针状焦是石油沥青或煤沥青的炭化产物之一,因其具有结晶度好、机械强度高、热膨胀系数小、石墨化性能好、所制成的电极电阻率小、耐热和抗氧化等优点,而被广泛用于生产宇宙飞行设备和炼钢工业中高功率石墨电极(UHP)和超高功率石墨电极(HP)等。
发达国家垄断技术,
产品质量有待提高
随着电炉炼钢技术的迅速发展,对炭素材料的要求越来越高,针状焦的开发和生产正在不断适应这种发展的要求。根据原料路线不同,针状焦分为油系和煤系两种。油系针状焦由炼油厂重油加工而成,煤系针状焦由煤焦油加工而成。两种针状焦生产工艺不完全相同,但用途基本相同。
目前,世界上油系针状焦生产技术主要被美国、英国、日本、德国等少数国家垄断,煤系针状焦技术由日本三菱和新日铁掌握,技术高度保密。
我国对针状焦的研究始于20世纪70年代末80年代初,而且近几年我国针状焦的生产与研发一直没有间断过。目前,国内油系针状焦工业化装置只有锦州石化一套,采用石科院技术。中国石油大学也一直在致力于这方面的技术开发。2015年11月,SEI与上海石化、石科院和炼油销售公司联合攻关的劣质油浆生产优质针状焦技术被攻克,标志着中石化掌握了由劣质油浆到优质针状焦生产的全线工艺流程。
煤系针状焦生产与研发企业主要有山西宏特煤化工有限公司、中钢集团鞍山热能研究院有限公司、宝山钢铁股份公司化工分公司、山西朔州三元碳素股份有限公司、山东民生煤化公司(原山东兖矿科蓝煤焦化公司)等。纵观这些生产企业,其采用的工艺技术与日本新日铁类似,分为三个工序,即原料预处理、延迟焦化和煅烧,但产品质量达不到日本的水平。
生产企业稀少,
未来消费量有望提高
世界针状焦生产企业不足10家,主要集中在美国、英国、日本等几个国家。目前,世界针状焦产能约120万吨,实际产量100万吨左右。2015年世界针状焦主要生产企业情况见表1。
针状焦主要应用于电炉钢所用的高功率石墨电极和超高功率石墨电极,其他用途数量甚微。由于高品质的电炉钢必须使用高品质的针状焦所生产的优质超高功率石墨电极冶炼才能得到,在军工领域尤其如此,如航空母舰、大型舰艇、装甲车等用的特殊钢。
2015年国内针状焦总产能为32万吨,主要为煤系针状焦,产能28万吨,主要生产企业有山西宏特、中钢集团鞍山热能研究院、江苏喜科墨等;油系针状焦只有锦州石化一家,产能4万吨。江苏喜科墨公司由日本新日铁与美国考伯斯公司合资,项目于2015年8月试生产。2015年国内针状焦主要生产企业情况见表2。
由于国内针状焦生产企业数量少,技术基础薄弱,普遍存在稳定生产及产品质量控制方面的技术障碍,加上下游钢铁行业不景气,需求增速放缓的影响,国内针状焦的开工率较低。2015年1~10月,国内针状焦产量13.1万吨,净进口量4.3万吨,表观消费量17.4万吨。2015年1~10月国内油系针状焦进口量3.4万吨,煤系针状焦进口量1.8万吨,出口量0.9万吨。
国内针状焦主要用于电炉钢所用的高功率石墨电极和超高功率石墨电极。国内超高功率和高功率石墨电极的生产主要集中在几家特大型石墨电极企业,和个别技术较强的大型石墨企业。2015年1~10月,国内石墨电极总产量41.1万吨,其中高功率石墨电极15.3万吨,超高功率石墨电极13.7万吨,针状焦消费量17.4万吨。
世界发达国家电炉钢比例约占粗钢总产量的30%~40%,而国内电炉钢在钢铁企业所占比例还不到10%,加上近两年钢铁行业不景气,近年来国内针状焦的消费量逐年递减。
目前,国内外的钢产能均已饱和,产量不会再有大的提高,但炼钢技术、产品结构调整仍有较大的发展空间,尤其是电炉钢在我国将有较大的发展。据有关机构预测,2025年我国电炉钢比例有望接近世界平均水平,届时针状焦消费量将有较大提升。
开发技术是关键,
油系针状焦成投资热点
目前,国内针状焦生产已经获得显著发展,生产总量基本上可以满足国内碳素企业生产超高功率、大型高功率石墨电极的需求。但在质量上与国外产品相比仍然有一定差距,目前还没有能满足石墨电极接头生产所使用的优质接头针状焦。总体看来,国内生产的油系针状焦产品质量不及英美产品,而煤系产品质量不及日本产品。
2014年开始,我国经济增速放缓,传统工业产业进入深度调整期。国内钢厂陷入全行业微利或亏损状态,国内电极生产企业的无序竞争导致电极市场价格的持续下滑,石墨电极行业的整体发展不景气。另一方面,随着节能减排政策不断深入,电炉炼钢电极消耗在不断降低。双重因素的影响将导致国内针状焦的需求量不断减少。
针状焦主要用于电炉钢,国外电炉钢产量占粗钢总产量的30%~40%,而国内还不到10%。随着钢铁行业的深度调整,国内钢铁行业将逐渐跟世界接轨,电炉钢的比例将不断增加,长远看来,针状焦的市场空间会逐步增加。
我国针状焦产品结构严重失衡,煤系针状焦占据主导地位,而煤系针状焦生产过程中大量副产品难以处理,因此开工率也普遍较低。油系针状焦在产品质量上优于煤系针状焦,因其自身成分特征更适合制备大规格超高功率石墨电极产品,该产品目前已成为石墨电极行业发展的重点,未来油系针状焦将逐步替代煤系针状焦成为投资热点。
由于针状焦被列为战略物资,其生产技术严格保密,国外严禁向我国转让。因此,开发高品质油系针状焦技术是关键。另一方面,针状焦作为质量要求高、技术难度大的产品,用户一般希望有较稳定的供应商,因此,应加大精力开拓下游市场、寻求稳定的客户。
表1 2015年世界针状焦主要生产企业情况 万吨
生 产 企 业 产品类别 产 能
Conoco(英国HUMBER) 油系 23
Conoco(美国休斯顿) 油系 14
美国碳/石墨集团海波针状焦厂 油系 14
日本兴亚株式会社 油系 8
日本水岛制油所 油系 7
日本新日铁株式会社 煤系 14
三菱化学株式会社 煤系 6
其他 34
合计 120
表2 2015年国内针状焦主要生产企业情况 万吨
生 产 企 业 产品类别 产 能
山西宏特 煤系 15
江苏喜科墨 煤系 6
中钢集团鞍山热能研究院 煤系 4
宝钢化工 煤系 2
石家庄市得力化工 煤系 1
锦州石化 油系 4
合计 32