地球的地壳中铁贮量丰富，按元素总量计占4.2%，居第4位。在地球的自然界中不存在天然的纯金属铁，绝大多数是铁的氧化物（Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe_xO），也有少量硫化物或碳酸盐化合物。人类使用铁至少已有5000多年历史，最早使用的是陨铁。铁陨石中含铁90.85%，是铁和镍、钴的混合物。2500年前人类便开始人工炼铁。

利用与氧结合能力强于铁的元素，同铁氧化物反应，将铁从氧化物中还原出来，成为金属态铁。铁氧化物还原过程的还原剂以碳为主。碳在铁的冶炼过程中燃烧放热，可作为炼铁过程的热源，同时碳燃烧的产物之一一氧化碳又是铁氧化物的还原剂。人类炼铁使用的碳最早是煤、木炭，现代使用焦炭及煤粉。

自然界中铁的氧化物主要有赤铁矿、磁铁矿和方铁矿3种，它们的物理化学特性见表。

铁氧化物的还原是由高价氧化物、低价氧化物到金属铁逐级变化：

高于570^oC时，Fe₂O₃⟶Fe₃O₄⟶Fe_xO⟶Fe

低于570^oC时，Fe₂O₃⟶Fe₃O₄⟶Fe

铁氧化物的还原反应包括间接还原和直接还原：

①间接还原，用气态CO作为还原剂，产物为CO₂。

高于570^oC时， 3Fe₂O₃+CO⟶2Fe₃O₄+CO₂

Fe₃O₄+CO⟶3FeO+CO₂

FeO+CO⟶Fe+CO₂

低于570^oC时， 3Fe₂O₃+CO⟶2Fe₃O₄+CO₂

Fe₃O₄+4CO⟶3Fe+4CO₂

在工业生产中，还原性气氛中大部分都会含有氢气（H₂），也可还原铁氧化物，其还原反应类似于CO还原，同属间接还原，产物为H₂O。间接还原中Fe₃O₄、FeO的还原是可逆反应，为使反应向所要求的方向进行，需要有过量的还原剂来保证，因此还原剂消耗量多。但是，FeO还原反应是放热反应，可节省热量消耗。

②直接还原，用固态碳作为还原剂，还原产物为CO。

高于570^oC时， 3Fe₂O₃+C⟶2Fe₃O₄+CO

Fe₃O₄+C⟶3FeO+CO

FeO+C⟶Fe+CO

低于570^oC时， 3Fe₂O₃+C⟶2Fe₃O₄+CO

Fe₃O₄+4C⟶3Fe+4CO

直接还原中所有反应都是不可逆反应，所以还原剂消耗少，但直接还原是吸热反应，需要外供很多热量。在炼铁工艺中，如高炉炼铁，需利用间接还原与直接还原的特点，找到两者最佳的配合。

早期的炼铁是用地炉或竖炉，将铁矿石和煤块或木炭放进炉内将铁还原出来。基本反应是直接还原。由于炉内温度较低，还原出来的产物均为固态，渣与铁不能分离，需要将炉拆掉，将渣铁掏出。渣铁经反复捶打，挤出渣子并渗碳才能使用。这种工艺能耗高、产量低，不能直接生产出可用的铁，后来被高炉炼铁所取代。

现代炼铁工艺分为高炉炼铁和非高炉炼铁两大类。

工艺流程是：将炼焦煤装入炼焦炉，经高温干馏，炼成质量符合高炉冶炼要求的焦炭，将矿山开采的铁矿石经过破碎、筛分、选矿、造块和混匀等处理，生成高炉冶炼所需的炼铁原料，然后将焦炭、炼铁原料及熔剂按一定配比装入高炉，并从其下部风口鼓入热风，高炉内进行燃料燃烧、矿石还原和熔化过程，进而生产出铁水。铁水大部分供给炼钢，少部分铸造生铁供机械制造业使用。现代高炉炼铁工艺技术成熟，产量高、能耗低、产品质量好，设备大型化、自动化、长寿化，在钢铁生产中占主导地位。

铁水浇铸

又称非焦炼铁，主要包括直接还原炼铁和熔融还原炼铁。

直接还原炼铁是铁矿石在低于熔化温度情况下，还原生成固态多孔含铁物（俗称海绵铁）的生产过程。由于是低温还原，得到的直接还原铁未能充分渗碳，因而含碳量低（小于2%），矿石中的脉石成分（SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO）既不能熔化造渣脱除也不能被还原，因而直接还原铁几乎保留了铁矿石中的全部脉石杂质。实际生产过程中，直接还原铁需要电弧炉熔化精炼成钢，但电弧炉精炼的作用主要是熔化脱除杂质和调整钢的成分，而不是氧脱碳。世界上可进行工业规模化生产的直接还原炼铁方法有10多种，按照使用能源可以分为气基、煤基和电热直接还原炼铁法；按照主体设备可以分为竖炉法、罐式法、流化床法、回转窑法、转底炉法等。

熔融还原炼铁是不使用高炉炼铁方法生产液态生铁的冶炼工艺。熔融还原按照有无预还原单元分为一步法和二步法。一步法熔融还原只有熔态还原，矿石预还原率接近零，主要工艺有苏联的Romelt；二步法包含预还原和终还原两段，主要包括科雷克斯法（COREX法）熔融还原技术、FINEX粉矿熔融还原技术等，其中COREX法实现了工业化，但技术还有待完善，其他工艺都进入了半工业化阶段。按照主体能源的种类分为煤基流程、焦基流程和电热流程；按照熔炼炉形式可分为铁浴炉、竖炉、煤基流化床、电弧炉和等离子炉等。欧洲钢铁联盟根据工艺模式将熔融还原炼铁分为三段式、二段式、一段式和电热式4种类型。三段式熔融还原流程分为还原部分和熔炼造气两大部分。还原部分是还原段，熔炼造气部分是在一个设备中包含了熔炼造气段和煤气转化段。二段式熔融还原流程没有煤气转化段，由还原部分和熔炼造气部分组成，因此又与三段式统称为二步法。一段式只有熔炼段，没有还原段。三段式由煤基流程和焦基流程组成。两段式和一段式由煤基流程组成。由煤基流程组成的三段式、二段式和一段式又称氧煤流程；电热式以电力为主要能源，称为电煤流程。

为了摆脱焦煤资源短缺对炼铁发展的羁绊，适应日益提高的环境保护要求，降低钢铁能耗，非高炉炼铁技术有了较大的发展，但在生产效率、能量利用和经济性上较高炉炼铁工艺流程仍有一定的差距。