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物质流、能量流分析是在给定的时空系统内对物质流动与储存规律进行评价的一种重要的系统分析方法。本论文应用冶金流程工程学、工业生态学等的基本理论、方法，以铁素流、碳素流、硫素流为研究对象，研究了钢铁制造流程内物质流、能量流运动、耗散的一般规律，构建了新一代超大型钢铁联合企业整体设计、运行方案以及能源和环境系统，并探讨了钢铁工业温室气体排放问题。
本论文首先分析了钢铁制造流程内物质流分析的意义、目标，提出了研究对象和研究方法。并以大型钢铁联合企业为研究系统，对焦化、烧结、炼铁、炼钢、连铸、热轧等生产工序进行物质流分析，提出各工序物质流分析的核心问题，并对铁素流、碳素流、硫素流的物理化学状态变化、耗散过程及其影响因素等进行分析。研究表明：铁素流是物质变化的主体，应提高生产过程的成材率、金属收得率，并加强含铁副产品、废弃物等的再资源化利用：碳素流是钢厂能量流的主要形式，应力求提高生产过程中的能源转换效率，重视提高流程的连续化程度和二次能源与余热余能的及时、充分回收和合理转换；高炉炼铁、铁水脱硫预处理过程的炉渣脱硫是硫素流的主要输出形式，而烧结过程以气化脱硫为主，应注意烧结烟气SO<,2>排放问题。
在工序解析基础上，引入了新一代钢铁制造流程和新一代超大型钢铁联合企业的构想，讨论了新一代超大型钢铁联合企业合理的生产规模、主要设备的生产能力，分析了钢铁制造流程中铁素物质流动态运行时间和温度变化规律。以此为前提，研究了一定条件下新一代钢铁制造流程的物质流规律，分析了资源/能源消耗、二次资源/能源循环利用情况，并重点研究了以副产煤气利用为主要内容的能源系统和炉渣再利用，以CO<,2>、SO<,2>排放为主的环境系统，提出了进一步提高资源能源利用效率、改善环境和促进工业生态链形成的有效途径、技术措施。
新一代钢铁制造流程物质流、能量流分析表明：流程生产运行的连续化程度约57.1％，从高炉出铁到热轧卷取完毕的总运行时间约为365～410min，可以实现900℃以上和/或600℃以上分钟级物质流连续运行。总铁素资源利用率约98.89％，包括冷轧等深加工产品在内的吨钢能耗为699kgce/t-s左右，吨钢CO<,2>排放约为1832kg/t-s,吨钢SO<,2>排放约为0.45 kg/t-s。对于年产粗钢900万t/a的新一代钢厂而言，可建设装机容量约90万kW的电站，形成年产水泥约350万t/年、水泥微粉约80万t/年的生产线，并有可能外供氢气约6.6亿m<3>/年。
鉴于全球变暖和可持续发展是全球范围的时代命题，本论文针对温室气体和钢铁工业CO<,2>排放现状，讨论了钢铁工业(企业)CO<,2>排放源和CO<,2>排放计算的主要影响因素，综合现有CO<,2>排放主要计算方法，提出了钢铁工业(企业)CO<,2>排放的计算方法，分析提出了钢铁工业减排CO<,2>的途径。