材料定义：石墨电极是无定型碳经过石墨化炉焙烧制成的炭素制品

　　石墨电极是经过石墨化处理的炭素制品。根据我们在2017年6月26日发布的《炭素行业专题报告之一：钢铁用炭素(I)——新增电炉投放驱动石墨电极需求，技术进步、集中度提升助长期发展》，炭素制品按是否石墨化分，可以分为两大类，一是未经过石墨化处理、由非石墨质碳组成的炭制品;二是经过石墨化处理、由石墨质碳组成的石墨制品。

　　石墨化是指在高温电炉内把炭制品加热到2300℃以上，使无定形碳转化成具有三维有序的平面六角网格层状结构石墨的高温热处理过程。炭材料的石墨化是在2300～3000℃高温下进行的，由于化石燃料的燃烧难以获得如此高的温度，故在工业上只有通过电加热焙烧方式才能实现。　　

　　生产工艺：石油焦、针状焦、煤沥青等原材料成本占比66.88%，生产周期超50天、超高功率长达65天

　　1、原料与成本：石油焦、针状焦和煤沥青等原材料占石墨电极成本的66.88%

　　(1)原料：低硫石油焦、煤系针状焦为骨材，煤沥青为粘结剂

　　石墨电极由石油焦、针状焦等为原料、煤沥青等为粘结剂，经原料破碎、配料、混捍、压制成型、焙烧、浸渍、二次焙烧、石墨化、机加工、质量检验、打包出厂等11道工序制备而成。

　　石油焦：石油焦(Petroleum coke)是原油经蒸馏将轻、重质油分离后，重质油再经热裂过程得到的石油制品。石油焦色黑多孔，碳含量占80%以上，灰分含量一般在0.5%以下，在化工、冶金等行业中有广泛的用途，是生产人造石墨制品及电解铝用炭素制品的主要原料。石油焦按硫分的高低区分，可分为高硫焦(含硫1.5%以上)、中硫焦(含硫0.5%～1.5%)、和低硫焦(含硫0.5%以下)三种，石墨电极及其它人造石墨制品生产一般使用低硫焦生产。

　　针状焦：针状焦是外观具有明显纤维状纹理、热膨胀系数特别低和很容易石墨化的一种优异焦炭。针状焦物理性能的各向异性十分明显，平行于颗粒长轴方向具有良好的导电导热性能和较低的热膨胀系数，因此针状焦是制造高功率或超高功率石墨电极的关键原料，制成的石墨电极电阻率较低，热膨胀系数小，抗热震性能好。针状焦按原料来源可分为以石油渣油为原料生产的油系针状焦和以精制煤沥青原料生产的煤系针状焦两种。根据张毅峰2013年发表于《炭素技术》期刊上的《针状焦与石墨电极》一文，国外炭素企业生产大规格高功率和超高功率石墨电极往往头选优异油系针状焦为主要原料焦，目前我国针状焦以煤系针状焦为主，油系针状焦依赖于从日本水岛公司和英国HSP公司进口。

　　煤沥青：煤沥青是煤焦油深加工的主要产品之一，为多种碳氢化合物的混合物，成分较为复杂，常温下为黑色高粘度半固体或固体。按软化点高低分，煤沥青可分为低温、中温和高温煤沥青三种。煤沥青在石墨电极生产中作为粘结剂和浸渍剂使用，一般使用软化点适中、结焦值高的中温或中温改质煤沥青。

　　(2)成本：1吨成品石墨电极需1.02吨原料和0.29吨粘结剂，原材料成本占比达66.88%

　　石墨电极成本分四大部分：

　　一是石油焦、针状焦和煤沥青等原料成本，

　　二是焙烧、石墨化、机加工等生产工序的动力成本，

　　三是加工制造中的人力成本，

　　四是制造成本。

　　石墨电极的原料成本和动力成本为主要成本，占比达83.65%。根据中国炭素行业协会统计数据，2017年方大炭素的石墨电极产量居全国头位。方大炭素的炭素制品营业收入占公司总营收的75%，石墨电极产量占当年公司炭素制品总产量的85%，因此我们以典型石墨电极生产企业——方大炭素的2017年炭素制品成本构成作为石墨电极的成本构成是合理的。根据方大炭素2017年年报，炭素制品的成本构成中，原料成本、动力成本、人力成本和制造成本分别占66.88%、16.77%、8.02%和8.33%，其中原料成本相比2016年的51.83%大幅上升15个百分点。

　　1吨成品石墨电极需1.02吨原料和0.29吨粘结剂。根据2009年大连理工大学高勃硕士学位论文《国产针状焦生产超高功率石墨电极的研究》，石墨电极骨料为石油焦和针状焦，粘结剂为煤沥青，其基础配方为78%的骨料和22%的粘结剂。而根据张向军等人2001年发表在《炭素技术》期刊上的《用美国油系针状焦生产Φ400mmUHP石墨电极》一文，石墨电极在焙烧、石墨化等工序中会由于添加剂挥发或增加造成质量变化，在机加工等工序中会发生加工损失，其一次焙烧、浸渍、二次焙烧、石墨化和机加工成品率分别为90.4%、102.9%、96.97%、84.70%，因此其综合成品率为76.40%。即1吨成品石墨电极需最初原材料质量为1.31吨，对应骨料和粘结剂质量分别为1.02吨和0.29吨。

　　普通功率、高功率、超高功率石墨电极由于质量要求不同，制备时其骨料成分也不同。一般来说，普通功率石墨电极骨料均为石油焦，高功率石墨电极骨料由70%的优异石油焦和30%的针状焦组成，超高功率石墨电极骨料100%为针状焦。因此我们可计算出1吨普通功率石墨电极需石油焦骨料1.02吨;1吨高功率石墨电极骨料需石油焦0.71吨、针状焦0.31吨;1吨超高功率石墨电极骨料需针状焦1.02吨。

　　石墨电极生产成本受原材料价格影响较大。根据前文，石墨电极生产成本中原材料成本约占66.88%。尽管生产超高功率石墨电极所需针状焦成本要高于普通功率和高功率石墨电极，但超高功率石墨电极由于生产工序更多、加工精度要求更高，相应人力成本、制造成本和动力成本也会更高，因此我们假设普通功率、高功率和超高功率石墨电极原材料成本占比均为66.88%也是合理的。因此我们可以得到普通功率、高功率和超高功率石墨电极生产成本计算方法：

　　其中，CPC、CNC、CCT分别为石油焦、针状焦和煤沥青每吨单价。根据wind、卓创资讯数据，截止2018年3月16日，抚顺石化二厂1#A石油焦、锦州石化油系针状焦、华东地区煤沥青单价分别为8500元/吨、25000元/吨、3850元/吨，则计算可得普通功率、高功率和超高功率石墨电极成本分别为14633元/吨、22281元/吨、39797元/吨;根据中华商务网数据，截至2018年3月16日，国内直径500mm的普通功率、高功率和超高功率石墨电极主流市场价分别为67500元/吨、93333元/吨，155000元/吨，毛利率分别为78.32%、76.13%和74.32%。

　　2.生产工序与周期：生产工序达11道，普通功率石墨电极生产周期超50天，超高功率长达65天

　　石墨电极生产工序繁多。石墨电极由石油焦、针状焦等为原料、煤沥青等为粘结剂，经原料破碎、配料、混捍、压制成型、焙烧、浸渍、二次焙烧、石墨化、机加工、质量检验、打包出厂等11道工序制备而成，生产工序繁多。

　　普通石墨电极生产周期长达50天，超高功率至少需65天。典型普通功率石墨电极压制成型、焙烧、浸渍、焙烧、石墨化、机加工、成品打包等工序分别至少需要3天、25天、4天、15天、2天和1天的时间，共计50天，若考虑原料备货、原料破碎、配料、混捍、质检等工序，石墨电极的生产周期将会更长;而根据李圣华等2001年发表在《炭素科技》期刊上的《石墨电极生产中的节能降耗》一文，为了提高超高功率石墨电极的体积密度，采用先进的短流程生产工艺生产超高功率石墨电极需要一次浸渍和二次焙烧，二次焙烧需15天，因此超高功率石墨电极生产周期长达65天以上。石墨接头则需要二次浸渍和三次焙烧，生产周期更长。

　　3.发展趋势：电弧炉功率提高驱动石墨电极向超高功率方向发展

　　100~150吨级高功率和超高功率电弧炉是主流发展方向

　　根据宋华德等人1994年发表在《特殊钢》期刊上的《超高功率电弧炉技术概况》一文，电炉的生产能力决定于炉容量与单位输入功率。在单位功率水平相同时，生产能力随容量增大而提高。

　　电炉容量过小，不仅生产效率低，技术经济指标差，而且配备炉外精炼设备也比较困难;而容量在150吨以上的电炉由于其单位功率水平不高，反而不能充分发挥超高功率电炉的优点，因此多数电炉容量在150吨内;同时，根据我国发改委于2017年发布的《产业结构调整指导目录2011年本(修正)》，30吨以下容量的电炉已经被列为落后产能予以淘汰，而30~100吨容量的电炉被列为限制类建设项目。因此100~150吨高功率和超高功率电弧炉将是我国未来电弧炉发展方向。

　　电弧炉功率提高驱动直径500mm以上的高功率和超高功率石墨电极发展

　　超高功率电弧炉发展驱动超高功率石墨电极需求。随着劳动效率高、综合成本低的大容量超高功率电弧炉的日趋增多，对电弧炉用石墨电极的最大允许电流也提出了更高的要求。根据天津大学张勇2004年硕士学位论文《φ700mm超高功率石墨电极接头的研制》，电弧炉用石墨电极最大允许电流与石墨电极的直径成正相关。因此为满足超高功率电弧炉的使用工况，发展大直径的石墨电极势在必行。

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