美國電爐煉鋼進入成長期的驅動因素分析

□ 張 錦

電爐作為一項煉鋼工藝技術，由德國人西門子在1879年發明，于1906年引入美國。任何一項工業技術，從發明誕生到推廣應用，都要經歷導入、成長、成熟、衰退4個時期，電爐煉鋼在美國從導入到成長歷經近70年。本文期望通過研究美國電爐進入成長期的宏觀經濟、行業發展、配套支撐等背景，尋找其背后的驅動因素。

一、美國電爐的發展歷程

電爐煉鋼最早是在1906年引入美國，當時主要用于特鋼生產，年產量在10萬噸左右。二戰期間受軍工裝備用特鋼需求激增的影響，電爐出現階段性快速增長，隨著二戰結束又出現萎縮；1954年，ALTAsteel在阿爾伯塔投資建設第一家以生產常規性碳鋼產品為主的電爐鋼廠[1]，電爐工藝開始向普鋼市場導入；但相比20世紀50年代初才引入美國的轉爐煉鋼工藝，從引入之時轉爐鋼產量就開始高速增長，并一直延續到20世紀70年代初，在這期間電爐的發展態勢始終被轉爐壓制。20世紀70年代初，以德國人Kerof在南加州投資建設了首個以電爐工藝為核心的mimimill工廠為開端，電爐生產普碳鋼進入加速發展階段（見圖1），到1980年全美共建成30家以電爐工藝為核心的minimill工廠，2007年全美電爐煉鋼產量創下新高，達5 700萬噸，此后市場份額持續上升，2016年美國電爐鋼占比達67%。

圖1 美國電爐發展歷程

從電爐煉鋼產量及市場份額占比來看，引入美國大致經歷了4個階段：

——1906—1954年：導入第一階段。電爐主要用于特鋼生產，以生產合金、不銹鋼、特種冶金為主，市場份額在5%左右。該階段普碳鋼生產以平爐為主，平爐占據91%的市場份額，電爐并沒有用于普鋼生產。

——1954—1973年：導入第二階段。電爐開始引入普碳鋼生產；部分企業開始探索性地建設以電爐為核心的短流程鋼廠，用于生產常規性棒線材。但受氧氣轉爐大規模引入的影響，電爐的整體市場份額占比仍然較低；在本階段，平爐的份額由91%下降到21%，但減少份額中83%被轉爐替代，而電爐僅替代了17%的份額。

——1973—2007年：成長階段。電爐開始被大規模地引入普碳鋼生產，產品從棒線材拓寬至CSP薄板、中厚板等。從1973年開始到20世紀90年代中期，轉爐鋼市場份額基本維持在60%，但平爐工藝縮減份額完全被電爐取代；從20世紀90年代中期開始，電爐開始逐步侵占轉爐份額，并于2002年超越，2007年全美電爐鋼產量達到頂峰。

——2007年至今：成熟階段。電爐鋼產量呈穩定態勢，其市場份額受整個粗鋼規模下降影響，出現被動增加。

按照傳統技術生命周期的判斷方法，20世紀70年代初美國電爐煉鋼的產量和市場份額均呈高速增長，自此美國電爐轉入成長期。因此，該時點前后宏觀經濟、產業環境、配套體系的變化是其發展的重要驅動力。

二、宏觀經濟背景

美國在20世紀30年代完成工業化后，其經濟增速維持在中低速水平，1970年前后美國GDP增速基本維持在0%～5%的水平，工業在國民經濟體系占比已下滑到32%左右。從制造業的產業結構鏈條來看，在下降過程中，上游采掘業和中游制造業呈高度相關的下降趨勢，且采掘業領先下滑（見圖2）；但下游的固定資產投資則保持穩定，與制造業出現了分化趨勢；從工業生產者指數來看，20世紀70年代初其與國內投資趨勢出現分離；這期間美國經濟體系中制造業鏈條的上下游結構出現比例失衡，需求端相對穩健，供給端出現收縮。

圖2 美國國民經濟體系三大結構趨勢

從美國進出口貿易數據來看（見圖3），20世紀70年代初開始，美國轉變為商品的凈進口國，全球化浪潮開啟帶來全球商品貿易額的高速增長，大量海外商品進入美國，沖擊美國的制造業，包括鋼鐵制造在內的美國制造業在國民經濟體系中占比開始失衡。這也反映了在全球化貿易的推動下，單個國家產業結構體系出現演變，相對競爭優勢成為決定該國在全球產業分工中地位的重要因素；美國制造業在該階段競爭力已下降，包括鋼鐵在內的許多產業的供給體系無法具備比日本、歐洲更具優勢的競爭力，導致海外產品不斷侵占美國市場。

圖3 美國進出口及全球商品貿易情況

另一方面，在1970年、1972年美國國會先后通過了《清潔空氣法》和《清潔水源法》，制定了更嚴格的污染控制體系，進一步提升了包括鋼鐵在內的傳統制造業的環保成本；加之1973年中東石油危機爆發，導致能源價格大幅飆升。同一時期環保成本和能源成本的上升進一步消弱了美國制造業的競爭力。

總體來看，20世紀70年代初的宏觀經濟背景是全球化浪潮的開啟，改變了美國制造業在全球的競爭地位，再加上同時期國內環保和能源成本的上升，進一步消弱了美國制造業的競爭力，導致其喪失了對美國下游市場的把控。

三、鋼鐵產業發展趨勢

從20世紀30年代完成工業化后，美國鋼鐵業延續了增長趨勢，并在1973年達到供給和消費的頂峰（見圖4）；其后受石油危機、經濟放緩的影響，產量和消費量都出現了下降，但供給的下降速度明顯快于需求；從長周期看，1972—1979年是美國鋼鐵消費的平臺期。

圖4 1950—1980年美國鋼鐵供給和消費情況

在產能利用率上（見圖5），美國鋼鐵業供給端于1969年率先達到階段性的頂峰，領先產量頂峰4年，此后呈現緩慢下降趨勢直到20世紀80年代中期。在鋼材供給的補充上，1969年產能利用率下降后，鋼材凈進口量出現了大幅增長，大量海外鋼材進入美國，造成美國鋼鐵產量的下降快于消費量，這也是20世紀70年代初美國宏觀經濟中制造業競爭力下降的實證。

圖5 1955—1980年美國鋼鐵工業產能利用率和鋼材進出口情況

如果以粗鋼產量增速、表觀消費量增速、產能利用率數據及各種工藝結構粗鋼產量占比（見圖6）來分析，1960—1980年美國鋼鐵產業供給體系有以下特點：

圖6 美國鋼鐵工藝結構占比情況

——階段一（1960—1965年）：產量和消費都保持增長，鋼材有較大比例出口，粗鋼產能利用率攀升；通過大力普及轉爐煉鋼，美國鋼鐵供給體系擁有較好的競爭力。

——階段二（1966—1969年）：產量和消費都保持增長，產量增速低于消費增速，開始有少量鋼材進口，粗鋼產能利用率攀升；盡管繼續普及轉爐煉鋼、加快淘汰平爐，但美國鋼鐵供給體系的競爭優勢已不明顯。

——階段三（1970—1973年）：產量和消費保持增長，產量增速低于消費增速，大量海外鋼材進入美國市場，產能利用率出現下滑；雖然轉爐煉鋼繼續增長，但增速開始放緩，同時加速平爐淘汰、引入電爐，美國鋼鐵工業供給已表現為缺乏競爭力。

——階段四（1974—1980年）：產量和消費下降，產量下降速度大于消費，產能利用率繼續下滑并逐步見底；通過穩定轉爐、加速淘汰平爐、快速普及電爐，穩住了美國鋼鐵供給體系持續下滑的競爭力。

整體看，在美國工業化后期鋼鐵供求見頂的前后20年中，美國鋼鐵在海外出口的沖擊下，通過不斷引入新工藝技術、淘汰舊工藝技術，持續優化供給體系，維系其競爭力；快速導入電爐就是為應對20世紀70年代初美國鋼鐵工業競爭力持續下降局面、穩定其下滑趨勢的手段。

四、相關配套支撐體系的進展

從1860年開始工業化到1970年，美國鋼鐵工業經過100多年的發展，國內廢鋼積蓄量已較高；并且從20世紀60年代開始，圍繞構建廢鋼回收體系的舉措已經全面鋪開。1965年聯邦政府制定了《固體廢棄物處置法》，明確規定了處置各種固體廢棄物的相關要求，1976年該法更名為《資源保護及回收法》，明確了包括廢鋼在內的廢棄物管理由單純的清理工作向分類回收、減量及資源再利用的綜合性管理轉變；同時，在此期間大型廢鋼回收企業開始全國布局，1963—1970年，全美最大的廢鋼處理企業DJJ建立了9個回收點、6個廢鋼堆場，年破碎量翻了一番。受此影響，1965年社會廢鋼產量爆發性增長（見圖7），環比增加400萬噸，此后社會廢鋼產量維持在3 500萬噸的水平，到1972年社會廢鋼產量再次提升到4 500萬噸的級別。

圖7 美國社會廢鋼產量情況

同時，平爐的加速淘汰也進一步加速釋放了廢鋼供給；1960—1980年，平爐產量減少6 700萬噸，期間轉爐鋼增加5 700萬噸，電爐鋼增加2 100萬噸。根據石家瑞編譯自《鋼時代》雜志的數據[2]，20世紀70年代美國平爐入爐料的50%為廢鋼（其中約70%為自產廢鋼、30%為社會采購廢鋼），氧氣轉爐爐料廢鋼比為23%，假設電爐鋼鐵料耗為1 100kg/t，可推算出20年間4個階段平爐淘汰帶來的廢鋼增量情況（見表1）。

表1 美國廢鋼增量情況 單位/萬噸

1960—1969年，平爐釋放的社會廢鋼在滿足轉爐需求外，能提供給電爐的廢鋼量并不多。但在1970—1973年，合計廢鋼增加量已遠超出轉爐可吸納量，完全能滿足電爐需求。廢鋼產量增加疊加粗鋼產量下降，從1970年開始廢鋼比（社會廢鋼產量與粗鋼產量的比重）出現上升。在整個上升期間，廢鋼價格保持在較低水平（見圖8）。廢鋼作為煉鋼生產的原料，其成本優勢逐步顯現。

圖8 美國廢鋼比及廢鋼價格情況

二戰后，美國電力工業高速發展，從美國能源署公布的數據來看（見圖9），1949—1973年發生石油危機時，美國電力裝機容量保持著年均8.5%的增速，豐富的電力供應，帶來低廉的電價，1949—1970年美國電力的綜合能源價格始終維持在0.3美元/百萬熱值的水平。

圖9 1949—1980美國電力供應情況

20世紀70年代初，美國電爐快速發展最重要的支撐是廢鋼可獲得性增加，不僅有社會廢鋼總體供應量的增加，也有平爐淘汰釋放的廢鋼，由此產生大量便宜的廢鋼，加之廉價的電力供應，進一步驅動電爐工藝在美國快速成長。同時，電爐相關配套技術的成熟（1961年開始配備大容量變壓器、1965年連鑄技術從歐洲引入美國、1971年LF精煉爐的推廣、電爐功能細化等），進一步提升了電爐的生產效率和工藝質量，加速了電爐的規模化。

五、總結

20世紀70年代初，美國電爐煉鋼的產量和市場份額均呈高速增長，從技術生命周期法來判斷，其進入了成長期；在該時間節點前后，美國制造業競爭力開始下降，鋼鐵供給體系能力轉弱，大量海外鋼材的涌入，導致其成為鋼材凈進口國，這時期包括鋼鐵在內的美國制造業存在優化提升競爭力的需求；快速導入電爐、加速淘汰平爐、放緩發展轉爐是應對該時期美國鋼鐵工業競爭力持續下降局面、穩定其下滑趨勢的手段。同時，廢鋼可獲得性增加和相關配套技術的成熟，也支撐了美國電爐鋼的快速成長。可見，當時美國電爐的快速成長受美國鋼鐵工業應對全球競爭、優化供給體系提升競爭力的驅動，同時也獲得豐富廢鋼資源、廉價電力、成熟配套技術的有效支撐，這既有行業自身發展的需要，也有其國情特點。○