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(yáng)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(bào)告書(shū)一、小組簡(jiǎn)介該QC小組是我公司開(kāi)展群眾性質(zhì)量管理活動(dòng)的一個(gè)典型代表，自2011年1月份組建以來(lái)，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(jìn)質(zhì)量、降低消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益；建立文明的、心情舒暢的生產(chǎn)、服務(wù)、工作現(xiàn)場(chǎng)作為自己的宗旨。具體情況如下：小組名稱南陽(yáng)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(cè)日期2011年01月注冊(cè)號(hào)超越成立時(shí)間2011年1月活動(dòng)時(shí)間2011.01-2012.04組長(zhǎng)崔正茂出勤率

2、100%課題指導(dǎo)王蘭義活動(dòng)課題優(yōu)化工藝和配方提高電阻片的電位梯度序號(hào)姓名年齡文化程度小組分工1崔正茂42本科組長(zhǎng)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(shí)施、整理5常建軍27本科分析實(shí)施6杜曉娜36中專分析實(shí)施7王付香35大專分析實(shí)施8姚民生32大專分析實(shí)施9徐東39本科分析實(shí)施10李柯譚40本科寫(xiě)作指導(dǎo)二、選題理由隨著我國(guó)發(fā)電量的逐年高速增長(zhǎng)，電網(wǎng)規(guī)模也在不斷地?cái)U(kuò)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(shì)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(yáng)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(biāo)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(xiàng)目的難點(diǎn)在于電阻片電位梯度提高的同時(shí)，會(huì)給電阻片帶來(lái)能量耐受、側(cè)面絕緣、老化性能劣化等一系列考驗(yàn)和問(wèn)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(duì)配方和工藝進(jìn)行調(diào)整，必須在原有基礎(chǔ)上利用質(zhì)量改進(jìn)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(dòng)項(xiàng)目就是在這種背景下應(yīng)

4、運(yùn)產(chǎn)生的，大家來(lái)自于一線，深切感受到面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，迫切希望通過(guò)QC活動(dòng)和質(zhì)量改進(jìn)工具來(lái)解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)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(wàn)臺(tái)避雷器用電阻片，若電位梯度升高到300V/mm時(shí)可以滿足31.54萬(wàn)臺(tái)避雷器需求,因此提升梯度勢(shì)在必行。三、現(xiàn)狀調(diào)查超越QC小組通過(guò)現(xiàn)狀調(diào)查了解到：公司現(xiàn)有各種型號(hào)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(jiàn)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(hào)

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

6、目標(biāo)71電阻片電位梯度200-230V/mm升高到280-300V/mm活動(dòng)前活動(dòng)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(jī)、料法、環(huán)五大因素進(jìn)行了分析，詳見(jiàn)下圖：電阻片電位梯度低質(zhì)量問(wèn)題因果圖無(wú)溫差修正標(biāo)準(zhǔn)操作者環(huán)境床溫不壓機(jī)材料電阻片電位梯度低方法通過(guò)小組成員頭腦風(fēng)暴法討論，最終認(rèn)為電阻片的電位梯度主要與工藝和配方有關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)電位梯度的升高主要應(yīng)從配方調(diào)整和工藝改進(jìn)兩方面進(jìn)行，具體見(jiàn)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(jìn)行分工協(xié)作，逐一分析確認(rèn)。確認(rèn)一確認(rèn)原因Bi和Sb的數(shù)量調(diào)整；并添加Y2O3，對(duì)比確定其含量確認(rèn)人

7、王亞彬、王付香確認(rèn)時(shí)間2010年11月15日確認(rèn)方法調(diào)研分析、試驗(yàn)驗(yàn)證確認(rèn)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(cè)試成平的電位梯度，分析1單位含量調(diào)整后達(dá)到電阻片電位梯度的變化，可知電阻片電位梯度變化可達(dá)到15%的變化。確認(rèn)結(jié)論要因確認(rèn)二確認(rèn)原因Bi和Sb之外的其他混合后的添加料調(diào)整確認(rèn)人劉明新、王付香確認(rèn)時(shí)間2010年11月18日確認(rèn)方法調(diào)研分析、試驗(yàn)驗(yàn)證確認(rèn)內(nèi)容：Bi和Sb不變的情況下，通過(guò)調(diào)整其它混合物的百分含量，進(jìn)而按照同樣的方法制作電阻片，分析測(cè)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(duì)梯度影響相對(duì)較小。確認(rèn)結(jié)論非要因確認(rèn)三確認(rèn)原因添加料干混處理確認(rèn)人杜曉娜、常建軍確認(rèn)時(shí)間2010年11月20-23日確認(rèn)方法現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確認(rèn)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(rèn)結(jié)論要因確認(rèn)四確認(rèn)原因漿料處理（使用膠體磨）確認(rèn)人常建軍、徐東確認(rèn)時(shí)間2010年11月12日確認(rèn)方法現(xiàn)場(chǎng)操作、分析確認(rèn)確認(rèn)內(nèi)容:成型前漿料的粒度對(duì)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(jī)，使粉料均已一致，通過(guò)3次對(duì)比實(shí)驗(yàn)，電阻片梯度達(dá)到24%，3.8%和2.6%的微小提升，不能實(shí)驗(yàn)梯

9、度的大幅提升。確認(rèn)結(jié)論非要因確認(rèn)五 確認(rèn)原因使用玻璃釉取代黑膠確認(rèn)人姚民生、徐東確認(rèn)時(shí)間2010年11月20日確認(rèn)方法統(tǒng)計(jì)分析確認(rèn)內(nèi)容:玻璃釉對(duì)電阻片耐大電流能力很強(qiáng)提高，對(duì)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(rèn)結(jié)論非要因確認(rèn)六確認(rèn)原因壓制程序（多次排氣），增加密度確認(rèn)人劉明新、王付香確認(rèn)時(shí)間2010年11月15日確認(rèn)方法現(xiàn)場(chǎng)操作、分析確認(rèn)確認(rèn)內(nèi)容:排氣次數(shù)由原來(lái)的2次，改為3次排氣，壓制密度有3.15升高的328g/cm3，對(duì)電阻片梯度在5%的變化范圍，對(duì)目標(biāo)梯度影響較小。確認(rèn)結(jié)論非要因確認(rèn)七確認(rèn)原因降低燒結(jié)溫度、延長(zhǎng)保溫時(shí)間確認(rèn)人王亞彬、杜曉娜確認(rèn)時(shí)間2010年11月

10、17日確認(rèn)方法現(xiàn)場(chǎng)操作、統(tǒng)計(jì)分析確認(rèn)內(nèi)容：對(duì)高溫?zé)Y(jié)最高溫度點(diǎn)調(diào)整多次，對(duì)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(rèn)結(jié)論要因綜上確認(rèn)分析可知，主要原因?yàn)?.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(zhǎng)保溫時(shí)間3.添加料干混處理七、制定對(duì)策序要因?qū)Σ咄瓿蓵r(shí)間負(fù)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(yàn)方法，減少試驗(yàn)次數(shù)，尋求最優(yōu)Bi、Sb和Y2O3配比。然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(zhǎng)保溫時(shí)間調(diào)整溫度曲線，降低高溫點(diǎn)溫度，延長(zhǎng)保溫時(shí)間以10度為單位

11、，逐級(jí)降低溫度，測(cè)試該溫度下梯度。測(cè)試各個(gè)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(jī)混合，然后進(jìn)行煅燒，煅燒后粉碎直接二次球磨造粒2011.11劉明新八、對(duì)策實(shí)施對(duì)策一利用正交試驗(yàn)方法，減少試驗(yàn)次數(shù)，尋求最優(yōu)Bi、Sb和Y2O323配比實(shí)驗(yàn)過(guò)程中以100kgZnO基礎(chǔ)，添加添加料，我們?cè)诠潭ㄆ渌砑游锏幕A(chǔ)上，對(duì)Bi2O3、Sb2O3、Y2O3三種進(jìn)行正交試驗(yàn)。數(shù)量依次分別為06-09mol,0.9-1.2mol，001-0013mol,對(duì)Bi2O3、Sb2O3、丫2。3分三個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)，選取L&丿正交表9L9(34)表623127312

12、28321393321我們選擇的試驗(yàn)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(gè)因素各選三個(gè)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(jì)算表表頭設(shè)計(jì)ABCy列號(hào)試驗(yàn)號(hào)12341111124021222295313332604212324852231316623122707313

13、2237按照試驗(yàn)計(jì)劃與試驗(yàn)結(jié)果、試驗(yàn)號(hào)列號(hào)Bi2O3(mol)Sb23(mol)Y2O3(mol)試驗(yàn)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(yàn)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?yàn)檫@三組試驗(yàn)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(guò)比較這三個(gè)平均值的大小看出因子A的水平的好壞。從這三個(gè)數(shù)據(jù)可知因子A的二水平最好，因?yàn)槠渲笜?biāo)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(biāo)達(dá)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(dá)到最優(yōu)配制。對(duì)策二調(diào)整溫度曲線，降低高溫點(diǎn)溫度，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，降溫以-5C為單位，逐級(jí)降低溫度，測(cè)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(guò)程中，有多種固相反應(yīng)和液相反應(yīng)發(fā)生，通過(guò)降低最高溫度的高溫點(diǎn)控制反應(yīng)程度與晶粒生長(zhǎng)和發(fā)育狀態(tài)，通過(guò)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，使晶粒均勻細(xì)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(jī)理出發(fā)，技術(shù)人員通過(guò)試驗(yàn)

16、并借助先進(jìn)的掃描電鏡和X光衍射儀進(jìn)行微觀分析，采取了較低的燒結(jié)溫度，延長(zhǎng)保溫時(shí)間的燒成制度，實(shí)現(xiàn)了晶粒的勻質(zhì)化同時(shí)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(wèn)題。電阻片降低溫度量與與梯度升高量關(guān)系曲線對(duì)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(shí)采用新型砂磨機(jī)進(jìn)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(shí)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(duì)添加劑的影響，使工藝簡(jiǎn)捷、電阻片性能穩(wěn)定

17、。傳統(tǒng)的機(jī)械混合細(xì)磨法制備主要添加劑復(fù)合粉體已經(jīng)不能適應(yīng)更細(xì)小化和顯微結(jié)構(gòu)均勻化的進(jìn)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(jí)顆粒，因此只有提高添加劑復(fù)合粉體的細(xì)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(xì)度達(dá)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(dá)到理想的效果。項(xiàng)目中采用新型砂磨機(jī)細(xì)磨，大大提高了添加劑原始復(fù)合粉體的細(xì)度，達(dá)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(dá)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(biāo)值對(duì)比：通過(guò)實(shí)施對(duì)策，電阻片的電位梯度和能量吸收能力得到了提高，同時(shí)產(chǎn)品性能也得到穩(wěn)定，完成了活動(dòng)目標(biāo)。抽選四種型號(hào)電阻片電位梯度如圖所示：型號(hào)原狀目標(biāo)現(xiàn)狀提升率071x21209280-30028636%71x24213280-30028332%052x21224280-30028929%052x24219280-30029233%AVE216280-30028832.25%2、經(jīng)濟(jì)效益核算1）直接經(jīng)濟(jì)效益電阻片梯度升高，有原來(lái)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(fèi)用降低33%，電阻片

19、的制造費(fèi)用占電阻片的銷售價(jià)格的23%，以年產(chǎn)23萬(wàn)只避雷器，使用600萬(wàn)片電阻片，單只電阻片價(jià)格按14元計(jì)算，活動(dòng)直接經(jīng)濟(jì)效益為：33%x23%x600 x14=6375萬(wàn)元2）間接經(jīng)濟(jì)效益社會(huì)效益提高水、電綜合利用率35%,提高產(chǎn)品附加值20%，社會(huì)效益為：35%X20%X250X12=210萬(wàn)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(wàn)元3、現(xiàn)實(shí)意義：由于電阻片QC小組的突出貢獻(xiàn)，為GIS避雷器用氧化鋅電阻片的技改項(xiàng)目的完工奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使得該項(xiàng)目周期大大縮短。本課題研究對(duì)于提高我公司避雷器的技術(shù)水平，較小避雷器尺寸，促進(jìn)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(guó)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(jià)值。有利于GIS小型化、輕型化和布置靈活，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。高梯度電阻片的開(kāi)發(fā)將形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)，推動(dòng)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(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，打破特高壓及GIS用氧化鋅避雷器由西門(mén)子、東芝等國(guó)外企業(yè)的壟斷局面，實(shí)現(xiàn)特高壓及GIS用氧化鋅避雷器重大裝備自主化，促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展。十、鞏固措施通過(guò)本次QC小組活動(dòng)及參與本活動(dòng)全體人員的努力,達(dá)到了原先設(shè)定的目標(biāo)。在提升電位梯度的整個(gè)過(guò)程中，我們得到了很多體