美国电炉炼钢进入成长期的驱动因素分析

□ 张 锦

电炉作为一项炼钢工艺技术，由德国人西门子在1879年发明，于1906年引入美国。任何一项工业技术，从发明诞生到推广应用，都要经历导入、成长、成熟、衰退4个时期，电炉炼钢在美国从导入到成长历经近70年。本文期望通过研究美国电炉进入成长期的宏观经济、行业发展、配套支撑等背景，寻找其背后的驱动因素。

一、美国电炉的发展历程

电炉炼钢最早是在1906年引入美国，当时主要用于特钢生产，年产量在10万吨左右。二战期间受军工装备用特钢需求激增的影响，电炉出现阶段性快速增长，随着二战结束又出现萎缩；1954年，ALTAsteel在阿尔伯塔投资建设第一家以生产常规性碳钢产品为主的电炉钢厂[1]，电炉工艺开始向普钢市场导入；但相比20世纪50年代初才引入美国的转炉炼钢工艺，从引入之时转炉钢产量就开始高速增长，并一直延续到20世纪70年代初，在这期间电炉的发展态势始终被转炉压制。20世纪70年代初，以德国人Kerof在南加州投资建设了首个以电炉工艺为核心的mimimill工厂为开端，电炉生产普碳钢进入加速发展阶段（见图1），到1980年全美共建成30家以电炉工艺为核心的minimill工厂，2007年全美电炉炼钢产量创下新高，达5 700万吨，此后市场份额持续上升，2016年美国电炉钢占比达67%。

图1 美国电炉发展历程

从电炉炼钢产量及市场份额占比来看，引入美国大致经历了4个阶段：

——1906—1954年：导入第一阶段。电炉主要用于特钢生产，以生产合金、不锈钢、特种冶金为主，市场份额在5%左右。该阶段普碳钢生产以平炉为主，平炉占据91%的市场份额，电炉并没有用于普钢生产。

——1954—1973年：导入第二阶段。电炉开始引入普碳钢生产；部分企业开始探索性地建设以电炉为核心的短流程钢厂，用于生产常规性棒线材。但受氧气转炉大规模引入的影响，电炉的整体市场份额占比仍然较低；在本阶段，平炉的份额由91%下降到21%，但减少份额中83%被转炉替代，而电炉仅替代了17%的份额。

——1973—2007年：成长阶段。电炉开始被大规模地引入普碳钢生产，产品从棒线材拓宽至CSP薄板、中厚板等。从1973年开始到20世纪90年代中期，转炉钢市场份额基本维持在60%，但平炉工艺缩减份额完全被电炉取代；从20世纪90年代中期开始，电炉开始逐步侵占转炉份额，并于2002年超越，2007年全美电炉钢产量达到顶峰。

——2007年至今：成熟阶段。电炉钢产量呈稳定态势，其市场份额受整个粗钢规模下降影响，出现被动增加。

按照传统技术生命周期的判断方法，20世纪70年代初美国电炉炼钢的产量和市场份额均呈高速增长，自此美国电炉转入成长期。因此，该时点前后宏观经济、产业环境、配套体系的变化是其发展的重要驱动力。

二、宏观经济背景

美国在20世纪30年代完成工业化后，其经济增速维持在中低速水平，1970年前后美国GDP增速基本维持在0%～5%的水平，工业在国民经济体系占比已下滑到32%左右。从制造业的产业结构链条来看，在下降过程中，上游采掘业和中游制造业呈高度相关的下降趋势，且采掘业领先下滑（见图2）；但下游的固定资产投资则保持稳定，与制造业出现了分化趋势；从工业生产者指数来看，20世纪70年代初其与国内投资趋势出现分离；这期间美国经济体系中制造业链条的上下游结构出现比例失衡，需求端相对稳健，供给端出现收缩。

图2 美国国民经济体系三大结构趋势

从美国进出口贸易数据来看（见图3），20世纪70年代初开始，美国转变为商品的净进口国，全球化浪潮开启带来全球商品贸易额的高速增长，大量海外商品进入美国，冲击美国的制造业，包括钢铁制造在内的美国制造业在国民经济体系中占比开始失衡。这也反映了在全球化贸易的推动下，单个国家产业结构体系出现演变，相对竞争优势成为决定该国在全球产业分工中地位的重要因素；美国制造业在该阶段竞争力已下降，包括钢铁在内的许多产业的供给体系无法具备比日本、欧洲更具优势的竞争力，导致海外产品不断侵占美国市场。

图3 美国进出口及全球商品贸易情况

另一方面，在1970年、1972年美国国会先后通过了《清洁空气法》和《清洁水源法》，制定了更严格的污染控制体系，进一步提升了包括钢铁在内的传统制造业的环保成本；加之1973年中东石油危机爆发，导致能源价格大幅飙升。同一时期环保成本和能源成本的上升进一步消弱了美国制造业的竞争力。

总体来看，20世纪70年代初的宏观经济背景是全球化浪潮的开启，改变了美国制造业在全球的竞争地位，再加上同时期国内环保和能源成本的上升，进一步消弱了美国制造业的竞争力，导致其丧失了对美国下游市场的把控。

三、钢铁产业发展趋势

从20世纪30年代完成工业化后，美国钢铁业延续了增长趋势，并在1973年达到供给和消费的顶峰（见图4）；其后受石油危机、经济放缓的影响，产量和消费量都出现了下降，但供给的下降速度明显快于需求；从长周期看，1972—1979年是美国钢铁消费的平台期。

图4 1950—1980年美国钢铁供给和消费情况

在产能利用率上（见图5），美国钢铁业供给端于1969年率先达到阶段性的顶峰，领先产量顶峰4年，此后呈现缓慢下降趋势直到20世纪80年代中期。在钢材供给的补充上，1969年产能利用率下降后，钢材净进口量出现了大幅增长，大量海外钢材进入美国，造成美国钢铁产量的下降快于消费量，这也是20世纪70年代初美国宏观经济中制造业竞争力下降的实证。

图5 1955—1980年美国钢铁工业产能利用率和钢材进出口情况

如果以粗钢产量增速、表观消费量增速、产能利用率数据及各种工艺结构粗钢产量占比（见图6）来分析，1960—1980年美国钢铁产业供给体系有以下特点：

图6 美国钢铁工艺结构占比情况

——阶段一（1960—1965年）：产量和消费都保持增长，钢材有较大比例出口，粗钢产能利用率攀升；通过大力普及转炉炼钢，美国钢铁供给体系拥有较好的竞争力。

——阶段二（1966—1969年）：产量和消费都保持增长，产量增速低于消费增速，开始有少量钢材进口，粗钢产能利用率攀升；尽管继续普及转炉炼钢、加快淘汰平炉，但美国钢铁供给体系的竞争优势已不明显。

——阶段三（1970—1973年）：产量和消费保持增长，产量增速低于消费增速，大量海外钢材进入美国市场，产能利用率出现下滑；虽然转炉炼钢继续增长，但增速开始放缓，同时加速平炉淘汰、引入电炉，美国钢铁工业供给已表现为缺乏竞争力。

——阶段四（1974—1980年）：产量和消费下降，产量下降速度大于消费，产能利用率继续下滑并逐步见底；通过稳定转炉、加速淘汰平炉、快速普及电炉，稳住了美国钢铁供给体系持续下滑的竞争力。

整体看，在美国工业化后期钢铁供求见顶的前后20年中，美国钢铁在海外出口的冲击下，通过不断引入新工艺技术、淘汰旧工艺技术，持续优化供给体系，维系其竞争力；快速导入电炉就是为应对20世纪70年代初美国钢铁工业竞争力持续下降局面、稳定其下滑趋势的手段。

四、相关配套支撑体系的进展

从1860年开始工业化到1970年，美国钢铁工业经过100多年的发展，国内废钢积蓄量已较高；并且从20世纪60年代开始，围绕构建废钢回收体系的举措已经全面铺开。1965年联邦政府制定了《固体废弃物处置法》，明确规定了处置各种固体废弃物的相关要求，1976年该法更名为《资源保护及回收法》，明确了包括废钢在内的废弃物管理由单纯的清理工作向分类回收、减量及资源再利用的综合性管理转变；同时，在此期间大型废钢回收企业开始全国布局，1963—1970年，全美最大的废钢处理企业DJJ建立了9个回收点、6个废钢堆场，年破碎量翻了一番。受此影响，1965年社会废钢产量爆发性增长（见图7），环比增加400万吨，此后社会废钢产量维持在3 500万吨的水平，到1972年社会废钢产量再次提升到4 500万吨的级别。

图7 美国社会废钢产量情况

同时，平炉的加速淘汰也进一步加速释放了废钢供给；1960—1980年，平炉产量减少6 700万吨，期间转炉钢增加5 700万吨，电炉钢增加2 100万吨。根据石家瑞编译自《钢时代》杂志的数据[2]，20世纪70年代美国平炉入炉料的50%为废钢（其中约70%为自产废钢、30%为社会采购废钢），氧气转炉炉料废钢比为23%，假设电炉钢铁料耗为1 100kg/t，可推算出20年间4个阶段平炉淘汰带来的废钢增量情况（见表1）。

表1 美国废钢增量情况 单位/万吨

1960—1969年，平炉释放的社会废钢在满足转炉需求外，能提供给电炉的废钢量并不多。但在1970—1973年，合计废钢增加量已远超出转炉可吸纳量，完全能满足电炉需求。废钢产量增加叠加粗钢产量下降，从1970年开始废钢比（社会废钢产量与粗钢产量的比重）出现上升。在整个上升期间，废钢价格保持在较低水平（见图8）。废钢作为炼钢生产的原料，其成本优势逐步显现。

图8 美国废钢比及废钢价格情况

二战后，美国电力工业高速发展，从美国能源署公布的数据来看（见图9），1949—1973年发生石油危机时，美国电力装机容量保持着年均8.5%的增速，丰富的电力供应，带来低廉的电价，1949—1970年美国电力的综合能源价格始终维持在0.3美元/百万热值的水平。

图9 1949—1980美国电力供应情况

20世纪70年代初，美国电炉快速发展最重要的支撑是废钢可获得性增加，不仅有社会废钢总体供应量的增加，也有平炉淘汰释放的废钢，由此产生大量便宜的废钢，加之廉价的电力供应，进一步驱动电炉工艺在美国快速成长。同时，电炉相关配套技术的成熟（1961年开始配备大容量变压器、1965年连铸技术从欧洲引入美国、1971年LF精炼炉的推广、电炉功能细化等），进一步提升了电炉的生产效率和工艺质量，加速了电炉的规模化。

五、总结

20世纪70年代初，美国电炉炼钢的产量和市场份额均呈高速增长，从技术生命周期法来判断，其进入了成长期；在该时间节点前后，美国制造业竞争力开始下降，钢铁供给体系能力转弱，大量海外钢材的涌入，导致其成为钢材净进口国，这时期包括钢铁在内的美国制造业存在优化提升竞争力的需求；快速导入电炉、加速淘汰平炉、放缓发展转炉是应对该时期美国钢铁工业竞争力持续下降局面、稳定其下滑趋势的手段。同时，废钢可获得性增加和相关配套技术的成熟，也支撑了美国电炉钢的快速成长。可见，当时美国电炉的快速成长受美国钢铁工业应对全球竞争、优化供给体系提升竞争力的驱动，同时也获得丰富废钢资源、廉价电力、成熟配套技术的有效支撑，这既有行业自身发展的需要，也有其国情特点。○