高炉炼铁
高炉炼铁是以铁矿石、焦炭、石灰石、空气为原料，在高炉内高温条件下，焦炭燃烧供热并生成还原剂一氧化碳，一氧化碳还原铁矿石得到生铁；石灰石将矿石中的二氧化硅杂质转化为炉渣除去，最终得到含少量碳等杂质的生铁。
高炉炼铁是工业上大规模将铁矿石还原为生铁的核心方法。与实验室模拟炼铁不同，高炉炼铁是一个连续生产、多反应并发、多层物料对流的复杂工业系统。
高炉炼铁需要从炉顶和炉缸分别加入不同的原料，各司其职：
| 原料 | 主要成分 | 在高炉中的主要作用 |
|---|---|---|
| 铁矿石 | 赤铁矿（）、磁铁矿（）等 | 提供铁元素（炼铁的主料） |
| 焦炭 | 1. 燃烧提供高温热源 2. 反应生成还原剂 3. 作为骨架支撑炉料 | |
| 石灰石 | 造渣剂：除去铁矿石中的脉石（主要是 ），降低熔渣熔点 | |
| 空气/富氧 | 从鼓风口喷入，供焦炭燃烧 |
高炉内部从下到上温度逐渐降低，发生着一系列协同反应：
焦炭首先与鼓风口喷入的氧气剧烈燃烧提供热量，随后在高温下与生成的 反应产生强还原剂 ：
- （放热反应，提供高温）
- （吸热反应，生成还原剂）
一氧化碳由下而上穿过炉料，将铁矿石一步步还原（逐级还原）：
(实际工业中存在 的分段还原过程)
铁矿石中的脉石（）熔点极高，石灰石在高温下分解生成的氧化钙与其反应生成低熔点的炉渣（炉渣浮在铁水上方）：
- （硅酸钙，即炉渣的主要成分）
高炉炼铁原理示意图，矿石、焦炭从料仓送入高炉，热风炉通入热风，炉内完成还原熔化，产出熔态生铁并排出炉渣。
高炉是一个立式炉体，采用逆流接触原理（炉料从顶部下落，气体从底部上升）：
-
炉顶布料： 原料入炉。
将铁矿石、焦炭、石灰石按比例分批从高炉顶部倒入。
-
鼓风与燃烧： 热风喷入。
预热的热风（空气/富氧）从高炉下部的风口喷入，使焦炭急剧燃烧产生高温和 气体。
-
还原与造渣： 气固逆流。
上升的高温 气体加热下落的炉料并进行还原；同时石灰石分解与脉石反应形成熔融的炉渣。
-
出铁与出渣： 液体分层。
熔融的铁水和炉渣汇集于炉缸底部。由于炉渣密度小于铁水，炉渣浮在铁水上层，分别从出渣口和出铁口定期放出。
- 生铁：含碳量在 之间的铁碳合金，硬而脆，需送往转炉进一步炼钢。
- 高炉渣：可用于制造水泥、砖等建筑材料，实现废渣利用。
- 高炉煤气：含有 、 等，经净化后作为工业燃料。
| 对比维度 | 实验室模拟炼铁 | 工业高炉炼铁 |
|---|---|---|
| 还原剂来源 | 直接通入纯 气体 | 现场由焦炭与空气/ 反应生成 |
| 脉石处理 | 使用较纯的 ，不考虑除杂 | 加入石灰石进行造渣（生成 ） |
| 所得产物 | 纯度较高的铁粉（单质铁） | 含碳量较高的熔融生铁 |
| 生产模式 | 间歇式小实验 | 24小时连续不间断生产（一开炉运行数年） |