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2019 石墨电极行业研究报告
发布时间:2020-07-22 10:24    文章作者:365平台

  炭素材料是指以碳元素为主要成分的材料的总称。炭素制品根据生产工艺大致可分为石墨制品、炭制品、炭素新材料和其他炭素产品四大类,其中石墨制品主要包括石墨电极、特种石墨。

  石墨电极以石油焦、针状焦为骨料,煤沥青作结合剂,经混捏、压型、焙烧、石墨化、机加工等工序制成。石墨电极根据允许使用电流密度大小,可分为普通功率石墨电极、高功率石墨电极、超高功率石墨电极,具体如下:

  石墨电极是钢铁生产所需的重要耗材。石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电材料,通过石墨电极向电炉输入电能,利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温为热源,使炉料熔化进行炼钢,其他一些电冶炼或电解设备也常使用石墨电极作为导电材料。电弧炉炼钢石墨电极的消耗量既取决于电极的质量,也与炼钢操作及管理水平有关。

  十九世纪末美国公司发明了以石油焦为原料的人造石墨电极,开启了工业化制造石墨电极的历史,开辟了使用炭素材料作为高温导电电极的广阔前景。随着石墨电极的优良性能以及制造工艺的不断改进,大规格石墨电极的大批量生产以及超高功率石墨电极的研发成功,电炉炼钢工业逐步开始大规模使用人造石墨电极。

  中国石墨电极工业起步较晚但发展较快。石墨电极行业起步于国家“一五”期间建设的156项工程,20世纪50年代末我国从苏联引进技术建设首条电极生产线,奠定了我国石墨电极产业发展的基础。到20世纪80年代及90年代中国各地相继建成的炭素企业有上百家。20世纪90年代初我国已经掌握了代表国际先进水平大规格大直径超高功率石墨电极的生产技术。进入二十一世纪以来,在国民经济较快增长和钢铁行业快速发展的带动下,我国石墨电极产业得到了快速发展。

  目前我国已成为全球主要的石墨电极产销国之一,中国石墨电极已出口超过80多个国家和地区,由于价格合适、质量可靠,国际化经营已初具规模,在全球炭素行业具有较大的影响力。根据中国炭素行业协会的不完全统计,2018年中国石墨电极类产品产量为64.97万吨,同比增长17.83%,其中超高功率石墨电极产量26.90万吨,同比增长47.53%;2018年石墨电极类产品销售量58.73万吨,同比增长6.77%,其中超高功率石墨电极26.24万吨,同比增长37.04%。

  目前我国比较典型的钢铁生产流程分为两类:一类为高炉—转炉—连铸—轧制工艺流程,即长流程;另一类为电炉—连铸—轧制工艺流程,即短流程。

  长流程生产的源头是从矿石原料开始的,主要原料是铁矿石,短流程炼钢生产的原材料是废钢,电弧炉是短流程炼钢的关键设备。以电炉为核心的短流程炼钢技术在生产效率、环境保护、基建投资成本、工艺柔性等方面相对长流程炼钢技术有明显优势。

  电弧炉炼钢质量高、小批量的特点适合特钢冶炼。电弧炉可以间断性生产,还可以满足各种小批量,特殊规格、品种,合金量较高的钢种需要,是一种柔性的炼钢法;同时电弧炉能冶炼含磷、硫、氧低的优质钢和合金钢,因此相比高炉-转炉的长流程炼钢更适合于特种钢的生产。根据中国特钢企业协会统计数据,目前中国70%的特殊钢以及100%的高合金钢由电弧炉生产,对比世界钢铁产能国家第二名日本,2016年中国特殊钢产量约3,725.51万吨,仅占当年粗钢总产量的4.61%,特钢产量占比仅为日本的1/5。在世界上工业发达国家,特殊钢占钢材总产量的比例很大,一般为15%~20%,其中瑞典特钢占比最高,占其钢材总产量的45%~50%。因此中国特钢产量仍有较大的提升空间。

  随着钢铁积蓄量的不断增加,废钢铁资源越来越多,这为废钢铁产业的发展提供了有利的条件。废钢是短流程炼钢的主要原材料,与长流程钢铁生产工艺相比,用1吨废钢铁炼钢可减少1.6吨CO2的排放,可减少3吨固体废物的排放,废钢铁的循环利用对生态环境的改善有着不可替代的重要作用。根据2016年12月中国废钢铁应用协会发布的《废钢铁产业“十三五”规划》,未来要提高炼钢废钢比,“十三五”达到20%以上,电炉钢比逐步提高。

  根据世界钢铁协会统计数据,2017年全球电炉炼钢占粗钢总产量百分比为27.91%,而2017年中国电炉粗钢产量占中国粗钢总产量百分比为9.32%,仅是美国电炉钢占比的1/7,印度的1/5,欧盟的1/4,以及日本的1/2左右。我国“十三五”《钢铁工业调整升级规划(2016-2020年)》指出:加快发展循环经济,按照绿色可循环理念,注重以废钢为原料的短流程电炉炼钢的发展。随着我国“长流程”炼钢向“短流程”炼钢的转换及节能环保的需要,电弧炉炼钢将迎来新的发展机遇。

  石墨电极作为短流程炼钢中的电弧炉的关键耗材,炼钢流程的革新与升级,特钢增量提质的趋势,废钢再利用和中国电炉炼钢广阔的未来空间将极大的促进石墨电极的需求。

  近些年来,我国石墨电极供需状况基本处于超高功率电极供不应求的状况,高功率电极供需基本平衡,而普通功率呈现电极供过于求的状况。在品种结构方面,与发达国家的差距非常大,目前日本、美国等发达国家基本都是以超高功率石墨电极产品为主。根据中国炭素行业协会相关数据,2018年超高功率石墨电极销量26.24万吨,同比增长37.04%,高功率石墨电极销量20.18万吨,同比减少13.85%,我国超高功率石墨电极占比逐年提高。

  电炉的生产能力取决于炉容量与单位输入功率。在单位功率水平相同时,生产能力随容量增大而提高。随着超高功率电弧炉需求的不断增加,超高功率石墨电极也将取得进一步的发展。相比普通功率的电弧炉,大容量超高功率电弧炉的生产效率更高,综合成本相对更低。当电弧炉功率提升时,其对电弧炉用石墨电极的最大允许电流也提出了更高的要求,而石墨电极的最大允许电流直接取决于石墨电极的直径。因此如果要满足其提升功率的要求,就要发展大规格超高功率石墨电极。根据《产业结构调整指导目录(2011)》(2013年修订),直径600毫米以下或2万吨/年以下的超高功率石墨电极生产线毫米及以上超高功率电极属于鼓励类。

  国家产业政策指向明确,发展超高功率电弧炉是大势所趋。大规格超高功率石墨电极作为超高功率电弧炉的主要材料之一,其需求量在此需求的推动下,必然进一步增加。

  随着钢铁行业结构调整,去产能、取缔“地条钢”,严控环保指标,电炉炼钢比例快速上升,国内炼钢用石墨电极需求量出现较大幅度增长。同时在整个国际市场需求的拉动下,外销方面也量价齐升。

  2017年初以来,炭素材料价格上涨,特别是石墨电极供不应求,价格快速、大幅上涨。这一行情直接刺激石墨电极企业或通过提高产能利用率或通过新建生产项目实现增产。

  由于受石墨电极高价格、高盈利刺激,投产、扩建、拟建石墨电极项目迅速增加,未来石墨电极供给量将会有较大增长。预计随着新增产能的释放,石墨电极供应紧张的局面将得到大幅缓解,价格将回归合理水平。

  我国炭素行业企业以民企为主,在2017年中国炭素行业协会公布的42家主要炭素企业名单中,民营炭素企业共有30家,国资和外资/合资企业分别为7家和5家。根据这些企业产品销售收入的排名情况,排名前十的企业中有7家民企,2家国企,1家外企。因此从竞争力上看,我国炭素行业中民企的市场竞争力相较国企和外企更强。另外,炭素企业产品销售收入的排名也发生了较大的变动,销售收入前五的企业排名也不稳定,炭素行业竞争较为激烈。由于2017年炭素行业供求关系紧张,产品价格上涨,炭素行业整体的产品销售收入有明显的增加。

  根据中国炭素行业协会统计数据,2017年我国炭素行业实现营业收入3,238,112万元,其中方大炭素、济南澳海、开封炭素、吉林炭素、济南万方分列行业收入前五名,合计收入1,528,537万元。目前炭素行业仍处于分散竞争阶段,CR5(行业收入排名前五位公司)合计收入占比为47.20%,CR10(行业收入排名前十位公司)合计占比为68.90%。但伴随竞争加剧,中小企业逐渐因市场、政策、资金等原因遭到淘汰,炭素行业集中度有望进一步提高。

  根据中国炭素行业协会统计数据,2018年石墨电极类产品产量649,668吨,同比增长17.83%,其中超高功率石墨电极产量268,991吨,同比增长47.53%。

  根据中国炭素行业协会统计数据,2018年石墨电极类产品销售量为587,368吨,同比增长6.77%,其中超高功率石墨电极销量262,355吨,同比增长37.04%,高功率石墨电极销量201,766吨,同比减少13.85%。

  对下游客户尤其是钢铁厂来说,石墨电极占其总炼钢成本的比例不高,但石墨电极的质量及稳定性对其持续生产会产生重大影响,因石墨电极的质量问题将导致钢厂停产、死炉,从而影响生产效率,故下游客户对质量稳定的石墨电极供应商的产品忠诚度相当高。新进入者不得不耗费大量的时间、运营、资金成本以进入现有的供应商体系格局。

  针状焦作为生产高附加值的高功率、超高功率石墨电极的主要关键原料,目前其市场供不应求,能否获得稳定、充足的原料供应决定了石墨电极生产厂家的产品结构及利润率。

  石墨电极生产的焙烧工序需要消耗大量的天然气资源,石墨化工序需要充足的电力支持,能否获得充沛的天然气、电力等资源决定了石墨电极生产厂家产能及单位成本的高低。

  石墨电极生产工序多,需要许多专用机械设备和特殊结构的窑炉,建设投资较大、投资回收期较长,属于资金密集型行业。同时生产环节周期长,占用资金较多,会形成较高的资金壁垒。此外,资金实力还会对客户的信任、渠道的信心等方面构成很大的影响。

  石墨电极主要用于电弧炉炼钢。以电炉为核心的炼钢技术在生产效率、环境保护、基建投资成本、工艺柔性等方面有明显优势。电炉炼钢是利用电极向炉内导入电流,强大的电流在电极下端通过气体产生电弧放电,同时放出大量热量进行冶炼。

  1、热稳定性好,石墨在3,550℃才会出现升华,此高温下常见金属早已熔化;

  3、质量轻,密度不足铜的1/4,易于运输及使用,安全性好,上炉冶炼时容易夹持;

  石墨电极是目前已知的唯一具有高导电性和能承受电炉炼钢生产过程中产生的高热量的商业化产品。

  根据国家发改委最新颁布的《产业结构调整指导目录(2011)》(2013年修订),与公司主营业务相关的项目直径600毫米及以上超高功率电极被列入鼓励类。根据国家发改委会同科技部、工信部、财政部等有关部门最新颁布的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》(2016版),高功率石墨电极属于新兴战略产业中的新材料产业。政策导向对我国炭素行业的发展起到至关重要的作用,炭素行业将迎来广阔的发展空间。

  本行业的发展离不开国民经济的带动,国民经济的发展保证了国家对基础设施的持续投入,保证了居民消费水平和消费能力的不断增长,这些都为本行业的发展创造了极为有利的环境。

  随着我国经济结构优化调整逐步深化,制造业不断转型升级,以军工产业、核电工业、高速铁路及汽车工业为代表的高端制造业迎来了快速、可持续发展,有望进一步拉动中高端特钢的需求,推动石墨电极产业发展。

  炭素制品石墨电极作为短流程炼钢中的电弧炉的关键耗材,炼钢流程的革新与升级,特钢增量提质的趋势,废钢再利用和中国电炉炼钢广阔的未来空间将极大的促进石墨电极的需求。

  石墨电极的生产原料主要是针状焦和煤沥青,因此,石墨电极的生产需要选择针状焦和煤沥青来源便利且集中的地区。从我国目前的原料供应来看,我国是全球仅有的针状焦和煤沥青原料供应都比较充足的国家,为石墨电极生产的可持续发展提供了良好的支撑。

  随着社会经济的发展,人们对环境保护的要求越来越高。近年来,各地区、各部门相继出台多项环保制度与规划,为淘汰高消耗高污染的落后生产力、实现资源综合利用、发展循环经济提供制度保障。

  石墨电极的生产是资源综合利用的过程。石墨电极的主要原材料是石油化工的副产品石油焦和煤化工的副产品煤沥青、针状焦。我国作为一个发展中国家,目前的经济发展水平决定了在相当长的时间内必须持续发展石化工业和煤化工业,我国已经是世界上最大的石化和煤化工生产国,每年产生大量的石油焦和煤沥青,如果没有石墨电极行业的消耗,这些生产中产生的副产品只能被低效利用,成为污染环境隐患。目前,我国每年产生的石油焦、针状焦和煤沥青被石墨电极行业利用,每年可为石化及煤化工行业带来几百亿的巨额利润。

  中国的炭素行业起步较晚,线余年的时间,无论是技术、管理还是人员素质与世界先进水平都还有一定差距。主要表现在以下几个方面:行业内具有国际先进生产水平、掌握先进生产技术的大型企业数量较少,大部分企业资金实力不足,设备、工艺的改造和升级速度偏慢,技术水平落后、管理粗放、产品品质不高,且不具备自主研发能力。

  近年来,我国环境问题日益突出,引起了社会和政府的高度关注。我国炭素行业既要克服能源禀赋导致的能源结构不合理、自身生产技术基础薄弱等先天发展劣势,又要完成降低污染物排放、提高环境效益的目标。因此,炭素行业在今后的发展中将面临环境效益和经济效益的双重压力。

  炭素行业与钢铁工业有着非常强的相关性;而钢铁工业的发展则与经济密切相关,属于典型的强周期性行业,因此炭素行业也受经济周期的影响。

  根据中国炭素行业协会统计数据,河南、山东和湖南位列全国石墨及炭素制品产量排名前三位;而河南、山东、山西、河北、天津和北京等京津冀及周边地区石墨和炭素制品产量占全国总产量的54%左右。因此,炭素行业具有区域性的特征。

  炭素制品的生产具有连续性的特征,不存在季节性。在石墨电极的销售方面,受钢铁生产企业的采购计划、石墨电极价格波动性及客户的预期,从标的公司的实际经营情况来看,表现出一定的季节性。

  前几年,国际经济复苏乏力,国内经济增速放缓,大多数炭素企业经营亏损,很多企业资金链难以支撑正常生产及营销,出现停产、半停产、大幅度减产,整个行业呈现大幅度减产态势。

  近年以来,受供给侧结构性改革的积极影响,钢铁行业去产能、取缔地条钢、加强环保等因素影响,电炉炼钢比快速上升,使得电炉炼钢用石墨电极需求量出现较大幅度增长。

  石墨电极工艺流程及生产周期比较长,一般要3~4个月的生产周期。在市场需求大幅度增长时,生产石墨电极的原材料如针状焦等价格大幅上涨,生产成本快速上升,小型炭素企业复产、开工率低。超高功率石墨电极因为受优质原料供给和设备的瓶颈限制,产品缺口短期内难以弥补。同时,受环保等因素的影响,石墨电极生产无法放量,导致石墨电极产品价格同比大幅上扬。

  2017年以来,炭素行业总体形式呈现出企稳向好的态势,行业内炭素企业整体盈利水平提高。

  经过60多年的发展,石墨电极产业装备和技术水平显著提高,产品品种不断增加,基本满足了钢铁、有色等行业的需求,而且部分产品出口到世界八十多个国家和地区。无论是装备技术还是生产工艺流程,都已上升到了一个新的阶段,行业的整体竞争优势明显。我国超高功率石墨电极技术跨入了世界一流水平行列。

  我国对石墨电极原材料尤其是超高功率石墨电极的骨料针状焦的研究和应用能力取得了较大的进步,目前已部分替代进口,替代进口比例逐步提高。

  国内石墨电极主要原材料为针状焦、煤沥青,石墨电极的功率越高,针状焦在石墨电极中的含量越高。同时,生产制造过程中需要煤沥青作为石墨电极的粘结剂。

  针状焦是一种重要的炭素材料,由粉碎后呈细长的针状颗粒而得名。其外表具有银灰色的金属光泽,内部具有层状椭圆形孔结构,颗粒具有针状的纹理。针状焦具有较小热膨胀系数、较低的电阻率、耐热冲击性和抗氧化性强等特点,因此,针状焦的导电、导热性能非常好,是制备特种炭素材料及其复合材料、制造炼钢用高功率和超高功率电极的优质材料。用针状焦制成的石墨电极具有耐热冲击性能强、机械强度高、氧化性能好、电能消耗低及允许的电流密度大等优点。另外,由于大规格超高功率石墨电极必须有良好的物理机械性能(电阻率低、体积密度大、热膨胀系数小、抗热震性能好),普通石油焦无法满足要求,只有以针状焦为原料生产的石墨电极才能达到超高功率电炉冶炼工艺的要求。

  目前生产的针状焦按其使用原料的不同成分又分为石油系针状焦和煤系针状焦两种。以精制的煤焦油中温沥青和石油渣油为原料经延迟焦化和煅烧制得的层状结构明显的各向异性焦炭分别叫做煤系针状焦和石油系针状焦。两种针状焦生产工艺不完全相同,但用途基本相同,均可用于制造大规格超高功率石墨电极。

  美国在上世纪50年代后期开发和掌握了石油针状焦的生产技术,但后来由于石油加工趋向催化、裂化等轻质化深加工方向发展,致使石油系针状焦原料大幅减少,加之70年代两次石油危机影响,更使人们认识到原料供应的不稳定。上世纪70年代日本等国生产超高功率石墨电极的各国知名企业,在应用石油针状焦的同时,开始致力于煤系针状焦技术的开发和应用。1979年,日本煤系针状焦已实现工业化规模生产,形成油系和煤系共存的局面。目前,全球针状焦年产能大约在100多万吨,集中在美国、日本和英国等。

  目前,我国针状焦产量较低。多年来,国外掌握针状焦生产工艺的厂商一直对中国实施技术封锁,以求保持其在针状焦市场上的垄断地位,导致我国电极生产企业的针状焦长期依赖进口。近年来,中钢集团鞍山热能院通过自主研发及消化吸收国外先进技术,在近十年的生产实践中,掌握了成熟的工艺技术。

  随着市场对大规格超高功率石墨电极需求量不断增加,针状焦产品的市场需求量还将逐年增加。另外,随着新能源汽车的快速发展,汽车用锂电池需求量快速激增,针状焦作为锂电池负极的原料,需求量也处于增长趋势。目前国内只有鞍山开炭、中国石油锦州石化公司、上海宝钢化工有限公司、喜科墨(江苏)针状焦科技有限公司、山西宏特煤化工有限公司等公司。

  随着国家供给侧改革,电炉炼钢需求增长速度加快,市场上对针状焦的需求也进一步增加,针状焦资源十分紧缺已成常态。2017年中国针状焦价格所有上涨,开封炭素大部分针状焦由其子公司鞍山开炭提供。从某种程度上说,针状焦产量决定着炭素企业高功率和超高功率电极的产量。

  煤沥青是煤焦油蒸馏加工去除液体馏分后的残余物,主要分为中温沥青与改质沥青,约占煤焦油总量的50%~60%。煤沥青是煤系针状焦生产所需的主要原材料,也在石墨电极生产中作为粘结剂使用。

  然而目前国内环保压力依然较大,因产能过剩矛盾突出,国家对煤沥青的下游深加工行业审批难度或提升,未来煤焦油加工企业向大型化、集团化领域发展,产能继续增加。

  石墨电极的下游行业需求主要集中在电弧炉炼钢、矿热炉冶炼黄磷、磨料及工业硅4个行业,其中电炉炼钢需求最大。

  我国钢铁行业的产业升级和技术革新将刺激炭素制品石墨电极需求。2005年以来,中国粗钢产量已居全球第一,但受工业基础薄弱等因素限制,一直以来我国钢铁工业发展以长流程为主,导致优质钢、特种钢的比例极少,改变炼钢流程和提高优特钢比例已成为中国由产钢大国转变为产钢强国的必然需求。

  生产优质钢、特种钢主要使用电弧炉冶炼,而电弧炉冶炼必须使用石墨电极。随着中国制造2025的提出,国家出台一系列政策,加快推动我国钢铁产业结构调整和优化升级,加快钢铁产业由大到强的转变,增加电炉炼钢在钢铁行业中的比重。钢铁产业的结构调整必将带动石墨电极行业发展。

  主要用于生产磷肥、磷酸、磷酸盐以及磷化产品。目前,国内较大的磷化工企业资源一体化进程已经进入尾声,一些没有资源优势的企业未来将难以盈利,被迫停产或关闭,产能过剩的情况将得到缓解,行业集中度将进一步提高,行业竞争更加有序,对于石墨电极的需求不会有大幅变化。

  磨料行业是国家基础产业。磨料磨具俗称机械工业的“牙齿”,离开了磨料磨具,机械工业就无法进行精细加工,整个行业都将陷入瘫痪状态。同时,由于磨料具有耐高温、耐冲刷、耐腐蚀等特性,其产品也广泛应用于冶金、钢铁、汽车、电子、石油化工、有色金属、陶瓷、建材等众多领域,具有其他产品不可替代的功能。随着产业技术的升级换代,不同行业对于磨料的需求稳步上升势必会带动石墨电极行业的发展。

  工业硅主要用于生产有机硅、制取高纯度的半导体材料以及配制有特殊用途的合金等,被广泛应用于化工、冶金、电子信息、机械制造、航空航天、船舶制造、能源开发等领域,是现代工业尤其是高科技产业必不可少的材料。

  据硅业协会统计,2017年上半年中国工业硅产量共计88万吨,再创历史新高,同比增长6.02%。不过随着供给侧产业结构调整,西部地区一部分高污染、高耗能的制硅产能将被淘汰。因此,在未来,矿热炉冶炼工业硅的关键部件的石墨电极的需求不会有大的增长。

  全球石墨电极消耗主要在东亚、东南亚、南亚、中东、北非、欧洲、美洲等地区。海外主要石墨电极生产厂商有:日本Showa Denko、美国Graftech、印度Graphite India、HEG、日本Tokai Carbon、SEC和Nippon Carbon等企业。我国石墨电极厂商积极参与国际竞争,目前我国已成为全球主要的石墨电极产销国之一,已出口超过80多个国家和地区,由于价格合适、质量可靠,国际化经营已初具规模,在全球炭素行业具有较大的影响力。根据中国炭素行业协会统计数据,2017年我国石墨电极出口量达23.73万吨,同比2016年大幅增长47.39%。

  对于石墨电极,全球大多数国家没有设置关税贸易壁垒,该种产品进口政策较为宽松。石墨电极不在美国对中国加征关税清单中,且开封炭素对美国客户出口产品占销售总量的比例较小,中美贸易摩擦对石墨电极出口的影响较小。

  成立于2010年,专注于炭素、锂电池及关键原材料、电炉钢等相关产业的市场价格、行情动态等资讯的搜集与研究。是中国炭素行业协会、中国化学与物理电源行业协会战略合作单位。投稿、内容合作,请联系微信:kasim_gong。


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