冶金企业实验室的建设探讨

李 娜，林生秀，田 伟

（陕钢集团产业创新研究院有限公司，陕西 汉中 723000）

0 引言

实验室以专业检化验服务、基础研究等业务为核心，服务于企业，致力于企业未来的发展，承载着公司科研项目研发、新材料研究、科技成果试验的功能和使命。本文以年产能300 万t 的钢铁企业实验室为例，详细介绍组建金属材料研究实验室的情况，以实验室前期规划为例，总结实验室各功能区域建设注意点[1-2]。

1 实验室建设的原则

企业实验室建设以规划发展布局，结合企业技术创新和新产品研发，结合自身检测需求，提高企业研发能力为原则。实验室的场地、环境条件等应遵守国家及地方的法律法规要求。通过合理的实验室建设规划方案、功能定位、检测项目、科学设计、合理布局，推动企业实验室提升产品检验能力，快速形成检化验人才梯队，提升实验室的检化验水平，发挥设备的最大价值，为企业提供更加专业性和系统性的检化验服务，促使新产品研发项目迅速推进，加快企业发展[3]。

2 实验室建设功能定位

按照“联合共建、资源共用、服务共享”的思路，以专业检化验服务、基础研究等业务为核心，服务于公司产品开发过程、售后产品质量检测的检化验研究工作。结合金属材料研究实验室主要任务，从化学成分、力学性能、钢铁中气体和硬度、金相组织以及夹杂物检测分析等微观组织角度进行金属材料检测。金属材料研究实验室拟设四个专业研究室。

1）金属材料钢铁化学成分检测研究室：采用先进的大型检测设备通过物理方法分析鉴定钢铁成分。

2）金属材料力学性能研究室：围绕金属材料在外力作用下表现的拉伸强度、弹性、弯曲、疲劳、扭转、表面硬度等力学特性，采用机械方法检测金属材料多种性能指标。

3）钢中气体及硬度研究室：采用先进的精密仪器检测分析钢铁材料中O、N、H 气体含量分析能力和钢铁材料硬度检测（布氏、维氏、洛氏）能力。

4）金属材料金相组织研究室：借助高精密检测设备，从宏观角度检测金属材料内部组成及缺陷，通过微观分析、夹杂物分析、微区成分、显微组织、晶粒度等微观组织角度研究金属材料特性。

3 实验室整体布局规划

为保证实验室正常建设、日常业务规范运行，实验室布局合理，符合国家实验室要求，避免各检测室、不同设备之间相互干扰，应对实验室通风系统、给排水系统、配电系统、配气系统、消防安全系统、洁净系统等整体检测工作涉及因素进行统一布局规划[4]。

1）实验室整体应选择安静、振动及电磁辐射较小的环境，以减少环境因素对设备带来的影响，减少设备误差，提升检测数据的准确性和精确度。同时，还要考虑设立实验室样品保存、资料保存、人员办公室等独立办公室，这不仅方便管控，还可有效避免其他环境因素对检验检测数据的影响。

2）在实验室规划、设计及建设初期，在实验室基本功能及各设备和仪器需要的基础条件、配套设施准备完成后，需考虑实验室整体功能及总体风格，需设计出合理的建筑或布置方案；建议邀请有资质的、有经验的设计单位设计及规划，更好地集中规划实验室水、电、气的走向和布置，同时，结合公司企业文化及整体风格，设计走向美观、布局合理的建筑或布置的实验室建设方案。

3）在对实验室位置或地点、设备摆放、水电气路规划时，应长远考虑到企业的不断发展扩大，检测项目的不断增加，以及检测设备的不断添加。为避免建造浪费或节约改造时间和费用，更好地助力企业的发展，应做好实验室建设预留。

4 各功能室的布局和环境要求规划

结合金属材料研究实验室主要任务，将实验室主要分为钢铁化学成分检测研究室、力学性能研究室、钢中气体和硬度研究室、金相组织研究室、金相制样室、重型设备制样室、样品保存室、资料保存室、办公室、气瓶保存室等，每个功能室的布局和环境要求均不相同，在整体实验室建设设计完成后，仍然需要结合各类设备、检测环境等因素再次规划、布局各个检测区以及功能区，建设符合国家及地方政府相关法律及政策的实验室[5]。

4.1 钢铁化学成分检测研究室的建立

预计建筑面积35 m2，试验环境温度在23 ℃±5 ℃，且变化不得超过5 ℃/h，湿度（RH）＜80%，需配备单独空调，必要时需要配备除湿机；试验过程使用高纯氩气，需配独立气瓶箱或气瓶柜。

4.2 力学性能研究室的建立

预计建筑面积200 m2，该室使用大型电液伺服拉伸试验机、疲劳试验机、冲击试验机，属于机械性能实验室，室内设备体型较大、重量大，试验过程中振动大，应与其他检测研究室分开，最好增设降低噪音和隔音设施；将实验室设置在一楼，建造独立地基，选择永久性位置避免移动；房屋的高度建议设计在6 m 左右，应满足大型设备的安装以及后期的危险预防，同时实验室周围应无遮挡物，以方便叉车等辅助运输工具通行。

4.3 钢中气体及硬度研究室的建立

预计建筑面积40 m2，试验环境温度在23 ℃±5 ℃，湿度（RH）＜80%，需配备单独空调；试验过程使用氦气和氮气，需配独立气瓶箱或气瓶柜；检测室内设计隔断，分主检验区域和辅助设备区，其中辅助设备噪音大、散热多，需长期使用空调控制环境温度。

4.4 金属材料金相组织研究室的建立

预计建筑面积100 m2，分为扫描电镜+能谱仪+EBSD 检测室和金相检测室。试验环境温度在23 ℃±5 ℃，湿度（RH）＜80%，需配备独立空调和除湿机；试验过程使用氮气，需配独立气瓶箱或气瓶柜；供电电压波动不超过正常电压的±10%，需单独设计接地线，使用稳压电器；周围应避免电磁干扰，减少振动，建议设立在一楼，建造独立地基；应是独立房间，避免多尘、阳光直射，以延长设备使用寿命。

4.5 金相制样室的建立

预计建筑面积40 m2，承担金相组织检测的样品制备，建设时需要注意，金相制样室水电设计要多预留1 套制样设备的使用能力，以备后期补充制样设备；如在较为封闭的环境或办公区域，必须安装排风系统。

4.6 重型制样设备室的建立

预计建筑面积50 m2，氧、氮、氢分析配套制样设备，直读光谱仪分析配套制样设备及金相加工设备均属于体型大、重量大的机械设备，建设时，选择永久性位置避免移动，安装过程应有利于叉车等工具车的通行；又因该室易产生火花、产生灰尘，还涉及污水排放，因此建议所用设备选用环保型设备，并加装室内排风系统。

4.7 其他功能室建设要求

1）天平室、紫外分光光度计小型精密仪器室，预计各室建筑面积15 m2，应是独立房间，避免多尘、阳光直射、防潮；需要设立独立工作台，防止振动影响设备的精度。

2）化学药品保存室、存样室、备件室，预计各室建筑面积25 m2，需要专用的工作台或制样柜；应是独立房间，避免多尘、阳光直射；环境温度在23 ℃±5 ℃，湿度（RH）＜80%，必要时需配备空调调节温度。

3）气瓶保存室：实验室使用大型仪器设备检测时，需要氧气、氮气、氦气等多种辅助试验气体，如果实验室建设环境和资金较为充足的情况下，建议加设各类气体管道至设备安装地点，以保持实验室环境整齐划一；实验室应预留气瓶保存室，气瓶保存室的建设需重点考虑环境安全，防火、防爆实施配备齐全，并配备单独的防火设施。

4）化学手工分析室：配备手工分析专用工作台或工作架；操作间布置时应注意给水、排水、通风、排风、电压，且应设置通风橱；考虑环保、安全因素，设置废气、废液集中处理设备。

5）办公室区域：坚持检测区与工作区分离的建设原则，实验室应建设办公区，也可建设会议室或学习室，主要负责实验室中心的运营管理和检测业务管理，包括业务推广、资产管理、检测业务接待、检测报告管理及其他常规经营管理工作。

5 实验室设备选型或采购要求

实验室仪器设备的优劣是检测工作质量的重要因素之一。在仪器设备选型及采购时：

1）结合实验室整体投资、实验室建设需要，规划引进进口先进的、高精度、质量可靠的设备，以保证检测工作质量稳定及检测结果满意[6]。

2）结合设备检测环境要求，配套增加有调节温湿度的功能空调、除湿机等环境控制辅助设备，同时配置相应的温湿度监控设备设施，以确保检测环境条件满足检测要求。

3）检测工作实施过程中应保持实验过程的连续性，采购设备时，增添稳压电源、蓄电池，以确保在突然断电时这些设备可起到缓冲作用。

4）对环境电磁感应有要求的设备，在采购前可联系专业人员进行现场实地勘查，确认是否满足设备要求，必要时，建立独立的符合设备要求的接地线。

5）建设实验室时，需做好前期规划，做好设备及配套设备设施的位置和方向摆放设计，布置好各功能室的上下水路、电路、气路、排风系统，核算好各功能室的总供电量，预留后期扩建设备及设施的电用量。

6 结论

在对实验室建设初期规划时，要通盘考虑，具有一定先进性和前瞻性。关于企业实验室建设做好以下5 点，可促进实验室科学有序发展。

1）应通盘考虑实验室建设的规模及投资、实验室未来的前景、实验室的定位。

2）根据不同的功能、定位、需求，梳理出建设实验室需要采购的主要检测设备以及建立的主要功能检测室。

3）从各功能检测室入手，结合检测过程要求，做好实验室水路、电路、气路、排风系统等方面的设计规划，并绘制设计图。

4）每个功能室预留总电量、三相电或两相电路，为实验室设备扩建或改造及检测能力扩展做好准备。

5）在对仪器设备选型及采购时，应包含温湿度调节设备和监控设备设施，以及增添稳压电源、蓄电池，以确保突发情况时，保证设备连续检测或有序断电。