21世纪初中国钢铁业发展战略的初步评估

21 世纪初中国钢铁业发展战略的初步评估 摘要 本文分析了世界钢铁业的发展态势，归纳了 90 年代中国钢铁工业取得的重大成就，讨论了中国钢 铁工业的定位与钢铁产品的需求量及钢铁材料的价格走势。回顾归纳了钢铁生产工艺流程的发展进程，分 析和展望了钢铁企业的模式、规模与企业集团化的方向。提出要积极定位钢铁企业的社会/经济角色，并 对未来 510 年内中国钢铁业的发展战略重点提出如下建议： -技术路线方面：全面推进节能-清洁生产技术，确立完善的清洁生产工艺流程，从源头上协调解决 成本、质量、劳动生产率、环境等问题； -调整产品结构方面：重点投资增加扁平材的产能以及对几个特殊钢厂进行生产流程集成优化改造以 解决高质量合金钢品种问题； -改革方面：积极、分步地形成集团化企业，确立区域市场优势，在集团化体制下进一步优化企业结 构、提高市场竞争力。 1 世界钢铁业的态势 钢材由于其高强度、通用性和耐用性仍然是当今世界上最主要的材料(包括结构材料及功能材料)，作 为生产资料、生活资料被广泛采用，所以是“必选“材料。根据国际钢铁协会对全球 63 个主要产钢国的统 计，2000 年全球粗钢总产量达到了创历史纪录的 8.43 亿 t。 钢铁工业今后仍将保持基础工业的地位，降低成本仍然是适应经济全球化和钢铁企业兼并的主要动力。 在过去的 10 年中，钢铁生产过程的能源利用率更高、更加经济、更加安全并且更加能适应环保要求。 这些效果的获得，主要得益于钢铁生产工艺全过程的大幅度改进，使得钢铁产品的成本更低、性能更好、 重量更轻。全球约有超过 40%的粗钢生产的原料源自废钢的循环回收，钢材已经成为所有工业原料中循环 利用最好的材料。 自 19 世纪 50 年代以来，特别是 20 世纪 50 年代以后，钢铁工业的飞速发展，对人类社会产生了深远 的影响。钢铁仍然是工业发展的基础，仍然是人类文明进步的重要物质基础之一。 随着钢铁工业引入新技术步伐的加速，它对社会影响的速度、深度也更快了。技术进步是钢铁工业发 展的动力，当前发展的主要方向是近终型连铸；缩短生产过程时间、生产过程准连续化；钢铁生产流程将 同时作为铁-煤化工流程，将煤有效地转换成电甚至转换出氢。 各国对钢铁工业投资领域是有区别的，人均 GDP 相对高的国家，钢铁投资的重点通常集中在环境保护、 自动化、高附加值产品、多种经营和服务等方面。相反，人均 GDP 相对低的国家，钢铁投资通常集中在技 术改造和增加产能等方面。 全球约有 60%的生产设备的服役时间已超过 25 年。而全球钢铁业生产设备利用率平均水平为 79.2%。 各地区设备利用率的差别是很大的。 全球人均钢材消费的高峰是 20 世纪 70 年代中期，约为 170kg/人年，现在约为 130kg/人年。下 降原因主要是粗钢的成材率更高，全球人口大幅度增长，新型钢材的开发应用降低了钢材消费量以及统计 计算方法(特别是库存量的降低)的改进等。 钢铁业日益加剧的全球化竞争和兼并，对于降低成本、企业产量规模的优化、优势市场的介入以及投 资的有效性等是十分重要的。目前，全球排名前 5 位的钢铁企业仅拥有全球 15%的市场，前 10 名也只是 占据 25%的市场而已，远低于其他主要工业的平均值，这也许是钢铁产品的特色。在未来若干年内，出于 经济利益的原因，兼并和资源共享度会增加。 钢铁业里的投资将相对集中在产品质量、生产效率和环保方面，三者紧密相连，不可分割。因此，应 从钢铁生产流程的总体高度上考虑，流程中工艺步骤(工序)的减少以及相应的生产时间的缩短将对总成本 的降低产生积极的影响，而且可提高产量，有利于环保。 在钢铁联合企业生产流程的上游端，单位产品(半成本)的工序投资成本所占比重最大，环境负荷重， 附加值低；而生产流程的下游端，单位产品的附加值逐步增加，过程工序的排放物逐渐减少。从降低单位 投资成本和加强环保，特别是降低 CO2排放量方面看，近终型连铸(特别是薄带连铸)和熔融还原等应是有 前景的工艺、装备。 钢铁工业技术进步的指标是一系列的目标群，包括成本、钢铁生产总时间或生产的周期时间，总产量、 人时劳动生产率、能耗、品种、质量，过程排放(物质、能量)等。因此，钢铁工业技术进步的目标(群)必 须以宽阔的视野来审视，既要看到金属生产过程优化，同时又要看到过程排放的减量化，再循环利用和尽 可能少的末端治理。 2 90 年代中国钢铁工业取得的重大成就 回顾改革、开放以来，特别是 20 世纪 90 年代以来，中国钢铁企业结构调整和快速发展的主要经验， 就是在技术进步和战略投资的过程中，抓住了以发展连铸为中心，带动整个生产流程现代化和企业结构的 优化。连铸与模铸相比，除了连铸工艺装置固有的单元技术优势以外，在中国条件下还可以清楚地看到如 下事实： -由于连铸工艺的发展，消除了模铸对转炉生产能力的“瓶颈“性限制，使炼钢厂的产能成倍地提高， 特别是 3050t 转炉的利用系数在全国范围内成倍上升，见表 1。 表 1 近年来中国地方钢厂的连铸比对转炉利用系数的影响 年份 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 连铸比/% 20.57 22.57 41.53 45.67 48.23 54.96 59.45 62.05 71.71 75.24 82.57 93.95 转炉利用系数/tt -1d-1 25.9 26.64 26.64 27.32 30.63 34.39 34.39 36.09 39.83 44.65 49.8 53.08 注：转炉吨位 3050t -炼钢炉-精炼炉一连铸机三位一体组合优化基础上的全连铸生产体制，淘汰了平炉，促进了连轧机 (特别是棒、线材连轧机的国产化)的发展。使得不少钢厂向专业化生产方向发展。 -高速高效连铸技术的自主开发，提高了铸机的效率与产能，促进了炼钢厂内部炉-机对应优化，也 促进了铸机-轧机的产能优化对应和进一步改善炼钢-轧钢间的高温热连接。 90 年代以来，通过一系列的自主技术开发和装备、材料国产化过程，到 2000 年中国钢铁企业的连铸 比平均已达 87.5%，连铸坯产量已超过 1.04 亿 t。全国钢铁工业的结构呈现出明显的优化，其主要标志如 下： (1)10 年左右的时间实现了钢产量翻番。全国粗钢产量由 1990 年的 6535 万 t 增长到 2000 年的 1.276 亿 t。 (2)全国钢的综合成材率大幅度提高。全国钢的综合成材率由 1990 年的 83.2%提高到 2000 年的 92.8%，提高了近 10 个百分点。 (3)全国钢铁企业吨钢可比能耗大幅度下降。1990 年，全国钢铁企业吨钢可比能耗为 0.997t 标煤/t 钢，到 2000 年下降为 0.781t 标煤/t 钢。 (4)钢铁企业集中度提高，2000 年产钢 100 万 t 以上的钢厂达到 36 个。2000 年中国产钢 100 万 t 以 上的钢厂已达到 36 个，这 36 个钢厂的产钢量占全国钢产量的 82.46%。其中年产 300500 万 t 的钢厂有 7 个，年产 600 万 t 以上的钢厂有 4 个。钢厂的企业集中度和规模化有明显提高。 (5)全国钢厂的分布发生了明显的变化，区域分布更趋合理。经过半个世纪的建设和发展，特别是经 过 90 年代的努力，中国钢厂的分布发生了明显的改观，见表 2。2000 年按产钢量依次排列为：华东区第 一；华北区第二；中南区第三；东北区第四；西南第五；西北第六。除西藏以外，各省都有钢厂。总的来 看，钢厂主要集中分布在东部沿海和长江中下游地区，更加靠近市场，更加靠近资金密集地区，更加靠近 便于利用国际铁矿资源的地区。 表 2 19502000 年中国产钢地区的变迁情况 地区年份 1950 1970 1980 1990 1998 2000 华北 12.72 19.96 21.51 22.69 26.10 25.82 东北 82.83 37.32 26.44 20.89 14.30 14.16 华东 1.95 23.7 24.74 27.57 31.60 31.91 中南 0.90 13.57 15.05 16.64 15.80 15.75 西南 1.61 4.51 10.34 9.38 8.80 8.93 西北 0 0.94 1.91 2.82 3.40 3.43 3 中国钢铁工业的定位与钢铁产品的需求 21 世纪初，特别是 2010 年前，中国经济的发展仍将处在工业化进程中(尚未完成工业化)，同时又处 在城镇化进程中，交通运输、大型水利工程等基础设施和西部开发又提到了重要日程上来；因此，对钢铁 材料的需求将继续增长。对中国的发展而言，钢铁材料是不能不用的“必选材料“。钢铁仍是中国工业化进 程的基础，钢铁工业作为基础产业的地位没有变，对于民富国强而言，也可以说是战略工业。 中国作为发展中国家要分步赶上去，21 世纪前 10 年，中国工业生产将以平均 8%的速度递增(或前 5 年平均递增 9%，后 5 年平均递增 7%)，而农业将以平均 3%的递增速度发展。2000 年中国的生产总值的构 成中，农业约占 16%，工业约占 50%，而第三产业约占 34%弱。20012010 年间，第三产业的比例将进一 步增长，而工业与农业间的比估计仍将保持 3:1，以此为前提估算，2005 年中国将消费 1.6 亿 t 以上的钢 材，2010 年将消费 1.902 亿 t 钢材。而且，其中板材的消费比例将逐年增长。 因此，从全球看，21 世纪钢铁材料产量将缓慢地增长，2010 年世界钢产量将超过 9 亿 t。但对于中 国钢铁工业而言，钢铁材料的需求远没有饱和，仍将有较大的成长空间；当然，也面临国际钢材的挑战， 对扁平材而言，主要是韩国、日本等国；对长材而言，主要是俄罗斯、乌克兰等国。 4 钢铁材料的价格走势 纵观石油危机以来国际钢铁材料的价格变化，特别是 20 世纪 90 年代以来，国内外钢材价格的走势； 人们不难看出，7090 年代国际钢材价格大致是：热轧板卷价格约为(32015%)USD/t，螺纹钢筋价格约 为(28015%)USD/t。但是 20 世纪 90 年代以来，国内、外钢材价格总的走势是在起伏波动中下跌。对热 轧板卷的价格而言，似乎会出现(27015%)USD/t FOB 价的影子区。对螺纹钢筋而言，也许会出现 (22015%)USD/t FOB 价的影子区。当然，就国内价格而言，中国的热轧板卷国内价有可能比发达国家相 应钢材的国内价高出 3050USD/t。 为什么钢材价格会出现在起伏波动中下跌的趋势? -国际钢材价格在今后一段时间内仍将由发达国家起主要影响作用，这是由于发达国家钢铁业使用废 钢的比例明显高于发展中国家的使用比例，且在技术、原料、能源方面具有降低成本、高质量的优势，因 而发达国家仍具有影响国际钢材价格的主动权。 -从钢铁生产技术进步的角度看，钢材尚有进一步降低成本的空间。例如：薄板坯连铸一连轧与常规 工艺相比可以提高 2%的成材率，棒材采用长尺铸坯以及无头轧制也可以提高 2%左右成材率。随着技术进 步，单位钢材的投资成本将继续降低。电炉薄板坯连铸-连轧流程的单位热轧卷投资额将下降到 320350 USD/t，高炉-转炉-薄板坯连铸-连轧投资额将下降到 610640 USD/t，而常规流程的投资额有可能下降 到吨热轧卷 690720 USD/t。与此同时，能源消耗、人工成本也有进一步下降的空间。 -如果钢材价格上升，将有可能造成已有市场被塑料、铝、玻璃、水泥、木材等材料挤占。各种不同 基础原材料之间也存在着成本/价格竞争。 -钢铁企业的集团化兼并、策略性联盟形成、区域钢材市场的分割将有利于产品运输-销售成本下降， 也有利于原料、能源采购-运输成本的降低。 总的看来，具有成本下降空间的产品在竞争过程中往往会引起价格的起伏波动，从中、长期预测看， 在供求大体平衡或是供稍大于求的情况下，其结局一般是价格逐步下滑。 因此，未来钢铁材料虽有市场需求成长的空间，但价格竞争将十分激烈。在钢铁企业市场竞争力的诸 多因素中，带有共性的是成本，也可以说钢材成本(完全成本)是钢铁企业竞争力的核心部分。当然，品种、 质量也很重要。 5 钢铁企业工艺流程的发展进程 在钢铁生产技术的发展过程中，开始是通过解析的方法研究单个反应过程，进而研究单元工序/装置 的技术，这类问题现在可以说大体上已经基本清楚。因此，虽然某些单元技术的创新仍很重要，但时至今 日技术进步已不能局限在开发单元技术的层面上。新世纪内在单元技术解析-优化基础上的流程集成-优化， 对于制造流程、钢厂的结构和模式，尤显重要。 纵观分析 150 多年钢铁企业的生产工艺流程的发展过程，可以概括为从简单到复杂，再从复杂到简化。 图 5 表示了 20 世纪 60 年代以来高炉-转炉-热轧生产流程的演进情况，说明了生产流程逐步从复杂到 简化的趋势。 在连铸(凝固)工序之前，生产工序呈不断解析-优化的趋势。虽然工序数目看似有所增加，其实质却 是另一种类型的简化，即工序功能集合的简化，铁水“三脱“预处理和钢的二次冶金工艺的出现使得包括转 炉在内的各工序的功能日益简化集中。这样，使得连铸工序以前的诸工序的时间节奏更快，生产效率更高。 而连铸工序之后的工序则明显地呈现出越来越简化集成、紧凑-连续。其中，不仅有着一系列的新工艺、 新装备出现，而且还存在着一些值得引起重视的工程效应问题，主要是：“瓶颈“效应及其消除，临界-优 化或临界-紧凑-连铸/准连续效应，分解-集成或柔性活套工程效应，“动脉“-“静脉“协调循环效应等。特 别应该指出，这些工程效应必须从全流程看或者至少应该从多个工序系统来看，才能明显地体现出来，而 从基本反应、单元工序角度上看是不易察觉的。 总之，从根本上看，钢铁制造过程的本质是集物质状态转变，物质性质控制，物质流管制于一体的生 产制造体系，实际上是一种多维的过程物质流管制系统，也可以说是钢铁冶金过程工程。这种过程系统的 优化，主要是遵循如下原则： -遵循冶金物理化学、金属材料学、金属压力加工原理，创造条件优化工序功能集； -通过优化工序间的关系集合，促进工艺流程中物质流的匹配优化、顺畅、高效率； -通过流程中的工序功能集-工序关系集-流程工序集的优化，实现功能-结构-效率的连锁优化。 因此，可以这样认识，钢铁冶金过程工程的系统知识有待我们去研究、探索。其主要内容将包括： -钢铁制造过程的解析-集成系统； -钢铁制造过程的多维物质流管制系统； -钢铁制造过程的运行动力学系统。 钢铁冶金过程工程要用系统科学的观点、方法来帮助认识问题，然而其本质仍属冶金学的理论范畴。 钢铁冶金过程应是在炼铁学、炼钢学、金属压力加工学、金属材料学、冶金过程物理化学、冶金热能工程 等钢铁冶金学科分支基础上，交叉集成起来的冶金过程工程；是一种上位的集成技术，是交叉集成技术的 前沿。冶金过程工程是钢铁业提高竞争力的重要本源。 6 钢铁企业的模式、规模与企业集团化 随着市场的发育和技术的进步，20 世纪世界钢铁企业的规模经历了由二次大战前的小型到 5060 年 代中、大型到 60 年代末到 70 年代初的超巨型(产钢 1000 万 t/a 以上)再到 8090 年代回归到经济合理规 模的过程。 从钢铁工业的地区发展角度看，在亚洲，先是日本钢铁业在 20 世纪 5060 年代成功发展，继而中国、 韩国甚至印度、东南亚诸国钢铁业的发展；拉美国家诸如巴西、墨西哥等国钢铁业的进步。其中，特别是 20 世纪 90 年代以来，由于中国钢铁业的崛起，使得全球钢铁企业市场区域化的格局日益鲜明，过大的销 售运输距离导致钢材出厂价的降低，从而减少利润所得，这使得国际上一些原拟发展超巨型钢厂的计划望 而却步。进而改变策略，选择经济合理规模。 从技术进步角度上看，连铸技术的综合影响使得钢铁业的成材率提高 10%16%；由于全连铸钢厂的 普遍化，导致钢铁企业专业化生产成为通用模式。因而钢铁企业一般地分为扁平材专业厂、长型材专业厂、 无缝管专业厂、合金钢长材专业厂、不锈钢专业厂等。这也导致了地处不同地区的不同类型的专业厂都趋 向于选择经济合理规模，选择合理的(加权平均)销售半径的营销策略，而不选择百货公司式的超巨型的模 式。 钢铁企业的专业化生产模式，必将影响钢厂的结构调整、优化。主要是由区域市场(不锈钢、硅钢、 高合金钢等高附加值产品除外)确定产品的产量、质量、品种、规格等，产品结构则定位热轧机的能力， 热轧机进而定位连铸机的能力(铸坯断面、流数等)，而且铸机-轧机之间往往是一一对应的关系，或是整 数对应的关系，再上溯至精炼装置、炼钢炉、铁水预处理、高炉、烧结机的能力、座数也有选择简化、对 应的优化趋势。 对钢厂的模式、结构的优化选择，主要是要使企业内部的物流顺畅、连续，生产过程时间缩短，过程 中各类物质的温度起伏小，节约投资、节能、省人、生产效率高。 钢厂模式、结构的优化总的是遵循对过程工程的解析-集成原理，前后工序之间的关系往往选择尽可 能地一一对应、避免混乱的临时调配，趋向串联-层流推进，这样有利于衔接匹配，连续运行，质量稳定， 成本低、生产效率高、投资效率高。 这将引起企业总图布置的优化，占地面积进一步缩小。在这个过程中，也将引起钢厂平面图的变化。 首先是热轧机与连铸机的距离缩短，甚至热轧机紧跟连铸机布置在同一厂房内。其次是炼钢厂数目的减少， 趋势是选择一个炼钢厂，或者两个炼钢厂，两个以上炼钢厂容易引起物流混乱，管理混乱，成本相应升高。 而高炉座数将逐步演变到不超过 3 座，2 座高炉可能是优化的。有些情况也可以选择 1 座高炉的体制。 总的趋势是结构简洁化、前后工序/装置一一对应，物质流程趋于层流推进，整个生产流程的时间、 空间趋于紧凑。这样不仅有利于经济、环境，同时也更有利于信息技术的应用。 通过解析-集成而优化的生产流程结构和集约优化的钢厂模式，将促进单位产品投资量的下降，提高 质量，并有利于过程排放的减少和环境保护，从而进一步增强企业的市场竞争力。 由于市场需求的多样化和单个钢厂向产品专业化方向发展，有时会出现对某一区域市场占有率的矛盾， 解决这一矛盾的方法不是发展产品万能化的超巨型钢厂，因为这将导致总投资额过大、融资困难、投资回 报率低等弊端；发展的趋势是组成钢铁企业集团。钢铁企业集团可以是兼并型的财务一体化运行集团，也 可以是市场分配、投资分工、采购-运输联合的策略性联盟。 7 积极定位钢铁企业的社会/经济角色 如何认识钢铁企业在国民经济中的角色和社会职能，对中国的经济建设进程和可持续发展有着重要意 义。人们不能局限于陈旧印象来评论钢铁企业-钢厂是“高能耗、污染大“，钢厂就是“傻大黑粗“。通过发 展战略的调整和技术进步，钢厂会以全新的面貌存在于未来的社会生活中，以更积极的姿态促进国民经济 的发展。 在未来的 510 年内，从发展战略上，钢铁企业本身必须以积极的心态来定位自己的社会/经济角色， 其主要着眼点应是： (1)钢铁企业要以过程工程为基础来进一步优化企业结构，实现低成本、质量稳定、品种规格对路、 削减排放；污染受控、生产效率高，经济效益好的目标群。 (2)钢铁生产流程不仅生产出钢铁材料来，而且也是一个有效的能源转换系统。钢铁企业约有 38%左 右的能源没有充分利用，而且可以转换成电能、蒸汽、热水等。未来的高炉-转炉联合企业应是“只买煤、 不买电“、电能自给的系统，未来的钢厂有可能外供蒸汽、热水为社区服务，并相应削减社会的环境负荷。 (3)钢铁企业可以进一步实现环境友好职能。特别是对于废钢、废塑料的处理，钢铁企业有着相对优 势。高炉已可以实现喷吹废塑料，并达到吨铁处理 44kg 废塑料的水平，每喷入 1t 废塑料相当于喷入 1t 油的热值。钢厂在处理社会小区污水和城市垃圾方面也应是有所作为的。 (4)钢铁企业将有可能是工业生态链、工业生态带的重要组成环节，甚至存在着转换出氢气能源的可 能性。 8 未来 510 年内中国钢铁业的发展战略措施 回顾改革、开放以来，特别是 90 年代我国钢铁工业快速发展、技术进步和结构调整的主要经验，就 是在战略投资和技术进步的过程中，抓住了以发展连铸为中心，带动整个生产流程现代化和企业结构的优 化。 2000 年中国钢铁企业的连铸比已达到 87.5%，在 10 年左右的时间全国钢铁产量翻番，综合成材率约 提高 10 个百分点，钢材