美國電爐煉鋼進入成長期的驅(qū)動因素分析

□ 張 錦

電爐作為一項煉鋼工藝技術(shù)，由德國人西門子在1879年發(fā)明，于1906年引入美國。任何一項工業(yè)技術(shù)，從發(fā)明誕生到推廣應(yīng)用，都要經(jīng)歷導(dǎo)入、成長、成熟、衰退4個時期，電爐煉鋼在美國從導(dǎo)入到成長歷經(jīng)近70年。本文期望通過研究美國電爐進入成長期的宏觀經(jīng)濟、行業(yè)發(fā)展、配套支撐等背景，尋找其背后的驅(qū)動因素。

一、美國電爐的發(fā)展歷程

電爐煉鋼最早是在1906年引入美國，當(dāng)時主要用于特鋼生產(chǎn)，年產(chǎn)量在10萬噸左右。二戰(zhàn)期間受軍工裝備用特鋼需求激增的影響，電爐出現(xiàn)階段性快速增長，隨著二戰(zhàn)結(jié)束又出現(xiàn)萎縮；1954年，ALTAsteel在阿爾伯塔投資建設(shè)第一家以生產(chǎn)常規(guī)性碳鋼產(chǎn)品為主的電爐鋼廠[1]，電爐工藝開始向普鋼市場導(dǎo)入；但相比20世紀(jì)50年代初才引入美國的轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝，從引入之時轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量就開始高速增長，并一直延續(xù)到20世紀(jì)70年代初，在這期間電爐的發(fā)展態(tài)勢始終被轉(zhuǎn)爐壓制。20世紀(jì)70年代初，以德國人Kerof在南加州投資建設(shè)了首個以電爐工藝為核心的mimimill工廠為開端，電爐生產(chǎn)普碳鋼進入加速發(fā)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(chǎn)量創(chuàng)下新高，達5 700萬噸，此后市場份額持續(xù)上升，2016年美國電爐鋼占比達67%。

圖1 美國電爐發(fā)展歷程

從電爐煉鋼產(chǎn)量及市場份額占比來看，引入美國大致經(jīng)歷了4個階段：

——1906—1954年：導(dǎo)入第一階段。電爐主要用于特鋼生產(chǎn)，以生產(chǎn)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(chǎn)以平爐為主，平爐占據(jù)91%的市場份額，電爐并沒有用于普鋼生產(chǎn)。

——1954—1973年：導(dǎo)入第二階段。電爐開始引入普碳鋼生產(chǎn)；部分企業(yè)開始探索性地建設(shè)以電爐為核心的短流程鋼廠，用于生產(chǎn)常規(guī)性棒線材。但受氧氣轉(zhuǎn)爐大規(guī)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(zhuǎn)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(guī)模地引入普碳鋼生產(chǎn)，產(chǎn)品從棒線材拓寬至CSP薄板、中厚板等。從1973年開始到20世紀(jì)90年代中期，轉(zhuǎn)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(jì)90年代中期開始，電爐開始逐步侵占轉(zhuǎn)爐份額，并于2002年超越，2007年全美電爐鋼產(chǎn)量達到頂峰。

——2007年至今：成熟階段。電爐鋼產(chǎn)量呈穩(wěn)定態(tài)勢，其市場份額受整個粗鋼規(guī)模下降影響，出現(xiàn)被動增加。

按照傳統(tǒng)技術(shù)生命周期的判斷方法，20世紀(jì)70年代初美國電爐煉鋼的產(chǎn)量和市場份額均呈高速增長，自此美國電爐轉(zhuǎn)入成長期。因此，該時點前后宏觀經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)環(huán)境、配套體系的變化是其發(fā)展的重要驅(qū)動力。

二、宏觀經(jīng)濟背景

美國在20世紀(jì)30年代完成工業(yè)化后，其經(jīng)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(yè)在國民經(jīng)濟體系占比已下滑到32%左右。從制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)鏈條來看，在下降過程中，上游采掘業(yè)和中游制造業(yè)呈高度相關(guān)的下降趨勢，且采掘業(yè)領(lǐng)先下滑（見圖2）；但下游的固定資產(chǎn)投資則保持穩(wěn)定，與制造業(yè)出現(xiàn)了分化趨勢；從工業(yè)生產(chǎn)者指數(shù)來看，20世紀(jì)70年代初其與國內(nèi)投資趨勢出現(xiàn)分離；這期間美國經(jīng)濟體系中制造業(yè)鏈條的上下游結(jié)構(gòu)出現(xiàn)比例失衡，需求端相對穩(wěn)健，供給端出現(xiàn)收縮。

圖2 美國國民經(jīng)濟體系三大結(jié)構(gòu)趨勢

從美國進出口貿(mào)易數(shù)據(jù)來看（見圖3），20世紀(jì)70年代初開始，美國轉(zhuǎn)變?yōu)樯唐返膬暨M口國，全球化浪潮開啟帶來全球商品貿(mào)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(yè)，包括鋼鐵制造在內(nèi)的美國制造業(yè)在國民經(jīng)濟體系中占比開始失衡。這也反映了在全球化貿(mào)易的推動下，單個國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)體系出現(xiàn)演變，相對競爭優(yōu)勢成為決定該國在全球產(chǎn)業(yè)分工中地位的重要因素；美國制造業(yè)在該階段競爭力已下降，包括鋼鐵在內(nèi)的許多產(chǎn)業(yè)的供給體系無法具備比日本、歐洲更具優(yōu)勢的競爭力，導(dǎo)致海外產(chǎn)品不斷侵占美國市場。

圖3 美國進出口及全球商品貿(mào)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(yán)格的污染控制體系，進一步提升了包括鋼鐵在內(nèi)的傳統(tǒng)制造業(yè)的環(huán)保成本；加之1973年中東石油危機爆發(fā)，導(dǎo)致能源價格大幅飆升。同一時期環(huán)保成本和能源成本的上升進一步消弱了美國制造業(yè)的競爭力。

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

三、鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

從20世紀(jì)30年代完成工業(yè)化后，美國鋼鐵業(yè)延續(xù)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(jīng)濟放緩的影響，產(chǎn)量和消費量都出現(xiàn)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(chǎn)能利用率上（見圖5），美國鋼鐵業(yè)供給端于1969年率先達到階段性的頂峰，領(lǐng)先產(chǎn)量頂峰4年，此后呈現(xiàn)緩慢下降趨勢直到20世紀(jì)80年代中期。在鋼材供給的補充上，1969年產(chǎn)能利用率下降后，鋼材凈進口量出現(xiàn)了大幅增長，大量海外鋼材進入美國，造成美國鋼鐵產(chǎn)量的下降快于消費量，這也是20世紀(jì)70年代初美國宏觀經(jīng)濟中制造業(yè)競爭力下降的實證。

圖5 1955—1980年美國鋼鐵工業(yè)產(chǎn)能利用率和鋼材進出口情況

如果以粗鋼產(chǎn)量增速、表觀消費量增速、產(chǎn)能利用率數(shù)據(jù)及各種工藝結(jié)構(gòu)粗鋼產(chǎn)量占比（見圖6）來分析，1960—1980年美國鋼鐵產(chǎn)業(yè)供給體系有以下特點：

圖6 美國鋼鐵工藝結(jié)構(gòu)占比情況

——階段一（1960—1965年）：產(chǎn)量和消費都保持增長，鋼材有較大比例出口，粗鋼產(chǎn)能利用率攀升；通過大力普及轉(zhuǎn)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(chǎn)量和消費都保持增長，產(chǎn)量增速低于消費增速，開始有少量鋼材進口，粗鋼產(chǎn)能利用率攀升；盡管繼續(xù)普及轉(zhuǎn)爐煉鋼、加快淘汰平爐，但美國鋼鐵供給體系的競爭優(yōu)勢已不明顯。

——階段三（1970—1973年）：產(chǎn)量和消費保持增長，產(chǎn)量增速低于消費增速，大量海外鋼材進入美國市場，產(chǎn)能利用率出現(xiàn)下滑；雖然轉(zhuǎn)爐煉鋼繼續(xù)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(yè)供給已表現(xiàn)為缺乏競爭力。

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

整體看，在美國工業(yè)化后期鋼鐵供求見頂?shù)那昂?0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(shù)、淘汰舊工藝技術(shù)，持續(xù)優(yōu)化供給體系，維系其競爭力；快速導(dǎo)入電爐就是為應(yīng)對20世紀(jì)70年代初美國鋼鐵工業(yè)競爭力持續(xù)下降局面、穩(wěn)定其下滑趨勢的手段。

四、相關(guān)配套支撐體系的進展

從1860年開始工業(yè)化到1970年，美國鋼鐵工業(yè)經(jīng)過100多年的發(fā)展，國內(nèi)廢鋼積蓄量已較高；并且從20世紀(jì)60年代開始，圍繞構(gòu)建廢鋼回收體系的舉措已經(jīng)全面鋪開。1965年聯(lián)邦政府制定了《固體廢棄物處置法》，明確規(guī)定了處置各種固體廢棄物的相關(guān)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(nèi)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(zhuǎn)變；同時，在此期間大型廢鋼回收企業(yè)開始全國布局，1963—1970年，全美最大的廢鋼處理企業(yè)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(chǎn)量爆發(fā)性增長（見圖7），環(huán)比增加400萬噸，此后社會廢鋼產(chǎn)量維持在3 500萬噸的水平，到1972年社會廢鋼產(chǎn)量再次提升到4 500萬噸的級別。

圖7 美國社會廢鋼產(chǎn)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(chǎn)量減少6 700萬噸，期間轉(zhuǎn)爐鋼增加5 700萬噸，電爐鋼增加2 100萬噸。根據(jù)石家瑞編譯自《鋼時代》雜志的數(shù)據(jù)[2]，20世紀(jì)70年代美國平爐入爐料的50%為廢鋼（其中約70%為自產(chǎn)廢鋼、30%為社會采購廢鋼），氧氣轉(zhuǎn)爐爐料廢鋼比為23%，假設(shè)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(zhuǎn)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(yuǎn)超出轉(zhuǎn)爐可吸納量，完全能滿足電爐需求。廢鋼產(chǎn)量增加疊加粗鋼產(chǎn)量下降，從1970年開始廢鋼比（社會廢鋼產(chǎn)量與粗鋼產(chǎn)量的比重）出現(xiàn)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(chǎn)的原料，其成本優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)。

圖8 美國廢鋼比及廢鋼價格情況

二戰(zhàn)后，美國電力工業(yè)高速發(fā)展，從美國能源署公布的數(shù)據(jù)來看（見圖9），1949—1973年發(fā)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(yīng)，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(yīng)情況

20世紀(jì)70年代初，美國電爐快速發(fā)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(yīng)量的增加，也有平爐淘汰釋放的廢鋼，由此產(chǎn)生大量便宜的廢鋼，加之廉價的電力供應(yīng)，進一步驅(qū)動電爐工藝在美國快速成長。同時，電爐相關(guān)配套技術(shù)的成熟（1961年開始配備大容量變壓器、1965年連鑄技術(shù)從歐洲引入美國、1971年LF精煉爐的推廣、電爐功能細(xì)化等），進一步提升了電爐的生產(chǎn)效率和工藝質(zhì)量，加速了電爐的規(guī)?；?。

五、總結(jié)

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