优化配方和工艺提高电阻片电位梯度

厚＞南阳呈冠电气有眼公司•BNANYANGJINGUANELECTRICCO.,LTDQC小组活动成果发表材料优化配方和工艺提高电阻片电位梯度发布人：崔正茂南阳金冠电气有限公司电阻片事业部QC小组

二0—二年四月二十八日QC小组成果报告书一、小组简介该QC小组是我公司开展群众性质量管理活动的一个典型代表，自2011年1月份组建以来，就把提高职工素质，激发职工的积极性和创造性；改进质量、降低消耗，提高经济效益；建立文明的、心情舒畅的生产、服务、工作现场作为自己的宗旨。具体情况如下：小组名称南阳金冠电气有限公司电阻片事业部QC小组课题类型创新型注册日期2011年01月注册号超越成立时间2011年1月活动时间2011.01-2012.04组长崔正茂出勤率100%课题指导王兰义活动课题优化工艺和配方提高电阻片的电位梯度序号姓名年龄文化程度小组分工1崔正茂42本科组长2刘明新41大专生产技术指导3史颖42大专生产协调4王亚彬26本科分析实施、整理5常建军27本科分析实施6杜晓娜36中专分析实施7王付香35大专分析实施8姚民生32大专分析实施9徐东39本科分析实施10李柯谭40本科写作指导二、选题理由随着我国发电量的逐年高速增长，电网规模也在不断地扩大，为了节省土地资源、提高输电效率、增加输电距离，建设1000kV特高压交流输变电工程势在必行。大通流、高梯度、小型化，是世界MOA技术发展的方向，作为特高压及GIS用氧化锌电阻片，最关键的要求是要具有高梯度，低压比和大通流特性，这些是目前传统电阻片所不能满足的，南阳金冠电气有限公司目前071电阻片的电位梯度为220-230V/mm，能量吸收为180-200J/cm3,距离特高压及GIS指标要求（电位梯度280-320V/mm，能量吸收能力300J/cm3）有一定的距离，该项目的难点在于电阻片电位梯度提高的同时，会给电阻片带来能量耐受、侧面绝缘、老化性能劣化等一系列考验和问题，这就要求电阻片微观结构更加均匀一致，能量吸收能力更高。传统的配方和工艺已不能胜任，必须对配方和工艺进行调整，必须在原有基础上利用质量改进工具提高电阻片性能。2011年提高电阻片电位梯度QC小组活动项目就是在这种背景下应运产生的，大家来自于一线，深切感受到面临的挑战和机遇，迫切希望通过QC活动和质量改进工具来解决实际生产中的问题和难题。电位梯度的升高减少了单只避雷器使用电阻片的数量，间接的增加电阻片的产量，例如：在220V/mm电位梯度下，电阻片事业部电阻片满足23.6万台避雷器用电阻片，若电位梯度升高到300V/mm时可以满足31.54万台避雷器需求，因此提升梯度势在必行。三、现状调查超越QC小组通过现状调查了解到：公司现有各种型号的电阻片的电位梯度均比较小，不能满足大通流、高梯度、小型化的需求，且由于梯度低（见下图），单只避雷器的使用电阻片数量较多，公司电阻片事业部现有产能已经不能如下:经过讨论并初步制订了提高电阻片的电位梯度QC攻关时间进度表，具体提高电阻片的电位梯度QC攻关时间进度表计划内容时 间2011.12011.2-32011.42011.52011.6-72011.82011.9-122012.1-32(P1、选择课题>>2、现状调查>>>>>>3、设定目标>>>>4、原因分析>>>>5、要因确定>>>>6、制定对策>>>>>>D7、对策实施>>>>>>C8、效果检查>>>>>>A9、巩固措施>>10、总结反省>>活动前活动后300280260240220160140120100口电位梯度室外气温影响室内温差大责任心差寒流早晚温差大卜境预热时间短无温差修正标准操作者未定时检测+床温不停车时间长时间短/模具变形

油温低人工时效不好未按工艺执行方法电阻片电位梯度低\未按中间尺寸调试—模具*=活动前活动后300280260240220160140120100口电位梯度室外气温影响室内温差大责任心差寒流早晚温差大卜境预热时间短无温差修正标准操作者未定时检测+床温不停车时间长时间短/模具变形

油温低人工时效不好未按工艺执行方法电阻片电位梯度低\未按中间尺寸调试—模具*=自然时效不好 两台仪器量\J值不一致-未在标温J

鉴定环规—量值传递标准不一压机 材料模具未压紧四、设定目标成1电阻片电位梯度200-230V/mm升高到280-300V/mm40200五、分析原因公司电阻片电位梯度不高是由多种因素造成的，从人、机、料、法、环五大因素进行了分析，详见下图：电阻片电位梯度低质量问题因果图通过小组成员头脑风暴法讨论，最终认为电阻片的电位梯度主要与工艺和配方有关联，实现电位梯度的升高主要应从配方调整和工艺改进两方面进行，具体见下图:

（表4（表4）六、要因确定根据关联图，分析影响电阻片电位梯度的原因，小组成员进行分工协作，逐一分析确认。确认一确认结论要因确认结论要因确认原因Bi和Sb的数量调整；并添加Y2O3，对比确定其含量确认人土亚彬、王付香确认时间2010年11月15日确认方法调研分析、试验验证确认内容：调整Bi和Sb的mol含量，添加Y2O3并调整其含量，其他含量不变，分析高温烧结生成的晶粒、晶界、尖晶石的数量形态，测试成平的电位梯度，分析1单位含量调整后达到电阻片电位梯度的变化，可知电阻片电位梯度变化可达到15%的变化。确认二确认原因Bi和Sb之外的其他混合后的添加料调整确认人刘明新、王付香确认时间2010年11月18日确认方法调研分析、试验验证确认内容：Bi和Sb不变的情况下，通过调整其它混合物的百分含量，进而按照同样的方法制作电阻片，分析测试电阻片的电位梯度，电阻片的变化在5%之下，属于正常的分散范畴，可知其他混合物对梯度影响相对较小。确认结论非要因确认结论非要因确认三确认结论要因确认结论要因确认原因添加料干混处理确认人杜晓娜、常建军确认时间2010年11月20-23日确认方法现场试验确认内容：电位梯度的提高，还需保证2ms方波的电性能，添加料的干混保证了添加料的粒度均一，利于梯度提高后方波性能不降低。确认四确认原因浆料处理（使用胶体磨）确认人常建军、徐东确认时间2010年11月12日确认方法现场操作、分析确认确认内容：成型前浆料的粒度对成型后阀体内部的颗粒均一性起着至关重要的作用。使用以氧化锆为介质的高速砂磨机，使粉料均已一致，通过3次对比实验，电阻片梯度达到2.4%，3.8%和2.6%的微小提升，不能实验梯度的大幅提升。确认结论非要因确认结论非要因确认五确认原因使用玻璃釉取代黑胶确认人姚民生、徐东确认时间2010年11月20日确认方法统计分析确认内容：玻璃釉对电阻片耐大电流能力很强提高，对梯度提升后方波能力提升较大，梯度提高的综合性能影响较大。确认结论非要因确认结论非要因确认六确认原因压制程序（多次排气），增加密度确认人刘明新、王付香确认时间2010年11月15日确认方法现场操作、分析确认确认内容：排气次数由原来的2次，改为3次排气，压制密度有3.15升高的3.28g/cm3，对电阻片梯度在5%的变化范围，对目标梯度影响较小。确认结论非要因确认结论非要因确认七确认原因降低烧结温度、延长保温时间确认人王亚彬、杜晓娜确认时间2010年11月17日确认方法现场操作、统计分析确认内容：对高温烧结最高温度点调整多次，对比梯度1140度，梯度210V/mm；1040度，梯度290V/mm，温度直接影响电位梯度。确认结论要因综上确认分析可知，主要原因为1.Bi和Sb的数量调整，添加YO并确定其含量

2 3降低烧结温度、延长保温时间添加料干混处理七、制定对策序要因对策完成时间负责人1Bi和Sb的数量调整，配方中添加Y2O3利用正交试验方法，减少试验次数，寻求最优Bi、Sb和Y2O3配比。然后通过现场实验验证配比下电阻片梯度和其它性能。2011.10土亚彬2降低烧结温度、延长保温时间调整温度曲线，降低高温点温度，延长保温时间以10度为单位，逐级降低温度，测试该温度下梯度。测试各个梯度下方波等性能。2011.12常建军3添加料干混处理采用干混煅烧的添加料处理工艺。用干料混合机混合，然后进行煅烧，煅烧后粉碎直接二次球磨造粒2011.11刘明新八、对策实施对策一利用正交试验方法，减少试验次数，寻求最优Bi、Sb和Y2O3配比实验过程中以100kgZnO基础，添加添加料，我们在固定其它添加物的基础上，对BLO、SbO、YO三种进行正交试验。数量依次分别为0.6-0.9mol，2 3 2 3 2 30.9-1.2mol，0.01-0.013mol，对BLO、SbO、YO分三个水平进行试验，选23 23 23取L&4＞正交表9L9(34)表No.12341111121222313334212352231

62312731228321393321我们选择的试验范围如下：Bi2O3： 0.6-0.9molSb2O3： 0.9-1.2molY2O3: 0.01-0.013mol然后在上述范围内，每个因素各选三个水平，组成如下的因素水平表:因素水平表-_ 因素水平 --ABC1A1B1C12A2B2C23A3B3C3三种辅料因素水平表因素水平Bi2O3（mol）Sb2O3（mol）Y2O3（mol）10.60.90.0120.751.050.011530.91.20.013

按照试验计划与试验结果列号''试验号Bi2O3(mol)Sb2O3(mol)Y2O3(mol)试验结果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)0.0115220直观分析计算表表头设计ABCy列号试验号123411111240212222953133326042123248522313166231227073132237

8321328593321220T1795725795T2834896763T3742750813E值T1均值265.5241.7265E值T2均值278298.7254.3E值T均值247.325027130.75716.71) 寻找最好的试验条件T1=Y1+Y2+Y3=795,T1=T/3=265T2=Y4+Y5+Y6=834,T1=件78T3=Y7+Y8+Y9=742,T1=T/3=247・3由以上可知，乌，T2,T3之间的差异只反映了A的三水平间的差异，因为这三组试验条件除了因子A的水平有差异外，因子B与C的条件是一致的，所以可以通过比较这三个平均值的大小看出因子A的水平的好坏。从这三个数据可知因子A的二水平最好，因为其指标均值最大。这种比较方法称为综合比较。因子B取二水平好，因子C取三水平好。综上可知使指标达到最优化的条件是A2B2C3，即A2取0.75mol，B2取1.05mol，C3取0.013mol，可以达到最优配制。对策二调整温度曲线，降低高温点温度，延长保温时间，降温以SC为单位，逐级降低温度，测试该温度下梯度。烧成工艺是ZnO压敏电阻片电气性能形成的关键工艺。在烧成过程中，有多种固相反应和液相反应发生，通过降低最高温度的高温点控制反应程度与晶粒生长和发育状态，通过延长保温时间，使晶粒均匀细小，降低气孔率，从而提高电位梯度，由于本体均匀，能量耐受能力也得到提高。从ZnO压敏陶瓷的烧结机理出发，技术人员通过试验并借助先进的扫描电镜和X光衍射仪进行微观分析，采取了较低的烧结温度，延长保温时间的烧成制度，实现了晶粒的匀质化同时减少了气孔，有助于方波通流能力的提升，解决了高梯度的方波容易击穿问题。电阻片降低温度量与与梯度升高量关系曲线对策三采用干混煅烧的添加料处理工艺。添加料采用干混煅烧工艺，煅烧温度较低，同时采用新型砂磨机进行添加料复合粉体的制备。与传统工艺相比，添加料复合粉体粒径更接近于氧化锌平均粒径，有助于全面提升电阻片的性能，同时由于干混煅烧添加剂，减少了工序（一次次球磨、烘干），节省了设备和人工成本，有利于节能降耗；而更重要的意义在于它减少了由于人为因素对添加剂的影响，使工艺简捷、电阻片性能稳定。传统的机械混合细磨法制备主要添加剂复合粉体已经不能适应更细小化和显微结构均匀化的进一步要求。约占10wt%的添加剂平均颗粒粒径大约为2呻以上，是ZnO颗粒的数倍，ZnO占90就％，其平均颗粒粒径为0.35〜0・5pm，属于亚微米级颗粒，因此只有提高添加剂复合粉体的细度，才能提高混合的微观均匀程度。传统工艺采用效率较高的高搅磨已使添加剂颗粒细度达到2pm以下，有效地提高了ZnO压敏电阻片的电气性能，但是并未达到理想的效果。项目中采用新型砂磨机细磨，大大提高了添加剂原始复合粉体的细度，达到0・6〜0.7pm接近ZnO平均颗粒粒径，这样可大大改善ZnO压敏陶瓷的成分和晶粒的均匀性，从而达到了不但提高电位梯度，还提高了电阻片的其电气性能。九、效果检查1、目标值对比：通过实施对策，电阻片的电位梯度和能量吸收能力得到了提高，同时产品性能也得到稳定，完成了活动目标。抽选四种型号电阻片电位梯度如图所示：型号原状目标现状提升率071x21209280-30028636%071x24213280-30028332%052x21224280-30028929%①52x24219280-30029233%AVE216280-30028832.25%2、经济效益核算:1）直接经济效益电阻片梯度升高，有原来的平均电位梯度216V/mm,升高到了288V/mm,直接梯度升高了33%，相当于电阻片制造费用降低33%，电阻片的制造费用占电阻片的销售价格的23%，以年产23万只避雷器，使用600万片电阻片，单只电阻片价格按14元计算，活动直接经济效益为：33%x23%x600x14=637.5万元2）间接经济效益社会效益提高水、电综合利用率35%，提高产品附加值20%，社会效益为：35%X20%X250X12=210万元技术效益技术附加值提高12%，技术效益为12%X100X60=720万元3、现实意义：由于电阻片QC小组的突出贡献，为GIS避雷器用氧化锌电阻片的技改项目的完工奠定了坚实的基础，使得该项目周期大大缩短。本课题研究对于提高我公司避雷器的技术水平，较小避雷器尺寸，促进高性能避雷器生产的规模化、产业化都有重要意义。为我国电力建设提供安全、可靠的特高压及GI