การกำจัดออกซิเจนเป็นวิธีการที่ใช้ในโลหะวิทยา เพื่อกำจัด ออกซิเจน ส่วน ที่เหลือออกจากแร่เหล็กที่ผ่านการรีดิวซ์ แล้ว ในระหว่างกระบวนการผลิตเหล็กกล้า ในทางตรงกันข้ามสารต้านอนุมูลอิสระใช้สำหรับการรักษาเสถียรภาพ เช่น ในการเก็บรักษาอาหาร การกำจัดออกซิเจนมีความสำคัญใน กระบวนการ ผลิตเหล็กกล้าเนื่องจากออกซิเจนมักเป็นอันตรายต่อคุณภาพของเหล็กกล้าที่ผลิตได้ การกำจัดออกซิเจนส่วนใหญ่ทำได้โดยการเติมสารเคมีชนิดอื่นเพื่อทำให้ผลกระทบของออกซิเจนเป็นกลาง หรือโดยการกำจัดออกซิเจนโดยตรง

ปฏิกิริยาออกซิเดชันคือกระบวนการที่ธาตุสูญเสียอิเล็กตรอน ตัวอย่างเช่น เหล็กจะถ่ายโอนอิเล็กตรอนสองตัวให้กับออกซิเจน ทำให้เกิดออกไซด์กระบวนการนี้เกิดขึ้นตลอดทั้งกระบวนการผลิตเหล็กโดยไม่ได้ตั้งใจ

การเป่าออกซิเจนเป็นวิธีการผลิตเหล็กวิธีหนึ่ง โดยการเป่าออกซิเจนผ่านเหล็กดิบเพื่อลดปริมาณคาร์บอน ออกซิเจนจะสร้างออกไซด์กับธาตุที่ไม่ต้องการ เช่นคาร์บอนซิลิคอนฟอสฟอรัสและแมงกานีส ซึ่งปรากฏขึ้นจากขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการผลิต ออกไซด์เหล่านี้จะลอยขึ้นสู่ผิวน้ำในบ่อ หลอม เหล็กและแยกตัวออกจากเหล็กดิบ อย่างไรก็ตาม ออกซิเจนบางส่วน ก็จะทำปฏิกิริยากับเหล็กด้วยเช่นกัน

เนื่องจากอุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นในกระบวนการถลุงเหล็ก ออกซิเจนในอากาศอาจละลายเข้าไปในเหล็กหลอมเหลวขณะที่กำลังเทลงไป กากเหล็กซึ่งเป็นผลพลอยได้ที่เหลือจากการถลุงเหล็ก จะถูกนำมาใช้เพื่อดูดซับสิ่งเจือปนเพิ่มเติม เช่นกำมะถันหรือออกไซด์ และปกป้องเหล็กจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม กากเหล็กก็ยังอาจเป็นสาเหตุของการเกิดออกซิเดชันได้เช่นกัน

กระบวนการบางอย่าง แม้ว่าจะยังสามารถนำไปสู่การเกิดออกซิเดชันได้ แต่ก็ไม่เกี่ยวข้องกับปริมาณออกซิเจนในเหล็กในระหว่างการผลิต ตัวอย่างเช่นสนิมเป็นออกไซด์ของเหล็กสีแดงที่เกิดขึ้นเมื่อเหล็กในเหล็กกล้าทำปฏิกิริยากับออกซิเจนหรือน้ำในอากาศ ซึ่งโดยปกติจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อเหล็กกล้าถูกใช้งานเป็นระยะเวลานานพอสมควร ส่วนประกอบทางกายภาพบางอย่างของกระบวนการผลิตเหล็กกล้าเอง เช่นเตาหลอมไฟฟ้าก็อาจสึกหรอและเกิดออกซิเดชันได้เช่นกัน ปัญหานี้มักจะได้รับการแก้ไขโดยการใช้โลหะทนไฟซึ่งทนต่อสภาพแวดล้อม^{[ 1 ]}

หากเหล็กไม่ได้รับการกำจัดออกซิเจนอย่างเหมาะสม เหล็กจะสูญเสียคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความแข็งแรงดึงความยืดหยุ่น ความเหนียว ความสามารถในการเชื่อม ความสามารถในการขัดเงาและความสามารถในการขึ้นรูปเนื่องจากมีการก่อตัวของสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะและรูพรุนของก๊าซซึ่งเป็นฟองก๊าซที่ติดอยู่ระหว่างกระบวนการแข็งตัวของเหล็ก^{[ 2 ]}

วิธีการกำจัดออกซิเจนนี้เกี่ยวข้องกับการเติมโลหะเฉพาะลงในเหล็ก โลหะเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่ไม่ต้องการ ก่อให้เกิดออกไซด์ที่แข็งแรง ซึ่งเมื่อเทียบกับออกซิเจนบริสุทธิ์แล้ว จะลดความแข็งแรงและคุณสมบัติของเหล็กได้น้อยกว่า

สมการเคมีสำหรับการลดออกซิเจนแสดงได้ดังนี้:

${\displaystyle nD+mO\longrightarrow D_{n}O_{m}}$

โดยที่ n และ m เป็นสัมประสิทธิ์ D เป็นสารลดออกซิเจน และ O เป็นออกซิเจน

ดังนั้น สม การสมดุลทางเคมีที่เกี่ยวข้องคือ:

${\displaystyle K_{eq}=a_{ox}/(a_{D}^{n}*a_{O}^{m})}$

โดยที่_oxคือค่ากิจกรรมหรือความเข้มข้นของออกไซด์ในเหล็ก_Dคือค่ากิจกรรมของสารลดออกซิเจน และ_Oคือค่ากิจกรรมของออกซิเจน

การเพิ่มขึ้นของ_ค่าคงที่สมดุล Keq จะทำให้ค่า _oxเพิ่มขึ้นและส่งผลให้ได้ผลิตภัณฑ์ออกไซด์มากขึ้น

_ค่า Keq สามารถปรับเปลี่ยนได้โดยอุณหภูมิของเหล็กผ่านสมการต่อไปนี้:

${\displaystyle logK_{eq}=A_{D}/T-B_{D}}$

โดยที่ A _Dและ B _Dเป็นพารามิเตอร์เฉพาะสำหรับสารลดออกซิเจนชนิดต่างๆ และ T คืออุณหภูมิในหน่วย K° ด้านล่างนี้คือค่าสำหรับสารลดออกซิเจนบางชนิดที่อุณหภูมิ 1873 K° ^{[ 1 ] [ 3 ]}

ด้านล่างนี้คือรายชื่อสารกำจัดออกซิไดซ์ที่เป็นโลหะที่ใช้กันทั่วไป:

• เฟอร์โรซิลิคอน , เฟอร์โรแมงกานีส , แคลเซียมซิลิไซด์ - ใช้ในการผลิตเหล็กกล้าคาร์บอนเหล็กกล้าไร้สนิมและโลหะผสมเหล็ก อื่นๆ
• แมงกานีส - ใช้ในการผลิตเหล็กกล้า
• ซิลิคอนคาร์ไบด์ , แคลเซียมคาร์ไบด์ - ใช้เป็น สารลดออกซิเจน ในเบ้าหลอมเหล็กในการผลิตเหล็ก
• กากอะลูมิเนียม - ใช้เป็นสารลดออกซิเจนในทัพพีเหล็กในกระบวนการผลิตเหล็กขั้นที่สอง
• แคลเซียม - ใช้เป็นสารกำจัดออกซิเจน กำจัดกำมะถัน หรือกำจัดคาร์บอนสำหรับโลหะผสมเหล็กและโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก
• ไทเทเนียม - ใช้เป็นสารกำจัดออกซิเจนในเหล็กกล้า
• ฟอสฟอรัส, คอปเปอร์(I) ฟอสไฟด์ - ใช้ในการผลิตทองแดงปราศจากออกซิเจน
• แคลเซียมเฮกซาโบไรด์ - ใช้ในการผลิตทองแดงปราศจากออกซิเจน ให้ค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่าทองแดงที่กำจัดออกซิเจนด้วยฟอสฟอรัส
• อิตเทรียม - ใช้ในการกำจัดออกซิเจนออกจากวาเนเดียมและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กอื่นๆ
• เซอร์โคเนียม
• แมกนีเซียม
• คาร์บอน
• ทังสเตน

การกำจัดออกซิเจนด้วยสุญญากาศเป็นวิธีการที่ใช้สุญญากาศในการกำจัดสิ่งเจือปน คาร์บอนและออกซิเจนบางส่วนในเหล็กจะทำปฏิกิริยากัน เกิดเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ก๊าซ CO จะลอยขึ้นสู่ด้านบนของเหล็กหลอมเหลวและถูกกำจัดออกไปโดยระบบสุญญากาศ

เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับการกำจัดออกซิเจนในสุญญากาศมีดังนี้:

${\displaystyle C+O\ลูกศรขวา CO}$

ปฏิกิริยาระหว่างคาร์บอนและออกซิเจนแสดงได้ด้วยสมการสมดุลทางเคมีดังต่อไปนี้:

${\displaystyle K_{CO}=P_{CO}/(a_{C}*a_{O})}$

โดยที่ P _COคือความดันย่อยของคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เกิดขึ้น

การลดกิจกรรมของออกซิเจน (a _O ) จะทำให้ค่าคงที่สมดุลสูงขึ้น ส่งผลให้การผลิต CO เพิ่มขึ้น เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ การนำเหล็กไปผ่านกระบวนการสุญญากาศจะลดค่า P _COทำให้สามารถผลิตก๊าซ CO ได้มากขึ้น^{[ 1 ] [ 4 ]}

วิธีนี้อาศัยแนวคิดที่ว่า การกำจัดออกซิเจนออกจากตะกรันจะนำไปสู่การกำจัดออกซิเจนออกจากเหล็ก

สมการสมดุลทางเคมีที่ใช้ในกระบวนการนี้คือ:

${\displaystyle K_{FeO}=a_{[O]}/a_{(O)}}$

โดยที่ a _[O]คือค่ากิจกรรมของออกซิเจนในสแลก และ a _(O)คือค่ากิจกรรมของออกซิเจนในเหล็ก

การลดกิจกรรมในสแลก (a _[O] ) จะลดระดับออกซิเจนในสแลก หลังจากนั้นออกซิเจนจะแพร่จากเหล็กเข้าไปในสแลกที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า วิธีนี้ทำได้โดยการใช้สารลดออกซิเจนในสแลก เช่นโค้กหรือซิลิคอน เนื่องจากสารเหล่านี้ไม่ได้สัมผัสกับเหล็กโดยตรง จึงไม่มีการก่อตัวของสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะในเหล็ก^{[ 1 ]}

• การถลุงโลหะ

• การกำจัดกำมะถันคือกระบวนการลดปริมาณกำมะถันในเหล็ก
• การลดปริมาณคาร์บอน (Decarburization)คือกระบวนการลดปริมาณคาร์บอนในงานโลหะวิทยา
• เหล็กกล้าลดออกซิเจนคือ เหล็กกล้าที่แบ่งประเภทตามระดับของการบำบัดลดออกซิเจน
• วิศวกรรมสุญญากาศ
  • โลหะวิทยาสุญญากาศ