工业革命以来,全球经济快速发展,发展中国家尤其依赖能源的大量投入来追求经济的增加,粗放型的经济增长方式导致了严重的环境污染、资源浪费和生态破坏。随着我国经济步入发展的新常态,国家越来越重视环境保护问题和能源消耗问题。“十三五”规划在经济社会发展的主要目标中提出,未来五年内提高能源开发效率,减少能源消耗、碳排放与污染物排放,实现国际承诺。而煤炭是我国的主要消费能源,冶金产业是我国的主要能源消费产业,也是高污染、高排放产业。控制能源消耗与二氧化碳排放量,首先要从冶金产业着手。在我国经济进入快速平稳的发展阶段,冶金产业作为重要的经济发展支撑产业,对我国经济的发展仍起到重要的作用;节能减排,保护环境,发展低碳经济又势在必行。发展冶金产业的同时又能兼顾环境保护成为一个迫切的研究,其对我国经济当前的发展有重要的现实意义。本文首先介绍了能源替代理论、循环经济理论、低碳经济理论等相关理论的概念、内涵和特点。然后通过对我国冶金产业的能源消费、能源效率、二氧化碳排放以及冶金产业区域分布情况进行分析,得到我国冶金产业能源消费中存在的主要问题,并在低碳减排目标下构建了多目标优化模型,对我国的能源消费结构进行优化,根据优化后的能源消费结果以及冶金产业在我国能源消费中的比重,得到低碳减排目标下优化后冶金产业的能源消费结构。优化结果表明:短期内通过对能源消费结构进行调整虽然可以减少单位国内生产总值的二氧化碳排放和二氧化碳的排放增长速度但并没有减少二氧化碳的排放总量;经过长期的优化二氧化碳排放量会提早达到峰值,之后就会减少,我国需要将低碳减排政策放在长期的发展中实施。冶金产业能源消费以煤炭和电力为主,以煤炭消费为主导,通过优化,煤炭的能源结构比例下降,短期内能源消费量就能够减少,且二氧化碳的排放也能够减少。对于冶金产业等高能耗以煤炭消费为主的产业来说,实施能源消费结构替代优化,尤其是对煤炭能源的替代,可以在短期内减少能源的消费量和二氧化碳的排放,达到节能减排的目标。到2020年冶金业的煤炭、石油、天然气、电力的消费结构是78.39%,0.46%,3.1%以及18.05%。最后对我国冶金产业能源消费替代提出相关政策建议。