國(guó)內(nèi)外鋼鐵生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)研究

□ 李延輝周光輝趙夢(mèng)靜賈 超

鋼鐵生產(chǎn)工藝主要有2種，即以鐵礦石為主要原料的長(zhǎng)流程工藝和以廢鋼為主要原料的短流程工藝。長(zhǎng)期以來(lái)，憑借原料易獲得優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)流程工藝始終占據(jù)主導(dǎo)地位。短流程工藝短、投資小、能耗低、污染少，在廢鋼資源豐富、電價(jià)較低的地區(qū)具有更好的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，未來(lái)發(fā)展空間較大。分析國(guó)內(nèi)外鋼鐵生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)變化情況，對(duì)研究我國(guó)鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)工藝發(fā)展方向具有重要意義。

一、全球鋼鐵生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)

1.長(zhǎng)流程始終占主導(dǎo)地位，短流程基本保持在30%左右

自1990年以來(lái)，轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量占全球鋼產(chǎn)量的比重從57%左右增長(zhǎng)到70%左右，始終占據(jù)主導(dǎo)地位。電爐鋼產(chǎn)量占比從27%增長(zhǎng)到2000年的34%，之后降至29%，基本保持在30%左右。以平爐裝備為代表的其他工藝鋼產(chǎn)量占比從16%持續(xù)下降至不足0.5%。1990年以來(lái)全球粗鋼生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 1990年以來(lái)全球粗鋼生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)

2.世界主要產(chǎn)鋼國(guó)中，長(zhǎng)流程鋼產(chǎn)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)

2021年，世界鋼產(chǎn)量超過(guò)5 000萬(wàn)噸的國(guó)家有6個(gè)，其中中國(guó)、日本、俄羅斯、韓國(guó)均以轉(zhuǎn)爐鋼為主，僅印度、美國(guó)以電爐鋼為主。全球前十大產(chǎn)鋼國(guó)2021年鋼產(chǎn)量為16.23億噸。其中，轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量12.35億噸，占比76.1%；電爐鋼產(chǎn)量3.86億噸，占比23.8%；其他工藝鋼產(chǎn)量0.02億噸，占比0.1%。2021年全球前十大產(chǎn)鋼國(guó)工藝結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 2021年全球前十大產(chǎn)鋼國(guó)工藝結(jié)構(gòu)

3.中國(guó)鋼產(chǎn)量大幅增長(zhǎng)，對(duì)全球鋼鐵生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)影響巨大

2000—2021年，以長(zhǎng)流程為主的中國(guó)鋼產(chǎn)量大幅增長(zhǎng)，是全球電爐鋼產(chǎn)量占比下降的主要原因。中國(guó)鋼產(chǎn)量從1.3億噸快速增長(zhǎng)至10.3億噸，占全球鋼產(chǎn)量的比重從15%提高至53%。中國(guó)鋼產(chǎn)量增量中，轉(zhuǎn)爐鋼占絕大部分，從2000年的0.8億噸增長(zhǎng)至2021年的9.2億噸，占全球總產(chǎn)量的比重從不足10%增長(zhǎng)到50%左右。2020年以來(lái)中國(guó)鋼產(chǎn)量占全球鋼產(chǎn)量比重見(jiàn)圖3。

圖3 2000年以來(lái)中國(guó)鋼產(chǎn)量占全球鋼產(chǎn)量比重

4.中國(guó)以外地區(qū)電爐鋼產(chǎn)量占比明顯增加，接近50%

1990—2021年，中國(guó)以外地區(qū)鋼產(chǎn)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，從6.81億噸增長(zhǎng)到9.17億噸，增幅34.7%。其中，轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量從3.87億噸增長(zhǎng)到4.57億噸，增幅18.1%；電爐鋼產(chǎn)量從1.89億噸增長(zhǎng)到4.54億噸，增幅140.2%；其他工藝鋼產(chǎn)量從1.05億噸減少到585萬(wàn)噸，占比不足1%。電爐鋼產(chǎn)量占比從27.7%顯著提升至49.5%。1990年以來(lái)中國(guó)以外地區(qū)粗鋼生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 1990年以來(lái)中國(guó)以外地區(qū)粗鋼生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)

二、主要產(chǎn)鋼國(guó)生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)

1.印度、美國(guó)、土耳其形成了以電爐鋼為主的工藝結(jié)構(gòu)

印度、美國(guó)、土耳其等國(guó)依托自身資源條件，逐步形成了以電爐鋼為主的工藝結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖5）。1990—2021年，印度電爐鋼產(chǎn)量從411萬(wàn)噸增長(zhǎng)到6 525萬(wàn)噸，增加了6 084萬(wàn)噸，增長(zhǎng)14.9倍；美國(guó)電爐鋼產(chǎn)量從3 351萬(wàn)噸增長(zhǎng)到5 937萬(wàn)噸，增加2 586萬(wàn)噸，增幅77.2%；土耳其電爐鋼產(chǎn)量從496萬(wàn)噸增長(zhǎng)到2 893萬(wàn)噸，增加2 397萬(wàn)噸，增長(zhǎng)4.8倍。2021年，印度、美國(guó)、土耳其的電爐鋼占比分別為55.2%、69.2%、71.6%。

圖5 印度、美國(guó)、土耳其電爐鋼產(chǎn)量及占比

2.日本、俄羅斯、韓國(guó)、德國(guó)保持以轉(zhuǎn)爐鋼為主的工藝結(jié)構(gòu)

1990—2021年，日本轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼產(chǎn)量分別從7 564萬(wàn)噸、3 470萬(wàn)噸降至7 194萬(wàn)噸、2 436萬(wàn)噸，降幅分別為4.9%、29.8%。俄羅斯轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量從5 437萬(wàn)噸降至4 460萬(wàn)噸，降幅為18.0%；電爐鋼產(chǎn)量從2013萬(wàn)噸增至2 948萬(wàn)噸，增幅為46.4%；平爐鋼產(chǎn)量從7 985萬(wàn)噸降至151萬(wàn)噸，降幅為98.1%。德國(guó)轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量從3 324萬(wàn)噸降至2 799萬(wàn)噸，降幅為15.8%；電爐鋼產(chǎn)量從886萬(wàn)噸增至1 211萬(wàn)噸，增幅為36.7%。韓國(guó)轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼產(chǎn)量分別從1 594萬(wàn)噸、719萬(wàn)噸增至4 801萬(wàn)噸、2 239萬(wàn)噸，增幅分別為201.2%、211.4%。除日本外，俄羅斯、韓國(guó)、德國(guó)電爐鋼產(chǎn)量均有較大幅度增長(zhǎng)，但仍以轉(zhuǎn)爐鋼為主。2021年，日本、俄羅斯、韓國(guó)、德國(guó)轉(zhuǎn)爐鋼占比分別為74.7%、59.0%、68.2%、69.8%。日本、俄羅斯、韓國(guó)、德國(guó)轉(zhuǎn)爐鋼占比情況見(jiàn)圖6。

圖6 日本、俄羅斯、韓國(guó)、德國(guó)轉(zhuǎn)爐鋼占比

三、我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)

1.我國(guó)粗鋼產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，占全球鋼產(chǎn)量50%以上

1990—2021年，我國(guó)粗鋼產(chǎn)量快速增長(zhǎng)（見(jiàn)圖7），從6 635萬(wàn)噸增至10.33億噸，增加14.6倍；占全球粗鋼產(chǎn)量的比重從8.9%增至53.0%。特別是2000—2013年粗鋼產(chǎn)量從1.27億噸增至8.22億噸，2016—2020年粗鋼產(chǎn)量從8.08億噸增至10.65億噸，年均增量均在5 000萬(wàn)噸以上。

2.我國(guó)粗鋼生產(chǎn)以轉(zhuǎn)爐工藝為主，2000年以后平爐工藝逐漸被淘汰

1990—2021年，我國(guó)轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量從3 909萬(wàn)噸增至9.23億噸，增長(zhǎng)8.84億噸，增加22.6倍；電爐鋼產(chǎn)量從1 402萬(wàn)噸增至1.09億噸，增長(zhǎng)9 546萬(wàn)噸，增加6.8倍；平爐工藝逐漸被淘汰，已無(wú)在使用的平爐裝備。鋼產(chǎn)量增量中，轉(zhuǎn)爐鋼占91.5%，占絕大部分。轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量占比從60%左右增至90%左右，在工藝結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位。我國(guó)粗鋼生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8。

圖8 我國(guó)粗鋼生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)

3.我國(guó)電爐鋼產(chǎn)量位居世界第一，占全球電爐鋼產(chǎn)量的近20%

雖然在我國(guó)粗鋼生產(chǎn)工藝中電爐鋼產(chǎn)量占比不高，但電爐鋼產(chǎn)量仍處于較高水平，位居世界第一。2021年，我國(guó)電爐鋼產(chǎn)量達(dá)1.09億噸，占全球電爐鋼總產(chǎn)量的19.4%（見(jiàn)圖9）。1990—2021年，我國(guó)電爐鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)9 546萬(wàn)噸，占同期全球電爐鋼增量的26.5%。需要說(shuō)明的是，有別于美國(guó)、土耳其等電爐鋼生產(chǎn)以廢鋼為主要原料的國(guó)家，我國(guó)電爐鋼原料中熱鐵水和生鐵塊占比較大。廢鋼資源相對(duì)不足、入爐鋼鐵原料結(jié)構(gòu)不合理是制約我國(guó)電爐發(fā)展的主要因素[1，2]。在2021年重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)單位電爐鋼鐵料消耗中，廢鋼僅占45.5%，熱鐵水和生鐵塊占比高達(dá)54.5%。

圖9 電爐鋼生產(chǎn)情況

四、我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)工藝發(fā)展趨勢(shì)

1.粗鋼產(chǎn)量保持在較高水平

2018—2022年，我國(guó)粗鋼產(chǎn)量已連續(xù)5年超過(guò)9億噸。近3年，雖然受疫情封控、政策限產(chǎn)等多重因素影響，產(chǎn)量逐年下降，但都保持在10億噸以上，生產(chǎn)和消費(fèi)均處于歷史最高水平。當(dāng)前，新冠疫情對(duì)我國(guó)的影響已顯著降低，經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行活動(dòng)基本恢復(fù)到疫前水平。從需求側(cè)看，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)依然是經(jīng)濟(jì)穩(wěn)增長(zhǎng)的重要手段，基礎(chǔ)設(shè)施投資仍是帶動(dòng)鋼材消費(fèi)的主要?jiǎng)恿?。房地產(chǎn)行業(yè)在“保交樓”、穩(wěn)增長(zhǎng)等政策支撐下市場(chǎng)信心有所恢復(fù)，對(duì)鋼材消費(fèi)的支撐作用不可忽視。機(jī)械、汽車、造船、能源等行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展引導(dǎo)鋼材消費(fèi)升級(jí)，雖然需求量隨行業(yè)周期會(huì)呈現(xiàn)一定波動(dòng)，但短期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)大幅下降。整體看，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展韌性強(qiáng)，長(zhǎng)期向好的基本面不會(huì)改變，鋼材消費(fèi)結(jié)構(gòu)雖將呈現(xiàn)一定變化，但消費(fèi)總量仍將保持在較高水平。從供給側(cè)看，近年鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得顯著成果，裝備水平大幅提升，能夠保障國(guó)內(nèi)鋼材消費(fèi)需求。從進(jìn)出口看，我國(guó)是鋼材凈出口國(guó)，進(jìn)口鋼材量很少，對(duì)國(guó)內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)影響不大。綜上，“十四五”乃至“十五五”期間，我國(guó)粗鋼產(chǎn)量仍將保持在較高水平。

2.轉(zhuǎn)爐鋼仍將占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位

根據(jù)中鋼廢鋼鐵應(yīng)用協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2022年我國(guó)煉鋼廢鋼鐵消耗量2.1億噸，綜合廢鋼比20.7%。煉鋼綜合廢鋼單耗207.3 kg/t，同比減少11.7 kg/t，降幅5.3%。轉(zhuǎn)爐廢鋼單耗166.2 kg/t，同比減少3.7 kg/t，降幅2.2%。電爐廢鋼單耗590.5 kg/t，同比減少63.5 kg/t，降幅9.7%。電爐廢鋼消耗占比30%，轉(zhuǎn)爐廢鋼消耗占比70%。

《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年我國(guó)廢鋼利用量要達(dá)到3.2億噸。根據(jù)當(dāng)前粗鋼生產(chǎn)消費(fèi)情況，預(yù)計(jì)2025年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量將大概率保持在10億噸左右，轉(zhuǎn)爐廢鋼消耗量將隨廢鋼價(jià)格、鐵水成本、鋼材價(jià)格等因素變化。

若按照粗鋼產(chǎn)量10億噸、廢鋼利用量3.2億噸，電爐廢鋼消耗量占比分別提升至45%、50%、55%，電爐廢鋼單耗分別提升至750 kg/t、800 kg/t、850 kg/t測(cè)算，不同條件下轉(zhuǎn)爐鋼占比基本保持在80%左右，見(jiàn)表1。

表1 粗鋼產(chǎn)量10億噸、廢鋼利用量3.2億噸時(shí)，不同條件下轉(zhuǎn)爐鋼占比測(cè)算

若按照粗鋼產(chǎn)量9億噸、廢鋼利用量4億噸，電爐廢鋼消耗量占比分別提升至50%、55%、60%，電爐廢鋼單耗分別提升至800 kg/t、850 kg/t、900 kg/t測(cè)算，不同條件下轉(zhuǎn)爐鋼占比基本保持在70%左右，見(jiàn)表2。

表2 粗鋼產(chǎn)量9億噸、廢鋼利用量4億噸時(shí)，不同條件下轉(zhuǎn)爐鋼占比測(cè)算

五、我國(guó)鋼鐵工藝結(jié)構(gòu)調(diào)整建議

1.加強(qiáng)廢鋼資源回收利用

廢鋼是重要的二次資源。與以鐵礦石為原料的生產(chǎn)工藝相比，每利用1 t 廢鋼，可替代1 t 多的煉鋼生鐵，節(jié)約0.4 t焦炭或1 t 原煤，降低60%能源、40%新水消耗，減少86%廢氣、76%廢水、72%廢渣、97%固體廢棄物排放，能夠有效減少碳排放。因此，加強(qiáng)廢鋼資源回收利用是推進(jìn)我國(guó)鋼鐵工業(yè)綠色低碳發(fā)展的重要措施，建議支持廢鋼鐵加工行業(yè)進(jìn)一步提高裝備水平，完善加工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系。

2.避免電爐工藝“大躍進(jìn)”

我國(guó)工業(yè)化時(shí)間短，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大差距。雖然每年回收利用的廢鋼量逐年增加，但仍遠(yuǎn)小于粗鋼產(chǎn)量規(guī)模，僅能部分替代鋼鐵生產(chǎn)所需的鐵礦石。此外，轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝也需要一定的廢鋼比，我國(guó)轉(zhuǎn)爐鋼生產(chǎn)規(guī)模大、廢鋼消耗量大，在這種情況下，電爐工藝面臨原料短缺、價(jià)格較高、盈利能力弱的現(xiàn)實(shí)局面。因此，應(yīng)避免開(kāi)展“運(yùn)動(dòng)式”工藝改造，杜絕短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模建設(shè)電爐設(shè)備的“鋼鐵大躍進(jìn)”。

3.增加轉(zhuǎn)爐廢鋼使用量

轉(zhuǎn)爐工藝多使用廢鋼、少使用鐵水也可起到電爐煉鋼同樣的節(jié)能減排效果。綜合考慮煉鐵生產(chǎn)環(huán)保成本、廢鋼供應(yīng)量、轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝提升等多種因素，未來(lái)我國(guó)轉(zhuǎn)爐廢鋼比將進(jìn)一步提升。雖然我國(guó)廢鋼利用規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，但電爐鋼產(chǎn)量占比并不會(huì)爆發(fā)式增長(zhǎng)，仍將保持以長(zhǎng)流程為主的鋼鐵生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)。因此，增加轉(zhuǎn)爐工藝的廢鋼使用量，既可充分發(fā)揮已建裝備的生產(chǎn)能力，提高全社會(huì)的資源利用效率，同時(shí)也能推動(dòng)長(zhǎng)流程工藝的節(jié)能減排，是當(dāng)前我國(guó)鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型的有效途徑之一。