铸造项目理化实验室设计要点浅谈

晁秋娟（中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

铸造项目理化实验室设计要点浅谈

晁秋娟
（中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

阐述了铸造项目的理化实验室设计要点，并从车间设计、环境保护和安全等角度提出了一些具体措施。力求建设功能齐全、物流合理、环保、安全、经济合理的铸造项目用理化实验室。为以后铸造项目的理化实验室设计提供借鉴和参考。

铸造项目；理化实验室；设计要点

0　前言

在铸造项目中，理化实验室的目标和任务是对入厂原材料、辅助材料以及半成品及配套协作件进行化学成分分析、机械性能试验等检验工作［1］。它在一个项目或车间中只是很小的一部分，但也是不可或缺的重要组成部分，对产品的质量控制起着重要的作用。本文总结了铸造项目理化实验室的设计要点，并对重点检验仪器进行了阐述，最后介绍了某项目的理化实验室设计概况。

1　理化实验室设计概况

理化实验室通常布置在整个铸造厂区的综合楼、办公楼，或者是某个车间的车间办公室里，是为整个厂区服务的。一般由以下的几个专业实验室组成：机械性能实验室、金相实验室、化学分析实验室、无损探伤室等。理化实验室还配有理化调度室、化学药品储存间以及专用的办公室等。

同时，根据铸造生产的特点，铸造项目的理化实验室还包括炉前快速分析室和型砂实验室，炉前快速分析室和型砂实验室需要就近布置，分别布置在熔炼炉及砂处理系统附近。

2　实验室设计要点

2.1各实验室任务及组成、布置以及主要设备

2.1.1机械性能实验室

任务是检查金属材料的抗拉强度、延伸率、硬度等机械性能。主要设备为万能电子材料试验机（最大试验力一般为300 kN 或600 kN）、布氏硬度计、洛氏硬度计等。由于万能电子材料试验机设备外形尺寸较大，且需要做单独的基础，对地坪的负荷要求也较一般的办公室及实验室要大，因此机械性能室必须布置在车间或办公楼的一层，房间净高要求在3.9 m以上。地坪暂时不做，待设备到货后再按设备要求施工，另外，有些材料试验机的尺寸比较大，房间还需在一侧墙留安装洞，安装完毕后再封死。

2.1.2金相实验室

任务是对进厂原材料或铸件进行金相检验的抽检。包括金相显微镜室、制样间。金相显微镜室主要设备为满足实验需要的各种型号、级别的金相显微镜；制样间的设备为试样预磨机、试样抛光机、砂轮机、钻床等。制样间一般布置在与金相显微镜室、机械性能室等临近的房间，方便制样后就近检验。显微镜室应远离振动源及磁场干扰源布置。

2.1.3化学分析实验室

任务是对原材料、辅助材料等进行各类元素的定性、定量分析。包括化学分析室、天平比色室、高温室等。主要设备为碳硫分析仪、真空直读光谱仪、电子分析天平、电光分析天平、分光光度计、箱式电阻炉、马弗炉、蒸馏水器等。化学分析室内应布置一台或两台通风柜，用于一些会产生的有害气体的实验。碳硫分析仪和真空直读光谱仪若设单独的房间时，一般也隔有单独的准备间，气瓶存放间等，且谱仪间不宜设水盆。天平比色室应远离振动源。

2.1.4无损探伤实验室

任务是对铸件的表面和内部质量进行检查。主要设备为超声波探伤仪、荧光探伤机、X射线探伤机等。无损探伤室一般布置在一层，且离进出楼梯口比较近的地方，方便铸件的搬运。

2.1.5炉前快速分析室和型砂实验室

炉前快速分析室和型砂实验室是针对铸造车间所特有的实验室。

炉前快速分析室的任务是对熔化工部炉前铁液成分以及铸件本体进行化验。主要设备为直读光谱仪，碳、硫分析仪，高频炉加热方式，制样设备等。且需要布置在离熔炼炉近的地方，方便快速取样送样。

型砂实验室的任务是对型砂及芯砂的性能进行检验。且需要布置在离砂处理系统近的地方，方便快速取样送样。

2.1.6其他实验室

除了以上常规的专业实验室外，根据项目或厂里的特殊需要，还可以布置一些疲劳实验室、油品实验室、VOC室、盐雾实验室等，以满足实验要求。2.2 实验室对土建公用的一般要求

（1）各实验室一般均采用环氧地坪，做吊顶。盐雾室墙面及顶棚做防腐处理，其余各室墙面均刷浅色涂料。实验台除了制样间的砂轮机、切割机、钻床等用水磨石工作台外，其余一般均采用成品的工作台。

（2）机械性能室、制样间、化学分析室需要设计独立的洗手池，化学分析室还需要一个三龙头化验池。制样间排水采用耐腐蚀专用管道。

（3）碳硫仪需要用到氧气（纯度＞99.5%），光谱仪要用到氩气（纯度＞99.6%），用量一般都不大，通常都采用气瓶供应。

（4）所有房间均要求全室通风，一般采用轴流风机机械排风；碳硫仪、光谱仪、色谱仪上方可设局部排风罩，除制样间外其余房间应设有空调。

（5）各室均有220V380V电源两孔、三孔插座。除机械性能室各设备采用墙上电插座就近供电外，其余由定做的实验台配电插座，墙上需有向实验台接电的插座；每个房间有一个总的动力用电空气开关；光谱仪、碳硫仪、材料试验机均设专用地线。

（6）各室均设网络及电话接口。

2.3实验室废水及废液的处理

理化实验室的污染源及排放物是检验分析时所排放的含有酸、碱及重金属离子的废水及废气。

废液的处理：试验废液采用专门容器分别收集，由厂环保部门统一处理。经过处理达到排放标准后，方可排放。

废气的处理：理化实验室分析检验所产生的废气，经“通风柜”高空稀释处理，达到排放标准，方可排放。

3　铸造项目重点理化实验检验仪器

理化实验室的检验仪器其特点是要快速、准确的提供试验结果，直接用于指导生产。铸造理化实验仪器对保证铸件质量、降低废品率、提高铸造生产过程的自动化水平、降低原材料消耗等方面起着极其重要的作用。

3.1炉前快速分析设备

炉前快速分析是通过对试样的分析来判定金属液的化学成分。常用的分析方法有化学分析、光谱分析两种。炉前化学分析法由于操作程序多，分析速度慢（分析速度4～10 min/次），已不能满足炉前指导生产和控制成分的作用。而直读光谱仪因其操作简便、分析速度快（以德国斯派克分析仪器公司的SPECTRO LAB型直读光谱仪为例，分析钢铁样品≤15 s；铝样≤20 s；铜样≤40 s），而且对温度、震动、灰尘等都不敏感，不需要恒温恒湿条件的实验室，可在现场和实验室中随意使用，因此被广泛应用于炉前快速分析室。但是直读光谱仪对碳、硫的检测有偏差，因此炉前快速分析室还需配置碳、硫分析仪，目前常采用高频炉加热方式，红外线吸收法检测碳、硫成分。直读光谱仪一般采用进口产品，高频红外碳、硫分析仪可选用国产。另外，还可选用风动送样系统，从试样采集到打包，从快速送样到快速分析，最终达到缩短整个分析时间、提高检化验速度和生产效率的目的。

设计炉前快速分析室时应将直读光谱仪与附属设备（如氩气瓶、制样设备等）分隔开。放置直读光谱仪时，为了日常操作方便，应在仪器的后、左、右留下一米左右空间，在前方的操作面前留有足够空间。所以推荐的实验室仪器间面积应在14 m2以上。

3.2铁液质量管理仪

对于熔炼过程的检测与监控方面，可采用热分析法在炉前控制与检测合金质量，采用铁液质量管理仪。其分析速度快（＜3 min），可测量碳当量、碳含量、硅含量，测量精度分别为±0.10%、±0.05%、±0.10%，同时可测量初晶温度、共晶温度等参数。经过几十年的发展，热分析法已发展到能预示铸件成型后在室温条件下的机械性能和金相组织，热分析法测球化率是炉前快速测定球化率及控制孕育效果的一大突破。它是根据掌握液态试样冷去过程的过冷度、共晶温度、共晶时间等特殊变化特征来进行判定的。这种方法较常用的快速金相法等方法准确、简便、快速并且费用低。

3.3型砂在线检测仪

在型砂铸造中，尤其在粘土砂湿型铸造中，型砂的性能对铸件质量、铸造废品率有明显影响。使用型砂在线检测仪器，能达到有效控制型砂性能的目的。

型砂在线检测仪通过检测型砂紧实率和湿压强度来控制型砂含水量。一般布置在混砂机下方的第一条皮带输送机上，每一批料取样检测二次，自第一次取样到反馈结果至混砂机的控制系统约为1 min。检测结果反馈到混砂机控制系统，通过水定量装置，调整混砂机处的加水量。

图1　炉前快速分析室布置图

图2　型砂实验室布置图

4　设计实例

下面介绍某铸造项目的理化实验室设计实例。

此铸造项目配置的理化实验室较全。其中，炉前快速分析室布置在铸造车间中频电炉旁边，房间内的具体布置见图1；型砂实验室布置在砂处理工部靠近混砂机，房间内的具体布置见图2；其余理化实验室集中布置在办公楼，房间的具体布置见图3。

此理化实验室主要理化设备有真空直读光谱仪、红外线碳硫仪、材料试验机、正置显微镜、金相显微镜图像分析系统、低温试验箱、测硫仪、智能热湿拉强度试验仪、记录式造型材料发气性测定仪和覆膜砂熔点试验仪等，总计设备数量约45台（套），投资约210万元。

5　总结

（1）铸造项目的理化实验室是铸造项目的重要组成部分，它对产品的质量控制起着重要的作用，主要完成对入厂原材料、辅助材料以及半成品及配套协作件进行化学成分分析、机械性能试验等检验工作。需要在规划、设计和施工中引起足够的重视。

（2）本文中结合实例浅谈了铸造项目理化实验室的设计要点，阐述了重点检验仪器的选用注意事项，并给出了理化实验室的实例布置图。

图3　办公楼集中实验室布置图

［1］ 腾讷.铸造车间和工厂设计手册［M］.北京：机械工业出版社，1995.6.

［2］ 刘小龙. 铸造车间结构选型［J］.中国铸造装备与技术，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

稿件编号：1411-714

晁秋娟（1981—），女，主要从事铸造设备研究及各类铸造车间设计.