未来十年钢铁行业需要增加万亿规模级别的低碳工艺技术投资
围绕四大成熟度高实用性技术和高炉富氢工业，以及由此引发的工艺结构变化，钢企投资范围涵盖：
1）电炉为核心的系统需要新增投资 3000 亿元规模
根据mysteel统计2020年原本新建电炉产能1221万吨，年底合计产能达到18225万吨；但受疫情影响，部分电炉钢企计划开工的项目暂停或者延期到2021年；2020年实际新增电
炉产能约 500 万吨，截止 2020 年末国内电炉产能约1.75亿吨。电炉钢占比攀升驱动力主要为：
- 减碳驱动：整体来看，无论是全废钢电炉冶炼，还是 DRI+电炉，废钢、DRI多种原料混合电炉冶炼，其碳排放强度都均低于目前的高炉-转炉流程。
- 政策驱动：按照钢铁行业高质量发展意见的征求意见稿，十四五末国内电炉钢产量占粗钢总产量比例提升至15%以上，力争达到 20%；废钢比达到 30%。
- 废钢资源释放、成本驱动：按照2025年电炉产能利用率 75%，转炉废钢比15%，国内粗钢产量维持在10亿吨平台区，电炉钢占比要达到15%，则需要25000万吨产能，社会废钢供给量完全能满足要求。2030年国内粗钢产量小幅下滑至9.5亿吨，社会废钢供给 35000 亿吨，电炉钢产能3亿吨，基本满足废钢-粗钢平衡。随着废钢供给的逐步释放，废钢价格相比铁水成本优势逐步形成，从2020年下半年以来，废钢价格整体低于铁水成本。
- 氢冶金-直接还原铁供给增加、工艺驱动：随着双碳行动推进，氢冶金-DRI工艺模式低碳优势逐步体现，电炉原料供给丰富，进一步驱动电炉产能增长。
整体来看，从2020年-2030年国内电炉产能预计增加1.25亿吨左右。参照目前国内部分钢企短流程电炉-轧制投资成本100万吨在40亿元左右，考虑到部分钢厂只需要投资电炉炼钢环节，投资成本将大幅缩减至10亿元左右。综合假设一半的钢厂需投资电炉-轧制为核心的新一代电炉短程集成技术，另一半的项目仅需投资电炉。我们认为未来十年短流程电炉以及高效轧制投资带来的新增投资约3000亿元。
电炉为核心的系统需要新增投资3000亿元规模。新一代电炉短流程集成技术：形成全废钢电炉-精炼炉-连铸机-热轧机等四位一体、一一对应的高效、层流运行的流程结构，发展全废钢电炉流程相关理论，形成针对绿色化与智能化全废钢电炉流程建设及运营的整体解决方案。
2）以球团替代烧结，同时对目前老工艺改造需要新增投资1800亿元规模
中国球团矿总产能约2.6亿吨，生产工艺主要有三种：链箅机-回转窑、带式焙烧机和竖炉，产能占比分别为55%、7%和38%。2000年以后，球团生产逐渐由竖炉工艺向链箅机-回转窑工艺转变，如武钢鄂州、湛江龙腾有500万吨/年链箅机-回转窑生产线。近年，新建球团生产线大多倾向于带式焙烧机工艺，如包钢年产500万吨的624m2带式焙烧机，首钢京唐公司三条年产400万吨的504m2带式焙烧机。
带式焙烧机在环保、能耗、效率上具备一定优势。从竖炉、带式焙烧机、链箅机-回转窑的工艺运行参数指标来看，带式焙烧机在环保、能耗、效率上具备优势。同时根据北京京诚杨晓东等在《球团替代烧结——铁前节能低碳污染减排的重要途径》报告中的研究，对年产900万吨铁水工厂，采取不同的矿物加工工艺（烧结或带式焙烧机），不同球团比例下，球团替代烧结虽然在投资和生产成本上略有增加，但从节能、低碳、废气减排方面获得的综合效果是非常显著的。
以球团替代烧结，同时对目前老工艺改造需要新增投资1800亿元规模。假设未来2020-2030年，国内烧结矿占比逐步下降，球团占比逐步上升到70-80%。需要新增5.1亿吨球团产能。根据世界金属导报统计我国目前2.6亿吨的球团产能中，竖炉和小型链篦机-回转窑球团厂的仍占40%以上，总体上看，装备水平低、产品质量不高、作业率低、能耗高污染重，需要加快淘汰。在企业升级改造过程中应坚持大型化，采用先进的工艺和高效的装备，实现低能耗和低排放。未来有近1.04亿吨球团产能需要改造。预计未来十年球团新增及改造产能合计增加6.1亿吨。参照目前球团单体投资500万吨，约15亿元，球团投资约1800亿元。
3）以直接还原铁部分取代高炉实现减碳，需要新增投资700-1000亿元规模
直接还原铁具备较大减排优势。无论是电炉，还是氢冶金，直接还原铁工艺（DRI）相比高炉具有较大的减排优势。国内受制于成本，整体对直接还原铁的消耗较少；但在北美、中东天然气价格相对便宜的地区，直接还原铁发展迅猛；欧洲尽管天然气价格昂贵，但部分钢企在海外都建有直接还原铁厂，以安米为例，其直接还原铁占铁素原料的比重在 7%。
其中以煤基回转窑工艺为主。但由于该工艺单机设备能力小、设备数量庞大、环境污染严重等问题，其未来的发展受阻。
随着碳中和战略的推进，目前部分钢企已经探索用焦炉煤气在直接还原竖炉上生产DRI。 2020年以来先后有山西中晋、河钢、宝钢股份、日钢等公布投资建设直接还原铁炉的项目，尽管目前从规模来看，仍然处于探索阶段。后续如钢企碳排放约束的加大，碳价上升，基于焦炉煤气等气基法DRI工艺将有进一步提升。长远来看，随着制氢成本的下降，氢基DRI也将会逐步。
参考MIDEX发布的最近一项投资，十万吨DRI需要1亿元。中性状态下如到2030年国内DRI占铁素原料比接近安米目前的水平（7%），则需要近700亿元。如达到10%的水平，则需要1000亿元。
4）以富氢提升高炉能效，降低碳排放需要新增投资达到2000亿元规模
浦项4000m3级别高炉富氢单座投资约24亿元。从韩国浦项公布高炉富氢项目投资情况来看：在2座高炉上实际投入生产，需要投入8000亿韩元（约合48.78亿元人民币）的资金，在 12 座高炉实际投入生产，预计需要投入4万8千亿韩元（约合292.68亿元人民币）资金，可减少8.7%的二氧化碳排放。由于浦项高炉均属于4000m3以上的高炉，整体富氢投资也相对较高。
八钢小高炉富氢投资约3.9亿元。八一钢铁在4月13日公布的年度重点投资计划中提到：公司以480m3氧气高炉富氢还原低碳炼铁项目总投资额39,000 万元。项目主要建设内容是喷吹焦炉煤气（富氢冶炼）、顶煤气自循环与喷吹（脱碳+加热+炉型改造）、煤粉喷吹系统升级。
高炉富氢预计需要投资达2000亿元。目前国内由近700座高炉，根据mysteel的统计3000m3以上高炉占比5.8%，2000-3000m3高炉占比8.7%，1000-2000m3高炉占比38%，低于 1000m3高炉占比48.5%。假设到2030年国内1000m3以上的高炉有一半富氢，3000m3以上大高炉投资接近浦项在20亿元左右水平，2000-3000m3投资规模在15亿元水平，1000-2000m3高炉投资需10亿元水平，未来10年国内高炉富氢投资总额将达到2000亿规模。
5） 提高余热余能利用效率，提高自发电比例新增投资超 2000 亿规模级别
2018年钢铁行业外购电力6142亿千万时，占能源总消耗比重12.12%。目前钢铁行业自发电比例在53%，目前行业内像华菱钢铁已达到70%。我们认为部分长流程钢厂通过提高余热余能利用效率，自发电比例还有进一步提升空间。考虑到目前国内长流程钢厂占比高，我们认为全行业未来实现自发电比例提升10%的可能性较大。意味着可以减少外购电力1000亿千万时左右，折合标煤约1300万吨。
根据包钢股份在2021年碳中和债募集说明书中披露的数据，余压余气节能减排项目投资23.6亿元。测算钢铁行业余热余能利用效率提升，全行业需增加自发电比例需要新增投资约2100亿元规模。
整体来看，从技术成熟度和减碳幅度来看，高效电炉炼钢、球团制造、直接还原铁竖炉、富氢冶炼、钢厂能效提升是未来十年实现深度减碳的重要举措，带来的投资规模将达到近万亿元级别。
截止2020年末重点钢企资产负债率62.35%，相比 2015 年下行7.7个PCT。2020年重点钢企利润总计2164亿元，计提折旧1553亿元；两项合计达3717亿元。整体来看，在经历2016年以来供给侧改革后，钢企盈利有大幅改善、债务负担降低，完全具备低碳转型的财务基础。
本文作者：华宝证券研究团队负责人杨宇 来源：华宝证券