钢铁用炭素行业分析报告.docx

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钢铁用炭素行业分析报告

2017年钢铁用炭素行业分析报告

目录索引

一、先识炭素：

基础与高端行业用途广泛，钢铁行业主要使用石墨电极与高炉炭块........5

（一）炭与石墨：

物化性能优异，金属冶炼和电解铝是主要应用行业......................5

（二）钢铁用炭素：

电炉用石墨电极用量占85%，高炉用炭块用量占15%.............8

二、需求端：

特钢“增量提质”长期利好短流程炼钢占比提升，地条钢出清助短流程短期成本降低...............................................................................................................................13

（一）长期看：

我国短流程炼钢占比仅为全球平均水平1/4，特钢快速发展利好短流

程炼钢，驱动石墨电极需求提升..............................................................................13

（二）短期看：

地条钢出清将使废钢供需重归平衡，短流程炼钢成本降低产量增长，驱动石墨电极需求增长.............................................................................................20

三、供给端：

集中度和技术水平提升驱动行业长期发展，环保限产、生产周期长影响炭素制品短期供应....................................................................................................................27

（一）长期看：

炭素行业集中度或进一步提高，向超高功率电极发展提升行业盈利能

力..............................................................................................................................27

（二）短期看：

石墨炭素主要产地环保限产影响供给，成本趋稳价格上涨短期利好石墨炭素企业业绩改善.................................................................................................30

四、投资建议：

短流程炼钢发展前景广阔，石墨电极龙头企业值得期待........................36

五、风险提示....................................................................................................................36

图表索引

图1：

炭素制品是以石油焦、针状焦、无烟煤等原料加工制备而成.......................5

图2：

2016年我国炭制品、石墨制品及其他产品分别占炭素制品总产量的86.19%、

13.48%和0.33%.....................................................................................................6图3：

2016年我国石墨制品中，石墨电极产量占比达97%...................................6图4：

2016年我国炭制品中，预焙阳极占比达79%..............................................6

图5：

电弧炉主要导电部件为石墨电极..................................................................8

图6：

电弧炉用石墨电极........................................................................................8

图7：

中频感应炉通过加热线圈来产生热量.........................................................10

图8：

中频感应炉实物图......................................................................................10图9：

高炉炉型由炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五部分构成............................11图10：

高炉炉缸、炉腹一般采用炭块作为内衬耐火材料.....................................11

图11：

炼钢短流程与长流程对比示意图...............................................................13

图12：

2016年我国特钢产量占比为4.61%、仅为日本的1/5.............................16图13：

2016年我国高合金钢占比仅为3%，仅为日本的1/8..............................17图14：

日本人均钢铁资源蓄积量在粗钢产量达峰值后仍保持较快增长...............18图15：

2000年以来日本废钢回收率保持在2%左右............................................18图16：

中国废钢消耗量自2003年起才超过日本.................................................18

图17：

2015年中国人均废钢消耗量仅为日本的1/5左右....................................18

图18：

2001~2015年我国电炉钢产量逐年下滑..................................................19

图19：

我国电炉钢产量占比较美、日、欧、印及全球平均水平有较大差距........19图20：

2001~2015年我国电炉钢与石墨电极产量变化趋势一致.........................20图21：

石墨电极产量增长率滞后于电炉钢产量增长率........................................20图23：

废钢价格与钢厂废钢库存天数基本稳定...................................................24

图24：

废钢进口量波动下降，出口量2017年3、4月大幅增长，但绝对值仍很低

..............................................................................................................................24图25：

2017年起炼钢生铁、铁水与废钢价格差拉大..........................................25图26：

2016年我国炭素行业集中度CR4为39.82%，CR8为61.57%.............27图27：

2016年我国炭素企业中民营企业占71%.................................................27图28：

电炉生产能力决定于炉容量与单位输入功率............................................29图29：

石墨电极直径与其允许电流成正相关.......................................................29图30：

我国高功率及超高功率石墨电极产量占比逐年提高.................................30图31：

2002~2013年我国超高功率石墨电极增长最快，2014~2016年高功率石墨电极取而代之........................................................................................................30图32：

2015年1~10月河南、山东和湖南列全国石墨及炭素制品产量排名前三位

..............................................................................................................................33

图33：

2015年1~10月京津冀及周边地区石墨及炭素制品产量占全国总产量的54%

..............................................................................................................................33图34：

超高功率石墨电极生产工序多，生产周期至少在65天以上....................33图35：

截止2017年6月9日我国石油焦商品价格相对指数处于短期高点但保持平

稳..........................................................................................................................34

表1：

炭素制品可分为石墨及炭素制品两大类，在传统及新型工业部门均有广泛应用............................................................................................................................7表2：

电弧炉根据电源特性、炉衬性质、装料方式和输出功率有多种分类方式....9表3：

直流电炉石墨电极消耗量相比交流电炉和电阻电炉偏低............................10表4：

高炉炉缸、炉腹多采用炭块炉衬................................................................11表5：

炼钢的长短流程技术指标定性对比.............................................................14表6：

炼钢的长短流程技术指标定量对比.............................................................15表7：

长、短流程炼钢污染物排放对比................................................................15表8：

2006年以来国家针对地条钢及中频炉出台的政策.....................................21表9：

电弧炉除投资成本较高外，相比中频炉性能更加优异................................22表10：

电弧炉功率水平及生产率发展情况...........................................................28表11：

某70t电炉由普通功率改为超高功率后各项指标的变化..........................28表12：

石墨电极直径与电弧炉容量的对应关系...................................................29表13：

2014年以来京津冀地区出台的相关环保政策..........................................31表14：

2017年以来炭素行业环保限产的政策汇总..............................................32

一、先识炭素：

基础与高端行业用途广泛，钢铁行业主

要使用石墨电极与高炉炭块

（一）炭与石墨：

物化性能优异，金属冶炼和电解铝是主要应用行业

1、炭素材料包括炭素原料和炭素制品两大类炭素材料是指以碳元素为主要成分的材料的总称。

炭素材料包括炭素原料和炭

素制品两大类。

其中炭素原料是指炭素工业所使用的石油焦、针状焦、无烟煤和天

然石墨原材料；而炭素制品是指炭素原料经过加工处理得到的具有一定形状和物化性质的产品，如炭质电极、石墨电极、碳纤维和碳/碳复合材料等。

本文主要分析的

是炭素制品行业而非上游炭素原料行业。

图1：

炭素制品是以石油焦、针状焦、无烟煤等原料加工制备而成

2、炭素制品中炭制品产量占比达86.19%，石墨制品占比13.48%

（1）按是否石墨化分，炭素制品可以分为两大类，一是未经过石墨化处理、由非石墨质碳组成的炭制品；二是经过石墨化处理、由石墨质碳组成的石墨制品；

（2）按产品用途分，石墨制品可分为石墨电极和特种石墨等；炭制品可分为预焙阳极、炭电极、炭糊、炭块等。

2016年我国炭素制品中炭制品产量占比达86.19%，石墨制品占13.48%。

根据中国炭素行业协会发布的《2016年1至12月炭素行业生产经营情况简要分析》，

2016年我国炭素制品产量达378.11万吨，其中炭制品325.90万吨，占比达86.19%；石墨制品产量达50.97万吨，占比为13.48%。

图2：

2016年我国炭制品、石墨制品及其他产品分别占炭素制品总产量的86.19%、

13.48%和0.33%

其他

0.33%

石墨制品

13.48%

炭制品

86.19%

数据来源：

中国炭素工业协会、

石墨电极为石墨制品绝对主力，预焙阳极产量占炭制品总产量的79%。

根据中

国炭素行业协会发布的《2016年1至12月炭素行业生产经营情况简要分析》，2016

年我国石墨电极产量达50.41万吨，占石墨制品总产量的97%，其余3%为特种石墨及其他石墨制品；在炭制品中，预焙阳极产量占比达79%，炭糊、炭电极和其他炭制品产量分别占4%、3%和3%。

图3：

2016年我国石墨制品中，石墨电极产量占比达97%图4：

2016年我国炭制品中，预焙阳极占比达79%

特种石墨

其他炭制品炭块

炭电极

3%炭糊

11%

3%3%4%

石墨电极

97%

预焙阳极

79%

数据来源：

中国炭素工业协会、数据来源：

中国炭素工业协会、

3、炭素材料物化性能优异，金属冶炼和电解铝行业是主要应用

炭素材料导电、导热及稳定性等物化性能优异。

（1）良好的导电和导热性：

炭素材料是唯一具有良好导电性和导热性的非金属材料，其导电性是不锈钢的4倍，且导电系数随温度升高而降低，同时具有很低的热膨胀系数，因此炭素制品适用于钢铁、矿物冶金和电解铝工业中各类高温设备电极；

（2）良好的化学稳定性：

炭素

材料耐酸、耐碱、耐有机介质腐蚀能力强，因此普遍用于电化学工业中电解设备的

导电阳极板（棒）；（3）良好的热稳定性：

炭素材料在缺氧条件下可在2000摄氏度以上温度下长期工作，因此广泛应用于钢铁、矿物冶金和电解铝工业中加热炉的

内衬；（4）良好的中子减速性能：

炭素材料中的石墨材料具有良好的快中子减速和

反射性能，是最常用也是最早应用的一种核反应堆减速剂。

我国目前正在建设的第四代核反应堆——石岛湾高温气冷示范堆就是采用石墨作为中子减速材料。

炭素制品在传统及新兴工业部门均有广泛应用，金属冶炼及电解铝是主要下游行业。

正因为炭素制品具有优良的物化性能，炭素制品不仅广泛应用于钢铁、冶金、化工等传统工业领域，也在电子、光伏半导体、航空航天以及核工业等新兴产业有着重要的应用。

表1：

炭素制品可分为石墨及炭素制品两大类，在传统及新型工业部门均有广泛应用

一级分类

二级分类

三级分类

下游行业

用途

炭素制品

石墨制品

石墨电极

普通功率石墨电极

钢铁/矿石冶炼

普通功率电弧炉电极

高功率石墨电极

钢铁冶炼

高功率电弧炉电极

超高功率石墨电极

钢铁冶炼

超高功率电弧炉电极

特种石墨

电火花加工用石墨

机械制造

电火花加工工具电极

模具石墨

铸造行业

加压或离心铸造、热挤压加工用模具

高纯石墨

半导体

直拉法单晶硅炉加热器、各类坩埚

核级石墨

原子能工业

核反应堆中子减速材料

炭制品

炭电极

多灰/再生电极

矿石冶炼

工业硅/黄磷冶炼电极

炭质电阻

电子工业

电阻器

炭阳极

预焙阳极

电解铝

连续自焙铝电解槽阳极

炭糊

阳极糊

电解铝

电解槽阳极

电极糊

矿石冶炼

铁合金炉电极

炭块

高炉炭块

钢铁

高炉炉底、炉缸、炉身内衬

铝槽炭块

电解铝

铝电解槽侧面、槽底内衬

电炉炭块

矿石冶炼

矿热式电炉炉底炉衬

碳纤维

风电/航空航天

/体育用品

风电叶片/飞机外壳/球拍

数据来源：

中国炭素行业协会、《索通发展首次公开发行股票招股说明书》、

（二）钢铁用炭素：

电炉用石墨电极用量占85%，高炉用炭块用量占15%

炭素制品由于其优良的物理、化学性能，应用领域十分广泛。

其中，应用于钢铁冶炼工业的炭素制品可分为两类：

一是应用于普通/高/超高功率电弧炉石墨电极；二是应用于高炉炉底、炉缸、炉身内衬炭块。

炭素制品在钢铁行业中的应用中，85%为石墨电极。

根据中国炭素行业协会发布的《2016年1至12月炭素行业生产经营情况简要分析》，2016年我国炼钢用石墨电极产量达50.45万吨，炭块产量为8.6万吨，因此可粗略估算出在钢铁工业用炭素制品中，石墨电极占比为85%左右，炭块占比约为15%。

因此石墨电极为炭素制品在钢铁行业中的主要应用。

1、电弧炉石墨电极：

电弧炉炼钢关键耗材

（1）石墨电极主要应用于电弧炉炼钢电弧炉是利用电极电弧产生的高温来熔炼矿石和金属的电炉。

电极在气体中放

电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上。

电弧炉工艺灵活性好，能有效

地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，且设备占地面积小，适于优质合金钢的熔炼。

图5：

电弧炉主要导电部件为石墨电极图6：

电弧炉用石墨电极

数据来源：

XX图片、数据来源：

XX图片、

炼钢用电弧炉按电源性质、炉衬性质、装料方式、变压器输出功率、出钢方式

有多种分类方式。

（1）按电弧炉电源性质分，电弧炉可分为三相电弧炉（交流）、单相电弧炉（直流）、自耗电弧炉以及电阻电弧炉等类型；

（2）按电弧炉炉衬性质

分，电弧炉可分为碱性电弧炉和酸性电弧炉；（3）按装料方式分，电弧炉可分为顶装料和炉门装料两种；（4）按变压器输出功率分，电弧炉可分为普通功率、高功率和超高功率三种；（5）按出钢方式分，电弧炉可分为侧出钢、中心出钢和偏心底出钢三种。

表2：

电弧炉根据电源特性、炉衬性质、装料方式和输出功率有多种分类方式

分类标准

电弧炉类型

特征

特点

电源特性

三相电弧炉

采用三相交流电源

电炉配备三根石墨电极，功率较大，

多用于钢铁冶炼

单相电弧炉

采用单相直流电源

电炉配备一根石墨电极，功率较小，

多用于铜和铜合金的熔炼

电阻电弧炉

电弧热与炉料内部电阻热共同产生热量

主要用于矿石冶炼，又称为矿热炉

自耗电弧炉

采用自耗难熔金属作为电极，不采用石墨电极

主要用于熔炼钛、锆、钼等活泼金属

和难熔金属，也可冶炼高温合金和特殊钢等

炉衬性质

碱性电弧炉

炉衬为镁砂、白云石等碱性耐火材料

有效去除硫、磷，适用于特殊钢生产

酸性电弧炉

炉衬为硅砖、石英砂、白泥等酸性材料

无法去除硫、磷，多用于异性铸造

装料方式

顶部装料

吊车吊起料罐将炉料一次加入炉膛内

广泛适用于3吨以上电炉

炉门装料

手工从炉门装料

多数在3吨以下小电炉采用

输出功率

普通功率

吨功率水平在400kVA/t以下

炉料融化较慢、热停工时间长

高功率

吨功率水平在400~700kVA/t

炉料快速融化、热停工时间短

超高功率

吨功率水平在700kVA/t以上

炉料融化更快、热停工时间更短

出钢方式

侧出钢

出钢槽在电炉炉壳侧面

炉体需旋转一定角度，不能无渣出钢

中心出钢（CBT）

出钢口在电炉底部中心位置

结构简单，但不能无渣出钢

偏心底出钢（EBT）

出钢口在电炉底部偏心位置

炉壁水冷面积扩大，保证无渣出钢

数据来源：

《电弧炉传统加工工艺》、

应当注意的是，中频感应炉与电弧炉尽管都属电炉，但两者原理完全不同，中

频感应炉并不采用石墨电极。

中频感应炉（简称中频炉）是一种将工频50Hz交流电转变为中频（300Hz至20kHz）交流电，在感应线圈中激励磁场并在炉内钢材内

部产生涡流而熔炼钢铁的炼钢设备，无法有效除去钢中硫、磷等有害杂质，且无法控制钢的成分，因此冶炼出的大多是低端普钢。

我们常说的“地条钢”就是指以废钢为原料、经过中频感应炉融化、不进行成分和质量控制的钢。

图7：

中频感应炉通过加热线圈来产生热量图8：

中频感应炉实物图

数据来源：

XX图片、数据来源：

XX图片、

（2）石墨电极是电弧炉关键耗材，电弧炉吨钢消耗量在1.2~2.5kg/t之间

石墨电极是以石油焦、针状焦为原料，煤沥青为结合剂，经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、机加工而成，是电弧炉中以电弧形式释放电能对炉料进行加热熔化的导体。

石墨电极是易耗品，不同类型电弧炉石墨电极消耗量在1.2~2.5kg/t之间，受多因素影响而不同。

根据B.Bowman等人在《炭素技术》期刊上发表的《电弧炉中石墨电极的消耗》一文，石墨电极消耗方式可分为端部消耗、侧面氧化消耗、残端损失以及根部折断四种方式；石墨电极其消耗量及消耗速度受电炉电流大小、生产能力、实际氧量、实际连接、废钢种类和装料方式等多方面的影响。

根据高占彪等人2009年在《炭素技术》期刊上发表的《对电弧炉冶炼中石墨电极消耗及使用的探讨》一文，电弧炉吨钢石墨电极消耗在1.2kg/t至2.5kg/t