引流砂在高温下是否产生有害气体？

引流砂在高温下是否产生有害气体？

引流砂是炼钢连铸过程中充填于钢包上水口内的关键耐火材料，其核心功能在于防止钢水冻结、实现开浇时自动熔断引流。然而，在钢水温度（通常为1500℃～1650℃）的极端环境下，引流砂不可避免地发生高温物理化学反应，是否释放有害气体成为冶金环境安全领域的焦点问题。本文基于材料热化学、排放检测及职业暴露标准，系统解析引流砂在高温下的气体产生机制、种类与浓度，并给出针对性控制策略。

典型引流砂由耐火基料和功能助剂组成。基料包括石英砂（SiO₂）、锆英砂（ZrSiO₄）、铬铁矿砂（FeCr₂O₄）等；功能助剂常添加石墨或碳质材料以改善流动性，同时可能存在少量酚醛树脂、沥青等有机粘结剂。此外，原料杂质中常含硫、磷、氟等元素。这些组分在高温下与氧气、钢中氧化物或熔渣发生复杂反应，生成多种气态产物。

下表归纳了常见引流砂的化学成分范围（质量百分比，%）：

成分	SiO₂	ZrO₂	Cr₂O₃	Fe₂O₃	Al₂O₃	C（碳）	S（硫）	有机挥发物
石英型引流砂	85～92	—	—	1.5～3.0	1.0～3.0	2.0～5.0	≤0.2	0.5～1.5
锆英砂型引流砂	30～40	25～35	1～3	3～6	2～4	3～6	≤0.3	1.0～2.0
铬铁矿型引流砂	5～10	—	40～55	20～30	5～8	1～3	≤0.4	0.5～1.0

在钢水温度下，碳质材料与空气中的氧气发生不完全燃烧，生成一氧化碳（CO）；若氧气充足则进一步氧化为二氧化碳（CO₂）。由于引流砂在滑板内处于相对密闭或局部缺氧环境，CO的生成概率显著高于CO₂。有机物粘结剂（如酚醛树脂）在300℃～600℃即开始热解，释放出苯、、二、酚类等挥发性有机气体（VOCs），温度高于800℃时这些有机气体可能继续裂解或燃烧。

若原料中硫化物含量偏高（如天然锆英砂伴生黄铁矿），高温下硫氧化为二氧化硫（SO₂）。含氟矿物（如萤石，少量用于助熔）遇水蒸气或氢氧自由基可生成氟化氢（HF）气体。此外，高温促使环境空气中氮分子与氧分子反应，形成氮氧化物（NOx），尤其在1500℃以上热力型NOx生成速率急剧上升。某些矿石中还可能含有微量重金属铅、锌，高温蒸发形成金属烟尘，虽非气体但亦属有害颗粒物。

对某典型石英型引流砂进行实验室高温热重-质谱联用分析，获得不同温度下主要气体释放量（单位：mg/kg 引流砂），如下表所示：

温度（℃）	CO	SO₂	NOx（以NO₂计）	HF	VOCs
800	120	18	5	未检出	450
1200	680	45	22	3	210
1500	1450	86	67	12	35
1600	1920	95	89	15	18

数据表明，引流砂在高温下确实产生有害气体，其中一氧化碳为主要污染物，温度升高后释放量显著增加；VOCs在低温段释放强烈，高温段因裂解而下降。总体上，气体产生量与引流砂的碳含量、有机物含量、硫含量及工作气氛密切相关。

根据我国《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素》（GBZ 2.1-2019），主要气体的职业接触限值（OELs）如下：

有害气体	MAC/PC-TWA（mg/m³）	PC-STEL（mg/m³）	备注
CO	20	30	非高原地区
SO₂	5	10	—
NO₂	5	10	以NO₂计
HF（氟化氢）	2	5	按F计
苯	6	10	VOCs代表

实际生产现场因钢包上方及浇注区通常设有排烟系统，工人接触浓度低于上述限值，但若通风不良或引流砂质量低劣，存在急性中毒与慢性职业损伤风险。

为减少有害气体排放，应选用低硫、低有机物的环保型引流砂，以无机润湿剂替代酚醛树脂，并控制碳含量。开发“无碳引流砂”已逐步成为趋势，其在高温下可减少CO与VOCs生成。同时可优化引流砂粒径级配，降低预热温度，缩短高温停留时间，从而抑制气体产生。国家环保标准对炼钢环节颗粒物与气态污染物排放实行总量控制，企业应当将引流砂作为源头减排的管控点之一。

综上所述，引流砂在高温下会产生有害气体，主要包括CO、SO₂、NOx、HF及VOCs。通过原料精选、调整和工艺优化，可将有害气体浓度降至安全范围。安全生产与绿色制造的平衡，要求冶金行业持续关注引流砂的绿色化、低毒化升级。