9月24日，在由上海有色网信息科技股份有限公司（SMM）主办，冶金工业经济发展研究中心、中国金属材料流通协会指导，上海靖升金属材料有限公司，山西晋钢智造科技实业有限公司特邀支持的2024SMM热镀锌产业大会&钢铁板材产业大会——钢铁板材产业论坛上，北京国网富达科技发展有限责任公司正高级工程师、国际焊接工程师常建伟分享了新时代背景下输电铁塔用钢企业的机遇与挑战。
1.输电铁塔用钢情况
1.1输电铁塔用钢概况
输电杆塔是支承架空输电线路导线和架空地线，并使导线与导线之间，导线和架空地线之间，导线与杆塔之间，以及导线对大地和交叉跨越物之间有足够的安全距离的杆形或塔形构筑物。输电杆塔要承受导线、地线、金具、绝缘子及杆塔本身的荷载，还要承受风、冰等附加荷载，因而要有足够的强度和刚性。
按输电杆塔所用材料的不同，分为木结构、钢筋混凝土结构、钢结构杆塔和特殊材料杆塔等。其中，木结构电杆目前应用已经不多；钢筋混凝土电杆主要用于农网和低压配电网；高压配电网及以上输电线路、变电站构支架均采用钢结构杆塔。因而，钢结构输电杆塔应用最多。
我国输电铁塔以角钢塔为主，随电压等级不同，所占比例有所差异。钢管塔主要集中在特高压工程；钢管杆主要集中在220kV及以下线路；构支架在杆塔产品中整体占比较小。
输电铁塔是输电线路中用钢量最大的电力设施，其用钢量主要与线路电压等级、回路数、铁塔类型等有关。随着电压等级升高，单位线路长度铁塔用钢量大幅度提升。其主要原因是随着输电电压升高，导线需要的对地距离加大，铁塔高度增加；选用的导线、金具、绝缘子等规格增加，铁塔负荷增大，铁塔结构也逐渐复杂。
1.2输电铁塔用钢品种
输电铁塔用钢的突出特点是每基塔用钢规格种类很多，但每种规格用量不大。
（1）角钢：输电铁塔用角钢普遍采用热轧等边角钢，型号范围为4#～36#，强度等级：Q235～Q460；质量等级B、C、D级；规格范围为∠40×40×3～∠360×360×35。22#、25#、28#、30#大规格角钢主要用于角钢塔主材，代替常规的双拼或四拼角钢，用量约占塔重的20%-30%。其中，28#、30#角钢多用于特高压直流输电铁塔。截至2023年，仅国网特高压铁塔大规格角钢应用总量己超过300万t。
角钢的特殊要求：对于750kV及以下电压等级的输电铁塔用角钢，国家电网、南方电网均要求肢宽、壁厚采用1/2负偏差；国家电网、南方电网还要求角钢存在负偏差的抽检产品数量不超过所有抽检产品数量的50%。
对于特高压工程铁塔用角钢，国家电网要求角钢的肢宽、壁厚均为正偏差；对于Q355级及以上强度等级角钢的含Mn量不低于1.0%；并要求对大规格角钢（22#及以上）逐支进行唯一性编号，以便追溯，且冲击试样在角钢厚度中心取样。
近几年，为适应我国低碳、绿色发展需要，相关单位开展了耐候铁塔用材的试验研究及试点应用，已基本具备工程应用条件。
研究内容集中以下方面：耐候杆塔设计技术；冷弯耐候角钢、热轧耐候角钢制造技术；耐候紧固件制造技术；耐候钢焊接技术；耐候铁塔件加工技术验证。工程应用存在的问题：锈层导电性；节点防腐。
目前，冷弯耐候角钢塔已获得应用；尽管目前热轧耐候铁塔应用较少，但未来可期。
（2）钢板：输电铁塔用钢板主要使用4～60mm的中厚板，用于连接板、垫板、填板、塔脚板等，也用于直缝焊管、钢管杆、板式平面法兰等的原材料。主要牌号：Q235、Q355、Q420和Q460，质量等级一般为B级或C级，交货状态多为热轧状态，Q460可以以正火轧制状态交货。使用单轧板或带钢开平板。对于厚度在40mm以上的焊接结构用钢板，多采用Z向钢。
输电铁塔用钢板的厚度偏差：按GB/T 709，N类偏差（对称偏差）——用于钢管塔的连接板、垫板等；B类偏差（厚度恒定负偏差0.3mm）——直缝焊管用板；C类偏差（正偏差）——特高压角钢塔用板材；此外，在750kV及以下的输电铁塔，国家电网、南方电网还有50%N类厚度负偏差要求。国家电网公司在特高压工程中铁塔中还要求Q355、Q420级钢的Mn含量不低于1.0%。
（3）钢管：钢管塔用钢管一般使用圆形截面的等直径直缝焊管，由专业管厂生产，部分铁塔企业也可自己生产；钢管杆则多为圆形截面或多边形截面的锥形直缝焊管，多由塔厂使用钢板自行加工。直缝焊管是输电线路钢管塔中用量最大的原材料，约占塔重的50%～60%，其产品质量对输电线路长期安全稳定运行有着重要的作用。截至2022年底，仅国网特高压铁塔用直缝焊管用量已超过120万吨。
直缝焊管的材质主要有：Q235B、Q345B、Q345C、Q420B、Q420C、Q460C等牌号。规格范围大致在Ф76～Ф965之间，厚度在3～24mm之间。其中，Ф76～Ф508mm多采用高频焊工艺；Ф406以上多采用埋弧焊工艺。钢管塔用高频焊管需要清除内外毛刺，Q420及以上强度等级，多要求对焊缝区域进行正火热处理。埋弧焊管端部200mm范围焊缝余高需清除，并要求进行扩径和精整圆。钢管塔用直缝焊管需对板边、焊缝进行无损检测。每根焊管均要有唯一性管号，以便追溯。
（4）法兰：输电铁塔法兰主要用于钢管塔、钢管杆，按结构形式分为带颈法兰和板式法兰。带颈法兰按照其结构形式，分为带颈对焊法兰和带颈平焊法兰。以外坡内直结构带颈法兰和板式法兰应用最多。法兰与直缝焊管通过对接焊或插接焊（平焊）的方式连接，是钢管塔的主要受力构件。约占塔重的5%～6%。
按制造工艺分为锻造法兰和钢板割制法兰，其中，锻造法兰主要是带颈法兰和塔脚板式法兰，用于钢管-法兰对接焊和塔脚连接。塔脚板式法兰与钢管连接时并不垂直，而是呈一定的角度，因此，法兰内环需要进行二次加工为斜面椭圆，以适应与钢管的装配需要。目前，输电铁塔用法兰材质主要有Q355B、Q355C、Q420B、Q420C四种牌号，少量使用Q460C。
特高压钢管塔对锻造法兰质量要求较高。除需要严格控制钢坯化学成分外，制造过程还需要进行热处理、硬度检验、力学性能试验和无损检测，冲击试验温度较GB/T 1591要求严一个等级，即B级要求0℃冲击，并要求对每个法兰进行唯一性标识。
（5）紧固件：输电铁塔用紧固件是铁塔组立的基本连接零件。常用的紧固件有：地脚螺栓/螺母、连接螺栓/螺母、脚钉、垫圈、防卸螺母、扣紧螺母等。目前，输电铁塔用螺栓的性能等级有4.8级、5.6级、5.8级、6.8级、8.8级和10.9级。以8.8级最广泛。连接螺栓规格M10～M64；地脚螺栓规格M20～M100。紧固件用量约占塔重的3%；地脚螺栓约占塔重的1.5%。特高压铁塔用8.8级及以上螺栓/螺母，对所用材料、热处理工艺、探伤等均有要求，并实施现场抽检（第三方），通常输电铁塔紧固件表面需要进行热浸镀锌。
其还介绍了输电铁塔用紧固件常用材料。
1.3特高压输电工程对铁塔用钢的推动作用
我国特高压输电工程经过10余年的发展，实现了从“试验”、“示范”到大规模建设的跨越，走出了一条全新的科学技术自主创新之路，为民族发展、国家富强作出了卓越贡献。
截至2023年底，我国在运在建特高压线路总长度超过6万km，输电铁塔用量超过1100万t。
输电铁塔新材料应用，带动了钢铁行业技术进步
特高压输电铁塔用钢的技术特色及发展趋势是大型化、高强化、轻量化、保证低温性能。为保障特高压输电线路建设，先后成功开发应用了一批新型铁塔材料。高强角钢；大规格角钢；锻造带颈法兰；直缝焊管。输电铁塔新材料应用，带动了钢铁行业技术进步。
（1）高强角钢、大规格角钢应用，推动了角钢行业装备升级和产品质量提升
现阶段我国输电铁塔用角钢共计24个型号（4#～36#）、113个厚度规格，牌号主要有Q235、Q355、Q420、Q460四个强度等级，质量等级从B级～E级（实际工程应用到D级）输电铁塔角钢的大型化和高强化对角钢行业产生直接影响，并起到积极的推动作用。
（2）直缝焊管应用，带动了制管企业市场意识的提升和管理模式的调整
现阶段我国输电铁塔用直缝焊管共计35个直径规格（Φ76～Φ965），牌号包括Q235、Q345、Q420、Q460，质量等级为B级、C级。生产工艺：直缝埋弧焊；直缝高频焊。特高压工程用直缝焊管占钢管塔的比例约为55%～60%，在整个钢管行业占比较小。但从技术要求、产品和质量控制要求等方面对行业技术进步具备很大的促进作用。
（3）锻造带颈法兰应用，推动了法兰企业生产组织和技术管理水平提升
现阶段我国铁塔用带颈法兰的材质牌号包括Q355、Q420、Q460，质量等级有B级～D级（工程实际应用到C级，对锻造法兰冲击试验要求较高，B级要求0℃冲击、C级要求-20℃冲击）。我国法兰制造行业以民营为主，特高压工程钢管塔用带颈法兰技术要求全面、质量要求高，给我国传统锻造法兰行业带来一定的冲击，对锻造法兰行业技术能力提升和开展产品质量管控起到了积极意义。
1.4新时代背景下，输电铁塔用钢企业的机遇
在我国大力落实“双碳”目标，构建新型电力系统、建设新能源供给消纳体系的大背景下，我国电力建设再次提速，电源侧、电网侧用钢需求，给相关钢铁企业带来市场机遇。
特高压超常规高密度建设，既是我国电力设备行业及架线材料行业的市场机遇，也给相关上游材料行业带来极大的市场空间。
“十四五”期间，剩余10条（9直1交）特高压项目尚未开工，2024年至“十四五”末，特高压总规模将达到3300亿元。“十五五”期间，第二批和第三批风光大基地所需外送直流特高压约22条，市场规模约5500亿元。以特高压直流为例，到“十五五”末期，铁塔市场规模近1500亿元。
2.输电铁塔的热浸镀锌
2.1 基本情况
热浸镀锌是目前铁塔防腐的主要技术手段。镀锌工艺流程包括四个阶段：
2.2 镀锌层要求
铁塔热浸镀锌用锌锭一般使用GB/T 470中Zn99.995，为改善镀锌工艺性能，提高镀层耐腐蚀性，有时会向锌液中加入Ni、Al、Mg等合金元素。
镀锌厚度：国家电网、南方电网对输电铁塔镀锌层厚度有不同的要求，与铁塔标准GB/T 2694、DL/T 646的要求均不相同。
南方电网重点考虑沿海高湿、工业污染等大气环境影响，镀锌层厚度要求高于GB/T 2694（铁塔构件）和GB/T 13912（紧固件）标准要求。
国家电网按照大气环境腐蚀性等级，对铁塔镀锌层厚度进行差异化设计，提出了不同镀锌层厚度要求。
其还介绍了国家电网对铁塔产品的镀锌层厚度要求。
2.3 智慧镀锌
（1）智慧镀锌系统功能
目前，部分铁塔企业利用自动化、数字化、物联网技术和信息管理系统，实现了热镀锌过程自动控制、工艺管理、数据的实时记录、存储及追溯等，提升了铁塔制造数字化水平。
以徐州瑞玛为代表，智慧镀锌系统是目前铁塔企业较为成熟的MES子系统，既可独立运行，又可接入塔厂的MES系统，实现数据共享。
产线综合管理信息系统、物流布局信息系统、环境保障信息系统、产量能耗信息系统、视频监控系统。
（2）智能人机协同挂件系统
智能人机协同挂件系统是机器人和智能视觉识别技术相结合的一款专用于铁塔镀锌上料时代替人工挂料的自动化系统，是智慧镀锌系统的功能拓展。
3.钢铁企业要主动适应铁塔企业智能制造与高质量要求
3.1 传统的铁塔制造
企业能耗高，资源浪费，利润率低，影响企业长远发展
3.2 铁塔企业智能制造发展迅速
铁塔企业制造车间逐渐从传统走向智能。其一，铁塔智能制造典型应用场景逐渐增多；其二，智能化由车间向管理层蔓延；其三，需适应铁塔用户第三方应用接入要求。
铁塔企业信息化技术应用兴起，推动车间加工与工厂协同管理步伐加快。
3.3 钢铁企业要主动适应铁塔企业智能制造要求
其阐述了材料原始信息的数字化技术、发货信息的数字化与智能跟踪等内容。
3.4 钢铁企业要适应用户对铁塔用材的高质量要求
（1）铁塔用材质量要求，尤其是特高压铁塔材料质量要求高于国标、行标。（2）铁塔用户对铁塔材料的质量要求不断提高，大角钢强化入厂检验，直缝焊管实施巡检抽检；锻造法兰实施驻厂监造；高强螺栓强化现场抽检。（3）铁塔用材的特点，决定了原材料到货的高匹配性要求，供货期的刚性要求更加突出。
4.特高压工程对铁塔原材料供应商的要求
4.1 特高压铁塔原材料供应商技术资格条件
特高压工程伊始，为确保特高压铁塔供货质量，国家电网于2010年制定了《特高压钢管塔关键原材料供应商技术资格条件》，于2012年、2018年、2023年进行了修订，该资格条件是铁塔企业对原材料供应商选择的主要依据。
4.2 特高压及直流工程线路材料用关键原材料管理实施细则
随着国网公司管理要求的变化，2023年国网特高压部印发《特高压及直流工程线路材料监造和质量三级综合管控体系（试行）》（特线路[2023]8号），其中的《特高压及直流工程线路材料用关键原材料质量管理实施细则》重申了对关键原材料供应商的核实与管理要求。
该细则适用的关键原材料为在特高压工程线材招标文件中明确要求“供应商资格技术条件”的关键原材料，包括铁塔用紧固件、直缝焊管、锻造法兰、大规格角钢、防坠落装置、金具用螺栓、复合绝缘子用芯棒共7类材料。
该细则规定了特高压工程线材（铁塔、金具及绝缘子）用关键原材料质量管理依据、管理原则、能力核实及评价方法等内容。
4.3 能力核实流程
4.4 能力核实内容
此外，其还介绍了：在特高压工程铁塔生产及施工安装过程中，关键原材料供应商供货的产品首次发现批次性质量问题（并认定为关键原材料供应商承担责任）的处理办法；特高压工程建设过程中，同一个关键原材料供应商在第一次出现批次质量问题后的1年内，再次出现批次质量问题并认定为关键原材料供应商承担责任的处理办法。
总结
在我国大力落实“双碳”目标，构建新型电力系统、建设新能源供给消纳体系的大背景下，我国电力建设再次提速，电源侧大力发展风、光等新能源，重启火电，稳步建设水电、核电；电网侧跨区输电加强，尤其是远距离的特高压输电再次进入建设高峰期，从而对相关钢铁企业带来市场机遇。
在此背景下，随着铁塔用户对产品质量要求的不断提高和铁塔企业近几年智能制造技术的进步，对铁塔用钢企业也提出了新的要求，钢铁企业要勇于接受挑战。一是钢铁企业要适应铁塔用户愈加严苛的质量要求和售后服务要求，并承担产品质量后果；二是对铁塔原材料供应商的管控、能力核实、考核处罚更加严厉；三是钢铁企业要主动适应铁塔企业智能制造对原材料制造信息的数字化要求，以及发货信息的数字化与智能跟踪要求，主动对接塔厂的信息化系统。
