扑克导读：说起钢铁，相信很多人是很关注的，素有“小股指”之称的螺纹钢在过去的整个2016年一直是市场上的热点。

　　多数人谈起螺纹钢，都围绕着反反复复的行情，而根据很多扑克粉丝的反映，其实在行情背后，螺纹钢的生产流程，包括长流程、短流程的一些要点，以及螺纹钢相关的上下游产品，例如铁矿、焦煤焦炭等，每一个都是比行情要有趣得多，也更具备知识性的领域。

　　这篇异常详细的研报。图文并茂地把整个生产工艺流程，冶炼知识要点，以及铁矿和双焦的背景知识都一览无遗地展现了出来。

　　此前对相关工艺并不熟悉的纯金融投机者，读完这篇文章后会对整个行业有一个全面的了解，而已经在钢铁行业内的从业人员，可以透过这篇文章再一次梳理自己的知识框架。

　　钢铁的定义是由铁（Fe）、碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）以及少量其他元素组成的合金，其中，最为重要的两种元素是铁（Fe）元素和碳（C）元素。

　　生铁与粗钢的化学成分主要差别在于碳含量高低，其中粗钢中碳含量为0.02%~2.11%，综合力学性能相对优异；生铁中碳含量在2.5%~4.5%，脆性较大成为制约生铁大范围工程应用的主要因素。

　　作为年产量位居全球榜首的金属，钢铁目前已成为建筑与工业不可或缺的原材料，而这是由钢铁作为材料的自身优越性能所决定的。

　　强度和韧性往往作为评判结构材料好坏的主要指标，不过，受制于材料内部微观组织和变形机理，材料的后期优化工艺很难同时提高材料韧性与强度，因此，一种材料在强度与韧性方面的先天属性显得尤为重要。

　　在通常的金属、无机非金属和有机高分子三大类材料中，金属材料的强度和韧性均相对较优，而其中以低碳钢综合表现尤其突出，其强度明显超过镁、铝、锌、铜等，韧性也优于镁、铝等，这使得钢铁具备被大规模广泛应用的基础。

　　同时，虽然部分金属如镍、钛等强度和韧性也处于行业较优水平，但受制于储量相对有限，镍、钛等成本高昂阻碍了其规模化应用进程。相比之下，作为储量位居各类金属榜首的钢铁，供给充足带来成本优势显著，进一步推动了其规模化应用进程。

　　正因为在经济建设全方面、规模化应用，钢铁行业不仅具有明显的强周期特征，更重要的是，其在经济、就业与财政等方面均占据着重要作用。

　　就中国而言，2015年，钢铁行业产能达到12亿吨，产量8.04亿吨，主营业务收入在规模以上工业中占比高达5.68%，行业直接从业人员364.90万人，应交增值税额0.14万亿，在规模以上工业中占比分别为3.73%、2.77%。

　　正因为承载着极其重大的社会责任，钢铁行业行政化去产能面临较大挑战，正因为如此，淘汰落后产能政策自2003年便开始执行，但是行业产能直至2015年仍在增长。

　　钢铁冶炼工艺可分为两大类：一种是以铁矿石、焦炭等为原料，采用烧结炉、高炉和转炉等设备，开展烧结、炼铁和炼钢等工序的长流程工艺；另一种为以废钢为主要原料，利用电炉（电弧炉、中频炉等）设备，进行废钢重熔精炼的短流程工艺。

　　高炉冶炼的核心即为通过固态焦炭、气体CO和H2等还原剂从铁氧化物中还原金属铁，其中CO和H2主要来自于高炉底端的风口回旋区的燃烧反应。铁氧化物包括三种：Fe2O3、Fe3O4和FeO，其中FeO只能在温度高于570℃区域稳定存在，因此铁的还原顺序分为：

　　炼铁工艺具体为：将70%~80%烧结矿与20%~30%球团矿或铁矿、焦炭和煤粉等燃料和石灰石等少量熔剂分批从高炉炉顶装入高炉，矿石和焦炭在高炉内部呈现规律的分层分布，同时热风炉在高炉下端风口鼓入热风以催化焦炭和煤粉燃烧并生成CO和H2还原气体。高温还原气体在向上流动过程中，经过传热、还原、熔化、脱炭作用，将铁氧化物还原成金属铁，从而实现Fe-O分离；煤气热量将生铁熔化并过热，从而实现铁渣分离，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，开展下一步炼钢工序。

　　生铁与钢的化学成分主要差别在于碳含量，其中钢的碳含量为0.02%~2.11%；生铁碳含量在2.5%~4.5%，铸铁中碳含量不超过5.0%；当碳含量超过5.0%，铸铁脆性很大，缺乏实用价值。生铁中约10%用于生产铸铁，剩余90%均冶炼成钢。

　　炼钢过程实质为以氧气作为主要氧化剂，将铁水中的碳、硅、锰、磷和硫等杂质元素分离，从而实现铁水精炼的过程。

　　长流程具体工艺：采用鱼雷罐从高炉装入液态铁水，经过铁水预处理（脱硫、脱硅和脱磷等）降低杂质含量，将铁水兑入顶底复吹氧气转炉，加入10%~30%废钢，经吹炼降低碳含量和去除杂质，将钢水倒入钢包经二次精炼（RH真空循环脱气、VOD真空吹氧脱碳等）进一步净化钢水，然后将钢水连铸成钢坯。

　　由于部分地区冶金焦资源缺乏，炼铁工艺除了传统主流烧结-高炉法之外，逐步衍生出以直接还原和熔融还原为主的现代化非高炉炼铁体系。相比于高炉，直接还原法由于在铁矿石软化温度之下进行还原，因而节省大量焦炭燃烧所需热量；取消焦化和烧结等工序导致其污染较小；同时海绵铁中硫和磷等杂质含量低，更有利于冶炼优质钢种。不过，直接还原法存在还原剂原料要求较高和产物海绵铁价格比废钢更高等缺点。

　　就全球直接还原铁供给而言，2015年全球直接还原铁产量为6954万吨，其中印度和伊朗为主要生产国，产量占比分别为23.34%和20.92%，中国年产量仅约10万吨，基本可忽略不计。纵向比较而言，或受近年全球钢铁行业整体景气下行影响，高成本导致直接还原占全球比重逐步下滑，2015年占比仅4.29%。

　　将废钢经破碎、分选加工后，经预热后与适量铁水加入至电弧炉继续加热熔化，去除磷和硫等杂质元素后得到钢水，再经过二次精炼（VOD真空吹氧脱碳等）获得合格钢水。由于电炉冶炼钢水杂质含量较低，因此常被用作相对高端特钢品种冶炼。

　　常用电炉主要包括电弧炉、感应熔炼炉和电渣重熔炉等，其中感应熔炼炉根据感应电流频率高低可分为高频炉、中频炉和工频炉，目前市场关注度较高的地条钢冶炼设备主要为中频炉和工频炉。

　　各国长短流程工艺占比并不相同，其中长流程占比，中国为94%，美国为37%，日本为78%，印度为43%，其存在差别的原因在于各国冶炼成本的经济性与品种质量要求不同。

　　钢铁冶炼流程较为复杂，相关设备投资规模庞大，属于典型的重资产行业，以上市钢企为例，2016年3季度末申万钢铁板块固定资产净值占总资产比重高达57.74%。庞大的固定资产投资，导致钢铁行业产能投建周期往往长达2~3年，产能调整具有明显滞后性。

　　同时，类似钢铁等中业共同的成本加成模式，使得其盈利弹性不及上游资源品。一方面，在行业景气向上时，由于上游资源类价格涨幅更快，中业利润遭受挤压，利润增长相对有限；另一方面，在行业景气向下时，由于中游可以将跌价压力一定程度转嫁至上游，因此，钢铁行业也较难经历经营剧痛，进而加大了市场化供给调整难度。

　　无论是固定资产投入大还是盈利缺乏弹性，均使得行业产能调整缓慢，从而增大了行业中期供给波动幅度。

　　首先，钢铁行业重资产属性使得固定资产摊销比重大，从而抑制了钢厂减产意愿，即便经营出现亏损，只要现金盈利犹存，钢厂往往仍会继续生产。

　　高炉的开炉方法一般采用“炉缸填充枕木，一级冶金焦开炉达产”的工艺方法。开炉成本昂贵，仅简单以冶金焦成本计，某1080m3的高炉开炉10天达产，以平均高炉利用系数以2.2t/(m3.d)，开炉达产期间平均焦比580kg/t，一级冶金焦（为确保开炉升温较快，一般在开炉过程中采用一级冶金焦）价格1800元/t为基准计算，达产期间将消耗一级冶金焦2.2*1080*0.58=1.38万吨，折合燃料成本2570万元。

　　同时，停炉过程操作复杂，消耗焦炭等停炉料，人力成本高，且存在爆震风险，对设备和人员安全存在隐患。此外，大型高炉运行期间，炉膛温度近2000℃，完全熄火后复产点火对炉体耐火材料损伤严重，因此，一般高炉重启次数有限。

　　第三，不同于资源类品种成本曲线较为陡峭而言，钢铁作为中游环节加工制造行业，个体之间相对同质，并未因所谓先天禀赋不同而成本端差异明显。相对平坦的成本曲线，使得各钢厂在根据钢价行情变化进行产量调整时，往往步伐相对一致，由此弱化了钢铁产量调整的连贯性，进而使得行业短期供给波动幅度同样较大。

　　高炉冶炼用原料主要有铁矿石、焦炭和熔剂。冶炼1吨生铁大约需要1.5-2.0吨矿石，0.35-0.6吨焦炭、0.2-0.4吨熔剂（石灰石与白云石等）；而转炉、电炉炼钢主要原料还包括废钢，因此钢铁冶炼主要原料包括铁矿石、焦炭及废钢三大类。其中，由于需求相同，焦炭与铁矿石供需格局的不同主要源于其供给端之间差异。

　　铁矿石主要可划分为赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿和菱铁矿等几种，其中赤铁矿具有含铁量高、有害杂质含量较少、还原性较好等特性，是优良的冶炼原料。

　　全球主要铁矿石资源分布在澳大利亚、巴西、俄罗斯、中国和印度等国，2015年其粗矿储量合计占比达73.74%，其中澳大利亚、巴西、俄罗斯和印度等地区铁矿石品位相对较高（43.40%-64.20%），且大都具备露天开采条件。高品位、开采成本低的特点使这些国家成为全球主要的铁矿石供应国。我国虽然铁矿资源量大，但是品位较低（2015年为31.30%），矿石种类以贫矿为主，因此钢铁冶炼所需矿石主要依赖进口。

　　基于资源储量丰富、品位较高且大都具备露天开采条件，澳洲和巴西主流矿可以在产业链整体收缩背景下通过扩产来挤压其他高成本矿山市场份额，并且形成一定规模效应，因此，扩产对于低成本主流矿山来说是最优选择。

　　不仅如此，因为上一轮周期矿价低迷时间过长，大量低成本矿山并未完全开发，以至于形成垄断格局的主流矿山至今仍有低成本矿山接力供给，四大矿2015年铁矿石合计产量占世界出口总量比重达66.21%。总体而言，低成本持续取代高成本是矿石供给端正在演绎的基本逻辑，供给相对宽松进一步加剧矿石行业中长期弱势供需格局。

　　焦炭作为高炉炼铁的主要还原剂，是钢铁冶炼的另一大重要原材料。与充分市场化的矿石供给结构不同的是，我国冶炼用焦煤主要产自国内，进口炼焦煤占比不到10%，国内主导型供给结构导致2016年煤炭行业供给侧改革限产措施得以有效推进，2016年焦炭价格因此上涨221.01%，预计在政策影响下，焦炭供给情况整体持续偏紧。

　　废钢：成本考量，长短皆宜无论是转炉还是电炉（包括中频炉）炼钢均需用到废钢，而其中电炉炼钢以废钢为主要原料，具体而言：转炉用废钢一般占总装入量的10%-30%，废钢同时也是转炉冷却效果较稳定的冷却剂，增加转炉废钢用量可降低转炉炼钢成本、能耗和炼钢辅助材料消耗。一般电炉炼钢原料中废钢占比70%-90%，而中频炉炼钢中这一比例接近100%。

　　随着2016年末地条钢淘汰政策频繁颁布，其中，中钢协2017理事会议强调上半年清除全部地条钢，由此引发市场对中频炉原料废钢供给大增的热议。不过，基于全国转炉炼钢规模庞大，2015年转炉法占粗钢产量比重高达93.90%，同时《废钢铁产业“十三五”发展规划》明确提出转炉废钢比提升至15%以上的目标，因此提升长流程转炉废钢比将很大程度上对冲掉短流程地条钢去化产生的行业供给波动。

　　不难理解，理论上讲，工业化是主导钢铁需求的核心因素。具体来看，就一国钢铁行业而言：1）前工业化时期，农业在国民经济中占据绝对比重，钢铁需求有限，相应阶段钢铁行业处于起步期；2）工业化初期至工业化中期是钢铁行业产能加速扩张的高增长时期，阶段内，经济结构中第二产业比重迅速上升，城镇化水平快速提。