優(yōu)化配方和工藝提高電阻片電位梯度

1、卩NANYANGJINGUANELECT口ICCQLTD優(yōu)化配方和工藝提高電阻片電位梯度發(fā)布人：崔正茂南陽金冠電氣有限公司電阻片事業(yè)部QC小組二O二年四月二十八日 QC小組成果報告書一、小組簡介該QC小組是我公司開展群眾性質(zhì)量管理活動的一個典型代表，自2011年1月份組建以來，就把提高職工素質(zhì)，激發(fā)職工的積極性和創(chuàng)造性；改進質(zhì)量、降低消耗，提高經(jīng)濟效益；建立文明的、心情舒暢的生產(chǎn)、服務(wù)、工作現(xiàn)場作為自己的宗旨。具體情況如下：小組名稱南陽金冠電氣有限公司電阻片事業(yè)部QC小組課題類型創(chuàng)新型注冊日期2011年01月注冊號超越成立時間2011年1月活動時間2011.01-2012.04組長崔正茂出勤率

2、100%課題指導(dǎo)王蘭義活動課題優(yōu)化工藝和配方提高電阻片的電位梯度序號姓名年齡文化程度小組分工1崔正茂42本科組長2劉明新41大專生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)3史穎42大專生產(chǎn)協(xié)調(diào)4王亞彬26本科分析實施、整理5常建軍27本科分析實施6杜曉娜36中專分析實施7王付香35大專分析實施8姚民生32大專分析實施9徐東39本科分析實施10李柯譚40本科寫作指導(dǎo)二、選題理由隨著我國發(fā)電量的逐年高速增長，電網(wǎng)規(guī)模也在不斷地擴大，為了節(jié)省土地資源、提高輸電效率、增加輸電距離，建設(shè)1000kV特高壓交流輸變電工程勢在必行。大通流、高梯度、小型化，是世界MOA技術(shù)發(fā)展的方向，作為特高壓及GIS用氧化鋅電阻片，最關(guān)鍵的要求是要具有

3、高梯度，低壓比和大通流特性，這些是目前傳統(tǒng)電阻片所不能滿足的，南陽金冠電氣有限公司目前071電阻片的電位梯度為220-230V/mm,能量吸收為180-200J/cm3,距離特高壓及GIS指標要求（電位梯度280-320V/mm,能量吸收能力300J/cm3）有一定的距離，該項目的難點在于電阻片電位梯度提高的同時，會給電阻片帶來能量耐受、側(cè)面絕緣、老化性能劣化等一系列考驗和問題，這就要求電阻片微觀結(jié)構(gòu)更加均勻一致，能量吸收能力更高。傳統(tǒng)的配方和工藝已不能勝任，必須對配方和工藝進行調(diào)整，必須在原有基礎(chǔ)上利用質(zhì)量改進工具提高電阻片性能。2011年提高電阻片電位梯度QC小組活動項目就是在這種背景下應(yīng)

4、運產(chǎn)生的，大家來自于一線，深切感受到面臨的挑戰(zhàn)和機遇，迫切希望通過QC活動和質(zhì)量改進工具來解決實際生產(chǎn)中的問題和難題。電位梯度的升高減少了單只避雷器使用電阻片的數(shù)量，間接的增加電阻片的產(chǎn)量，例如：在220V/mm電位梯度下，電阻片事業(yè)部電阻片滿足236萬臺避雷器用電阻片，若電位梯度升高到300V/mm時可以滿足31.54萬臺避雷器需求,因此提升梯度勢在必行。三、現(xiàn)狀調(diào)查超越QC小組通過現(xiàn)狀調(diào)查了解到：公司現(xiàn)有各種型號的電阻片的電位梯度均比較小，不能滿足大通流、高梯度、小型化的需求，且由于梯度低（見下圖），單只避雷器的使用電阻片數(shù)量較多，公司電阻片事業(yè)部現(xiàn)有產(chǎn)能已經(jīng)不能滿足避雷器的使用需要。型號

5、電位梯度（V/mm）071x21209071x24213052x21224052x24219 如下：經(jīng)過討論并初步制訂了提高電阻片的電位梯度QC攻關(guān)時間進度表，具體 提高電阻片的電位梯度QC攻關(guān)時間進度表計劃內(nèi)容時間地點負責(zé)人2011.12011.2-32011.42011.52011.6-7201182011.9-122012.1-32012.4P1、選擇課題活動室崔正茂2、現(xiàn)狀調(diào)查活動室史穎3、設(shè)定目標活動室王亞彬4、原因分析活動室常建軍5、要因確定活動室劉明新6、制定對朿活動室王付香D7、對策實施現(xiàn)場姚民生C8、效果檢查現(xiàn)場杜小娜A9、鞏固措施現(xiàn)場徐東10、總結(jié)反省活動室李柯譚 四、設(shè)定

6、目標71電阻片電位梯度200-230V/mm升高到280-300V/mm活動前活動后電位梯度 # 五、分析原因公司電阻片電位梯度不高是由多種因素造成的，從人、機、料法、環(huán)五大因素進行了分析，詳見下圖：電阻片電位梯度低質(zhì)量問題因果圖無溫差修正標準操作者環(huán)境床溫不壓機材料電阻片電位梯度低方法通過小組成員頭腦風(fēng)暴法討論，最終認為電阻片的電位梯度主要與工藝和配方有關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)電位梯度的升高主要應(yīng)從配方調(diào)整和工藝改進兩方面進行，具體見下圖：表4)六、要因確定根據(jù)關(guān)聯(lián)圖，分析影響電阻片電位梯度的原因，小組成員進行分工協(xié)作，逐一分析確認。確認一確認原因Bi和Sb的數(shù)量調(diào)整；并添加Y2O3，對比確定其含量確認人

7、王亞彬、王付香確認時間2010年11月15日確認方法調(diào)研分析、試驗驗證確認內(nèi)容：調(diào)整Bi和Sb的mol含量，添加Y2O3并調(diào)整其含量，其他含量不變，分析高溫?zé)Y(jié)生成的晶粒、晶界、尖晶石的數(shù)量形態(tài)，測試成平的電位梯度，分析1單位含量調(diào)整后達到電阻片電位梯度的變化，可知電阻片電位梯度變化可達到15%的變化。確認結(jié)論要因確認二確認原因Bi和Sb之外的其他混合后的添加料調(diào)整確認人劉明新、王付香確認時間2010年11月18日確認方法調(diào)研分析、試驗驗證確認內(nèi)容：Bi和Sb不變的情況下，通過調(diào)整其它混合物的百分含量，進而按照同樣的方法制作電阻片，分析測試電阻片的電位梯度，電阻片的變化在5%之下，屬于正常的分

8、散范疇，可知其他混合物對梯度影響相對較小。確認結(jié)論非要因確認三確認原因添加料干混處理確認人杜曉娜、常建軍確認時間2010年11月20-23日確認方法現(xiàn)場試驗確認內(nèi)容：電位梯度的提高，還需保證2ms方波的電性能，添加料的干混保證了添加料的粒度均一，利于梯度提高后方波性能不降低。確認結(jié)論要因確認四確認原因漿料處理（使用膠體磨）確認人常建軍、徐東確認時間2010年11月12日確認方法現(xiàn)場操作、分析確認確認內(nèi)容:成型前漿料的粒度對成型后閥體內(nèi)部的顆粒均一性起著至關(guān)重要的作用。使用以氧化鋯為介質(zhì)的高速砂磨機，使粉料均已一致，通過3次對比實驗，電阻片梯度達到24%，3.8%和2.6%的微小提升，不能實驗梯

9、度的大幅提升。確認結(jié)論非要因確認五 確認原因使用玻璃釉取代黑膠確認人姚民生、徐東確認時間2010年11月20日確認方法統(tǒng)計分析確認內(nèi)容:玻璃釉對電阻片耐大電流能力很強提高，對梯度提升后方波能力提升較大，梯度提高的綜合性能影響較大。確認結(jié)論非要因確認六確認原因壓制程序（多次排氣），增加密度確認人劉明新、王付香確認時間2010年11月15日確認方法現(xiàn)場操作、分析確認確認內(nèi)容:排氣次數(shù)由原來的2次，改為3次排氣，壓制密度有3.15升高的328g/cm3，對電阻片梯度在5%的變化范圍，對目標梯度影響較小。確認結(jié)論非要因確認七確認原因降低燒結(jié)溫度、延長保溫時間確認人王亞彬、杜曉娜確認時間2010年11月

10、17日確認方法現(xiàn)場操作、統(tǒng)計分析確認內(nèi)容：對高溫?zé)Y(jié)最高溫度點調(diào)整多次，對比梯度1140度，梯度210V/mm；1040度，梯度290V/mm,溫度直接影響電位梯度。確認結(jié)論要因綜上確認分析可知，主要原因為1.Bi和Sb的數(shù)量調(diào)整，添加Y2O3并確定其含量2.降低燒結(jié)溫度、延長保溫時間3.添加料干混處理七、制定對策序要因?qū)Σ咄瓿蓵r間負責(zé)人1Bi和Sb的數(shù)量調(diào)整，配方中添加Y2O3利用正交試驗方法，減少試驗次數(shù)，尋求最優(yōu)Bi、Sb和Y2O3配比。然后通過現(xiàn)場實驗驗證配比下電阻片梯度和其它性能。2011.10王亞彬2降低燒結(jié)溫度、延長保溫時間調(diào)整溫度曲線，降低高溫點溫度，延長保溫時間以10度為單位

11、，逐級降低溫度，測試該溫度下梯度。測試各個梯度下方波等性能。2011.12常建軍3添加料干混處理采用干混煅燒的添加料處理工藝。用干料混合機混合，然后進行煅燒，煅燒后粉碎直接二次球磨造粒2011.11劉明新八、對策實施對策一利用正交試驗方法，減少試驗次數(shù)，尋求最優(yōu)Bi、Sb和Y2O323配比實驗過程中以100kgZnO基礎(chǔ)，添加添加料，我們在固定其它添加物的基礎(chǔ)上，對Bi2O3、Sb2O3、Y2O3三種進行正交試驗。數(shù)量依次分別為06-09mol,0.9-1.2mol，001-0013mol,對Bi2O3、Sb2O3、丫2。3分三個水平進行試驗，選取L&丿正交表9L9(34)表623127312

12、28321393321我們選擇的試驗范圍如下：Bi2O3：0.6-0.9mol23Sb2O3：0.9-1.2mol23Y2O3：0.01-0.013mol23然后在上述范圍內(nèi)，每個因素各選三個水平，組成如下的因素水平表因素水平表-因素水平ABC1A1B1C12A2B2C23A3B3C3三種輔料因素水平表-因素水平-Bi2O3(mol)Sb23(mol)丫2。3(mol)10.60.90.0120.751.050.011530.91.20.013直觀分析計算表表頭設(shè)計ABCy列號試驗號12341111124021222295313332604212324852231316623122707313

13、2237按照試驗計劃與試驗結(jié)果、試驗號列號Bi2O3(mol)Sb23(mol)Y2O3(mol)試驗結(jié)果y1(1)0.6(1)0.9(1)0.012402(1)0.6(2)1.05(2)0.01152953(1)0.6(3)1.2(3)0.0132604(2)0.9(1)0.9(2)0.01152485(2)0.9(2)1.05(3)0.0133166(2)0.9(3)1.2(1)0.012707(3)1(1)0.9(3)0.0132378(3)1(2)1.05(1)0.012859(3)1(3)1.2(2)0.01152208321328593321220Ti795725795T28348

14、96763T3742750813T1均值265.5241.7265t2均值278298.7254.3t3均值247.3250271R30.75716.71)尋找最好的試驗條件T1=Y1+Y2+Y3=795，T1=T1/3=265112311T2=Y4+Y5+Y6=834，T1=T1/3=278T3=Y7+Y8+Y9=742，T1=T1/3=247.3由以上可知，T1,T2,T3之間的差異只反映了A的三水平間的差異，因為這三組試驗條件除了因子A的水平有差異外，因子B與C的條件是一致的，所以可以通過比較這三個平均值的大小看出因子A的水平的好壞。從這三個數(shù)據(jù)可知因子A的二水平最好，因為其指標均值最大

15、。這種比較方法稱為綜合比較。因子B取二水平好，因子C取三水平好。綜上可知使指標達到最優(yōu)化的條件是A2B2C3，即A2取0.75mol,B2取1.05mol，C3取0013mol，可以達到最優(yōu)配制。對策二調(diào)整溫度曲線，降低高溫點溫度，延長保溫時間，降溫以-5C為單位，逐級降低溫度，測試該溫度下梯度。燒成工藝是ZnO壓敏電阻片電氣性能形成的關(guān)鍵工藝。在燒成過程中，有多種固相反應(yīng)和液相反應(yīng)發(fā)生，通過降低最高溫度的高溫點控制反應(yīng)程度與晶粒生長和發(fā)育狀態(tài)，通過延長保溫時間，使晶粒均勻細小，降低氣孔率，從而提高電位梯度，由于本體均勻，能量耐受能力也得到提高。從ZnO壓敏陶瓷的燒結(jié)機理出發(fā)，技術(shù)人員通過試驗

16、并借助先進的掃描電鏡和X光衍射儀進行微觀分析，采取了較低的燒結(jié)溫度，延長保溫時間的燒成制度，實現(xiàn)了晶粒的勻質(zhì)化同時減少了氣孔，有助于方波通流能力的提升，解決了高梯度的方波容易擊穿問題。電阻片降低溫度量與與梯度升高量關(guān)系曲線對策三采用干混煅燒的添加料處理工藝。添加料采用干混煅燒工藝，煅燒溫度較低，同時采用新型砂磨機進行添加料復(fù)合粉體的制備。與傳統(tǒng)工藝相比，添加料復(fù)合粉體粒徑更接近于氧化鋅平均粒徑，有助于全面提升電阻片的性能，同時由于干混煅燒添加劑，減少了工序（一次次球磨、烘干），節(jié)省了設(shè)備和人工成本，有利于節(jié)能降耗；而更重要的意義在于它減少了由于人為因素對添加劑的影響，使工藝簡捷、電阻片性能穩(wěn)定

17、。傳統(tǒng)的機械混合細磨法制備主要添加劑復(fù)合粉體已經(jīng)不能適應(yīng)更細小化和顯微結(jié)構(gòu)均勻化的進一步要求。約占10wt%的添加劑平均顆粒粒徑大約為2pm以上，是ZnO顆粒的數(shù)倍，ZnO占90wt%,其平均顆粒粒徑為03505pm,屬于亞微米級顆粒，因此只有提高添加劑復(fù)合粉體的細度，才能提高混合的微觀均勻程度。傳統(tǒng)工藝采用效率較高的高攪磨已使添加劑顆粒細度達到2pm以下，有效地提高了ZnO壓敏電阻片的電氣性能，但是并未達到理想的效果。項目中采用新型砂磨機細磨，大大提高了添加劑原始復(fù)合粉體的細度，達到0607ym接近ZnO平均顆粒粒徑，這樣可大大改善ZnO壓敏陶瓷的成分和晶粒的均勻性，從而達到了不但提高電位梯

18、度，還提高了電阻片的其電氣性能。九、效果檢查1、目標值對比：通過實施對策，電阻片的電位梯度和能量吸收能力得到了提高，同時產(chǎn)品性能也得到穩(wěn)定，完成了活動目標。抽選四種型號電阻片電位梯度如圖所示：型號原狀目標現(xiàn)狀提升率071x21209280-30028636%71x24213280-30028332%052x21224280-30028929%052x24219280-30029233%AVE216280-30028832.25%2、經(jīng)濟效益核算1）直接經(jīng)濟效益電阻片梯度升高，有原來的平均電位梯度216V/mm,升高到了288V/mm,直接梯度升高了33%，相當(dāng)于電阻片制造費用降低33%，電阻片

19、的制造費用占電阻片的銷售價格的23%，以年產(chǎn)23萬只避雷器，使用600萬片電阻片，單只電阻片價格按14元計算，活動直接經(jīng)濟效益為：33%x23%x600 x14=6375萬元2）間接經(jīng)濟效益社會效益提高水、電綜合利用率35%,提高產(chǎn)品附加值20%，社會效益為：35%X20%X250X12=210萬元技術(shù)效益技術(shù)附加值提高12%，技術(shù)效益為12%X100X60=720萬元3、現(xiàn)實意義：由于電阻片QC小組的突出貢獻，為GIS避雷器用氧化鋅電阻片的技改項目的完工奠定了堅實的基礎(chǔ)，使得該項目周期大大縮短。本課題研究對于提高我公司避雷器的技術(shù)水平，較小避雷器尺寸，促進高性能避雷器生產(chǎn)的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化都有重要意義。為我國電力建設(shè)提供安全、可靠的特高壓及GIS用氧化鋅避雷器，提高特高壓電網(wǎng)系統(tǒng)的絕緣配合水平，都有重要價值。有利于GIS小型化、輕型化和布置靈活，提高電網(wǎng)運行的可靠性。高梯度電阻片的開發(fā)將形成新的經(jīng)濟增長點，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級，推動企業(yè)向創(chuàng)新型、效益型發(fā)展。提升企業(yè)自主創(chuàng)新水平，填補國內(nèi)空白，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，打破特高壓及GIS用氧化鋅避雷器由西門子、東芝等國外企業(yè)的壟斷局面，實現(xiàn)特高壓及GIS用氧化鋅避雷器重大裝備自主化，促進民族工業(yè)的發(fā)展。十、鞏固措施通過本次QC小組活動及參與本活動全體人員的努力,達到了原先設(shè)定的目標。在提升電位梯度的整個過程中，我們得到了很多體