2025年中国十大钢厂(钢铁行业专题研究报告：中国
报告出品方/作者：长江证券研究团队，王鹤涛、赵超、易轰。
标题：低碳炼钢：影响与挑战
一、低碳炼钢对钢铁企业的影响
自我国提出二氧化碳排放力争在2030年达到峰值，并在2060年实现碳中和的目标以来，钢铁工业作为全国碳排放的主要来源之一，面临着巨大的减碳压力。钢铁行业作为落实减碳目标的重要主体，低碳炼钢已成为我国钢铁企业面临的重要挑战。对比美国与欧盟的减碳历程，如何按时完成我国的减碳目标对钢铁企业而言是一场巨大的考验。
二、低碳炼钢的主流工艺与未来路径
当前主流的高炉-转炉工艺碳排放量较高，急需寻找替代方案。传统长流程炼钢过程中，吨钢二氧化碳排放量约为1.8-2.4吨，其中大部分排放来自于化石燃料的燃烧。减少碳排放的工艺多具有使用清洁能源、对碳产生的还原气循环利用以及对碳产生的温室气体进行分离、利用或封存等特征。
作为钢铁企业的龙头，中国宝武钢铁集团已经率先提出了碳中和目标下的冶金路线图，其低碳炼钢的发展路径对其他钢铁企业具有示范效应。未来高炉富氢、短流程炼钢等工艺将在不同阶段承担减碳重任。金属化微波烧结、炉顶煤气循环技术、CO2的分离、储存、资源化利用技术以及清洁能源发电制氢技术的发展也将助力钢铁企业实现低碳炼钢。
三、高炉富氢碳循环工艺：以氢代碳，循环用碳
高炉富氢碳循环工艺是短期内我国钢铁企业减碳的较合理发展方向。该工艺通过在高炉中喷吹高浓度的焦炉煤气（富含H2和CH4），用还原气替代传统高炉中焦炭和煤的作用。结合炉顶煤气循环技术和碳捕集、封存、利用技术，将高炉煤气中的CO、H2循环再利用，CO2则进行捕集、封存或用于工艺生产，从而减少高炉冶铁流程中的碳排放。
四、高炉富氢碳循环的经济效益与减碳效果
向高炉中喷吹焦炉煤气的浓度直接影响到该工艺的经济效益和减碳效果。浓度越高，生产效率越高，减碳效果越好。焦炉煤气浓度提高时，H2的利用率会下降，对还原气利用率的提升呈现边际递减效应。考虑到焦炉煤气和富氧的成本，喷吹焦炉煤气在吨铁50m3时具有最佳的经济效益。总体而言，高炉富氢碳循环工艺在短期内卓有成效，但长期能力有限。
低碳炼钢是我国钢铁企业面临的重要挑战，需要寻找创新的工艺和技术来实现减排目标。从主流工艺到未来路径，再到高炉富氢碳循环工艺的具体应用，都展示了钢铁企业在减碳方面的积极探索和潜力。同时也需要关注工艺改进的成本和长期能力问题，以实现可持续的低碳炼钢。尽管焦炉煤气提升减碳能力随浓度增强而增强，但其对焦炭的替代作用存在局限性。从热源角度看，高炉冶炼中的热源大多来自碳燃烧，而H₂还原铁是一个吸热反应，需要持续提供热量。从还原率角度看，由于H₂密度较小，在高炉中停留时间较短，相较于焦炭，其对铁的还原率较低，从而影响了生产效率。从骨架作用来看，氢的密度和分子结构决定了其无法像碳一样在高炉中起到支撑作用，导致还原气和炉料接触不充分。
尽管焦炉煤气的减碳效率在一定程度上受到这些因素的制约，但其潜力仍不可小觑。以梅钢2号高炉的实验为例，随着焦炉煤气浓度的提升，虽然H₂利用率有所下降，但焦炭的使用量显著减少。目前的技术水平下，高炉富氢技术已能使碳排放减少约10%。
高炉富氢与碳循环技术的结合展示了强大的合力减排效应。发展炉顶煤气循环技术（TGR）对低碳炼铁具有重要意义。从经济角度看，高炉煤气中的CO和H₂可用于铁的还原，循环使用未利用的还原气有助于降低成本、减少能耗。从环保角度看，高炉煤气中的CO₂是炼钢过程中碳排放的主要来源之一，通过炉顶煤气循环技术将其与还原气分离，结合碳捕集、利用与封存技术（CCUS），可以有效减少碳排放。
欧盟开发的超低CO₂炼钢项目（ULCOS）成功实现了高炉富氢与TGR技术的结合。这一项目通过去除高炉煤气中的N₂、使用低碳燃料以及真空变压吸附技术分离CO₂，实现了还原气体的循环利用和对温室气体的处置。目前这一技术已在小型高炉中得到应用，并实现了约30%的碳排放减少。
长期来看，捕集CO₂后，通过CCUS技术将其低成本、无害化处置是减少碳排放的关键。这些CO₂可以用于工业材料的生产，或者液化后注入地下层进行封存。虽然目前这一工艺仍处于实验阶段，成本较高，但随着CCUS技术的成熟，高炉富氢碳循环工艺的减排潜力将更大。
基于当前形势，我们预期高炉富氢碳循环技术是国内钢厂短期内减少碳排放的可行方案。这一技术主要基于现有的高炉设备，改造成本较低，且技术相对成熟。该技术具有良好的减碳效果，与CCUS技术结合后，预计能减少30%-50%的碳排放，能够满足国内钢厂短期的减碳目标。
展望未来，到2030-2035年间，钢厂普遍面临减碳目标，这一目标的实现很可能依赖于富氢碳循环技术在高炉上的大规模应用。我们预计，到2030年左右，高炉将迎来改造的高峰期。
作为钢铁行业的领军企业，中国宝武集团在高炉富氢技术的研发上处于国内领先地位。其旗下的八一钢铁在高炉富氢技术的工业化实验上取得了显著的成果，已经实现了10%-15%的碳减排。他们预计高炉富氢碳循环技术和CCUS技术的结合将减少约30%-50%的碳排放。这一战略与中国宝武到2035年的减碳计划相吻合。与日本钢铁龙头企业日本制铁相比，中国宝武在高炉富氢项目的研发上具有优势。由于两国钢铁冶炼的相似性以及在电力和废钢资源方面的挑战，日本制铁在高炉富氢项目上也有着先发优势。随着全球钢铁行业向低碳转型的趋势日益明确，中国宝武在这一领域的研发和创新上正逐步赶超并有望取得更大的突破。日本的制铁高炉富氢项目COURSE 50自启动以来，在全球范围内展现出了显著的领先地位。回溯至2008年，该项目便已开始扬帆起航。到了2014年至2016年间，日本制铁在规模为12m3的试验高炉中成功实现了减碳排放10%的壮举。目前，他们正在更大规模的高炉——容量为4000-5000m3的高炉中进行深度试验，并雄心勃勃地计划在2030年前实现30%的碳减排目标。
对于日本制铁在高炉富氢项目上的卓越表现，其背后有多重因素在推动。首先是规模优势带来的雄厚研发资金，这使得他们在研发上能够持续投入并保持领先。全球领先的研发能力以及先发优势，是日本制铁在此项目中保持领先地位的关键。横向对比，中国的钢铁巨头宝武集团同样具备强劲的研发能力、巨大的规模以及在高炉富氢项目上的领先优势。我们预计，在低碳冶金领域已有布局的钢铁企业，如宝武集团，将在钢铁碳中和的发展道路上保持技术领先，率先完成减碳任务。此观点来源于权威的未来智库的报告。
接下来让我们聚焦“未来式”——电弧炉废钢冶炼。这种短流程炼钢方式以废钢、铁水为原料，通过电弧炉的高温加热，实现金属的熔炼和杂质的去除。由于省去了传统高炉-转炉中碳排放量最大的高炉冶铁步骤，短流程冶炼的碳排放明显低于长流程。据世界金属导报测算，当使用100%废钢时，短流程炼钢的吨钢CO2排放量约为0.9吨，减碳效果显著。
当前我国短流程炼钢的发展相对滞后，与全球平均水平存在较大差距。2021年，我国电弧炉钢产量仅占总体产量的约11.5%，远低于全球28%的平均水平。成本一直是制约我国短流程冶炼的重要因素。在过去十年中，由于废钢、电费等综合原因，短流程冶炼的成本大部分时间都高于长流程。值得注意的是，从建设电弧炉到实现量产需要大约一年的时间，这意味着电炉钢产量的增长与成本的变化之间存在明显的负向关系。
当前废钢市场现状是供不应求，这对电炉的发展构成了制约。在传统高炉-转炉工艺中，铁矿石、焦煤等原材料的成本占据主导地位。而在短流程工艺中，废钢的价格是炼钢成本的主要部分。近年来，随着上游材料价格的普遍上涨，长短流程的吨钢成本都在上升。而废钢市场的需求旺盛，但供给却难以匹配，导致废钢价格持续高位运行。这使得短流程炼钢在成本上处于劣势，但也正因为此，短流程炼钢对长流程的替代潜力初显。
日本制铁在高炉富氢项目上的领先地位以及我国短流程炼钢面临的机会与挑战并存。随着低碳炼钢的政策导向和技术的进步，我们期待未来钢铁行业在减排方面的更多突破和创新。废钢供需两旺，助力碳中和下的钢铁行业革新
在碳中和的大背景下，钢铁行业的减排需求日益凸显，而废钢的广泛应用成为实现绿色发展的重要途径。据中国废钢铁应用协会的估计，废钢的应用不仅关乎原料保障，更是推动我们走向低碳未来的关键。
随着碳中和目标的逼近，碳税逐渐成为钢铁行业工艺成本评估中不可忽视的因素。短流程炼钢因其较低的碳排放量，在减排成本上展现出显著优势。当前，随着钢铁折旧周期的到来，废钢的供给稳步增长，为短流程炼钢提供了丰富的原料保障。
废钢的来源广泛，包括社会折旧废钢、钢企废钢、工矿企业加工废钢和进口废钢等。其中，社会折旧废钢是废钢的主要来源，随着钢铁积蓄量的增加，可供回收的优质废钢原料也在增长。与此废钢回收、拆解、加工、配送、应用一体化的产业链也日益成熟。
回顾美国短流程冶炼的发展历程，我们发现其高峰期与废钢回收的高峰期相吻合，这一时点大约位于粗钢生产高峰期之后。同样，中国自1996年粗钢产量突破亿吨后，至今已积累了大量的钢铁积蓄，预计在未来将迎来废钢回收的高峰期，从而引导废钢价格趋于稳定或下行。
除了成本因素外，高炉的建设周期也是影响短流程替代进程的重要因素。我国传统的高炉设计寿命一般在十年左右，但随着技术的不断进步，部分高炉的使用寿命已经得到了延长。在高炉使用寿命到期之前，替换的成本相对较高，精修和自动化检测与控制成为延长高炉寿命的关键。
随着钢铁折旧周期的到来以及国家对废钢加工行业的支持，我们预期废钢的价格将逐渐趋于稳定或下行。这将使得短流程炼钢在成本上更具竞争力，进一步推动其在钢铁行业中的普及。随着技术的进步和产业链的完善，短流程炼钢的优势将更加凸显，从而引领钢铁行业的革新。
废钢的供需两旺为钢铁行业的绿色发展提供了新的机遇。在碳中和的号召下，我们应充分利用这一资源，推动短流程炼钢的发展，助力钢铁行业的低碳转型。随着技术的进步和产业链的完善，我们有理由相信，未来的钢铁行业将更加绿色、高效、可持续。在钢铁产业的投资历程中，高炉的建设与产能扩张一直是驱动产业发展的重要引擎。回顾前两次投资高峰，我们可以看到，随着高炉的兴建，我国粗钢产量实现了显著增长。随着产能的过剩，钢铁行业正面临新的挑战与机遇。
以短流程冶炼技术为标志的第三次投资高峰，正处在一个严格控制产能的时代背景之下。在这种背景下，短流程冶炼设备如电炉的建设步伐正在加快。数据显示，尽管面临限产压力，电炉钢的产能并未减少，反而有所增加，这显示出我国钢铁行业在转型过程中的决心与活力。新旧产能置换过程中，高炉和转炉的退出产能与新增产能之间存在一定的差距，这要求我们在推动短流程冶炼技术的也要关注高炉和转炉技术的改进与升级。
在废钢资源量和消耗量不断增长的趋势下，短流程冶炼的替代空间正在逐步打开。随着废钢从长流程流向短流程，短流程冶炼的减碳潜能正在逐步释放。预测显示，到2025年，我国废钢产出资源量将与电炉钢产量占比的提升相匹配，这为短流程冶炼技术的发展提供了坚实的基础。
短流程冶炼技术的推广仍然面临一些挑战。电炉冶炼虽然具有减碳能力，但在短期内无法完全替代高炉在我国钢铁冶炼中的地位。一方面，电炉冶炼受到废钢原材料和电能因素的制约；另一方面，高炉生产的产量和质量的稳定性高于电炉。长流程冶炼的原材料铁矿石具有稳定的标准和质量可控的优势，而废钢的质量则很难控制。
在探索低碳冶炼的道路上，氢基直接还原铁技术成为了一个具有较大发展潜力的发展方向。该技术以铁矿石为原材料，不受废钢资源量的限制。氢是主要的还原气，电能是主要的能量来源。通过加热装置将氢气加热到1000℃以上，在反应竖炉中将铁矿石还原成直接还原铁（DRI），再在电弧炉中进一步冶炼成钢。直接还原铁技术的出现，是废钢资源的良好替代，有利于高质量钢材的冶炼。
钢铁产业正在经历一场深刻的变革。在严格控制产能、推动绿色发展的背景下，短流程冶炼技术和氢基直接还原铁技术成为了行业发展的重要方向。这两种技术的发展仍面临一些挑战和制约因素。我们需要深入研究和探索，以实现钢铁产业的可持续发展。氢基直接还原铁技术作为未来低碳冶炼的重要方向，有望引领钢铁行业走向零碳排放的未来。全氢还原的绿色革命：举重若氢
在冶金领域，氢气正以其独特的魅力崭露头角。全氢还原阶段中的氢气被誉为“绿氢”，其源头来自于电解水过程，这一过程所需的电能及热能均源自清洁能源，确保了整个冶炼流程无碳足迹，真正实现零碳排放。
当前，直接还原工艺分为气基还原和煤基还原两大类别。气基还原工艺在天然气资源丰富的国家得到了快速发展。而在我国，由于天然气价格较高，富氢直接还原铁的生产长期受到成本制约。尽管如此，该技术仍具有巨大的发展空间。在天然气资源丰富的地区开展冶炼、随着钢企减碳压力的增大以及碳税可能的上涨，都将为这一技术带来新的发展机遇。全氢直接还原技术作为这一领域的基础，其零碳排放的潜能也激励着钢企投入研发。
值得注意的是，直接还原铁需经过电弧炉进一步冶炼。当电弧炉产能不足时，直接还原铁也可用于高炉替代部分焦炭。高炉对直接还原铁的需求有限。随着技术的发展和需求的增长，预计在未来，我国的直接还原铁产能将有所增长。
全氢直接还原技术以其独特的环保性能吸引着全球钢企。氢的氧化产物只有水，还原铁时不产生任何有害物质和温室气体排放。通过电解水制氢的全氢还原工艺绿色环保、生产灵活、氢气纯度高。该技术目前面临两大挑战：一是如何在更大容积的竖炉中开展全氢还原技术，实现规模化、高效率的生产；二是如何降低清洁能源制电的成本，使这一技术在成本上更具竞争力。
尽管面临挑战，但全氢直接还原技术的美好前景激励着全球钢企不断前行。瑞典的HYBRIT项目计划用可再生电力生产氢，中国宝武也与多家企业合作积极推进这一技术的研究。目前该技术的制氢成本较高，使得其在成本和环保上都落后于传统的高炉工艺。尽管使用新能源制电可以解决环保问题，但其高成本仍然是一个难以克服的问题，同时还需要储电、送电技术的发展。
未来，随着技术的进步和成本的降低，全氢直接还原技术有望成为钢铁冶炼的主要方式。这一技术的实现将带来钢铁产业的绿色革命，为我们走向低碳、环保的未来提供有力支持。随着能源技术的飞速发展，清洁能源制氢的成本预计将在未来几十年内大幅下降。根据国际可再生能源机构（IRENA）和氢能委员会（Hydrogen Council）的联合预测，到2050年，制氢成本将降至1美元/公斤，这将使得氢气的还原成本仅为目前焦炭还原成本的一半。对于钢铁行业而言，这一变革具有划时代的意义。
在碳中和的大背景下，钢铁企业面临着巨大的减排压力。未来的减碳路径已经清晰可见。短期看，钢铁企业会对现有高炉进行改造，以适应新的环保标准。中期，短流程炼钢占比的提升和碳捕获、利用与封存（CCUS）技术的进步将共同承担减碳重任。而从长远来看，直接还原技术以其零碳排放的潜力，成为钢铁行业实现碳中和愿景的关键。
在这一波澜壮阔的低碳炼钢进程中，哪些行业和公司能够抓住机遇，脱颖而出呢？
钢铁行业自身将迎来巨大的变革。在碳中和目标的驱动下，拥有强大研发能力、雄厚资金实力和先发优势的钢铁企业龙头，将有能力率先研发出减碳工艺并投入应用，从而率先完成减碳目标，进一步提升市场份额。而对于规模较小的钢铁企业，由于缺乏技术和资金进行设备改造，可能无法跟上这一变革的步伐，市场将逐渐由强者主导。
在这一转变中，电弧炉产业炼钢材料的需求将呈现旺盛态势。随着产能置换的进行，短流程工艺对传统高炉-转炉工艺的替代趋势已经显现。废钢作为短流程炼钢的主要原料，其需求和价格都将得到提升。随着社会对废钢资源供应量的增加和碳税的提高，废钢加工产业将迎来新的增长空间。
石墨电极产业也将受益于短流程炼钢的提升。作为电弧炉冶炼的必需品，石墨电极的需求将随着短流程冶炼占比的提升而增加。方大炭素作为国内石墨电极的龙头企业，其业绩有望在这一需求景气的背景下实现大幅增长。
低碳炼钢的进程将带来一系列的行业变革和机遇。在这一过程中，那些能够紧跟技术变革、拥有强大研发能力和资金实力的企业和行业，将有望在这一变革中脱颖而出。但需要注意的是，本文仅供参考，不代表任何投资建议。在进行相关决策时，请务必深入研究并咨询专业人士的意见。（报告来源：未来智库）