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本论文在于对不涉及碳素使用和排放的炼钢过程的基础研究。
论文的文献综述指出：我国钢铁工业高速发展，取得了显著进步，仍存在结构缺陷，节能减排极为重要。传统钢铁工业的生产模式，与环境协调性差，有限的自然资源难于维持传统钢铁工业长期稳定的发展。面临全球变暖，自然资源使用殆尽等严峻问题，世界各国竞相提倡以低能耗、低排放、低污染、高效益为特征的低碳发展模式。低碳发展的核心问题是资源结构调整及其利用方式的转变。钢铁工业可持续发展的必由之路是生产制造低碳化。
论文通过对传统碳冶金的解析，提出了非碳冶金的理念，其含义是在冶金过程中不使用含碳介质为还原剂和燃料，但不排除其他少量的，如合金化、电极、耐材等碳素的消耗。对于非碳冶金的内涵，进行了基于生命周期的碳冶金与非碳冶金碳排放比较。自主研发进行实验研究的条件，继而实现“太阳能光伏非碳冶金”实验研究的集成技术创新。
研究考虑熔化钢水所需能量来源于太阳辐射能，利用太阳能光伏技术实现冶金过程的技术难点如下：(1)系统接收到的能量是北京地区太阳光辐射能量，其特点是不连续，不稳定。系统所消耗的能量是持续的高温冶炼所需能量和过程散失的能量。系统包括了光伏发电、电能存储、电能供应、电热转换各单元技术，各单元都应满足全部能量供应-需求的匹配；(2)高温冶炼单元所用电热转换技术最重要的工艺参数是炉口工作电压，其中要求从太阳能光伏发电单元到高温冶炼单元以及电力拖动和仪表、电控单元的电压系列的整合和匹配；相应地还有整个系统的电流整合和匹配过程；(3)目前电弧炉炼钢技术已相当成熟，可以有效的借鉴。然而这些现有的技术是基于大容量的三相交流电网的供电技术，相对于纯直流电源的供电和电气运行，尚有不同；(4)太阳辐射能，能量非常丰富，但其能流密度及(火用)值很低。太阳能光伏利用是提高其(火用)值的过程，但机理不甚清晰，需进行分析。
为此，研究了北京地区太阳光辐射能强度，采用系统工程方法，经能量匹配，电压、电流、功率整合，于2006年12月26日设计制造首座1kg太阳能光伏炼钢系统。该实验系统由炼钢反应器、电热转换单元、控电配电单元、光电转换单元和蓄电单元等有机集成；系统采用柔性设计，通过增添逆变器可以实现交直流电冶炼的转换，通过更换电极实现电渣和电弧两种加热方式的转换。按冶炼要求，系统有合适的耐热保温炼钢炉，在指定的时间间隔内，可产生1600℃以上的高温提供能量于lkg钢水的生产；按研究要求，系统与动力电网不搭接，是一个完全独立的能量体系，炼钢过程的能量全部来自于太阳能光伏效应。
论文以现有的两种铁源废钢和铁矿石进行了对不涉碳的冶金过程进行高温冶炼、非碳还原介质的选择及还原-熔融三个方面的研究。经高温冶炼、水溶液电解制铁，氢还原三类实验验证了不涉碳冶金的可行性。高温冶炼实验最长冶炼持续时间为103min，得到钢锭935g，系统在放电深度为80％，保证蓄能单元安全可靠的前提下，可持续冶炼12h；水溶液电解制铁实验电流效率平均为85.1％，最高可达97.6％；氢还原实验，实现了全流程不借助碳介质的铁矿石还原。实验结果均表明利用材料的光伏效应将太阳辐射能用于冶金在技术上可行，自主设计制造的太阳能光伏冶金系统均能满足冶炼要求。
论文从低碳经济及可持续发展等当前工业发展限定环境下，提出冶金工业分布式供电(微电网)及未来闭环柔性钢铁生产流程方案，从铁源、能源结构、能源供应安全，能源效率等方面论证其优点；认为：非碳冶金、微电网与传统碳冶金、国家电网配合形成优势互补可为冶金工业可持续发展提供新的思路。