鑄造項(xiàng)目理化實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺談

晁秋娟（中國(guó)汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

鑄造項(xiàng)目理化實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺談

晁秋娟
（中國(guó)汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

闡述了鑄造項(xiàng)目的理化實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并從車間設(shè)計(jì)、環(huán)境保護(hù)和安全等角度提出了一些具體措施。力求建設(shè)功能齊全、物流合理、環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)合理的鑄造項(xiàng)目用理化實(shí)驗(yàn)室。為以后鑄造項(xiàng)目的理化實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

鑄造項(xiàng)目；理化實(shí)驗(yàn)室；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

0　前言

在鑄造項(xiàng)目中，理化實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)和任務(wù)是對(duì)入廠原材料、輔助材料以及半成品及配套協(xié)作件進(jìn)行化學(xué)成分分析、機(jī)械性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)工作［1］。它在一個(gè)項(xiàng)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(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量控制起著重要的作用。本文總結(jié)了鑄造項(xiàng)目理化實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并對(duì)重點(diǎn)檢驗(yàn)儀器進(jìn)行了闡述，最后介紹了某項(xiàng)目的理化實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)概況。

1　理化實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)概況

理化實(shí)驗(yàn)室通常布置在整個(gè)鑄造廠區(qū)的綜合樓、辦公樓，或者是某個(gè)車間的車間辦公室里，是為整個(gè)廠區(qū)服務(wù)的。一般由以下的幾個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室組成：機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)室、金相實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室、無損探傷室等。理化實(shí)驗(yàn)室還配有理化調(diào)度室、化學(xué)藥品儲(chǔ)存間以及專用的辦公室等。

同時(shí)，根據(jù)鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)，鑄造項(xiàng)目的理化實(shí)驗(yàn)室還包括爐前快速分析室和型砂實(shí)驗(yàn)室，爐前快速分析室和型砂實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1各實(shí)驗(yàn)室任務(wù)及組成、布置以及主要設(shè)備

2.1.1機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)室

任務(wù)是檢查金屬材料的抗拉強(qiáng)度、延伸率、硬度等機(jī)械性能。主要設(shè)備為萬能電子材料試驗(yàn)機(jī)（最大試驗(yàn)力一般為300 kN 或600 kN）、布氏硬度計(jì)、洛氏硬度計(jì)等。由于萬能電子材料試驗(yàn)機(jī)設(shè)備外形尺寸較大，且需要做單獨(dú)的基礎(chǔ)，對(duì)地坪的負(fù)荷要求也較一般的辦公室及實(shí)驗(yàn)室要大，因此機(jī)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(shí)不做，待設(shè)備到貨后再按設(shè)備要求施工，另外，有些材料試驗(yàn)機(jī)的尺寸比較大，房間還需在一側(cè)墻留安裝洞，安裝完畢后再封死。

2.1.2金相實(shí)驗(yàn)室

任務(wù)是對(duì)進(jìn)廠原材料或鑄件進(jìn)行金相檢驗(yàn)的抽檢。包括金相顯微鏡室、制樣間。金相顯微鏡室主要設(shè)備為滿足實(shí)驗(yàn)需要的各種型號(hào)、級(jí)別的金相顯微鏡；制樣間的設(shè)備為試樣預(yù)磨機(jī)、試樣拋光機(jī)、砂輪機(jī)、鉆床等。制樣間一般布置在與金相顯微鏡室、機(jī)械性能室等臨近的房間，方便制樣后就近檢驗(yàn)。顯微鏡室應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)源及磁場(chǎng)干擾源布置。

2.1.3化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室

任務(wù)是對(duì)原材料、輔助材料等進(jìn)行各類元素的定性、定量分析。包括化學(xué)分析室、天平比色室、高溫室等。主要設(shè)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(jì)、箱式電阻爐、馬弗爐、蒸餾水器等。化學(xué)分析室內(nèi)應(yīng)布置一臺(tái)或兩臺(tái)通風(fēng)柜，用于一些會(huì)產(chǎn)生的有害氣體的實(shí)驗(yàn)。碳硫分析儀和真空直讀光譜儀若設(shè)單獨(dú)的房間時(shí)，一般也隔有單獨(dú)的準(zhǔn)備間，氣瓶存放間等，且譜儀間不宜設(shè)水盆。天平比色室應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)源。

2.1.4無損探傷實(shí)驗(yàn)室

任務(wù)是對(duì)鑄件的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查。主要設(shè)備為超聲波探傷儀、熒光探傷機(jī)、X射線探傷機(jī)等。無損探傷室一般布置在一層，且離進(jìn)出樓梯口比較近的地方，方便鑄件的搬運(yùn)。

2.1.5爐前快速分析室和型砂實(shí)驗(yàn)室

爐前快速分析室和型砂實(shí)驗(yàn)室是針對(duì)鑄造車間所特有的實(shí)驗(yàn)室。

爐前快速分析室的任務(wù)是對(duì)熔化工部爐前鐵液成分以及鑄件本體進(jìn)行化驗(yàn)。主要設(shè)備為直讀光譜儀，碳、硫分析儀，高頻爐加熱方式，制樣設(shè)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(shí)驗(yàn)室的任務(wù)是對(duì)型砂及芯砂的性能進(jìn)行檢驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)室

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

（1）各實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)臺(tái)除了制樣間的砂輪機(jī)、切割機(jī)、鉆床等用水磨石工作臺(tái)外，其余一般均采用成品的工作臺(tái)。

（2）機(jī)械性能室、制樣間、化學(xué)分析室需要設(shè)計(jì)獨(dú)立的洗手池，化學(xué)分析室還需要一個(gè)三龍頭化驗(yàn)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(yīng)。

（4）所有房間均要求全室通風(fēng)，一般采用軸流風(fēng)機(jī)機(jī)械排風(fēng)；碳硫儀、光譜儀、色譜儀上方可設(shè)局部排風(fēng)罩，除制樣間外其余房間應(yīng)設(shè)有空調(diào)。

（5）各室均有220V380V電源兩孔、三孔插座。除機(jī)械性能室各設(shè)備采用墻上電插座就近供電外，其余由定做的實(shí)驗(yàn)臺(tái)配電插座，墻上需有向?qū)嶒?yàn)臺(tái)接電的插座；每個(gè)房間有一個(gè)總的動(dòng)力用電空氣開關(guān)；光譜儀、碳硫儀、材料試驗(yàn)機(jī)均設(shè)專用地線。

（6）各室均設(shè)網(wǎng)絡(luò)及電話接口。

2.3實(shí)驗(yàn)室廢水及廢液的處理

理化實(shí)驗(yàn)室的污染源及排放物是檢驗(yàn)分析時(shí)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(yàn)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(jīng)過處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，方可排放。

廢氣的處理：理化實(shí)驗(yàn)室分析檢驗(yàn)所產(chǎn)生的廢氣，經(jīng)“通風(fēng)柜”高空稀釋處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，方可排放。

3　鑄造項(xiàng)目重點(diǎn)理化實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)儀器

理化實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)儀器其特點(diǎn)是要快速、準(zhǔn)確的提供試驗(yàn)結(jié)果，直接用于指導(dǎo)生產(chǎn)。鑄造理化實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)保證鑄件質(zhì)量、降低廢品率、提高鑄造生產(chǎn)過程的自動(dòng)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(shè)備

爐前快速分析是通過對(duì)試樣的分析來判定金屬液的化學(xué)成分。常用的分析方法有化學(xué)分析、光譜分析兩種。爐前化學(xué)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(dǎo)生產(chǎn)和控制成分的作用。而直讀光譜儀因其操作簡(jiǎn)便、分析速度快（以德國(guó)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(duì)溫度、震動(dòng)、灰塵等都不敏感，不需要恒溫恒濕條件的實(shí)驗(yàn)室，可在現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室中隨意使用，因此被廣泛應(yīng)用于爐前快速分析室。但是直讀光譜儀對(duì)碳、硫的檢測(cè)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(cè)碳、硫成分。直讀光譜儀一般采用進(jìn)口產(chǎn)品，高頻紅外碳、硫分析儀可選用國(guó)產(chǎn)。另外，還可選用風(fēng)動(dòng)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(dá)到縮短整個(gè)分析時(shí)間、提高檢化驗(yàn)速度和生產(chǎn)效率的目的。

設(shè)計(jì)爐前快速分析室時(shí)應(yīng)將直讀光譜儀與附屬設(shè)備（如氬氣瓶、制樣設(shè)備等）分隔開。放置直讀光譜儀時(shí)，為了日常操作方便，應(yīng)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(shí)驗(yàn)室儀器間面積應(yīng)在14 m2以上。

3.2鐵液質(zhì)量管理儀

對(duì)于熔煉過程的檢測(cè)與監(jiān)控方面，可采用熱分析法在爐前控制與檢測(cè)合金質(zhì)量，采用鐵液質(zhì)量管理儀。其分析速度快（＜3 min），可測(cè)量碳當(dāng)量、碳含量、硅含量，測(cè)量精度分別為±0.10%、±0.05%、±0.10%，同時(shí)可測(cè)量初晶溫度、共晶溫度等參數(shù)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，熱分析法已發(fā)展到能預(yù)示鑄件成型后在室溫條件下的機(jī)械性能和金相組織，熱分析法測(cè)球化率是爐前快速測(cè)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(shí)間等特殊變化特征來進(jìn)行判定的。這種方法較常用的快速金相法等方法準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便、快速并且費(fèi)用低。

3.3型砂在線檢測(cè)儀

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

型砂在線檢測(cè)儀通過檢測(cè)型砂緊實(shí)率和濕壓強(qiáng)度來控制型砂含水量。一般布置在混砂機(jī)下方的第一條皮帶輸送機(jī)上，每一批料取樣檢測(cè)二次，自第一次取樣到反饋結(jié)果至混砂機(jī)的控制系統(tǒng)約為1 min。檢測(cè)結(jié)果反饋到混砂機(jī)控制系統(tǒng)，通過水定量裝置，調(diào)整混砂機(jī)處的加水量。

圖1　爐前快速分析室布置圖

圖2　型砂實(shí)驗(yàn)室布置圖

4　設(shè)計(jì)實(shí)例

下面介紹某鑄造項(xiàng)目的理化實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)實(shí)例。

此鑄造項(xiàng)目配置的理化實(shí)驗(yàn)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(nèi)的具體布置見圖1；型砂實(shí)驗(yàn)室布置在砂處理工部靠近混砂機(jī)，房間內(nèi)的具體布置見圖2；其余理化實(shí)驗(yàn)室集中布置在辦公樓，房間的具體布置見圖3。

此理化實(shí)驗(yàn)室主要理化設(shè)備有真空直讀光譜儀、紅外線碳硫儀、材料試驗(yàn)機(jī)、正置顯微鏡、金相顯微鏡圖像分析系統(tǒng)、低溫試驗(yàn)箱、測(cè)硫儀、智能熱濕拉強(qiáng)度試驗(yàn)儀、記錄式造型材料發(fā)氣性測(cè)定儀和覆膜砂熔點(diǎn)試驗(yàn)儀等，總計(jì)設(shè)備數(shù)量約45臺(tái)（套），投資約210萬元。

5　總結(jié)

（1）鑄造項(xiàng)目的理化實(shí)驗(yàn)室是鑄造項(xiàng)目的重要組成部分，它對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量控制起著重要的作用，主要完成對(duì)入廠原材料、輔助材料以及半成品及配套協(xié)作件進(jìn)行化學(xué)成分分析、機(jī)械性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)工作。需要在規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工中引起足夠的重視。

（2）本文中結(jié)合實(shí)例淺談了鑄造項(xiàng)目理化實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，闡述了重點(diǎn)檢驗(yàn)儀器的選用注意事項(xiàng)，并給出了理化實(shí)驗(yàn)室的實(shí)例布置圖。

圖3　辦公樓集中實(shí)驗(yàn)室布置圖

［1］ 騰訥.鑄造車間和工廠設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.6.

［2］ 劉小龍. 鑄造車間結(jié)構(gòu)選型［J］.中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，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(hào)：1411-714

晁秋娟（1981—），女，主要從事鑄造設(shè)備研究及各類鑄造車間設(shè)計(jì).