鋼鐵研究所設計(research laboratory design of iron and steel works)

以應用研究為主，為生產服務的鋼鐵企業科學研究設施的設計。鋼鐵研究所既是鋼鐵廠科學試驗研究基地，又是技術開發中心。其基本任務以研究為主，也擔負部分生產檢驗分析。中國大中型鋼鐵廠通常建立鋼鐵研究所，而不設中心試驗室。

設計內容包括研究任務的確定和研究機構的組成。

任務的確定

主要是本企業下達的研究課題。主要包括下列三項：(1)著重進行旨在提高產品質量、擴大品種、改進工藝、增加產量、節約能源和降低消耗等的研究。(2)進行新產品、新工藝和新設備的開發和應用研究。(3)進行檢驗分析方法的研究，為生產車間提供測試技術的服務工作。另外還接受上級部門和外廠委托的研究任務。

研究機構的組成

主要有兩種形式，一種是按產品開發設置組成的形式，如日本新日鐵公司君津鋼鐵廠的技術研究室(相當于中國鋼鐵廠的鋼鐵研究所)，設有八個研究科：煉鋼、條鋼、塑性加工、薄板、厚板及大徑管、小徑管、防腐蝕和環境技術研究科。另一種是中國的鋼鐵研究所，按專業研究設置組成的形式，一般設有基本檢驗分析設施、專業研究設施、試樣制備及維修設施、小型試驗設施以及管理機構等五部分。武漢鋼鐵公司鋼鐵研究所是中國設計的第一個大型企業研究所，它是一個按專業研究設置組成的典型設計。

基本檢驗分析設施為研究課題的試驗工作服務，對材料進行理化性能的測試與方法研究。

濕式化學分析室主要任務有產品成分的仲裁分析，研究試樣和化學標樣的元素分析，新分析方法的研究與制定，儀器的校正分析。濕式化學分析室設有金屬室、非金屬室、碳硫室、天平室、比色室、灼燒室、標樣室、配劑室和制樣室等，設備配置和工藝布置見中心試驗室設計。

電解夾雜室對鋼中夾雜物(或合金相)進行提取分離，常用電解法進行提取，用電化學或化學法進行分離。配置的設備有電氣裝置(包括整流器、滑線電阻、電流表)、電解槽、冷卻裝置、恒溫水浴鍋、恒電位計和離心機等。試樣重50～100g，用膠袋收集電解沉淀物。中國寶山鋼鐵總廠鋼鐵研究所為研究鑄錠及連鑄坯中的夾雜物，配置有電解陽極泥提取裝置(包括冷卻槽、電解槽、超聲波自動淘洗裝置、管式電爐和臺秤)，超聲波篩分裝置和快速溶解裝置等。試樣重5～10kg，在電解槽中收集沉淀物，并可進行粒度分級測定。

相分析室采用化學分析方法，進行鋼中夾雜物及合金相、爐渣中金屬元素的價態分析，配置濕式化學分析儀器。

儀器分析室利用儀器對鋼中元素、爐渣及原料等成分含量進行測定，由儀器室、等離子發射光譜儀室、原子吸收儀室、制樣室等組成。設備配有鋼中氣體(氮、氫、氧)測定儀、真空直讀光譜儀、X射線熒光光譜儀、等離子發射光譜儀、原子吸收分光光度計和制樣設備(包括切割機、磨樣機、壓片機、玻璃珠熔融裝置等)等。工藝布置見化學分析中心設計和中心試驗室設計。

金屬物理室測定金屬材料的物理參數，進行金屬內部組織結構和缺陷的精密觀察分析，確定其形成機理和條件以及與金屬材料各種表觀物理性能之間的關系。測試方法除常用的X射線結構分析和電子金相分析外，還包括各種物理性能測試分析，如熱分析和膨脹測定、彈性和內耗測定、磁性分析和電阻測定等。隨著科學技術的發展，金屬表面分析技術(如低能電子衍射、俄歇電子能譜分析)將在企業鋼鐵研究所中得到廣泛應用。測試的項目有鋼中顯微組織和各種相分析，微區成分分析，斷口形貌分析，位錯分析，以及晶體結構缺陷、點陣常數、織構、固溶碳和氮、膨脹系數、熱導率、電阻率、彈性模量和內應力等的測定。

金屬物理室一般設有試樣準備間、暗室、X射線結構儀室、電子顯微鏡室以及各種物理性能測定室等。工藝設備按課題研究需要成套配置，主要有X射線衍射儀、電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子探針微區分析儀、熱磁儀、膨脹儀、電阻測試儀、彈性模量及內耗儀、制樣設備、暗室設備等。金屬物理室一般與金相室相鄰布置在試驗樓內，高精密設備和大型電子光學儀器，對安裝條件要求較嚴，防塵、防振、防電磁場干擾、室內溫度、濕度等應按設備說明書的要求進行設計。

金相室進行金屬顯微組織檢驗，研究顯微組織與理化性能的關系，以及生產工藝對顯微組織的影響等。檢驗的項目有顯微組織及其缺陷、晶粒度、脫碳層、相分析和顯微硬度等的分析評定。一般設有制樣室、暗室和顯微鏡室、圖像分析儀室。主要設備有立式金相顯微鏡，大型臥式金相顯微鏡(可帶多種附件)、定量金相顯微鏡(或稱圖像分析儀)。另外，按需要還可配高溫金相顯微鏡、顯微硬度計、照相機等。制樣設備有切割機、鑲嵌機、砂輪機、研磨機、浸蝕及干燥器等。暗室配有洗相、放大、上光等設備。工藝布置要求見中心試驗室設計。

巖相室進行鋼中夾雜物、爐渣等的巖相鑒定，設制樣室、暗室、顯微鏡室等。一般與金相室相鄰布置，制樣室和暗室就可與金相室合并設計。主要設備有偏光顯微鏡、折光儀、體視顯微鏡、超聲波振動裝置等。

低倍室對鋼材、鋼坯和鋼錠進行宏觀缺陷檢查，檢驗項目有疏松、偏析、白點、縮孔、裂紋、非金屬夾雜、氣泡及各種斷口缺陷等。一般的設備配置及工藝布置見中心試驗室設計及連鑄坯檢驗室設計。為研究鋼坯和鋼錠全剖面的低倍組織，需配大尺寸的酸洗槽及清洗槽，大型龍門刨床，以及供酸、廢酸回收及排放處理設施。

熱處理室進行試樣和機械零件的熱處理，以及鋼材的熱處理工藝試驗。設有熱處理爐室、溫度控制室、工作間等。根據擔負的研究任務和試料尺寸，成套配置設備，主要有箱形電爐(中溫、高溫)、干燥箱、井式爐、油浴爐、鹽浴爐(中溫、高溫)、淬火槽、自動頂端淬火裝置等。中國寶山鋼鐵總廠的鋼鐵研究所，對冷軋深沖薄板熱處理工藝試驗配有保護氣體電爐和長時間加熱人工時效爐。工藝布置要求見中心試驗室設計。

力學性能室進行研究試樣、產品使用性能和產品質量仲裁的力學性能試驗。常溫力學性能設備配置及工藝布置見中心試驗室設計，高溫力學性能設備配置及工藝布置見精密合金高溫合金檢驗設施設計。研究性力學性能設備按研究課題需要配置，一般的材料試驗機宜按國際先進的標準要求來選配；研究斷裂力學宜配動／靜態材料試驗機；研究重軌配有重軌磨耗疲勞試驗機和低溫沖擊試驗機；研究石油管配有抗壓爆破試驗機、熱模擬試驗機和整段鋼管硫化氫應力腐蝕試驗裝置等；研究高強度中厚鋼板宜配30kJ沖擊試驗機等。

探傷室進行研究試樣的探傷檢驗，產品質量的仲裁檢驗，設備診斷檢查和探傷技術的研究。一般設有射線探傷室、超聲波探傷室、磁力探傷室、儀器維修校驗室、暗室等，各探傷室相應的探傷方法、適用范圍及設備見軋鋼試驗室設計。射線探傷室應布置在遠離人流的位置或單獨的建筑物內，廠房按安全衛生及射線防護標準進行設計。

專業研究設施結合企業的資源特點，生產機組和產品類型等條件，確定專業研究設施的組成和試驗設備。

煉鐵研究室進行高爐生產強化冶煉、降低消耗、綜合利用、噴吹節能和冶金資源深度開發的研究。試驗設備主要包括試驗室裝置和工藝試驗裝置。試驗室裝置有礦物的理化性能檢測裝置，如礦石還原性、粉化率、強度、透氣率和熔點等參數測定。工藝試驗裝置按研究課題需要選配，如無料鐘爐頂模型、噴煤粉試驗裝置和試驗小高爐等。試驗裝置一般布置在平房內。工藝試驗設備產生的粉塵和振動，應采取防治措施。

煉鋼研究室進行新品種、冶煉工藝和設備的研究，配合解決生產中的質量和品種等技術問題。試驗設備隨研究課題而定，主要包括爐渣物化性能測試設備和工藝試驗設備，如熔渣和鋼水的表面張力、導熱性和活度等參數的測定裝置，高頻和中頻熔煉設備，煉鋼復吹試驗裝置，煉鋼水力模型和連鑄結晶器模型等。

軋鋼研究室進行軋鋼產品的質量、品種和軋制工藝的研究，亦配合生產解決技術問題。按照產品要求和研究課題選配設備，主要包括軋機參數檢測儀表、模擬軋制裝置、溫度測量儀表等。中國寶山鋼鐵總廠鋼鐵研究所，按產品設計了鋼板、鋼管和涂層板三個專業試驗室。(1)鋼板試驗室。以冷軋深沖板為主要研究課題，配有力學性能試驗設備、金相及熱處理設備、X射線衍射儀、內耗儀和小型冷軋薄板調質軋機。(2)鋼管試驗室。以油井管和高壓鍋爐管為主要研究課題，配有高溫及常溫力學性能試驗設備，金相及熱處理設備，熱循環再現裝置，膨脹儀，焊接試驗設備，切削試驗車床，油井管壓潰及爆破試驗裝置和硫化氫應力腐蝕試驗裝置。(3)涂層板試驗室。以有機涂層鋼板、搪瓷鋼板和鍍鋅鋼板為主要研究課題，配有專用試驗設備、表面鍍(涂)層試驗設備、通用腐蝕試驗設備、噴涂試驗裝置、力學性能檢驗和鍍層分析專用儀器等。

焊接研究室配合新鋼種的開發研究，進行鋼材焊接性能、焊接工藝和焊劑配方等試驗研究。焊接性能測試設備有無損探傷儀、熱循環再現裝置、應變儀和拘速度計等；焊接工藝試驗設備有交、直流電焊機、二氧化碳保護焊機和隋性氣體保護焊機等；焊劑配方試驗設備有天平、干燥箱和焊劑水分測定儀等。電焊機工作時瞬時負荷變化較大，試驗室宜單獨布置，供電電源設計成單獨的回路，避免對精密儀器的干擾。焊接中產生的廢氣有害，應設計通風換氣裝置。

腐蝕研究室進行鋼材腐蝕性能、防腐機理和措施的研究。工藝設備按研究課題成套配置，主要有萬能人工氣候試驗箱、鹽霧腐蝕試驗箱、調溫調濕試驗箱、老化試驗箱、鍍層及涂層試驗裝置、鍍液表面張力測定儀、恒電流測定儀、恒電位測定儀、鈍化膜測定儀、硫化氫應力腐蝕試驗裝置以及掛片試驗設施等。腐蝕試驗產生的廢氣和廢水易污染環境，注意設計處理設施。硫化氫應力腐蝕試驗室需設計獨立廠房，并配置廢氣和廢水的處理裝置及安全檢測器，地坪選用耐酸堿腐蝕材料為宜。

同位素研究室利用同位素作為示蹤原子進行冶煉過程物理化學原理的研究是鋼鐵生產試驗研究的一種手段。同位素在鋼鐵生產研究中的應用是多方面的，如研究高爐爐襯的侵蝕情況，煉鋼過程中雜質進入鋼中的機制及數量、分布狀態，連鑄過程中夾雜物的沉積狀況，鋼材軋制過程中鋼錠冷卻速度和軋制變形情況。根據研究課題選配設備，一般包括濕式化學分析儀器、金相顯微鏡、分裝室用機械手、同位素源專用運輸機、密閉操作的專用通風柜和工作箱等。

同位素研究室為一獨立建筑物，一般組成按放射強度的高低分為三區。污染區包括分裝室、工作箱和運輸機等，輕污染區包括一般開放性工作室、試驗室和分析室，清潔區包括行政辦公室、研究員室、圖書資料室和生活設施等。高放射性試驗室應設置在離居民區較遠的地方，且處于下風和下水的方向。高放射性試驗室必須具有安全防護措施，地面、墻面盡量光滑、無縫隙。同位素源庫通常位于地下，用水泥制作，防止滲漏，上面覆蓋防護板。試驗室內應設有放射劑量檢測、報警裝置和通風換氣裝置。廢氣要經過濾后高空排放。低濃度的廢水經稀釋后排放。高濃度的廢水須收集起來集中處理。固體廢物則采用埋藏法處理。

試樣制備及維修設施進行試樣加工、設備維修和非標準試驗設備的研制。通常包括試樣制備室和設備助理室。

試樣制備室進行常規化學分析試樣、物理檢驗試樣和研究試樣的加工制作?；瘜W制樣室和物理試樣加工室見中心試驗室設計。當擔負礦石、鋼鐵和鐵合金等化驗標準樣品的加工制作時，需配專用的破碎和粉碎機、刨床或銑床、標準篩、混樣機、縮分器和干燥箱等設備；如需進行鋼錠、鋼坯和連鑄坯的解剖試驗，宜配龍門磨銑床等設備。

設備助理室擔負某些非標準試驗設備的研制和機電設備的維修，通常包括金工、鍛造和鉚焊等。金工問的設備按研制任務需要配置，一般有數控機床、搖臂鉆床、各種車床、銑床和磨床，形成綜合加工能力。鍛造間需配置小噸位的鍛錘和加熱爐。鉚焊間需配通用電焊機、切割機和輔助設備。廠房內宜配置小噸位的起重設備。

小型試驗設施主要進行鋼鐵產品和生產工藝或半工業性試驗，在通常情況下。燒結鍋、小焦爐、小高爐和小轉爐等試驗設備分別布置在鋼鐵廠的各生產區內，而煉鋼試驗間和軋鋼試驗問常布置在鋼鐵研究所內。

煉鋼試驗間進行新鋼種、新工藝和新設備的試驗。武漢鋼鐵公司鋼鐵研究所為進行含銅鋼研究，配置有30kW和8kW的高頻爐、150kg的中頻爐、10kg的真空感應爐以及0．5t的電弧爐成套設備，還可以進行小批量生產。中國寶山鋼鐵總廠鋼鐵研究所設置的100kg中頻熔化爐，用作對應于精煉時各種添加劑(如脫氧劑、助熔劑等)的比較試驗、凝固條件和鋼錠性狀關系的研究。

軋鋼試驗間進行軋制工藝試驗、鋼種研究和小批量鋼材生產。鞍山鋼鐵公司鋼鐵研究所配有φ400mm和φ250mm三輥熱軋機二架，φ90／φ200×200mm小四輥可逆冷軋機一架。首都鋼鐵公司鋼鐵研究所配有φ250mm熱軋機、φ150／φ420×600mm2／4輥可逆式萬能試驗軋機、φ40／φ150×160mm四輥冷軋機以及φ165／φ400×350mm五機架冷連軋機，進行工藝條件試驗和鋼種研究。武漢鋼鐵公司硅鋼片廠檢驗室配有一臺φ230／φ240×250mm四輥冷軋機，連續脫碳退火爐，高溫爐和?；癄t等設備，進行半工業性試驗并為生產機組提供技術參數。