煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔煉還原法等，其原理是還原生鐵是通過礦石在特定氣氛（還原性物質Co、H2、C；適當的溫度等）中發(fā)生物理化學反應得到的。 .)。生鐵除少部分用于鑄造外，絕大部分用作煉鋼原料。

高爐煉鐵是現代煉鐵的主要方法，是鋼鐵生產的重要環(huán)節(jié)。由于技術經濟指標好、工藝簡單、生產能力大、勞動生產率高、能耗低，高爐工藝生產的鐵占世界鐵總產量的95%以上。

高爐煉鐵示意圖

高爐類似于圓柱形爐，外面覆蓋著鋼板，內壁襯有耐火磚。整個爐子建在一個很深的混凝土基礎上。

在高爐生產過程中，從爐頂裝入鐵礦石、焦炭和造渣助熔劑（石灰石），沿爐周向位于爐膛下部的風口吹入預熱空氣。在高溫下，焦炭中的碳燃燒產生的一氧化碳和氫氣以及吹入空氣中的氧氣，在爐內上升過程中將鐵礦石中的氧氣去除，從而獲得鐵。鐵水從出鐵口排出。

鐵礦石中的非還原性雜質與石灰石等熔劑結合形成渣，從渣口排出。產生的氣體從爐頂排出，經除塵后用作熱風爐、加熱爐、焦爐和鍋爐的燃料。

原材料：鐵礦石、溶劑、燃料

 鐵礦

自然采出的礦石在化學成分、物理狀態(tài)等方面難以滿足高爐冶煉的要求。必須經過破碎、篩分、選礦、壓塊、混合等工藝處理，才能供應品位高、成分均勻、粒度均勻的高爐。

冶金工業(yè)常用的鐵礦石有四種。

礦物類型	主要成分	鐵的理論含量	自然含鐵量
赤鐵礦	Fe2O3	70%	50%~60%
磁鐵礦	Fe3O4	72.4%	40%~70%
褐鐵礦	2Fe2O3·3H2O	59.8%	37%~55%
菱鐵礦	FeCo3	48.2%	低

溶劑

礦石中的脈石和燃料中的灰分含有一些熔點較高的化合物（如SiO2的熔點為1625℃，Al2O3的熔點為2050℃）。它們在高爐的冶煉溫度下不能熔化成液體，因此不能很好地與鐵水分離。同時，爐子的操作也很困難。

添加熔劑的目的是與這些高熔點化合物形成低熔點熔渣，從而在高爐冶煉溫度下完全液化，并保持相當的流動性，從而達到與金屬良好分離的目的，保證生鐵的質量。

按助焊劑的性質可分為堿性助焊劑和酸性助焊劑。使用哪種助熔劑取決于礦石中脈石和燃料中灰分的特性。由于天然礦石中的大多數脈石是酸性的，而焦炭的灰分是酸性的，因此通常使用堿性熔劑，例如石灰石。酸性助焊劑很少使用。

汽油

高爐冶煉所需熱量主要依靠燃料的燃燒。同時，燃料在燃燒過程中還起到還原劑的作用，所以燃料是高爐冶煉的主要原料之一。常用的燃料主要是焦炭、無煙煤和半焦。

物理化學過程：高溫還原反應+造渣反應

高爐冶煉的目的是從鐵礦石中還原鐵，去除雜質。在整個冶煉過程中，最重要的是還原鐵和造渣反應。

此外，它還伴隨著一系列其他復雜的物理化學反應，如水分和揮發(fā)物的蒸發(fā)、碳酸鹽的分解、鐵的碳化和熔化、其他元素的還原等，只有在一定的溫度。因此，冶煉過程也需要燃料燃燒作為必要條件。

燃料燃燒

C＋O2→CO2

負擔分解

水分的蒸發(fā)和結晶水的分解；消除揮發(fā)物；碳酸鹽的分解。

高爐還原反應

鐵的還原

在高爐中，鐵不是由高價氧化物直接還原，而是通過從高價氧化物還原為低價氧化物，再由低價氧化物還原為鐵的過程：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe

鐵的還原主要依靠一氧化碳氣體和固體碳作為還原劑。一氧化碳的還原通常稱為間接還原，固體碳的還原稱為直接還原。

間接還原的總反應為 3fe2o3 + 9co → 6fe + 9co2

直接還原的總反應為 3fe2o3 + C → 2fe3o4 + Co

鐵的碳化

從礦石中還原出來的鐵是固體海綿狀，其含碳量很低，通常小于1%。由于鈷在較低溫度下分解，而分解出來的C具有很強的活性，與鐵接觸時，易形成鐵碳合金。

因此，固體海綿鐵在較低溫度（400℃～600℃）開始滲碳?；瘜W反應如下：2CO+3Fe→Fe3C+CO2或3Fe（液體）+C（固體）→Fe3C

造渣工藝

造渣是將礦石中的脈石和燃料中的灰分與熔劑結合并從高爐中清除的過程。高爐造渣有兩種

用普通酸性礦石冶煉時，熔劑以石灰石的形式裝入高爐，熔劑中的曹不能與礦石中的酸性氧化物緊密接觸。因此，最初形成的熔渣主要是由SiO2、Al2O3和一部分還原的FeO形成的fe2sio4。由于渣中FeO的存在，使渣的熔點降低，渣具有良好的流動性。在落下的過程中（也是溫度上升的過程），渣中所含的FeO逐漸減少和流失，而Cao的含量增加，最終最終的渣流入爐膛。

用自熔礦冶煉時，由于礦石中 Cao 較多，能與酸性 SiO2 接觸良好，因此 Cao 在冶煉開始時立即參與造渣反應，特別是用自熔燒結礦冶煉時，Cao 與SiO2、Al2O3等早在燒結過程中就已經存在，所以這類礦石的初生渣中CaO含量較高，渣成分在減渣過程中也變化不大。

高爐產品

高爐冶煉的主要產品是生鐵和鐵合金，副產品是爐渣、煤氣和爐塵。

生鐵

生鐵是含碳2%以上的鐵碳合金，還含有Si、Mn、s、P等雜質。

生鐵按用途和成分可分為兩大類。一是煉鋼生鐵：生鐵中的碳以化合物的形式存在，截面呈銀白色，又稱白口鐵；另一種是鑄造生鐵：直接用來制造機器零件。

鐵合金

鐵和任何一種金屬或非金屬合金都稱為鐵合金（有些也稱為合金生鐵）。鐵合金的種類很多，如硅鐵、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵等。

爐渣、氣體和粉塵

爐渣、煤氣和粉塵是高爐的副產品。它們以前被當作廢物丟棄，但現在它們被廣泛用于建筑材料。