冶金工程专业介绍

（一）学科概况

冶金工程是研究从各类原生矿产资源或工业及社会产生的各种二次资源中提取分离金属或化合物，并制成具有良好加工和使用性能及经济价值材料的工程技术学科。

人类的进步与冶金技术的发展紧密相关。炼铜技术的出现使人类进入青铜器时代，标志着文明社会的开始。炼铁技术的产生开启了物质文明发展的铁器时代。冶金历史悠久，但16世纪以前的冶金基本上是经验技艺。1世纪以来，冶金生产技术汲取了近代自然科学理论和实验技术的成就，逐渐形成了冶金工程学。19世纪以来，冶金技术中引入了电能，用电冶金制造出一系列新的金属和合金，取得新的突破。20世纪20年代以来，物理化学的成就，大大发展和丰富了冶金工程学的理论。第二次世界大战后，冶金工业迅猛发展，冶金技术在强化冶炼过程，提高产品纯度，丰富产品种类，开发应用大型高效冶炼设备，实现生产过程连续化和自动化，以及改进冶金分析方法与手段等方面都取得显著进步。特别是20世纪80年代以来，冶金工程学科一方面不断地孕育和促进材料科学与工程、化学工程与技术等相关学科的发展；另一方面与热能工程、控制工程、信息工程、环境工程等新兴学科交叉融合，形成了具有强大生命力的交叉学科，如冶金资源工程、冶金反应工程、冶金热能工程、冶金环境工程、材料冶金工程、电化学工程、冶金信息工程等，使冶金学科的研究领域拓展到与冶金相关的资源、能源、环境、新材料等领域，不仅为冶金工业继续朝着绿色、低碳、高效、低耗和高度自动化、数字化和智能化的方向发展提供了科技支撑，而且对现代高科技产业及战略性新兴产业的发展起到了重大推动作用。

冶金工程学科的发展趋势是继续汲取相关学科的新成就进行自身的充实、更新和深化，与相关学科和新兴学科实现更紧密的交叉融合，不断形成新的学科生长点，重点针对冶金过程低碳化与节能减排、难选冶资源（非传统资源），以及工业及城市固体废弃物的高效利用，冶金过程强化与短流程化，冶金产品高质多样化与增值化等重大问题开展基础与应用基础研究，发展绿色、低碳和高效的冶金新方法、新技术、新工艺与新装备，推动冶金工业向绿色化、智能化和高质化方向发展。

冶金是国民经济发展的基础，是国家综合实力和工业发展水平的重要标志，它为机械、能源、化工、交通、建筑、航空航天工业及国防军工等各行各业提供所需的冶金产品。现代工业、农业、国防和科技的发展对冶金工业不断提出新的要求并推动着冶金工程学科的发展，反过来，冶金工程学科的发展又不断为人类文明进步提供新的物质基础。

（二）学科内涵

1.研究对象

冶金工程是从各类原生矿产资源或工业及社会产生的各种二次资源中提取分离金属或化合物，并制成具有良好加工和使用性能及经济价值材料的工程技术学科，研究多相多组元复杂体系的化学反应规律，动量、能量和质量传输及其相互作用规律，金属或化合物的分离、富集、提纯、资源化、材料化及产品高性能化的基础理论与技术，以及与之相关联的分析、检测、工艺流程开发、反应器（装备）开发、过程控制与数字化和智能化、资源高效清洁利用、二次资源循环利用、节能减排及生态环境保护等。

2.理论体系

冶金工程学科的主要理论包括：冶金热力学、冶金动力学、冶金传输原理、冶金反应工程学、提取冶金原理、冶金分离科学、金属学、金属凝固理论、冶金环保和资源化理论、冶金流程工程学等。

3.知识基础

冶金工程学科涉及自然科学、应用科学，以及工业生态学及过程工程学，跨度大、综合性强，需要以数学、物理、化学和力学等自然科学为基础，是一个理工结合、多学科交叉的学科。包括冶金物理化学、钢铁冶金和有色金属冶金三个传统二级学科，以及资源循环工程、冶金环境工程、材料冶金、智能冶金等新兴交叉二级学科。它与数学、物理、化学、力学等基础学科以及材料、化工、环境、矿业、控制、计算机、大数据与人工智能、工程热物理等工程学科密切联系，相互促进，共同发展。

4.研究方法

冶金工程学科从古老的冶炼技艺传承过程中，不断吸收相关学科的理论知识，构建自身的理论体系，并不断发展和完善本学科的研究方法论，概括来说主要包括以下几种研究方法：

（1）冶金反应热力学分析方法。能量是决定冶金反应过程进行和维持的最终驱动力，判断冶金反应进行的可能性及限度，必须先对冶金反应的热力学进行分析判断。冶金反应过程往往是多相、多界面、多物质、多过程、多机制、多效应综合的过程，这种多因素的影响，对整个冶金反应体系的能量状态均将产生影响，因此，必须从热力学角度，对冶金反应的热力学进行定量分析，明确冶金反应的方向性和可能性。

（2）冶金过程动力学研究方法。实际冶金过程进行的限度对最终冶金产品的获取，整个过程的效率和经济性产生极为重要的影响，而冶金过程进行的速度则必须从动力学角度出发，探讨冶金过程的限制性环节，进而提出可行的强化手段和方式。

（3）冶金过程反应工程学研究方法。冶金过程涉及极其复杂的多相反应，存在众多的能量、动量和质量传输问题，因此需要在冶金过程动力学和传输理论的基础上解析冶金过程的各种特性，寻求过程中各主要参变量之间的相互关系，找出其数学表达式（数学模型）；根据各种假设和实验条件，利用现代计算技术通过模拟仿真，获得各参变量之间的定量关系，优化反应设备设计和工艺操作参数，以达到冶金过程强化和自动控制的目的。

（4）冶金过程复合强化方法。冶金工程学科的强化技术经过数百年来的发展，基于高温、高压、真空、高浓度、强搅拌、外场的强化方式已经达到极致，而冶金资源则日益面临低品位化、矿相结构复杂化、多组元共生复合化、难处理化的趋势，采用常规手段已无法取得更高的效率和经济性，因此必须借鉴自然科学领域的新的理论和方法，实行复合强化冶金反应过程，如生物冶金、电磁冶金、微波冶金等，进而丰富和发展冶金工程科学的内涵。

（5）基于人工智能的大数据分析方法。冶金过程具有多变量、多物理场耦合、滞后性、非线性，以及温度和压力范围宽、腐蚀环境和难测量等复杂特性，采用经典的机理模型很难全面、准确地描述其变化过程。近年来，随着人工智能技术的发展，基于人工智能的大数据分析方法在冶金过程研究中不断得到应用，显示出良好的应用前景。通过构建全流程、跨时空、多尺度的多源异构大数据平台，采用基于机器学习、深度学习和人工智能的大数据分析方法，实现冶金工艺流程的智能优化。

（三）学科范围

冶金工程学科传统上包括3个二级学科：冶金物理化学、钢铁冶金、有色金属冶金。近40年来高新技术和交叉学科的渗透，使本学科发展了多个具有交叉学科特色的研究方向。新的研究方向的发展使本学科的基础研究（尤其是应用基础研究）向纵深发展，为本学科前沿问题探索拓宽了基础研究范畴，并拓展了本学科的研究领域，使本学科与矿业工程、材料科学与工程、化学工程与技术的明确界限逐步消失，与资源、环境、材料、信息等学科的结合更加紧密，形成了具有显著交叉学科特色的学科分支，例如资源循环工程、冶金环境工程、材料冶金、智能冶金等，其中这4个是目前我国部分冶金工程学科高校在本学科下积极探索和重点发展的交叉学科分支，即新的二级学科。因此，本学科具有以下7个二级学科。

冶金物理化学

利用物理化学的基本原理和方法，研究冶金体系的性质、冶金过程的物理或化学变化规律，为金属提取的工艺优化、新技术的开发、新材料的合成与制备等提供理论基础。本二级学科的主要研究范围包括冶金过程热力学与热化学，冶金过程动力学与过程强化，冶金熔体，冶金电化学与材料电化学，资源综合利用物理化学，计算物理化学和材料物理化学等。当前重点开展现代冶金物理化学研究方法与理论，冶金体系结构与组元行为及其调控，多元/多相/多场冶金体系的热力学与过程强化理论，复杂冶金体系设计理论的研究，为难选冶资源冶金新工艺的开发、资源综合利用，以及资源高值化冶金方法的建立提供理论依据。

钢铁冶金

主要研究从铁矿石和复合矿资源及废钢提取和制备钢铁材料。本二级学科的主要研究范围包括：矿石烧结与球团技术，废钢分类及处理技术，炼焦，炼铁，铁水预处理，炼钢和炉外精炼，钢液凝固，铸造（包括模铸和连铸），金属压力加工等工艺过程，以及铁合金冶炼和特种冶金。其中涉及冶金过程中的高温热力学、动力学、反应工程学和传输现象，冶金熔体及多相无机盐体系的物理化学性质，外场对冶金反应、物质分离和凝固过程的作用，冶金过程数值模拟和优化，钢铁生产资源和能源工程，过程废弃物及冶金过程高温能量的综合循环利用以及环境保护。

有色金属冶金

主要研究从有色金属原生矿产资源提取有色金属或化合物，制成具有一定使用性能和经济价值的产品。有色金属品种繁多，按其密度和矿源分布情况可分为：轻金属、重金属、稀有金属（含稀土金属）、贵金属。根据上述的研究对象，本二级学科的研究范围可分为轻金属冶金、重金属冶金、稀有金属冶金和贵金属冶金。根据冶金方法的主要特点，研究范围又可分为：火法冶金、湿法冶金、电冶金（电化学冶金）、微生物冶金、超常规冶金（外场冶金）等。根据学科发展的热点，研究范围又可分为：难选冶资源（非传统资源）的高效清洁冶金新工艺与新技术，有色冶金过程强化与节能减排，计算冶金与数字化冶金等。

资源循环工程

是应用冶金工程基本原理方法，通过物理、化学、材料、能源、机械、自动化等多学科交叉融合，实现从工业及社会产生的各种二次资源中回收有价金属并制备产品的过程，是冶金工程学科重要发展方向。本二级学科的主要研究范围是以二次资源高效循环利用为目标，研究二次资源特征与分布流向、资源富集、精细分选、金属提取和材料循环再制造。通过多模型集成物质流分析方法，量化评估二次资源形成规律，明确物质流向与利用潜力；利用“互联网+”技术，构建城市矿产回收网络体系；通过自动化、数字化、智能化与精细分选技术，实现二次资源的智能识别、快速分类及自动拆解；采用高温熔炼、强化浸出、电化学提取等创新技术，从二次资源初级产品中清洁高效提取有价金属；根据二次资源组成特点，开发资源循环与材料制备一体化技术，实现材料循环再利用。主要方向包括：资源循环大数据分析，资源循环过程相场强化理论与方法，资源循环生态设计、清洁低碳、增材制造理论方法，城市矿产绿色循环，二次资源协同冶炼、材料循环再造等。

冶金环境工程

是利用物理、化学、生物的科学原理及冶金工程、环境工程、生物工程等技术手段，解决冶金行业资源浪费、环境污染和碳排放大等问题的新兴工程学科。本二级学科的主要研究范围包括从资源高效利用、节能减排（尤其是碳减排）、生态环境保护的角度出发，研究冶金过程目标元素提取与有害元素定向分离的科学原理，低碳冶金，“三废”的治理、资源化及无害化新理论、新方法、新技术，冶金环境介质中污染物的迁移转化机制及其控制技术和方法，建立冶金绿色低碳发展的新模式。主要方向包括冶金过程碳减排、金属资源利用过程污染物的迁移与转化、冶炼污染物源头减排、重金属“三废”污染控制、矿冶场地生态修复与治理等。

材料冶金

由冶金工程学、化工工艺学、粉体工艺学和材料工艺学交叉形成的前沿学科，集冶金与材料于一体，直接制备各种特殊性能的材料；借鉴冶金在化学和物理化学以及方法设备方面的优势，进行新材料开发及其制备过程精细控制。本二级学科以低碳、增值、短流程等为目标，其主要研究范围是：材料冶金基础理论，即研究材料化学制备过程中结构的演变机理，材料冶金过程的计算机模拟与控制；特种粉体化学制备，即使用湿法冶金、火法冶金、电冶金的理论和方法，精细控制粉体的微观结构、形貌、粒度、表面特性等参数，制备高性能粉体功能材料；高纯材料制备及其检测，即高纯金属及化合物材料制备新方法、新工艺、新设备及高纯材料的精密检测；环境材料，即材料的环境协调性评价方法及其应用，环境材料的设计与开发，二次材料的再生；精细冶金，即由金属矿产或再生资源直接制取精细冶金产品、精细化工产品及精细材料产品的工艺及理论。

智能冶金

是应用新一代人工智能、大数据、5G通讯、工业互联网和云计算等信息技术，实现冶金过程技术、流程、操作与管理过程的智能化。智能冶金是冶金工程学科与新一代信息技术学科交叉的前沿学科。本二级学科以冶金过程智能化发展为目标，其主要研究范围是：冶金过程中的多相、多组分、多尺度和多目标建模，即从原子和分子等微观层面研究冶金全流程的反应机理、从介观尺度研究传热与传质的演变机理、从宏观层面研究冶金全流程的多相多物理场耦合机制，建立与机器学习相结合的工艺模型，实现冶金过程的智能优化；研究智能工厂的整体设计、智能感知系统、冶金大数据、数字孪生、关键冶炼工序机器人、冶金过程人工智能决策等，实现冶金过程技术、流程、操作与管理过程的智能化；研究高通量计算与集成设计技术、冶金制备与快速表征技术研究、数据分析与挖掘技术研究，大幅度缩短新工艺的开发进程。

（四）培养目标

1.硕士学位

热爱祖国，拥护中国共产党的领导，拥护社会主义制度，认真学习中国特色社会主义理论和习近平新时代中国特色社会主义思想，遵纪守法，诚实守信，身心健康，具有良好的科研道德和敬业精神，具有服务国家、服务人民的社会责任感。具有冶金工程及相关领域坚实的基础知识和系统的专业知识，掌握本领域先进的工艺、装备、测试及评价方法，较为全面地了解本领域相关理论和技术的发展趋势，较为深刻地理解学术研究与学术规范。具有发现问题、分析问题和解决问题的基本能力；具有独立从事科学研究、独立承担专业技术工作的能力。能做出具有学术意义或应用价值的研究成果。

2.博士学位

热爱祖国，拥护中国共产党的领导，拥护社会主义制度，认真学习中国特色社会主义理论和习近平新时代中国特色社会主义思想，遵纪守法，诚实守信，身心健康，具有良好的科研道德和敬业精神，具有服务国家、服务人民的社会责任感。具有冶金工程及相关领域坚实宽广的基础知识和系统深入的专业知识，掌握本领域先进的工艺、装备、测试及评价方法；深入了解和敏锐把握本领域的发展方向及国际学术研究前沿动态。具有学术研究的感悟力，理解学术研究的真谛，能快速吸取相关学科的先进知识，具有开拓新领域的精神与能力。具有独立承担、开展科学研究与技术开发的能力，并能做出具有学术或应用价值的原创性成果。注重冶金体系的化学反应规律，动量、能量和质量传输及其相互作用规律，以及绿色、低碳、高效冶金理论与技术的研究。

（五）相关学科

数学、物理学、化学、力学、化学工程与技术、矿业工程、安全工程、材料科学与工程、动力工程与工程热物理、环境科学与工程、机械工程、计算机科学与技术、控制科学与工程等。

硕士学位基本要求

（一）获本一级学科硕士学位应掌握的基本知识

具有数学、物理学、化学、力学等学科的基础知识，并结合自己的研究课题了解掌握冶金基础理论与专业知识，如冶金物理化学或冶金热力学与动力学或冶金原理、冶金传输原理、金属凝固理论、金属学、冶金工学、冶金过程模拟与反应器设计、材料科学基础、冶金分析检测技术、资源综合利用理论与技术、冶金大数据及智能制造等，并了解本学科的发展前沿与动态。对于从事交叉学科领域(如资源循环工程、冶金环境工程、材料冶金、智能冶金、新能源材料与器件等)的硕士生，还应掌握相关学科和交叉学科领域必要的基础理论、专业知识及发展前沿与动态。

（二）获本一级学科硕士学位应具备的基本素质

1.学术素养

在掌握冶金和相关学科基本知识的基础上，具备灵活运用知识的能力；具有创新意识和一定的创新能力；了解本学科的现状及其发展方向。具有发现问题、分析问题、解决问题的能力；了解并尊重国内外相关的知识产权，遵循科学和技术研究的伦理道德，并对研究成果具有准确的表述能力。

2.学术道德

具有实事求是的严谨学风，遵守科学研究的道德规范，遵守国家法律、法规和保密制度；杜绝以任何方式盗用乃至剽窃他人成果，严禁篡改、假造实验和修改数据；在科学研究中，能够处理好国家、单位、团队与个人的基本定位和研究者之间的相互关系；尊重他人的研究成果，并在研究论文或报告中规范地标注。

（三）获本一级学科硕士学位应具备的基本学术能力

1.获取知识的能力

具备独立检索和查阅科学文献、专利、标准和其他资料的能力，掌握获取知识的方法和途径，并善于归纳和总结。

2.科学研究能力

具有客观分析、判断和评价已有研究成果，发现和归纳关键的科学、技术及工程实践问题，提出所研究课题的基本研究方案的能力；可设计实验方案或计算流程，做出可行性分析，并以此开展相关研究工作；具有分析处理实验数据，找出正确规律的能力；善于总结研究成果和把握总体目标。

3.实践能力

具备基本的科学研究或技术开发能力，掌握相关实验技能和理论分析方法，并能在实验室或生产现场有效地开展研究工作。

4.学术交流能力

应掌握一门外语，具有向国内外专家或同行正确表述本人所做的研究工作，并进行交流互动的能力。

5.其他能力

具备将理论和实践相结合的能力，能够运用所学的知识分析冶金及相关领域工程技术问题。

（四）学位论文基本要求

1.规范性要求

学位论文是通过科研研究取得的成果和见解，并以此为内容撰写和申请硕士学位的评审用学术论文，内容和格式应符合《学位论文编写规则》(GB/T7713.1-2006)的规定。

硕士学位论文应表明作者掌握了较坚实的学科基础理论和专门知识，对所研究的课题有新的见解，并具有独立或合作承担科学研究及技术开发的能力。

学位论文的基本要求包括：立论正确、数据可靠、推理严谨、论述准确透彻、结构合理、图文规范、计量单位符合国家标准。对于涉及作者创新性工作和研究成果的内容应重点论述。文中引用他人成果时必须注明文献资料来源。

学位论文的基本内容包括：(1)论文题目；(2)目录；(3)中外文摘要；(4)文献综述、选题依据及意义；(5)研究方法及实验过程；(6)研究结果；(7)结果分析；(8)结论；(9)必要的附录；(10)参考文献等。

对于合作完成的课题，论文的内容应侧重本人所承担的研究内容。论文中有关与他人共同研究、试验的部分，以及引用他人的研究成果应明确说明。

2.质量要求

学位论文质量考核内容包括选题、文献综述、基础理论与专业知识、科研成果与创新能力以及写作能力和学风五项。

学位论文的质量应达到：选题具有实际意义和新颖性；了解和掌握所研究领域国内外的权威文献及进展情况；在理论分析、测试技术、数据处理、仪器设备和工艺技术等某一方面具有新的见解或改进；达到培养方案所要求的理论知识和实验技能，具备分析和解决实际问题的能力；文字表述通顺、逻辑性强，公式、图表、计量单位、引文等符合规范；具有严谨的学风和工作态度。