冶金企業(yè)實驗室的建設探討

李 娜，林生秀，田 偉

（陜鋼集團產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院有限公司，陜西 漢中 723000）

0 引言

實驗室以專業(yè)檢化驗服務、基礎研究等業(yè)務為核心，服務于企業(yè)，致力于企業(yè)未來的發(fā)展，承載著公司科研項目研發(fā)、新材料研究、科技成果試驗的功能和使命。本文以年產(chǎn)能300 萬t 的鋼鐵企業(yè)實驗室為例，詳細介紹組建金屬材料研究實驗室的情況，以實驗室前期規(guī)劃為例，總結(jié)實驗室各功能區(qū)域建設注意點[1-2]。

1 實驗室建設的原則

企業(yè)實驗室建設以規(guī)劃發(fā)展布局，結(jié)合企業(yè)技術創(chuàng)新和新產(chǎn)品研發(fā)，結(jié)合自身檢測需求，提高企業(yè)研發(fā)能力為原則。實驗室的場地、環(huán)境條件等應遵守國家及地方的法律法規(guī)要求。通過合理的實驗室建設規(guī)劃方案、功能定位、檢測項目、科學設計、合理布局，推動企業(yè)實驗室提升產(chǎn)品檢驗能力，快速形成檢化驗人才梯隊，提升實驗室的檢化驗水平，發(fā)揮設備的最大價值，為企業(yè)提供更加專業(yè)性和系統(tǒng)性的檢化驗服務，促使新產(chǎn)品研發(fā)項目迅速推進，加快企業(yè)發(fā)展[3]。

2 實驗室建設功能定位

按照“聯(lián)合共建、資源共用、服務共享”的思路，以專業(yè)檢化驗服務、基礎研究等業(yè)務為核心，服務于公司產(chǎn)品開發(fā)過程、售后產(chǎn)品質(zhì)量檢測的檢化驗研究工作。結(jié)合金屬材料研究實驗室主要任務，從化學成分、力學性能、鋼鐵中氣體和硬度、金相組織以及夾雜物檢測分析等微觀組織角度進行金屬材料檢測。金屬材料研究實驗室擬設四個專業(yè)研究室。

1）金屬材料鋼鐵化學成分檢測研究室：采用先進的大型檢測設備通過物理方法分析鑒定鋼鐵成分。

2）金屬材料力學性能研究室：圍繞金屬材料在外力作用下表現(xiàn)的拉伸強度、彈性、彎曲、疲勞、扭轉(zhuǎn)、表面硬度等力學特性，采用機械方法檢測金屬材料多種性能指標。

3）鋼中氣體及硬度研究室：采用先進的精密儀器檢測分析鋼鐵材料中O、N、H 氣體含量分析能力和鋼鐵材料硬度檢測（布氏、維氏、洛氏）能力。

4）金屬材料金相組織研究室：借助高精密檢測設備，從宏觀角度檢測金屬材料內(nèi)部組成及缺陷，通過微觀分析、夾雜物分析、微區(qū)成分、顯微組織、晶粒度等微觀組織角度研究金屬材料特性。

3 實驗室整體布局規(guī)劃

為保證實驗室正常建設、日常業(yè)務規(guī)范運行，實驗室布局合理，符合國家實驗室要求，避免各檢測室、不同設備之間相互干擾，應對實驗室通風系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、消防安全系統(tǒng)、潔凈系統(tǒng)等整體檢測工作涉及因素進行統(tǒng)一布局規(guī)劃[4]。

1）實驗室整體應選擇安靜、振動及電磁輻射較小的環(huán)境，以減少環(huán)境因素對設備帶來的影響，減少設備誤差，提升檢測數(shù)據(jù)的準確性和精確度。同時，還要考慮設立實驗室樣品保存、資料保存、人員辦公室等獨立辦公室，這不僅方便管控，還可有效避免其他環(huán)境因素對檢驗檢測數(shù)據(jù)的影響。

2）在實驗室規(guī)劃、設計及建設初期，在實驗室基本功能及各設備和儀器需要的基礎條件、配套設施準備完成后，需考慮實驗室整體功能及總體風格，需設計出合理的建筑或布置方案；建議邀請有資質(zhì)的、有經(jīng)驗的設計單位設計及規(guī)劃，更好地集中規(guī)劃實驗室水、電、氣的走向和布置，同時，結(jié)合公司企業(yè)文化及整體風格，設計走向美觀、布局合理的建筑或布置的實驗室建設方案。

3）在對實驗室位置或地點、設備擺放、水電氣路規(guī)劃時，應長遠考慮到企業(yè)的不斷發(fā)展擴大，檢測項目的不斷增加，以及檢測設備的不斷添加。為避免建造浪費或節(jié)約改造時間和費用，更好地助力企業(yè)的發(fā)展，應做好實驗室建設預留。

4 各功能室的布局和環(huán)境要求規(guī)劃

結(jié)合金屬材料研究實驗室主要任務，將實驗室主要分為鋼鐵化學成分檢測研究室、力學性能研究室、鋼中氣體和硬度研究室、金相組織研究室、金相制樣室、重型設備制樣室、樣品保存室、資料保存室、辦公室、氣瓶保存室等，每個功能室的布局和環(huán)境要求均不相同，在整體實驗室建設設計完成后，仍然需要結(jié)合各類設備、檢測環(huán)境等因素再次規(guī)劃、布局各個檢測區(qū)以及功能區(qū)，建設符合國家及地方政府相關法律及政策的實驗室[5]。

4.1 鋼鐵化學成分檢測研究室的建立

預計建筑面積35 m2，試驗環(huán)境溫度在23 ℃±5 ℃，且變化不得超過5 ℃/h，濕度（RH）＜80%，需配備單獨空調(diào)，必要時需要配備除濕機；試驗過程使用高純氬氣，需配獨立氣瓶箱或氣瓶柜。

4.2 力學性能研究室的建立

預計建筑面積200 m2，該室使用大型電液伺服拉伸試驗機、疲勞試驗機、沖擊試驗機，屬于機械性能實驗室，室內(nèi)設備體型較大、重量大，試驗過程中振動大，應與其他檢測研究室分開，最好增設降低噪音和隔音設施；將實驗室設置在一樓，建造獨立地基，選擇永久性位置避免移動；房屋的高度建議設計在6 m 左右，應滿足大型設備的安裝以及后期的危險預防，同時實驗室周圍應無遮擋物，以方便叉車等輔助運輸工具通行。

4.3 鋼中氣體及硬度研究室的建立

預計建筑面積40 m2，試驗環(huán)境溫度在23 ℃±5 ℃，濕度（RH）＜80%，需配備單獨空調(diào)；試驗過程使用氦氣和氮氣，需配獨立氣瓶箱或氣瓶柜；檢測室內(nèi)設計隔斷，分主檢驗區(qū)域和輔助設備區(qū)，其中輔助設備噪音大、散熱多，需長期使用空調(diào)控制環(huán)境溫度。

4.4 金屬材料金相組織研究室的建立

預計建筑面積100 m2，分為掃描電鏡+能譜儀+EBSD 檢測室和金相檢測室。試驗環(huán)境溫度在23 ℃±5 ℃，濕度（RH）＜80%，需配備獨立空調(diào)和除濕機；試驗過程使用氮氣，需配獨立氣瓶箱或氣瓶柜；供電電壓波動不超過正常電壓的±10%，需單獨設計接地線，使用穩(wěn)壓電器；周圍應避免電磁干擾，減少振動，建議設立在一樓，建造獨立地基；應是獨立房間，避免多塵、陽光直射，以延長設備使用壽命。

4.5 金相制樣室的建立

預計建筑面積40 m2，承擔金相組織檢測的樣品制備，建設時需要注意，金相制樣室水電設計要多預留1 套制樣設備的使用能力，以備后期補充制樣設備；如在較為封閉的環(huán)境或辦公區(qū)域，必須安裝排風系統(tǒng)。

4.6 重型制樣設備室的建立

預計建筑面積50 m2，氧、氮、氫分析配套制樣設備，直讀光譜儀分析配套制樣設備及金相加工設備均屬于體型大、重量大的機械設備，建設時，選擇永久性位置避免移動，安裝過程應有利于叉車等工具車的通行；又因該室易產(chǎn)生火花、產(chǎn)生灰塵，還涉及污水排放，因此建議所用設備選用環(huán)保型設備，并加裝室內(nèi)排風系統(tǒng)。

4.7 其他功能室建設要求

1）天平室、紫外分光光度計小型精密儀器室，預計各室建筑面積15 m2，應是獨立房間，避免多塵、陽光直射、防潮；需要設立獨立工作臺，防止振動影響設備的精度。

2）化學藥品保存室、存樣室、備件室，預計各室建筑面積25 m2，需要專用的工作臺或制樣柜；應是獨立房間，避免多塵、陽光直射；環(huán)境溫度在23 ℃±5 ℃，濕度（RH）＜80%，必要時需配備空調(diào)調(diào)節(jié)溫度。

3）氣瓶保存室：實驗室使用大型儀器設備檢測時，需要氧氣、氮氣、氦氣等多種輔助試驗氣體，如果實驗室建設環(huán)境和資金較為充足的情況下，建議加設各類氣體管道至設備安裝地點，以保持實驗室環(huán)境整齊劃一；實驗室應預留氣瓶保存室，氣瓶保存室的建設需重點考慮環(huán)境安全，防火、防爆實施配備齊全，并配備單獨的防火設施。

4）化學手工分析室：配備手工分析專用工作臺或工作架；操作間布置時應注意給水、排水、通風、排風、電壓，且應設置通風櫥；考慮環(huán)保、安全因素，設置廢氣、廢液集中處理設備。

5）辦公室區(qū)域：堅持檢測區(qū)與工作區(qū)分離的建設原則，實驗室應建設辦公區(qū)，也可建設會議室或?qū)W習室，主要負責實驗室中心的運營管理和檢測業(yè)務管理，包括業(yè)務推廣、資產(chǎn)管理、檢測業(yè)務接待、檢測報告管理及其他常規(guī)經(jīng)營管理工作。

5 實驗室設備選型或采購要求

實驗室儀器設備的優(yōu)劣是檢測工作質(zhì)量的重要因素之一。在儀器設備選型及采購時：

1）結(jié)合實驗室整體投資、實驗室建設需要，規(guī)劃引進進口先進的、高精度、質(zhì)量可靠的設備，以保證檢測工作質(zhì)量穩(wěn)定及檢測結(jié)果滿意[6]。

2）結(jié)合設備檢測環(huán)境要求，配套增加有調(diào)節(jié)溫濕度的功能空調(diào)、除濕機等環(huán)境控制輔助設備，同時配置相應的溫濕度監(jiān)控設備設施，以確保檢測環(huán)境條件滿足檢測要求。

3）檢測工作實施過程中應保持實驗過程的連續(xù)性，采購設備時，增添穩(wěn)壓電源、蓄電池，以確保在突然斷電時這些設備可起到緩沖作用。

4）對環(huán)境電磁感應有要求的設備，在采購前可聯(lián)系專業(yè)人員進行現(xiàn)場實地勘查，確認是否滿足設備要求，必要時，建立獨立的符合設備要求的接地線。

5）建設實驗室時，需做好前期規(guī)劃，做好設備及配套設備設施的位置和方向擺放設計，布置好各功能室的上下水路、電路、氣路、排風系統(tǒng)，核算好各功能室的總供電量，預留后期擴建設備及設施的電用量。

6 結(jié)論

在對實驗室建設初期規(guī)劃時，要通盤考慮，具有一定先進性和前瞻性。關于企業(yè)實驗室建設做好以下5 點，可促進實驗室科學有序發(fā)展。

1）應通盤考慮實驗室建設的規(guī)模及投資、實驗室未來的前景、實驗室的定位。

2）根據(jù)不同的功能、定位、需求，梳理出建設實驗室需要采購的主要檢測設備以及建立的主要功能檢測室。

3）從各功能檢測室入手，結(jié)合檢測過程要求，做好實驗室水路、電路、氣路、排風系統(tǒng)等方面的設計規(guī)劃，并繪制設計圖。

4）每個功能室預留總電量、三相電或兩相電路，為實驗室設備擴建或改造及檢測能力擴展做好準備。

5）在對儀器設備選型及采購時，應包含溫濕度調(diào)節(jié)設備和監(jiān)控設備設施，以及增添穩(wěn)壓電源、蓄電池，以確保突發(fā)情況時，保證設備連續(xù)檢測或有序斷電。