Кафедра теплотехнических и энергетических систем активно проводит научно-исследовательские работы на базе крупнейшего в стране металлургического предприятия ПАО «ММК» во взаимодействии с энергетическими подразделениями и с цехами, в которых производится термическая подготовка и обработка технологических материалов. Одним из источников исследовательской деятельности является главное теплоснабжающее предприятие города МП Трест «Теплофикация», а также другие инновационные предприятия.

Главным научным направлением кафедры является:

Методологические основы, исследование и разработка энергетически эффективных объектов, систем и оборудования промышленной теплоэнергетики и энергетики теплотехнологий (д.т.н., проф. С.В. Картавцев, к.т.н., доц. Е.Г. Нешпоренко, ст. преп. М.С. Соколова, ст. преп. С.В. Матвеев, к.т.н., ст. преп. М.А. Лемешко, ст. преп. С.В. Осколков, к.т.н., доц. Ю.К. Демин)

В рамках обозначенного научного направления за период 2010-2020 год были защищены 6 кандидатских диссертаций и 1 докторская диссертация сотрудниками, аспирантами и соискателями кафедры:

• 2017 год. Дёмин Юрий Константинович защитил кандидатскую диссертацию по теме «Разработка энергоэффективной схемы промежуточного охлаждения сжимаемого газа в промышленных компрессорных установках» по научной специальности 05.14.04 Промышленная теплоэнергетика в Национальном исследовательском университете «Московский энергетический институт», г. Москва (науч. рук. С.В. Картавцев).
• 2015 год. Бушуев Антон Николаевич защитил кандидатскую диссертацию по теме «Разработка эффективной системы энергообеспечения электросталеплавильного производства» по научной специальности 05.14.04 Промышленная теплоэнергетика в Казанском государственном энергетическом университете, г. Казань (науч. рук. С.В. Картавцев).
• 2013 год. Агапитов Евгений Борисович защитил докторскую диссертацию по теме «Развитие теории и практики струйно-плазменной ковшовой обработки стали с целью повышения эффективности производства» по научной специальности 05.16.02 Металлургия черных, цветных и редких металлов в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск.
• 2012 год. Иванов Дмитрий Анатольевич защитил кандидатскую диссертацию по теме «Повышение эффективности нагрева прутковых заготовок в пламенных щелевых печах с целью снижения удельного расхода топлива» по научной специальности 05.16.02 Металлургия черных, цветных и редких металлов в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск (науч. рук. Б.К. Сеничкин).
• 2012 год. Лемешко Марина Александровна защитила кандидатскую диссертацию по теме «Разработка рациональных режимов десульфурации стали в агрегате ковш-печь с использованием моделей нечеткой логики» по научной специальности 05.16.02 Металлургия черных, цветных и редких металлов в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск (науч. рук. Е.Б. Агапитов).
• 2012 год. Чернов Андрей Николаевич защитил кандидатскую диссертацию по теме «Повышение эффективности работы кондиционеров, охлаждающих оборудование в центрах обработки данных» по научной специальности 05.23.03 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение в Тюменском государственном архитектурно-строительном университете, г. Тюмень (науч. рук. Е.Б. Агапитов).
• 2011 год. Нешпоренко Евгений Григорьевич защитил кандидатскую диссертацию по теме по теме «Разработка энергоресурсосберегающей схемы процесса извлечения железа из руд и метода обеспечения её предельных энергетических характеристик» по научной специальности 05.14.04 Промышленная теплоэнергетика в Московском энергетическом институте, г. Москва (науч. рук. С.В. Картавцев).

Многие научные исследования в виде научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) были применены на практике в условиях действующего промышленного предприятия:

• Разработка энергосберегающей автономной системы управления работой печи-ковша (к.т.н., доц. Е.Б. Агапитов, 2005 г.);
• Исследование работы пылеугольных горелочных устройств с целью расширения сортамента сжигаемых низкосортных углей: оптимизация режимов горения, изменение конструкции горелок (к.т.н., доц. Е.Б. Агапитов, 2006 г.);
• Оптимизация процесса подготовки к разложению отработанное СОЖ путем усовершенствования теплового режима (экономия энергоресурсов) и снижение воздействия на окружающую среду (к.т.н., доц. С.В. Картавцев, 2006 г.);
• Разработка опытной системы автономного управления работой установки печь-ковша с реализацией стратегии повышения производительности за счет повышения скорости нагрева (к.т.н., доц. Е.Б. Агапитов, 2006 г.);
• Разработка и внедрение системы управления процессом нагрева при подаче аргона через полые электроды (к.т.н., доц. Е.Б. Агапитов, 2006 г.);
• Разработка энергоэффективной технологии обработки расплава стали с низким содержанием серы и углерода на установке печь-ковш с полыми электродами (к.т.н., доц. Е.Б. Агапитов, 2006 г.);
• Исследование вариантов развития энергорайона ПВЭС – 1, 2, ЛПЦ 6-8, КХП (к.т.н., доц. Е.Б. Агапитов, 2007 г.);
• Исследование горения низкосортных углей в котлах ТП-170 ТЭЦ ОАО «ММК» с использованием пыли высокой концентрации (к.т.н., доц. Е.Б. Агапитов, 2009 г.);
• Моделирование и расчет параметров центробежных насосов серии ПБ, ПС с целью повышения стойкости рабочих органов (к.т.н., доц. Е.Б. Агапитов, 2012 г.);
• Разработка базовых математических моделей энергопотребления нагревательных, термических печей и котельных агрегатов для ЛПЦ-4, ЛПЦ-5, ЛПЦ-8, ЛПЦ-10, ЛПЦ-11, ПМП, ПТЛ, СЦ, ЦЭС, ПСЦ, ТЭЦ, ПВЭС ПАО «ММК» (д.т.н., доц. Е.Б. Агапитов, 2019 г.).

Результатами защит диссертаций и научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ стали научные монографии, учебные методики и пособия, статьи в высокорейтинговых журналах, в которых более подробно освещаются вопросы исследования, разработки, совершенствования объектов и систем промышленной теплоэнергетики и энергетики теплотехнологий.