解码钢铁行业（三）：产业链全解之双焦

■双焦品种与生产加工 炼焦煤品种多样，其中主焦煤、肥煤是优质的炼焦骨架煤种，气煤、气肥煤主要作为炼焦配煤。焦煤生成焦炭主要分为三步：备煤，重点在于配煤，通常要求粘 结度较高的主焦煤、肥煤等占比在50%左右，不应低于30%；炼焦，是焦化主要步骤，当前以6米大型炼焦炉为主，结焦时间通常为19小时，结焦速度、焦化温度、熄焦工艺的不同都会影响焦炭性能；化产，焦化过程中会形成焦油、煤炉气，经化产可生产燃油、粗苯等化工原料。按照焦化温度，可分为半焦与焦炭，半焦主要以长焰煤、不粘煤等弱粘结煤炭为原材料，强度低、易碎，不能用于高炉生产，主要用于生产铁合金、电石等；焦炭以主焦煤、肥煤、气煤等粘结度较高的煤炭为原材料。焦炭按用途可分为冶金焦、气化焦和电石焦，冶金焦又分为一级、二级和三级冶金焦，一级冶金焦性能最优、价格也最高，气化焦主要生产煤气，电石焦主要用于生产电石。在钢铁产业链中，焦炭主要作为铁水还原剂和发热剂，因此需要重点关注焦炭的热量和还原效果，此外还需关注机械强度、反应性和反应强度两大指标。 ■双焦供需格局 焦煤资源稀缺，俄煤难补缺口。全球焦煤尤其是主焦煤资源都较为稀缺，中国焦煤相对较为丰富，占全球的比重在20%左右，但我国焦煤资源以气煤为主，主焦 煤、肥煤占比不到40%，与炼焦工艺相比优质焦煤资源较为稀缺。我国焦煤储量集中于山西、安徽、山东等地，约五成的优质焦煤资源分布于山西省内，1/3焦煤主要分布在河北、河南、安徽等地，气煤则集中于河北。受制于资源分布，焦煤产量也集中于山西，产量占比在50%以上，其次则为安徽、山东、内蒙等地，虽然我国焦煤整体进口规模不大，但主焦煤较为依赖进口。2020年以前，进口焦煤较为依赖澳大利亚、蒙古，2021年起中澳关系降温我国开始转向俄罗斯、美国、加拿大，2022年受地缘政治影响，自美国、加拿大进口焦煤规模大幅下降，俄罗斯进口焦煤规模持续上升，但俄罗斯进口多为肥煤、瘦煤且钙、镁含量高，优质主焦煤数量并不多，难补焦煤缺口。 焦炭自产自用，供需区域错配。我国焦炭基本为自产自用，进出口规模均相对较 小，近两年在环保政策收紧、多地发文加快清退落后产能的背景下，焦炭产量小幅下滑，2021年焦炭产量为4.6亿吨。焦炭产能集中于独立焦化厂，占比超三分之二，其余则主要由钢厂联合焦化厂生产，多数大型钢厂均自设焦化厂，首钢、山钢等焦炭自给率均在90%以上，但多数钢厂仍以外购独立焦化厂的焦炭为主。独立焦化厂多数为中小型民企，行业集中度较低，CR10仅在10%左右，且上下游基本为国企或大型民企，处于产业链中弱势地位、议价能力较弱。焦炭供需区域错配，生产集中于山西、内蒙、陕西等地，消费则集中于河北、江苏、辽宁等产钢大省，焦炭年调入量超千万吨。主要依靠铁路、水路、公路三种方式，公路主要作为短途运输、成本最高，铁路主要运输1000公里左右的长距离、成本相对较低，海运成本最低但容易出现损耗。焦炭库存、开工率是钢铁生产重要的观察指标，2022年以来钢厂和焦化厂库存表现背离，独立焦化厂库存明显高于季节性而钢厂焦炭库存持续走低，表明当前钢厂生产动力仍不强；开工率则重点关注焦化企业开工率，与下游钢厂铁水生产高度相关，2022年6月受钢厂主动减产影响开工率大幅下降。 ■风险提示：信息搜集不全面，钢厂需求不及预期等。 固定收益主题报告 解码钢铁行业（三）：产业链全解之双焦 2022年10月19日 证券研究报告 池光胜分析师 SAC执业证书编号：S1450518100003 chigs@essence.com.cn 高文君分析师 SAC执业证书编号：S1450521080001 gaowj@essence.com.cn 相关报告 金融资源盘点与省内城投支 2022-09-20 持（6）：河北篇 370个政策性开发性金融工 具项目解析：哪些城投获取2022-09-19 资金多？ 解码煤炭企业（四）：冀中能 2022-09-18 源集团有限责任公司 青岛土拍零距离（5/22）：三 拍凉意依旧，国、民企拿地2022-09-17 意愿仍较低 杭州土拍零距离（4/22）：三 拍热度较高，主流房企积极2022-09-17 拿地 内容目录 1.双焦品种与生产加工3 2.双焦供需格局5 2.1.优质焦煤资源稀缺，俄煤难补缺口5 2.2.焦炭：自产自用，供需区域错配7 图表目录 图1：焦炭生产工艺流程4 图2：焦煤资源集中在山西、安徽、山东等地6 图3：优质焦煤资源集中于山西6 图4：我国焦煤以自产为主，进口依赖度在10%左右（万吨）7 图5：我国主要生产气煤，主焦煤、肥煤产量较低7 图6：炼焦煤进口国家结构7 图7：我国焦炭基本为自产自用（吨）8 图8：我国焦炭仍以独立焦化厂生产为主（亿吨）8 图9：我国焦炭产量集中于山西（吨）9 图10：河北、江苏、辽宁为焦炭主要调入省份（吨）9 图11：2022年以来独立焦化厂库存偏高（万吨）9 图12：2022年以来钢厂焦炭库存持续较低（万吨）9 图13：大型焦化厂开工率更高且更稳定10 图14：焦化厂开工率与钢厂铁水产量高度相关（万吨）10 表1：焦煤分类标准3 表2：冶金焦主要关注指标（%）5 除铁矿石外，焦炭也是钢铁冶炼的重要原材料，冶炼1吨铁水通常需要0.5吨焦炭，而焦炭由炼焦煤焦化而来，因此关注焦煤、焦炭对钢铁研究至关重要。本文将对钢铁原材料双焦进行全面梳理，以供投资者参考。 1.双焦品种与生产加工 根据挥发分、粘结指数可将焦煤细分，主焦煤、肥煤是优质的骨架炼焦煤种。焦煤是按用途划分、用于冶金炼焦的煤炭总称，属于烟煤，按挥发分、粘结指数等参数可分类为主焦煤、 肥煤、气肥煤、气煤、1/3焦煤和瘦煤。主焦煤和肥煤是炼焦骨架煤种，挥发分适中、粘结指数较高，主焦煤可单独炼焦，能够生成裂纹少、抗碎强度高、耐磨性好的优质冶金焦，肥煤单独炼焦时能产生熔融性较好的焦炭，但易有较多横裂纹、抗碎强度较弱，是炼焦配煤的重要原材料。气煤、气肥煤、1/3焦煤挥发分偏高，是主要的炼焦配煤，单独炼焦时生成的焦炭有裂纹、易碎，强度、耐磨性都偏弱，瘦煤单独焦化时生成的焦炭熔融性较差、耐磨性不好，也主要作为炼焦配煤。此外，除粘结指数、挥发分外，还需关注焦煤的灰分、硫分、水分、粒度等，灰分、硫分等有害元素会导致焦化过程中渣量增多、降低生产效率、污染环境，水分、粒度等指标过高/大会影响焦炭强度（详见《解码煤炭行业（一）：煤炭行业全景》）。 分类 分类指标 Vdaf% （挥发分） H*% （煤中氢含量） GRL （粘结指数） Ymm （胶质层最大厚度） b% （奥亚膨胀度） PM% （透光率） Qgr，maf （发热量） 表1：焦煤分类标准 瘦煤 >10.0-20.0 >20-65 >20.0-28.0 >65 焦煤 >20.0-28.0 >50-65 <25.0 （<150） 肥煤 >10.0-20.0>10.0-37.0 >65(>85) >25 1/3焦煤 >28.0-37.0 >65 <25.0 （<220） 气肥煤 >37.0 (>85) >25.0 〉220 气煤 >28.0-37.0>37.0 >50-65 <25.0（<220） >35-65 1/2中粘煤 >20.0-37.0 >30-50 弱粘煤 >20.0-37.0 >5-30 不粘煤 >20.0-37.0 <5 长焰煤 >37.0 <5-35〉50 资料来源：中国煤炭分类标准，安信证券研究中心 焦煤焦化成焦炭主要分为三步：1）备煤。将洗精煤进一步处理以达到炼焦要求，包括堆煤、配煤和碎煤。重点在于配煤，合理配煤能够降低生产成本、提高焦炭质量、减少安全隐患，通常要求粘结度较高的主焦煤等占比在50%左右，配煤比例一般为主焦煤和1/3焦煤50%、肥煤15%、气煤25%、瘦煤10%，但主焦煤、肥煤等资源稀缺、价格较贵，部分焦化厂会 加大瘦焦煤、1/3焦煤的比重替代生产，但主焦煤配比一般不应低于30%；部分焦化厂为提高焦炭质量，会提高主焦煤和肥煤的配比，高达70%以上，减少瘦煤等配比。此外，焦煤中 的灰分、硫分和磷分等有害物质会全部或部分转入焦炭中，因此配煤时对焦煤的硫磷、灰分要求也较高。2）炼焦。是焦化的主要步骤，将炼焦配煤在炼焦炉内隔绝空气的条件下经历加热、干燥、预热、分解、产生胶质体、胶质体固化、半焦收缩的过程，最终生成焦炭。我 国此前炼焦多使用4.3米炼焦炉，但产能落后、污染严重，近两年山西、内蒙、河南等多地发文要求尽快退出4.3米焦炉产能，向大型化焦炉发展，6米、6.9米、7.2米大型焦炉日益普遍。炼焦时间、炼焦温度、熄焦工艺的不同，对产出焦炭质量的影响也较大。以55孔大 型6米焦炉为例，结焦时间通常为19小时，若加快结焦速度、缩短结焦时间，会导致所产焦炭块度缩小、强度降低，炼焦温度通常在1000℃左右，若提高结焦末期温度，可以增加 焦炭耐磨强度但会降低抗碎强度。熄焦工艺则分为湿法熄焦和干法熄焦，湿法熄焦采用喷水对红焦降温，操作简单、投资金额低但污染严重，干法熄焦是利用惰性气体将红焦熄灭，操作复杂、投资金额较大但污染工艺明显减少，干法熄焦后焦炭的水分明显更低，机械强度更 强。3）化产。即化工产品生产阶段，焦化不仅会生产焦炭，还会产生煤焦油和焦炉煤气等 副产品，经过化产阶段可进一步生产燃油、粗苯等化工原材料。 图1：焦炭生产工艺流程 资料来源：WIND，安信证券研究中心整理 根据焦化原材料、温度、用途等，可将焦炭进一步细分。1）按焦化温度和煤种可分成半焦与焦炭。半焦生产温度为500-700℃，所需煤种对煤炭粘结度的要求较低，通常采用挥发分偏高、弱粘结度的弱黏煤、长焰煤和不粘煤作为原材料，无需配煤可单独焦化，半焦具有低 硫低灰分低磷低水分的优点，但同时强度低、易碎，不能用于高炉生产，主要作为炭质还原剂用于铁合金、电石、化肥等生产或作为高炉喷吹原材料。焦炭生产温度为1000℃左右的高温，对焦煤的粘结指数要求较高，主焦煤可单独用于炼焦，但我国优质主焦煤资源稀缺， 通常搭配气煤、瘦煤等进行炼焦，配煤比例一般为主焦煤及1/3焦煤50%、肥煤15%、气煤25%、瘦煤10%。2）按用途可分为冶金焦、气化焦和电石焦等。冶金焦是冶炼用焦的统称，用于高炉炼铁、铁合金、有色金属等，是最主要的焦炭品种，按照硫分、灰分、机械强度等 指标可进一步分为一级、二级和三级冶金焦，一级冶金焦低灰低硫、机械强度更高，是高炉 炼铁的优质原材料，二级焦次之，三级冶金焦灰分、硫分较高且易碎，对环境污染严重，实际生产中已基本不再使用。气化焦主要用于生产煤气，通常以挥发分偏高的气煤做原材料，可生产以CO和H2为主的可燃气体，对灰分、反应性、灰熔点等要求都较高。电石焦主要 用于电弧炉中高温生成电石，要求低灰低水低磷、高反应性、电阻率大、固定碳高等。 在钢铁产业链中，焦炭主要作为长流程生产阶段中铁水还原剂和发热剂，因此需重点关注焦炭的热量和还原效果，即固定碳含量，指碳元素所占的比重，固定碳越高表明焦炭热值越高、还原效果越好，在铁水生产中作为发热剂、还原剂的使用价值也就越大。并且，焦炭的主要 构成是碳和灰分，若固定碳含量较低，则表明灰分较高，高灰分导致高炉渣量增加，炼铁焦比上升、增加冶炼成本，一般焦炭灰分波动1%、高炉焦比要波动2.5-3%，一级冶金焦通常要求灰分≤12%。此外，含碳量较高，通常意味着焦炭挥发分较低，挥发分是指焦炭被二次 加热后生产气体产物的含量，冶金焦的挥发分标准为≤1.8%。但在实际生产运输过程中，焦 炭极易造成损耗，以及高炉炼铁过程中要根据高炉实际尺寸来确定焦炭粒度，若焦炭强度较 差生成粉尘浪费资源、降低高炉生产效率，因此还需关注两大强度指标：1）机械强度，焦炭在机械力作用下抵抗碎裂和磨损的能力，是冶金焦最重要的物理性能指标，包括抗碎强度和耐磨强度。抗碎强度是指焦炭能够抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能 力，通常用M40或M25来表示，指转鼓试验中鼓后直径大于40mm或25mm的焦炭占总入鼓焦炭质量的比重（M10以此类推），数值越大则表明焦炭抗