高炉法炼铁的原料为铁矿石、焦炭和石灰石。铁矿石不仅包括从矿山上采掘的成块矿石,还包括粉末状铁矿石弹丸与石灰石混合烧结得到的烧结矿等各种形态的铁源。铁矿石的主要成分是氧化铁。煤在隔绝空气条件下经过干燥、热解、熔融、粘结、固化和收缩等阶段最终成为焦炭。焦炭是去掉挥发分的碳集合体,焦炭燃烧时会产生非常高的温度。
高炉从顶部装入原料,从底部流出铸铁。从炉底通入热风空气,从炉顶排出一氧化碳和二氧化碳的混合气体。
从铁矿石提取铁单质的精炼炉,曾被称为熔矿炉,现在简称高炉。欧洲在15世纪时使用的高炉形状与现在的高炉几乎完全相同;经过500多年,高炉的基本形状和操作方法几乎没有发生任何变化。
得利酒壶型高炉内的旋转轴炉中,铁矿石层与焦炭层交替堆叠。从炉下吹进热风时,空气在旋轴炉中上升,与焦炭发生反应生成一氧化碳。铁矿石与焦炭从炉子顶部装入,与空气反应的同时慢慢向炉子底部沉降。铁矿石在炉中慢慢被一氧化碳还原,在炉子底部形成熔化的铸铁,可从炉子底部取出这些铸铁。这就是高炉的一系列作业流程。
纯铁的熔点非常高1536.C左右,铁中添加碳时,其熔点会持续下降。当铁碳合金中的碳含量达到共晶点4.3%时,熔点降低到最低,即1147.C。从高炉产生的铸铁的碳含量一般在4%左右。
钢铁的原料为铁矿石、石灰石和煤炭,但并不能直接将原料装入高炉中,需要进行前期处理。
装入高炉的原料有成块矿石以及在原料工厂制造的烧结矿和由煤炭烘烤而成的焦炭等。