钢铁是“必选材料”，是可循环利用的材料。钢铁作为一种重要的结构材料及功能材料的位置，在可预见的时间范围内不会发生重大变化。钢铁工业属于流程制造业。它是由功能不同的制造工序（装置）通过组合-集成构建起来的。从工程系统看，经过长时间的演变，现代钢铁企业的制造流程已演变两类基本流程：1、以铁矿石、煤炭等天然资源为源头的高炉-转炉-热轧-深加工流程和熔融还原-转炉-热轧-深加工流程。2、以废钢为再生资源和电力为能源的电炉-精炼-连铸-热轧流程。这是以社会循环废钢、加工制造废钢、钢厂自产废钢和电力为源头的制造流程，即所谓电炉流程（图1）。图1两类钢铁制造流程示意图图2高炉－转炉－轧钢生产流程的演进从物理角度上看，钢铁企业的生产过程实质上是物质、能量以及相应信息的流动/流变过程。其动态-运行过程的物理本质是：物质流（主要是铁素流）在能量流（主要是碳素流）的驱动和作用下，按照设定的“程序”，沿着特定的“流程网络”作动态-有序的运行。从热力学角度上看：钢铁制造流程是一类开放的、非平衡的、不可逆的、由不同结构-功能的单元工序通过非线性耦合所构成的复杂系统，其动态运行过程的性质是耗散过程。在钢厂生产过程中，铁素物质流是一类多因子流，是被加工的主体。碳素能量流则作为驱动力、化学反应介质或热介质按照工艺要求对物质流进行加工、处理，使其发生位移、化学/物理转换，实现以制造过程中物质、能量“耗散最小化”为核心的多目标优化。例如生产效率高、产品质量优、能源消耗低、过程排放少、生产成本低、环境/生态友好等。从钢铁制造流程动态运行过程的物理本质出发，可以推出其功能应拓展为：1.铁素流运行的功能——钢铁产品制造功能；2.能量流运行的功能——能源转换功能以及与剩余能源相关的废弃物消纳-处理功能；3.铁素流-能量流相互作用过程的功能——实现过程工艺目标以及与此相应的废弃物消纳-处理功能。钢铁工业的未来发展，应该在充分理解钢铁制造流程动态运行过程物理本质的基础上，进一步拓展钢厂的功能，以新的模式实现生态化转型，融入循环经济社会。质量提纲：一、关于钢铁产品制造功能二、关于能源转换功能以及相关的废弃物消纳-处理功能三、关于实现过程工艺目标以及相应的废弃物消纳-处理功能四、“洁净钢”平台的概念与涵义五、循环经济的有效实施——从“3R”原则到“五要素（“5E”）集成”六、关于实施循环经济过程中技术-经济因素的协调七、关于未来生态化钢厂的发展模式一、关于钢铁产品制造功能：钢铁产品制造功能是建立钢厂的初衷和基本出发点，在未来发展过程中，既要考虑市场竞争力，同时又必须重视可持续发展能力，对于新一代钢厂的产品制造功能，应该从如下视角出发来思考技术进步的战略性问题：——以过程耗散“最小化”为核心目标，建立动态-有序、连续-紧凑的新一代钢铁制造流程；——以过程冶金的解析-集成优化为原则，建立起针对不同产品的高效率、低成本“洁净钢平台”；——以材料工程为指导，规范不同钢铁产品的合理性能并实现产品换代。二、关于能源转换功能以及相关的废弃物消纳-处理功能：钢铁制造流程的物理本质和运行特征：由各种物料组成的物质流在输入能量的驱动和作用下，按照设定的工艺流程，使铁素物质流发生状态、形状和性质等一系列变化，成为期望的产品。在这过程中，物质流和能量流时而分离、时而相伴。相伴时，相互作用、影响；分离时，又分别表现各自的行为特征。2.1物质流与能量流的关系深入分析研究一下钢铁制造流程中物质流与能量流的行为和关系是有必要的。总的看来：在钢厂生产流程中，能量流与物质流是时合时分的。图3典型钢铁企业物质流及能量流运行网络与轨迹图4曹妃甸钢铁厂物质流(铁素流)运行网络与轨迹图5曹妃甸钢铁厂能量流(碳素流)运行网络与轨迹从企业生产流程整体上看，物质流与能量流是相互关联的。但是，从物质流、能量流的运行轨迹看是时合时分的，并可以分别形成“物质流网络”和”能量流网络“，两者并不完全重合。从局部的工序/装置看，在输入端：物质流和能量流分别输入；在装置内部，则物质流与能量流相互作用、相互影响，在输出端：则往往表现为物质流带着部分能量输出，同时还有不同形式的二次能量流分别输出。这是因为在工序/装置中，有必要的过剩能量，才能保证工艺、加工过程中的效率，因此有剩余能量流输出是不可避免的。说明：入炉煤的成焦率按75.4%计，即1326kg干煤生产1吨焦炭；加热焦炉用的高炉煤气发热量为1000kcal/m3；干煤的相当耗热量为728kcal/kg。图7烧结系统的物料与能源利用框图图8高炉炼铁系统的物料与能源利用框图图9转炉炼钢系统的物料与能源利用2.2关于能量流转换功能和“能量流网络”在研究钢铁制造流程的能源转换功能时，也应该建立起能量流的“流”、“能源转换程序”和与之相关的“能源转换网络