鑄造項目理化實驗室設計要點淺談

晁秋娟（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

鑄造項目理化實驗室設計要點淺談

晁秋娟
（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

闡述了鑄造項目的理化實驗室設計要點，并從車間設計、環(huán)境保護和安全等角度提出了一些具體措施。力求建設功能齊全、物流合理、環(huán)保、安全、經濟合理的鑄造項目用理化實驗室。為以后鑄造項目的理化實驗室設計提供借鑒和參考。

鑄造項目；理化實驗室；設計要點

0　前言

在鑄造項目中，理化實驗室的目標和任務是對入廠原材料、輔助材料以及半成品及配套協(xié)作件進行化學成分分析、機械性能試驗等檢驗工作［1］。它在一個項目或車間中只是很小的一部分，但也是不可或缺的重要組成部分，對產品的質量控制起著重要的作用。本文總結了鑄造項目理化實驗室的設計要點，并對重點檢驗儀器進行了闡述，最后介紹了某項目的理化實驗室設計概況。

1　理化實驗室設計概況

理化實驗室通常布置在整個鑄造廠區(qū)的綜合樓、辦公樓，或者是某個車間的車間辦公室里，是為整個廠區(qū)服務的。一般由以下的幾個專業(yè)實驗室組成：機械性能實驗室、金相實驗室、化學分析實驗室、無損探傷室等。理化實驗室還配有理化調度室、化學藥品儲存間以及專用的辦公室等。

同時，根據(jù)鑄造生產的特點，鑄造項目的理化實驗室還包括爐前快速分析室和型砂實驗室，爐前快速分析室和型砂實驗室需要就近布置，分別布置在熔煉爐及砂處理系統(tǒng)附近。

2　實驗室設計要點

2.1各實驗室任務及組成、布置以及主要設備

2.1.1機械性能實驗室

任務是檢查金屬材料的抗拉強度、延伸率、硬度等機械性能。主要設備為萬能電子材料試驗機（最大試驗力一般為300 kN 或600 kN）、布氏硬度計、洛氏硬度計等。由于萬能電子材料試驗機設備外形尺寸較大，且需要做單獨的基礎，對地坪的負荷要求也較一般的辦公室及實驗室要大，因此機械性能室必須布置在車間或辦公樓的一層，房間凈高要求在3.9 m以上。地坪暫時不做，待設備到貨后再按設備要求施工，另外，有些材料試驗機的尺寸比較大，房間還需在一側墻留安裝洞，安裝完畢后再封死。

2.1.2金相實驗室

任務是對進廠原材料或鑄件進行金相檢驗的抽檢。包括金相顯微鏡室、制樣間。金相顯微鏡室主要設備為滿足實驗需要的各種型號、級別的金相顯微鏡；制樣間的設備為試樣預磨機、試樣拋光機、砂輪機、鉆床等。制樣間一般布置在與金相顯微鏡室、機械性能室等臨近的房間，方便制樣后就近檢驗。顯微鏡室應遠離振動源及磁場干擾源布置。

2.1.3化學分析實驗室

任務是對原材料、輔助材料等進行各類元素的定性、定量分析。包括化學分析室、天平比色室、高溫室等。主要設備為碳硫分析儀、真空直讀光譜儀、電子分析天平、電光分析天平、分光光度計、箱式電阻爐、馬弗爐、蒸餾水器等。化學分析室內應布置一臺或兩臺通風柜，用于一些會產生的有害氣體的實驗。碳硫分析儀和真空直讀光譜儀若設單獨的房間時，一般也隔有單獨的準備間，氣瓶存放間等，且譜儀間不宜設水盆。天平比色室應遠離振動源。

2.1.4無損探傷實驗室

任務是對鑄件的表面和內部質量進行檢查。主要設備為超聲波探傷儀、熒光探傷機、X射線探傷機等。無損探傷室一般布置在一層，且離進出樓梯口比較近的地方，方便鑄件的搬運。

2.1.5爐前快速分析室和型砂實驗室

爐前快速分析室和型砂實驗室是針對鑄造車間所特有的實驗室。

爐前快速分析室的任務是對熔化工部爐前鐵液成分以及鑄件本體進行化驗。主要設備為直讀光譜儀，碳、硫分析儀，高頻爐加熱方式，制樣設備等。且需要布置在離熔煉爐近的地方，方便快速取樣送樣。

型砂實驗室的任務是對型砂及芯砂的性能進行檢驗。且需要布置在離砂處理系統(tǒng)近的地方，方便快速取樣送樣。

2.1.6其他實驗室

除了以上常規(guī)的專業(yè)實驗室外，根據(jù)項目或廠里的特殊需要，還可以布置一些疲勞實驗室、油品實驗室、VOC室、鹽霧實驗室等，以滿足實驗要求。2.2 實驗室對土建公用的一般要求

（1）各實驗室一般均采用環(huán)氧地坪，做吊頂。鹽霧室墻面及頂棚做防腐處理，其余各室墻面均刷淺色涂料。實驗臺除了制樣間的砂輪機、切割機、鉆床等用水磨石工作臺外，其余一般均采用成品的工作臺。

（2）機械性能室、制樣間、化學分析室需要設計獨立的洗手池，化學分析室還需要一個三龍頭化驗池。制樣間排水采用耐腐蝕專用管道。

（3）碳硫儀需要用到氧氣（純度＞99.5%），光譜儀要用到氬氣（純度＞99.6%），用量一般都不大，通常都采用氣瓶供應。

（4）所有房間均要求全室通風，一般采用軸流風機機械排風；碳硫儀、光譜儀、色譜儀上方可設局部排風罩，除制樣間外其余房間應設有空調。

（5）各室均有220V380V電源兩孔、三孔插座。除機械性能室各設備采用墻上電插座就近供電外，其余由定做的實驗臺配電插座，墻上需有向實驗臺接電的插座；每個房間有一個總的動力用電空氣開關；光譜儀、碳硫儀、材料試驗機均設專用地線。

（6）各室均設網絡及電話接口。

2.3實驗室廢水及廢液的處理

理化實驗室的污染源及排放物是檢驗分析時所排放的含有酸、堿及重金屬離子的廢水及廢氣。

廢液的處理：試驗廢液采用專門容器分別收集，由廠環(huán)保部門統(tǒng)一處理。經過處理達到排放標準后，方可排放。

廢氣的處理：理化實驗室分析檢驗所產生的廢氣，經“通風柜”高空稀釋處理，達到排放標準，方可排放。

3　鑄造項目重點理化實驗檢驗儀器

理化實驗室的檢驗儀器其特點是要快速、準確的提供試驗結果，直接用于指導生產。鑄造理化實驗儀器對保證鑄件質量、降低廢品率、提高鑄造生產過程的自動化水平、降低原材料消耗等方面起著極其重要的作用。

3.1爐前快速分析設備

爐前快速分析是通過對試樣的分析來判定金屬液的化學成分。常用的分析方法有化學分析、光譜分析兩種。爐前化學分析法由于操作程序多，分析速度慢（分析速度4～10 min/次），已不能滿足爐前指導生產和控制成分的作用。而直讀光譜儀因其操作簡便、分析速度快（以德國斯派克分析儀器公司的SPECTRO LAB型直讀光譜儀為例，分析鋼鐵樣品≤15 s；鋁樣≤20 s；銅樣≤40 s），而且對溫度、震動、灰塵等都不敏感，不需要恒溫恒濕條件的實驗室，可在現(xiàn)場和實驗室中隨意使用，因此被廣泛應用于爐前快速分析室。但是直讀光譜儀對碳、硫的檢測有偏差，因此爐前快速分析室還需配置碳、硫分析儀，目前常采用高頻爐加熱方式，紅外線吸收法檢測碳、硫成分。直讀光譜儀一般采用進口產品，高頻紅外碳、硫分析儀可選用國產。另外，還可選用風動送樣系統(tǒng)，從試樣采集到打包，從快速送樣到快速分析，最終達到縮短整個分析時間、提高檢化驗速度和生產效率的目的。

設計爐前快速分析室時應將直讀光譜儀與附屬設備（如氬氣瓶、制樣設備等）分隔開。放置直讀光譜儀時，為了日常操作方便，應在儀器的后、左、右留下一米左右空間，在前方的操作面前留有足夠空間。所以推薦的實驗室儀器間面積應在14 m2以上。

3.2鐵液質量管理儀

對于熔煉過程的檢測與監(jiān)控方面，可采用熱分析法在爐前控制與檢測合金質量，采用鐵液質量管理儀。其分析速度快（＜3 min），可測量碳當量、碳含量、硅含量，測量精度分別為±0.10%、±0.05%、±0.10%，同時可測量初晶溫度、共晶溫度等參數(shù)。經過幾十年的發(fā)展，熱分析法已發(fā)展到能預示鑄件成型后在室溫條件下的機械性能和金相組織，熱分析法測球化率是爐前快速測定球化率及控制孕育效果的一大突破。它是根據(jù)掌握液態(tài)試樣冷去過程的過冷度、共晶溫度、共晶時間等特殊變化特征來進行判定的。這種方法較常用的快速金相法等方法準確、簡便、快速并且費用低。

3.3型砂在線檢測儀

在型砂鑄造中，尤其在粘土砂濕型鑄造中，型砂的性能對鑄件質量、鑄造廢品率有明顯影響。使用型砂在線檢測儀器，能達到有效控制型砂性能的目的。

型砂在線檢測儀通過檢測型砂緊實率和濕壓強度來控制型砂含水量。一般布置在混砂機下方的第一條皮帶輸送機上，每一批料取樣檢測二次，自第一次取樣到反饋結果至混砂機的控制系統(tǒng)約為1 min。檢測結果反饋到混砂機控制系統(tǒng)，通過水定量裝置，調整混砂機處的加水量。

圖1　爐前快速分析室布置圖

圖2　型砂實驗室布置圖

4　設計實例

下面介紹某鑄造項目的理化實驗室設計實例。

此鑄造項目配置的理化實驗室較全。其中，爐前快速分析室布置在鑄造車間中頻電爐旁邊，房間內的具體布置見圖1；型砂實驗室布置在砂處理工部靠近混砂機，房間內的具體布置見圖2；其余理化實驗室集中布置在辦公樓，房間的具體布置見圖3。

此理化實驗室主要理化設備有真空直讀光譜儀、紅外線碳硫儀、材料試驗機、正置顯微鏡、金相顯微鏡圖像分析系統(tǒng)、低溫試驗箱、測硫儀、智能熱濕拉強度試驗儀、記錄式造型材料發(fā)氣性測定儀和覆膜砂熔點試驗儀等，總計設備數(shù)量約45臺（套），投資約210萬元。

5　總結

（1）鑄造項目的理化實驗室是鑄造項目的重要組成部分，它對產品的質量控制起著重要的作用，主要完成對入廠原材料、輔助材料以及半成品及配套協(xié)作件進行化學成分分析、機械性能試驗等檢驗工作。需要在規(guī)劃、設計和施工中引起足夠的重視。

（2）本文中結合實例淺談了鑄造項目理化實驗室的設計要點，闡述了重點檢驗儀器的選用注意事項，并給出了理化實驗室的實例布置圖。

圖3　辦公樓集中實驗室布置圖

［1］ 騰訥.鑄造車間和工廠設計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1995.6.

［2］ 劉小龍. 鑄造車間結構選型［J］.中國鑄造裝備與技術，2011（3）.

The Design Points of Physicochemical Laboratory Applied to Casting Workshop

CHAO QiuJuan
（China Automobile Industry Engineering Corporation， Tianjin， 300113， China）

The paper introduces the design points of physicochemical laboratory applied to casting project，and illustrates the improvement measures in regard to workshop design， environmental protection and safety. The purpose of this paper is to attain the fall-functional， safe and environmental protection， logistics and economic rational physicochemical laboratory. It provides a reference in the design of similar projects in the future.

Casting project； Physicochemical laboratory； Design points

TG28;

A；

1006－9658（2015）02-0057-04

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.02.016

2014-11-20

稿件編號：1411-714

晁秋娟（1981—），女，主要從事鑄造設備研究及各類鑄造車間設計.