以冶金学为基础，结合物理学（包括耗散结构理论、协同学等）和化学（包括物质转化过程中的多尺度效应等）理论，运用系统科学的概念和方法（包括复杂性科学等），在不同尺度和层次上对冶金制造流程进行解析与优化集成，研究其整体结构，以及动态运行的物理本质、功能和效率，使其实现高效优质的产品制造、能源高效转换与充分利用、大宗社会废弃物消纳-处理-再资源化三项功能。

20世纪70年代中期至80年代，以大型高炉、顶底复吹转炉、钢水二次精炼、全连铸和宽带热连轧机等关键技术和装备为核心的钢铁制造流程投入生产，使钢铁生产过程的时间缩短、过程连续化程度提高，导致钢铁制造流程中工序功能集和工序关系集的变化。相应的制造流程运行方式由间歇、停顿、相互等待和随机匹配，向整体准连续/连续的方向转变，形成了流程结构紧凑、物流通畅、节奏均衡的运行方式。90年代，现代钢铁企业面临的已不再限于单一的产品质量/性能问题，而是产品质量、制造成本、生产效率、过程服务和过程排放等多目标群。因此，必须从整体上研究钢铁制造流程的本质、结构和运行特征，并在工程实践的基础上进行理论拓展，达到制造流程整体多目标优化的目的。90年代初，中国学者殷瑞钰首次提出冶金流程工程学概念，并于2004年出版专著《冶金流程工程学》，对制造流程动态运行物理本质和运行规律进行了较系统的分析，强调冶金制造流程应以动态-有序运行、协同-连续/准连续运行为指导，提高钢铁生产过程中的各项技术经济指标。

21世纪后，中国钢铁工业在钢铁制造流程应具有高效优质产品制造、能源高效转换与充分利用、社会大宗废弃物消纳-处理-再资源化三大功能指导思想的引导下，建设了新一代钢厂，并提出了低成本、高效率洁净钢生产平台的概念，进而开展了绿色制造和智能制造方面的探索，丰富了冶金流程工程学的理论体系。

冶金流程工程学理论包括以下几方面。

①制造流程动态运行。冶金流程工程学认为冶金制造流程是一类远离平衡的、不可逆的开放系统，其动态运行的物理本质为：物质流在能量流的驱动和作用下，按照设定的“程序”，沿特定的流程网络做动态-有序运行，并实现多目标优化。动态运行的三要素为“流”“流程网络”和“流程运行程序”。各单元工序/装置之间具有异质-异构性、非线性的相互作用和动态耦合性，流程系统和环境之间进行多种形式的物质、能量、信息的交换，整个流程形成动态-有序运行的耗散结构（见图）。属于耗散结构的自组织过程，包含加热、冶炼、精炼、凝固和塑性形变、相变等。

冶金制造流程要素

②冶金制造流程的演进与框架的构成优化。通过解析冶金制造流程中各工序的功能集合，引入工序间“界面技术”概念，通过过程构成单元的选择、组合和演进，以物质量、时间和温度为基本变量，对制造流程中各类异质-异构-多元-多层次之间的过程进行协同与集成，进而研究冶金制造流程多因子物质流管控，实现工序功能集解析优化、工序间关系集的协同优化和流程工序集的重构优化，达到冶金制造流程系统物质流的衔接、匹配、连续和稳定。

③作为目标函数来研究冶金制造流程的基本变量——时间因子。在制造流程的构成过程和动态运行过程中，时间不仅是一个自变量，还是一个重要的目标值。为了揭示时间因子在流程动态协调运行中的作用，将时间因子在制造流程中的表现形式定义为时间点、时间序、时间域、时间位、时间周期、时间节奏等概念。将时间因子作为目标函数研究，有助于促进由不同工序所构成的复杂生产流程实现稳定、连续/准连续运行。

④冶金制造流程物质流-能量流-信息流耦合控制。钢铁制造流程一般以铁素物质流为运行主体，在碳素能量流的驱动和作用下运行。铁素物质流与碳素能量流的关系相互作用且相伴而行，但单从碳素能量流为主体的角度看，碳素能量流与铁素物质流的关系既相伴而行，又时合时分。因此，在流程中不仅存在物质流网络及相关运行程序，还存在与物质流有关的能量流网络及其运行程序。正确认识和实施能量流的动态-有序、协同高效运行，将促进能量转换效率的提高，减小流程运行过程中的能量耗散和有害物的排放。

⑤冶金制造流程动态-有序、协同-准连续/连续运行调控。通过分析冶金流程的总体运行规律，即以工序/装置运行参数的涨落和工序/装置之间动态耦合为基础的弹性链谐振和追求耗散“最小化”趋势，揭示流程总体运行过程中的推力-缓冲-拉力特征，构建时空系统-集成优化与动态甘特图，实现能量流与物质流网络的协同优化运行。

⑥流程宏观运行动力学的机制和运行规则。为了使各工序/装置能够在流程整体运行过程中实现动态-有序、协同-准连续/连续运行，提出了流程生产运行过程中较为完整的规则体系，以规范设计方法，并指导生产运行。这些动态运行的规则是：间歇运行的工序/装置要适应和服从准连续/连续运行的工序/装置动态运行的需要；准连续/连续运行的工序/装置要引导和规范间歇运行的工序/装置的运行行为；低温连续运行的工序/装置服从高温连续运行的工序/装置；在串联-并联的流程结构中，要尽可能多地实现“层流式”运行，以避免不必要的“横向”干扰导致的“紊流式”运行；上、下游工序/装置之间能力的匹配对应和紧凑布局是“层流式”运行的基础。制造流程整体运行应建立起推力源-缓冲器-拉力源的动态-有序、协同-连续运行的宏观运行动力学机制。

⑦论证了冶金制造流程应具有优质高效的产品制造、能源高效转换与充分利用、社会大宗废弃物消纳-处理-再资源化三项功能。强调要从产品制造链、商品价值的演变出发，研究冶金流程过程中的节能、清洁生产和产品绿色度问题，通过节能-清洁生产-绿色制造过程逐步实现环境友好，并展望相应的循环经济示范园区和低碳生态工业链。