%，按重量計算占空氣的23%。它是一種無色、無味、無臭的氣體。它具備高度的氧化性。氧氣與可燃物發(fā)生劇烈反應，特別是在其純凈情況下，在反應流程中釋放出熱量。很多反應必須有水的存在，或由催化劑加速。氧氣的沸點/凝結點較低，為-183攝氏度。該氣體比空氣重約1.11倍，略微溶于水和乙醇。在沸點以下，氧氣是一種淡藍色液體，比水略重。表1中給出了氧氣的特點。
氧氣可以通過低溫蒸餾工藝大規(guī)模生產(chǎn)高純度的氣體或液體，還可以通過吸附技術如變壓吸附（PSA）或真空變壓吸附（VPSA或VSA）少量生產(chǎn)低純度的氣體（通常為93%左右）。圖2顯示了氣體的低溫和非低溫的生產(chǎn)流程。
圖2氣體的低溫和非低溫生產(chǎn)
氧氣是第二大消耗的工業(yè)氣體。氧氣的用戶是鋼鐵工業(yè)。除了其化學名稱O2之外，氧氣在以氣態(tài)形式生產(chǎn)和輸送時，也被叫作GOX或GO，而在以低溫液體形式生產(chǎn)時，則被叫作LOX或LO。
氧氣的重要性取決于其反應性。氧氣的反應性被用于鋼鐵加工以及鋼鐵的焊接和切割。用基本氧氣爐煉鋼在比較大程度上依賴于氧氣的應用。它也被用于富集空氣和提升高爐的燃燒溫度，以及用其他可燃材料如煤粉、燃油或天然氣等代替焦炭。在基本氧氣爐的煉鋼流程中，不用的碳與氧氣組合，產(chǎn)生碳氧化物，以氣體形式離開。氧氣通過一個特殊的噴槍被送入鋼槽。氧氣也被作為提升電弧爐的生產(chǎn)效率。
在工業(yè)流程中，空氣中的氧氣富集增加了反應速率，這導致現(xiàn)有設備的吞吐量更大，或可以降低同等容量的新設備的物理尺寸。與使用普通空氣相比，富氧的還有一個好處是節(jié)約能源，由于降低了通過爐子或化學流程的氮氣和其他氣體的數(shù)量。降低必須壓縮或加熱的惰性氣體可以降低能耗，這是因為降低了氣體壓縮要求或降低了制造一定數(shù)量產(chǎn)品所需的燃料量。降低燃燒流程中排放到大氣中的熱氣量，也降低了與煙囪氣體凈化系統(tǒng)相關的規(guī)模和凈化成本。
氧氣與燃料氣體一起用于氣焊、氣割、氧氣圍巾、火焰沖洗、火焰硬化和火焰矯正。在氣體切割中，氧氣必須是高質(zhì)量的，以保證高切割速度和干凈的切割。
氧氣也被用于呼吸器中。這些設備用于鋼鐵工業(yè)中高爐煤氣或其他包括一氧化碳的氣體高含量于安全值的地方。
氮氣
氮氣（N2）是一種無色、無臭、無味的氣體，占空氣的78.09%（按體積計算）。它是不可燃的，不支持燃燒。氮氣比空氣略輕，略溶于水。氮氣在其沸點（-195.8攝氏度）處凝結成無色液體，比水輕。表1中給出了氮的特點。
氮氣一般被認為是一種惰性氣體，并被當作惰性氣體使用。但是氮氣并不是真正的惰性氣體。它與氧氣產(chǎn)生一氧化氮和氮，與氫氣產(chǎn)生氨氣，與硫磺產(chǎn)生硫化氮。氮氣化合物也會通過生物活動自然產(chǎn)生。在高溫下或在催化劑的幫助下在中等溫度下也會產(chǎn)生化合物。
氮氣是消耗量的工業(yè)氣體。除了鋼鐵工業(yè)，它還被普遍用于化工、制藥、石油加工、玻璃和陶瓷制造、金屬精煉和生產(chǎn)工藝、紙漿和紙張制造以及醫(yī)療保健等領域。除了其化學名稱N2之外，氮氣在氣態(tài)下也被叫作GAN或GN，在液態(tài)下被叫作LIN或LN。
如圖2所示，氮氣可以通過低溫蒸餾工藝以氣體或液體形式大規(guī)模生產(chǎn)，還可以通過吸附技術，如變壓吸附（PSA）或擴散分離工藝（通過特殊設計的中空纖維滲透）以較低純度氣體形式大規(guī)模生產(chǎn)。
氣態(tài)氮的價值取決于它的惰性。它被作為保護潛在的反應性材料不與氧氣接觸。液氮的價值取決于冷度和惰性。當液氮被蒸發(fā)并加熱到環(huán)境溫度時，它吸收了大量的熱量。惰性和其極度寒冷的初始狀態(tài)的組合使液氮成為某些應用的理想散熱劑。液氮也被作為散熱對熱敏銳或通常較軟的材料，以可以加工或斷裂。
氮氣在鋼鐵工業(yè)中被用作管道凈化的氣體，熱焦炭干熄滅的散熱劑，高爐爐頂?shù)纳釟怏w，輸送煤粉的載氣，底吹轉(zhuǎn)爐的惰性氣體，以及鋼鐵熱處理的保護氣。它被用于不相同的實驗室進行測試，亦是一種工藝氣體，與其他氣體一起用于降低碳化和氮化。
收縮接頭是傳統(tǒng)膨脹接頭的一個有趣的取代品。不是加熱外部金屬部分，而是用液氮散熱內(nèi)部部分，這樣金屬就會收縮還可以插入。當金屬恢復到正常溫度時，它就會膨脹到之前的尺寸，給出一個非常緊密的配合。
氬氣
氬（Ar）是一種單原子、無色、無臭、無味、的氣體，在大氣中的濃度為0.934%（體積）。氬是一組特殊氣體的成員，被叫作稀有、貴重或惰性氣體。該組中的其他氣體包括氦、氖、氪、氙和氡。這些氣體是單原子氣體，其zui外層的電子完全充滿。貴族和惰性這兩個詞被作為表示這些氣體與其他材料產(chǎn)生化學作用的能力極弱。此類氣體的所有成員在受電時都會發(fā)光。氬氣產(chǎn)生淡藍色的紫光。
氬氣的正常沸點是-185.9攝氏度。該氣體的重量大約是空氣的1.39倍，而且略微溶于水。點是-199.3攝氏度，只比其正常沸點低幾度。表1給出了氬氣的特點。
氬氣是重要的氣體，因其完全惰性而聞名，特別是在高溫下。它是真正的惰性氣體中zui豐富和的。它通常是在利用空氣的低溫蒸餾制造高純度氧氣的同時生產(chǎn)的（圖2）。由于氬氣的沸點與氧氣的沸點非常接近（相差僅2.9攝氏度），因此從氧氣中分離出純氬氣，同時實現(xiàn)兩類產(chǎn)品的高回收率，需要進行幾級精餾。
幾十年來，zui常見的氬氣回收和純化流程使用了幾個流程：(i)在低壓塔中氬氣濃度的地方，從一次空氣分離蒸餾系統(tǒng)中獲得"側(cè)抽"流，(ii)在粗氬塔中處理進料，將氮氣返回到低壓塔中，產(chǎn)生一個粗氬產(chǎn)品。(iii)加熱粗氬，使氣流中的氧雜質(zhì)（通常為2%左右）與受控數(shù)量的氫氣反應產(chǎn)生水，(iv)通過冷凝和吸附消除水蒸氣，(v)將氣體重新散熱到低溫，(vi)通過在純氬蒸餾塔中進一步蒸餾消除剩余的非氬成分（少量的氮和未消耗的氫）。
隨著填料柱技術的發(fā)展，能在低壓降下進行低溫蒸餾，目前很多新工廠都采用全低溫蒸餾工藝進行氬氣回收和提純。
氬，除了其化學名稱Ar，有時也被叫作PLAR（純液氬）或CLAR（粗液氬）。粗氬一般被認為是制造純氬的設施的中間產(chǎn)品，但它還可以是一些能力較低的空氣分離工廠的zui終產(chǎn)品，這些工廠將其分配給大型設施進行zui終凈化。商業(yè)數(shù)量的氬氣也能在制造氨的流程中生產(chǎn)。
氬氣被用于需要完全非活性氣體的地方。在鋼鐵熔煉廠房，它被用于煉鋼聯(lián)合吹氣流程中的底層吹氣。它被用于攪拌鋼包中的鋼水，并作為鋼水連續(xù)鑄造的保護氣體。它還用于AOD轉(zhuǎn)爐，與氧氣一起吹入熔融金屬。氬氣的加入降低了鉻的損失，并在較低的溫度下達到所需的碳含量。
純氬氣以及與其他各類氣體混合的氬氣，在使用非消耗性鎢電極的TIG焊接（鎢極惰性氣體焊接）和使用消耗性送絲電極的MIG（金屬惰性氣體）焊接中被用作保護氣體。保護氣體的作用是保護電極和焊池免受空氣的氧化作用。
氫氣
氫氣（H2）在大氣溫度和壓力下是一種無色、無臭、無味、易燃和的氣體。它是宇宙中zui豐富的元素，但在大氣層中基本沒有，因為大氣層上部的部分分子在與較重的分子碰撞時可以獲得很強的速度，并從大氣層中噴射出來。它在地球上仍然相當豐富，但作為水等化合物的一部分。
氫氣在空氣中燃燒時產(chǎn)生淡藍色的、幾乎看不見的火焰。氫氣是所有氣體中zui輕的，大約是空氣重量的十五分之一。氫氣容易點燃，并與氧氣或空氣一起產(chǎn)生性氣體（氫氧）。在任何正常發(fā)生的材料中，氫氣具備的單位重量燃燒能量釋放。這一特性使它成為多級火箭末級的燃料。
氫氣是除氦氣以外的所有元素中沸點的。當散熱到沸點（-252.76攝氏度）時，氫氣成為一種透明、無味的液體，其重量僅有水的十四分之一。液態(tài)氫不具備腐蝕性或特別的反應性。當從液體轉(zhuǎn)化成氣體時，氫氣會膨脹約840倍。它的低沸點和低密度導致液態(tài)氫溢出后快速消失。氫氣的特點見表1。
氫氣可以通過一些不相同的工藝來生產(chǎn)。熱化學流程利用熱量和化學反應從有機材料（如化石燃料和生物質(zhì)）中釋放氫氣。水（H2O）可以利用電解或太陽能分成氫氣和氧氣。微生物如細菌和藻類可以通過生物流程生產(chǎn)氫氣。圖3顯示了電解法生產(chǎn)氫氣的情況。
圖3電解法生產(chǎn)氫氣
一些熱化學流程利用各類資源的能量，如天然氣、煤或生物質(zhì)，從其分子結構中釋放出氫氣。在其他工藝中，熱能與封閉的化學循環(huán)相組合，從水等原料中生產(chǎn)氫氣。獲得氫氣的常見熱化學流程是（i）天然氣重整（也稱為作蒸汽重整或SMR），（ii）煤氣化，（iii）生物質(zhì)氣化，（iv）生物質(zhì)衍生的液體重整，以及（v）太陽能熱化學氫氣（STCH）。
電解流程是在電解器中進行的，它使用電力將水分成氫氣和氧氣。該技術已經(jīng)發(fā)展得很好，能在商業(yè)上使用，而且正在開發(fā)能夠有效利用間歇性可再生能源的系統(tǒng)。
直接太陽能水分離，或光解流程，使用光可以將水分離成氫氣和氧氣。這些工藝現(xiàn)階段處于研究的早期階段，但為可持續(xù)的氫氣生產(chǎn)提供了長期的潛力，對環(huán)境的影響很小。兩類太陽能水分離流程是（i）光電化學（PEC）流程和（ii）光生物流程。
在生物流程中，使用了微生物。細菌和微藻等微生物可以通過生物反應，利用太陽光或有機物產(chǎn)生氫氣。這些技術途徑處于早期研究階段，但從長遠來看，有可可實現(xiàn)可持續(xù)的、低碳的氫氣生產(chǎn)。這兩類生物工藝是：（i）微生物生物質(zhì)轉(zhuǎn)化工藝，和（ii）光生物工藝。
制造氫氣的zui常見的大規(guī)模工藝
