國產(chǎn)針狀焦應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展分析

  針狀焦具有結(jié)晶度高、熱膨脹系數(shù)小、取向性好、導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能優(yōu)異等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于電爐煉鋼的超高功率石墨電極、特種炭素制品等領(lǐng)域［1］。根據(jù)國家環(huán)保要求，電爐煉鋼將成為鋼鐵行業(yè)的重點發(fā)展方向之一，這使開發(fā)研制國產(chǎn)高端針狀焦成為行業(yè)急需攻克的難題。同時鋰電行業(yè)的發(fā)展也為針狀焦帶來新的發(fā)展機遇，因其成本低、克容量較高、綜合性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，所以在負(fù)極材料領(lǐng)域用量大幅增加。

  針狀焦在國內(nèi)起步較晚，核心技術(shù)遭到國外封鎖。目前，國內(nèi)針狀焦生產(chǎn)整體工藝框架基本搭建完成，產(chǎn)品成功投產(chǎn)，但核心技術(shù)把控及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性與發(fā)達(dá)國家還有一定差距，尤其在超高功率石墨電極的接頭焦和本體焦方面還無法實現(xiàn)國產(chǎn)替代。本文將對針狀焦發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行討論并指出目前行業(yè)中存在的一些問題，同時展望未來針狀焦行業(yè)的發(fā)展并提出相關(guān)的應(yīng)對措施。

  1針狀焦生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀

  目前國內(nèi)針狀焦生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)油系針狀焦或煤系針狀焦時，均需經(jīng)過原料預(yù)處理、延遲焦化、煅燒三道工序。在原料預(yù)處理工藝方面，油系針狀焦與煤系針狀焦所用工藝不同。油系針狀焦原料預(yù)處理工藝一般采用萃取法和過濾法;煤系針狀焦采用溶劑法和蒸餾法［2］。目前國內(nèi)煤系針狀焦在產(chǎn)企業(yè)基本都采用溶劑法，其特點在于工藝簡單、收率較高、運行成本低、QI脫除徹底、精制瀝青組分均勻、生焦收率高。雖然油系、煤系針狀焦原料預(yù)處理工藝不同，但其目的都是去除原料中不利于中間相小球體成長、融并的組分或雜質(zhì)，從而得到精制原料。

  油系針狀焦與煤系針狀焦的延遲焦化及煅燒工序基本相同。二者延遲焦化均在一定溫度下發(fā)生深度裂解與縮合反應(yīng)，進(jìn)而生成生焦。根據(jù)原料的不同特點，每家企業(yè)都有自己獨特的變溫變壓操作參數(shù)及生產(chǎn)周期。油系針狀焦比煤系針狀焦收率低10%～20%，但副產(chǎn)品附加值遠(yuǎn)高于煤系針狀焦。除焦方式均采用高壓水力除焦，根據(jù)塔徑及焦炭強度值選取合適的水壓、水量及切焦方法，以保證焦炭粒度滿足石墨電極需求。

  煅燒是使生焦經(jīng)1450±50℃高溫排除揮發(fā)分，同時發(fā)生分解和縮聚反應(yīng)的工藝。其目的是排除原料中的揮發(fā)分，提高原料的密度、機械強度、導(dǎo)電性能及化學(xué)穩(wěn)定性。目前世界上大約有85%的煅后焦是用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的?；剞D(zhuǎn)窯與罐式爐的不同在于罐式爐的煅燒物料是間接受熱的，而回轉(zhuǎn)窯中煅燒物料是受火焰直接加熱的，這就導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯對物料的燒損較大，收率降低。但由于回轉(zhuǎn)窯自動化程度較高，操作靈活，易于環(huán)境治理，適合產(chǎn)量高、規(guī)模大的企業(yè)使用;因此，目前國內(nèi)煅燒工序基本都采用回轉(zhuǎn)窯煅燒工藝［3］。

  2行業(yè)現(xiàn)狀

  2．1國內(nèi)針狀焦生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)狀

  2017年以來，隨著鋼鐵行業(yè)整合、石墨電極市場強勢回暖、鋰電負(fù)極在人造石墨領(lǐng)域的快速發(fā)展，國產(chǎn)針狀焦市場格局發(fā)生了巨大變化，除價格暴漲外，新增產(chǎn)能速度更是驚人。2017年年初時，針狀焦生產(chǎn)企業(yè)僅有5家(煤系4家、油系1家)，設(shè)計總產(chǎn)能29萬t/a，實際產(chǎn)能不足10萬t/a。2021年年底，生產(chǎn)企業(yè)已達(dá)到29家(煤系18家、油系11家，詳見表1)，總設(shè)計產(chǎn)能243萬t/a(煤系124萬t/a、油系119萬t/a)。但2021年實際生產(chǎn)企業(yè)只有18家(表2)，生產(chǎn)企業(yè)開工率僅為40%，實際產(chǎn)能約50萬t/a。目前，鞍山中特新材料科技有限公司是國內(nèi)能連續(xù)生產(chǎn)的煤系針狀焦企業(yè)。

  2．2國外針狀焦生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)狀

  目前，向中國出口針狀焦的企業(yè)未發(fā)生變化，依然以日本、美國、韓國企業(yè)為主，這些企業(yè)的產(chǎn)能也未大幅增加。隨著國產(chǎn)針狀焦數(shù)量增多、質(zhì)量提升，進(jìn)口針狀焦數(shù)量逐年減少，已經(jīng)由完全依賴進(jìn)口轉(zhuǎn)為部分出口;但由于國外針狀焦企業(yè)生產(chǎn)歷史比較久遠(yuǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定，短時間內(nèi)國產(chǎn)針狀焦還無法完全替代進(jìn)口針狀焦。在電極領(lǐng)域，水島的接頭焦憑借其優(yōu)異質(zhì)量獲得國內(nèi)多家電極企業(yè)的推崇;在負(fù)極材料領(lǐng)域，近幾年美國康菲公司在中國市場的產(chǎn)品投放量最大，很多高端產(chǎn)品都應(yīng)用該公司的針狀焦產(chǎn)品。該公司還開發(fā)出了專業(yè)的負(fù)極材料焦炭產(chǎn)品，市場反響較好，是國產(chǎn)針狀焦企業(yè)最強的競爭對手。

  3市場銷售現(xiàn)狀

  3．1產(chǎn)品應(yīng)用情況

  針狀焦主要應(yīng)用在石墨電極和鋰電負(fù)極兩大領(lǐng)域。目前從針狀焦市場需求看，石墨電極領(lǐng)域需求量稍大一些，占據(jù)針狀焦產(chǎn)量6成以上份額。石墨電極對針狀焦質(zhì)量指標(biāo)有明確要求;而在鋰電負(fù)極領(lǐng)域還未提出確切指標(biāo)要求，在該領(lǐng)域針狀焦應(yīng)用潛力巨大，目前在動力汽車領(lǐng)域發(fā)展最快。針狀焦不是鋰電負(fù)極材料的唯一原材料，目前動力電池市場更傾向于選擇高性價比的焦炭產(chǎn)品。

  3．22019—2020年市場供需情況

  圖1為2019—2020年針狀焦市場供需情況，由圖可見，2020年與2019年相比針狀焦供需變化不大。2020年雖然國產(chǎn)針狀焦產(chǎn)量有所提高，但質(zhì)量仍滿足不了Φ600mm及以上超大規(guī)格石墨電極的指標(biāo)需求，進(jìn)口針狀焦仍占據(jù)高端市場份額。

  3．32019—2020年產(chǎn)品價格走勢

  2019—2020年針狀焦產(chǎn)品價格處于連續(xù)下跌趨勢，尤其是2020年1月以后呈現(xiàn)斷崖式下降。從目前售價來看，所有針狀焦企業(yè)(煤系和油系)都處于虧損狀態(tài)，這是導(dǎo)致針狀焦生產(chǎn)企業(yè)開工率低的主要原因，此外，很多新建企業(yè)根據(jù)市場情況選擇無限延期開工。2020年10月針狀焦價格雖有小幅回升，但下游企業(yè)可接受的價格漲幅并不大，同時原材料價格持續(xù)上漲，企業(yè)生存壓力較大。

  從石墨電極及鋰電負(fù)極兩大應(yīng)用領(lǐng)域的用料情況來看，傳統(tǒng)的石墨電極行業(yè)用針狀焦量隨著電爐鋼比例的穩(wěn)步增加、電極產(chǎn)量的不斷攀升而升高;而鋰電負(fù)極領(lǐng)域應(yīng)用針狀焦量會隨著負(fù)極產(chǎn)品產(chǎn)量增加帶動針狀焦需求量持續(xù)增加。負(fù)極材料原料供應(yīng)種類較多，而高性價比的原料是廠家追求的目標(biāo);因此，未來大多新建針狀焦企業(yè)在滿足不了電極指標(biāo)需求時，會在鋰電負(fù)極領(lǐng)域?qū)で笊婧桶l(fā)展先機。

  4下游市場應(yīng)用情況

  不同年度電爐鋼產(chǎn)量見圖2。不同年度石墨電極產(chǎn)量見圖3。不同年度負(fù)極材料產(chǎn)量及對針狀焦需求量見圖4。從圖2～圖4可以看出，未來幾年隨著電爐鋼占比的穩(wěn)步提升、石墨電極及負(fù)極材料產(chǎn)量的連年增長，針狀焦的需求量也將大幅增加。

  5國產(chǎn)針狀焦行業(yè)現(xiàn)狀及未來展望

  目前國產(chǎn)針狀焦的生產(chǎn)工藝基本成型，但在核心技術(shù)層面較國外還有一定差距。高端產(chǎn)品的開發(fā)研制是橫在針狀焦行業(yè)內(nèi)的攔路石，如何提高產(chǎn)品質(zhì)量，穩(wěn)定產(chǎn)品性能是每個企業(yè)都需關(guān)注的問題。鋰電負(fù)極作為針狀焦的新市場，目前還沒有明確的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。針狀焦產(chǎn)品的理化性能對鋰電負(fù)極性能的影響還有待進(jìn)一步研究，未來精細(xì)化生產(chǎn)將成為行業(yè)的發(fā)展趨勢。

  2017—2019年鋼鐵行業(yè)持續(xù)回暖，推動了超高功率電極市場價格的不斷提高，這給針狀焦行業(yè)提供了一個良好的發(fā)展契機。但2021年受疫情影響原材料價格大幅增長，這不僅大大壓縮了針狀焦生產(chǎn)的利潤空間，甚至出現(xiàn)生產(chǎn)就虧損的情況。目前針狀焦價格已經(jīng)觸底，隨著世界經(jīng)濟的回暖，針狀焦價格會恢復(fù)到正常水平，利潤空間合理化將引領(lǐng)針狀焦行業(yè)向良性方向發(fā)展。

  未來隨著針狀焦市場情況好轉(zhuǎn)，針狀焦產(chǎn)能將大幅增加，預(yù)計產(chǎn)能會穩(wěn)定在200萬t/a以上，產(chǎn)能的供需平衡關(guān)系將由迫切需求轉(zhuǎn)為嚴(yán)重過剩。

  要使企業(yè)立于不敗之地，首先要解決產(chǎn)能大幅提升后原材料供應(yīng)短缺的困局。如何開發(fā)多種原料，在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，優(yōu)選高性價比的原料是破局的關(guān)鍵。針對不同原料重新優(yōu)化各工序的生產(chǎn)工藝參數(shù)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、突破技術(shù)壁壘、替代進(jìn)口產(chǎn)品、搶占高端市場等舉措是企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的保障。培養(yǎng)技術(shù)人才、豐富產(chǎn)品種類、開拓新興市場、研發(fā)滿足客戶需求的鋰電負(fù)極專用高端中間相焦是企業(yè)做大做強的基石。對于有著深厚技術(shù)底蘊和豐富生產(chǎn)經(jīng)驗的企業(yè)來說，需抓住這段發(fā)展的黃金期，在國產(chǎn)針狀焦行業(yè)內(nèi)脫穎而出，爭做行業(yè)龍頭，為國產(chǎn)針狀焦行業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。