前言：钢铁行业碳排放占全国碳排放量约 18%，是碳排放量最高的制造业，碳中和政策下降碳压力巨大，除了压缩钢铁产量和淘汰落后产能外，低碳先进技术的使用、研究和推广 是实现中期碳中和、未来零排放的必选路径，现阶段提高电炉炼钢占比是减少碳排放重要方向，中长期低碳技术改造长流程炼钢才是实现钢铁行业实现“零排放”的长效路径。

一、钢铁行业：碳排放量最高的制造业，减排压力巨大

钢铁行业是碳排放量最高的制造业，碳排放占全国碳排放量约 18%，仅次于电力行业。我国力争2030年碳达峰，2060年碳中和，钢铁行业面临重要减碳压力。依据《钢铁行业碳达峰及降碳行动方案》，目标初步定为：2025 年前，钢铁行业实现碳排放达峰；到 2030 年，钢铁行业碳排放量较峰值降低 30%。2020年我国粗钢产量快速增长，导致碳排放总量仍然在持续升高，其中河北、江苏、辽宁三省钢铁碳排放占比超过 40%，焦炭是钢铁碳排放的最大来源，占比 64%。工信部明确从 2021 年开始，要进一步加大工作力度，从四个方面压缩钢铁产能：①严禁新增钢铁产能②完善相关的政策措施（新版产能置换办法和项目备案指导意见）③推进钢铁行业的兼并重组④坚决压缩钢铁产量。

二、严禁新增产能，钢铁行业产能置换新政出台

2021年5月6日《钢铁行业产能置换实施办法》印发，6月1日开始起施行，这意味着自2020年初我国钢铁产能置换和项目备案工作暂停一年半后，钢铁产能置换将再次启动。从2021年开始，我国坚决压缩粗钢产量，严禁新增钢铁产能，本次钢铁产能置换新政，旨在严守不新增产能的红线，与2017年底相比，新政重点管控区域扩大，置换比例要求更提高，明确鼓励先进工艺，要点如下：

1、强管制区域大幅增加，基本包括了除东北以外全部核心钢铁企业。本次大气污染防治重点区域是指京津冀、长三角、珠三角、汾渭平原等地区以及其他“2+26”大气通道城市（2019 年该区域所在省份粗钢产量占全国粗钢产量的 65.18%），强管制区域明显增加。

2、新版置换比例更为严格，鼓励通过兼并重组提升产业集中度：新办法中产能减量置换比例更大，大气污染防治重点区域、其它地区置换比例分别从 2017 版的不低于1.25：1、1:1 提升为 1.5:1、1.25:1。同时为鼓励产业集中度提升，对完成实质性兼并重组的钢厂要求相对更松，要求重点区域可以不低于 1.25:1，其他区域可以不低于 1.1:1。

3、鼓励先进工艺，明确五种等量置换情形。《办法》明确避免“一刀切”的行为，对五种情形可以执行等量置换：1）企业内部退出转炉建设电炉且一并退出配套的烧结、焦炉、高炉等设备项目的炼钢产能；2）退出和建设冶炼设备均为电炉的项目；3）对原厂区不新增钢铁产能的内部技术改造项目；4）退出配套烧结、焦炉、高炉等设备建设氢冶金和 Corex、Finex、HIsmelt等非高炉炼铁项目的炼铁产能；5）对利用矿热炉（RKEF）+AOD 生产不锈钢项目的炼钢产能。

三、钢铁冶炼主要方法介绍

钢铁冶炼依据生产流程分为炼铁、炼钢、轧钢三个环节，

炼铁方法包括高炉法、熔融还原法、直接还原法等。高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，其产量占世界生铁总产量的 95%以上；熔融还原法燃料用煤而不用焦炭，可不建焦炉，污染也更低，但该方法生产成本高，目前多数处于实验室试验和半工业试验阶段；直接还原法产品可用于代替废钢作为电炉炼钢的原料，但因电炉钢质量优良、性能均匀，且短流程工艺更加环保，未来电炉钢的发展将拉动对直接还原法的需求。

炼钢技术方面，目前炼钢以转炉炼钢和电炉炼钢为主。转炉炼钢是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。电炉炼钢主要利用电弧热，以废钢为原料，比高炉转炉法基建投资少，同时由于直接还原的发展，为电炉提供金属化球团代替大部分废钢，因此就大大地推动了电炉炼钢。

四、我国钢铁生产方法及其碳排放分析

我国高炉-转炉长流程炼钢主要用来生产板材，主要消耗的是铁矿石、焦炭等，铁矿和焦炭占其炼钢成本超75%。电炉炼钢属于短流程主要用来生产线材、棒材，原料主要是废钢等，废钢和生铁占其炼钢成本超81%。

因为中国钢资源回收体系不完善且废钢使用比较低，而焦炭资源丰富、长流程单位成本相较短流程更低、产量一定时速度更快，因此我国长流程仍占主导地位，其中高炉-转炉长流程炼钢产量占比能达到85%左右，而电炉炼钢只有15%。但长流程生产工艺利用冶金煤和喷吹煤作为还原剂，二氧化碳排放要大大高于短流程，其中，长流程吨钢碳排放量约3.1t，其中高炉炼铁、转炉炼钢以及烧结吨钢碳排放量分别占比67%、9.3%及8.5%，焦炭是钢铁碳排放的最大来源，占比 64%（原煤9%、焦炉煤气3%、其他燃气22%）。短流程炼钢如果采取全废钢冶炼，其吨碳排放量仅有1.86t，其中电炉炼钢占比87%（申万宏源：长流程吨钢碳排放2.1吨，炼铁占比34.9%，短流程吨钢碳排放0.9吨），也因此我国平均吨钢碳排放水平仍旧偏高。此外，由于我国部分联合钢铁企业的电炉兑入铁水，导致二氧化碳排放高于其他国家的电炉。

五、钢铁行业重点减排路径研究

我国钢铁行业实现碳中和举措除了压缩钢铁产量、淘汰落后产能、提高行业集中度外，低碳先进技术的使用、研究和推广 是实现碳中和以及未来零排放的重要方向，现阶段提高电炉炼钢占比是减少碳排放量重要方向，中长期看低碳技术改造长流程炼钢才是实现钢铁行业实现“零排放”的长效路径。

1、中期主要依靠提升电炉产能占比，减少碳排放量

电炉钢碳排放量明显低于长流程，对铁矿石、焦煤、焦炭的消耗量也更少，发展电炉钢对实现碳中和意义重大，但电炉钢是否具有成本优势才是决定行业长期趋势的关键，而其成本主要来源于：电价和废钢。

发达国家发展经验表明，电炉占比提升成为必然发展趋势 ，2019年中国电炉钢比例仅为 10.5%，相较世界平均水平 28%、美国 70%、欧盟 40%、韩国 33%、日本 24%，仍存在明显差距。 目前我国电价具备优势，按照全国工业电价均价计算，略高于美国，但是远低于日本、德国。而我国云贵川地区电价优势明显，云南地区远低于美国；而四川、贵州电价基本与美国相当，具备大规模发展电炉潜力。 未来废钢供给有望逐步宽松。目前中国钢铁积蓄量尽管已达 100 亿吨左右，但由于尚未到报废期，因此每年回收废钢比例仅约 2%，2019 年中国废钢资源量为 2.4 亿吨，废钢供给不足，但随着国内钢铁储蓄量增加和进入报废期，我国自身废钢量将增加，根据中国废钢铁应用协会预测，我国废钢供给将在 2025 年、2030 年、2035年分别达到 2.9 亿吨、3.4 亿吨、3.9 亿吨。另外，十三五期间，我国出台了一些政策更好地规范、支持废钢产业。2021年1月1日《再生钢铁原料》发布，推动再生钢铁原料进口，未来废钢供给有望逐步宽松 。

因此随着废钢供给增加和电价优势，预计我国电炉比例将大幅提升，至2030年电炉产能占比将达到 34%，实现碳减排29%，我国完全可以依靠提高电炉产能占比，实现“碳中和”目标。

未来电炉钢占比上升利好废钢处理设备企业及电炉原料生产企业，华宏科技是国内领先的废钢处理设备企业，同时深耕再生资源运营业务包括废钢加工、贸易和报废汽车综合回收利用；在电弧炉炼钢中，电极在极冷极热中切换导致端部消耗比较严重，平均每吨钢消耗石墨电极 3kg，炼钢用石墨电极占石墨电极总用量的70%～80%，方大炭素是国内石墨电极龙头企业，具有显著成本优势。

2、未来利用低碳技术改造长流程炼钢是实现钢铁行业实现“零排放”的长效路径

中长期来看，利用低碳技术改造现有的长流程炼钢工艺，是实现钢铁行业实现“零排放”的长效路径，目前有两条技术路径可实现“净零碳排放”1）使用可持续生物质和含固废的燃料结合碳捕捉、利用和封存技术减排二氧化碳，但此方法工艺改动不大，属于初步阶段。2）使用氢气直接还原工艺路径，此方法是未来技术发展的方向和最终目标，目前成本较高。

目前根据行业技术发展现状，可以进一步探索发展的低碳冶金技术路径有：

（1）氧气高炉技术：主动提高二氧化碳浓度，以便于捕捉封存

氧气高炉技术可提升现有高炉的冶炼效率，且有效降低碳排放。该技术主要通过采用大量喷吹煤粉替代焦炭，用纯氧代替热空气鼓风，同时提高炉顶煤气利用率的方式。该技术一方面可以有效提高高炉冶炼效率 50%-200%，另一方面，整体碳排放强度可以减少约15%-20%，且有效地提高高炉尾气中的二氧化碳浓度达到近 40%（传统高炉仅为约 20%），更有利于实现减排和碳捕捉技术的应用。 氧气高炉是欧盟超低二氧化碳炼钢技术研发项目的技术路线之一。

（2） 熔融还原技术：以煤为基可以增加二氧化碳浓度，以氢为基可以减排 20%

熔融还原法是指不用高炉而在高温熔融状态下还原铁矿石的方法，其产品是成分与高炉铁水相近的液态铁水。开发熔融还原法的目的是取代或补充高炉法炼铁。

熔融还原不依赖焦炭提供对炉内炉料的支撑。煤基熔融还原技术仍然采用煤作为还原剂，但它并不依赖焦炭提供对炉内炉料的支撑。工艺不使用焦炭，不需建焦炉和化工设施。该工艺尾气中的二氧化碳浓度极高（约为 90%），使其非常适合与碳捕捉、利用和封存技术结合使用，可将碳排放强度降低高达 80%。该技术工艺共有 30 余种，比较有代表性的三种是COREX、Finex和HIsmelt，其中Corex工艺技术比较成熟，国外企业奥钢联开发 COREX、韩国 POSCO 和奥钢联联合开发的 FINEX 炼铁工艺发展到了工业化规模。

Corex是一种先进的直接还原冶炼工艺，Finex是Corex的改进，流程短、工序少、污染轻、可以不用资源稀缺的炼焦煤，国内企业宝钢集团曾今投资了Corex项目，后转让给八一钢铁，目前八一钢铁拥有一座C3000型COREX炼铁装置，国内领先。

HIsmelt不需要使用焦炭、烧结矿或球团炉料，只需要普通煤炭和低品位铁矿，中澳摩擦加剧下，非常适合我国铁矿石储量较大但品位相对低的现状。国内山东墨龙的HIsmelt熔融还原技术拥有HIsmelt全部技术知识产权、 全球唯一的HIsmelt工业化工厂，全资子公司寿光懋隆新材料技术开发有限公司依托HIsmelt熔融还原技术建设的设计产能为80万吨，邢钢转型升级搬迁改造项目包含2座80万吨HIsmelt 熔融还原炉。

（3） 氢气冶金技术：已不存在冶金技术障碍，主要是氢储存和成本问题难以解决。

“氢冶金”技术：分为“高炉富氢喷吹技术”和“氢气直接还原技术”，氢冶金技术目前并无工艺技术障碍，主要是氢气存储困难和冶金成本是高炉的 5 倍。另外“氢冶金”依旧依赖使用铁矿石，与我国废钢大规模增加。

高炉富氢喷吹，作为热源和还原剂。该技术主要从高炉风口喷吹氢气，既可以是纯氢，也可以是富氢气体，例如焦炉煤气（氢含量约为 55%）或天然气。通过风口喷吹的氢气不仅可以作为热源，还可以作为还原剂，部分替代喷吹煤。尽管该技术有一定的前景，但由于氢气还原反应吸热，其喷吹比例受到限制，因此，其最高仅可降低碳排放强度约 15%左右。目前，安赛乐米塔尔集团和蒂森克虏伯钢铁正在研究该项技术。 氢气直接还原炼钢是可行且能够大规模实施的脱碳技术路线，目前全球相对较为成熟且运行的项目主要是瑞典钢铁的 HYBRIT 项目，除此之外，德国萨尔茨吉特钢铁公司发起的 SALCOS（萨尔茨吉特低碳炼钢）项目和由奥钢联发起的 H2FUTURE 项目也从不同角度设想工艺流程实现“氢冶金”循环经济。

国内中钢国际目前已承接了八一钢铁富氢碳循环高炉试验项目，公司与河钢宣钢共同打造的氢能源开发和利用工程示范项目是全球首例氢冶金示范工程，工程落成投运后,预计将减少至少60%的二氧化碳排放。河钢股份的母公司河钢集团与意大利特诺恩集团（tenova）签署谅解备忘录（MOU），建设全球首例120万吨规模的氢冶金示范工程，陕鼓动力签约全球首个氢能源还原制铁项目，酒钢宏兴成立了氢冶金研究院。

氧气高炉、熔融还原技术和氢冶金特点概况

（1）使用可持续生物质和含固废的燃料结合碳捕捉、利用和封存技术减排二氧化碳；目前“氧气高炉技术”和“熔融还原技术”均为一定程度上可以实现减排 15-20%，于此同时可以大幅提高排放尾气中二氧化碳浓度，为“碳捕捉”技术奠定基础条件。但是“碳捕捉”技术尚处于实验室阶段，吨碳捕捉成本 50-230 美元，亟待突破技术瓶颈；

（2）“氢冶金”技术：分为“高炉富氢喷吹技术”和“氢气直接还原技术”，氢冶金技术目前

并无工艺技术障碍，主要是氢气存储困难和冶金成本是高炉的 5 倍以上的成本经济性障碍

难以解决。另外“氢冶金”依旧依赖使用铁矿石，与我国废钢大规模增加的行业背景相悖。

六、焦炭和铁矿

  钢铁行业的上游主要为铁矿石及焦炭行业。铁矿石是钢铁生产企业的重要原材料。全球铁矿石储量主要集中在澳大利亚、巴西、俄罗斯和中国，四国储量之和占世界总储量的近 70%。我国虽然铁矿石储量较大，但品位相对低，含铁量不突出，且因自身钢铁生产规模较大，消耗量较多，我国钢铁企业亦需大量进口铁矿石。国外的铁矿石供应由四大矿山（即淡水河谷、力拓、必和必拓、 FMG）所垄断，国内钢铁企业对铁矿石的议价能力较弱。

  焦炭是钢铁冶炼中的必备还原剂及热源。自二十世纪 80 年代以来，随着中国经济的快速发展，中国的炼焦工业也进入了一个快速发展期。到 2000 年，我国焦炭出口量占到世界焦炭贸易量的 60%，是世界最大的焦炭生产国，但随着2008 年全球金融危机的爆发，全球钢铁产量锐减，我国焦炭行业逐渐形成产能过剩的格局。其次，我国焦炭行业的下游需求中，钢铁生产约占 85%，焦炭的供大于求以及钢铁行业的强势地位使得我国钢铁企业掌握了较高的议价能力。 2018年以来，国内焦炭价格走势整体呈现先抑后扬格局，调价节奏频繁，宽幅震荡。

  钢铁行业的下游主要为消费钢铁产品的企业，包括基建、房地产、 船舶、 机械和汽车等行业，钢铁属于大宗商品，价格主要由市场供求关系决定，下游行业对钢铁的需求将直接影响钢材产品的销售价格。