钢铁生产过程的节能降耗工作可归纳为三个方面：追求“资源效率”的物质流优化,追求“能源效率”能量流优化,以及物质流与能量流的协同优化。目前,前两个方面的研究工作已取得较好的成果,而关于物质流与能量流协同关系的研究却较少。钢铁生产过程中的物质流与能量流之间存在着诸多的不协同现象,如：物质流长,能量流短；铁素产品流长,非产品流短；铁前各工序之间为冷衔接,而铁后各工序之间为热衔接；物质流与能量流时合时分,互不协同。为此,本文综合了冶金过程工程学、协同学和系统节能基础学科的知识,开展钢铁生产过程中物质流与能量流协同关系的研究,构建物质流与能量流的协同评价机制。本文的主要研究工作如下：(1)认识了钢铁生产过程动态-运行过程的物理本质从热力学角度上看：钢铁生产过程是一类开放的、非平衡的、不可逆的、山不同结构-功能的单元二[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。在生产过程中,物质流的有序化过程往往需要能量流的推动。物质流与能量流相互配合、相得益彰,产生“1+1>2”的效果即为协同效应。(2)辨识了物质流、能量流以及二者相互作用大系统的序参量由于企业各部门追求目标的差异,本文分别从“资源效率”优化、“能源效率”优化、“协同优化”的角度出发,通过分析辨识,确定了系统的序参量：对于物质流子系统,其序参量为吨产品外加废品流、废品率和废弃物循环率；对于能量流子系统,其序参量为单位产品供入能量流、单位产品余热余能生成量和余热余能回收率；对于物质流与能量流相互作用的大系统,其序参量为吨产品供入能量流、依附于产品的能量流、余热余能回收量和连续化程度。(3)构建了物质流与能量流协同评价模型协同度为物质流和能量流表现出来的整体协调匹配程度。序参量对系统有序度或协同度具有正负两种功效。序参量贡献的大小用功效系数EC表示：当目标最满意时,EC=1；当目标最差时,取EC=0。子系统的有序度OD或大系统的协同度SD被定义为各个序参量功效系数的线性加权。基于所建立的协同评价模型,本文提出了物质流或能量流边际有序度和边际协同度的概念,根据解析式,可清晰地看“5各个序参量的变化对子系统有序度或大系统协同度的影响。(4)分析了钢铁生产工艺的协同演化进程选取连铸与模铸、转炉与平炉、热装热送等典型的演化过程,分别计算了各自的物质流有序度、能量流有序度以及物质流与能量流的协同度。结果显示,连铸工艺的物质流有序度为0.840,能量流有序度为0.374,物质流与能量流的协同度为0.452,分别优于模铸工艺的水平0.438,0.288和0.304。转炉工序的物质流有序度为0.840,能量流有序度为0.739,物质流与能量流的协同度为0.688,分别优于平炉工序的水平0.397,0.191和0.219。热装温度为1050℃的物质流与能量流的协同度为0.954,分别优于热装温度为900℃、500℃的0.812、0.436。对某先进生产过程协同分析的结果显示,物质流有序度为0.705,能量流有序度为0.452,物质流与能量流协同度为0.539。可见,其物质流处于中级有序阶段,而能量流处于低级有序阶段,究其根本原因就是余热余能回收利用率低。(5)炼铁工序、热轧—冷轧区段及炼钢—连铸—轧钢流程的协同优化炼铁工序的物质流有序度为0.840,能量流有序度为0.374,物质流与能量流的协同度为0.45。当连续化程度每增加0.100时,物质流与能量流协同度增加0.050。提出CDQ烧结矿余热回收技术,其物质流与能量流协同度是传统环冷机的1.957倍。热轧—冷轧区段轧制温度可调范围大,基于协同的思想,本文提出了温轧工艺。当轧制温度提高到200℃时,温轧工艺协同度是传统冷轧工艺协同度的1.378倍。为提高物质流与能量流协同度,除200℃的热量依附于物质流进入温轧外,剩下的热量可进行余热余能回收利用,每当余热余能回收量提高3 kgce/t产品时,物质流与能量流协同度就会相应提高0.030。炼钢—连铸—轧钢协同优化：SD模铸-钢锭红送流程=0.214,SD连铸-冷装=0.336,SD连铸-热装=0.503,SD薄板坯连铸—连轧流程=0.665。