炼生铁的原理就是要想方设法，把铁矿石氧化铁中的氧除去，使它还原成单质金属铁。较常见的方法有高炉法、电气还原炉法、直接还原法，还有电浆熔炉法。
1.炼铁原理
高炉炼制生铁，是借助炉内焦炭燃烧产生的高温及焦炭燃烧产生的还原剂—一氧化碳气体，在各种浓度、压力与温度下与氧化铁进行还原反应。也可把高炉看成料柱与气流间的反应器，上升的炉气把下降的炉料加热，同时发生物理变化和化学反应。主要的反应有热交换、还原、燃烧、软化与熔融等。以下是各种反应的过程与说明：
燃烧带：在风口前端，热风吹入炉内后，空气中的氧便与赤热的焦炭发生燃烧反应，生成一氧化碳气体，2C O2=2CO（放热反应）。
熔融带：在高炉的炉腹部位，除焦炭外，其他加入的原料都开始熔融。大约在900℃。铁矿石就开始软化。大约到达1000℃时，矿石就开始相互熔融。铁矿石或含铁料就这样熔融了，然后烧结，还原成铁，再渗入碳、硅、锰、硫、磷等元素，熔点就降低了，并化成向下滴的生铁熔液，汇聚在炉缸里，此时炉渣也开始生成、熔融、滴下。
下部还原区：在炉身下部到炉腰的地方，炉气上升与下落的铁矿石接触，发生间接与直接的还原反应，氧化铁被还原成固态的海绵铁。此时石灰石也快速分解生成氧化钙，并到达下部还原区底部，与铁矿石中的脉石结合。
上部还原区：高炉炉身上部到加料线间的区域为上部还原区，此处为预热带，又叫做预热还原区。高炉的加入料被上升的气体预热至200～300℃；此时碳酸盐类开始分解、水分与结晶水被蒸发排出、铁矿石中的氧化铁和四氧化三铁逐渐下降，与上升的一氧化碳气体发生部分或完全还原。
2.炼铁流程
高炉炼铁的主要原料有三种：铁矿石、焦炭与石灰石。
①铁矿石。铁矿石中赤铁矿、磁铁矿和褐铁矿是较普便的。如今人们已经很少直接把大量铁矿石加入炉中炼制了，而是把矿石先经烧结处理，形成烧结矿或选矿及特殊处理的球团矿，作为含铁原料，再把含铁原料送入高炉中。
②焦炭。焦炭加入高炉内有重要作用，它提供反应及熔化所需的热量，它是还原剂更具有高温强度，是料柱骨架。
③石灰石。石灰石是助熔剂。配合高炉原料的选用，也可用白云石代替。助熔剂能结合铁矿石中的脉石二氧化硅与焦炭中的灰分，降低它们的熔点，使它们形成炉渣排出。
现代炼铁厂的主要结构是：加料设备、高炉、热风炉、鼓风设备、除尘设备等构成。原料运送到原料存储场，经处理后输送到原材料仓储存。高炉是24小时连续不间断运行工作的，原料使用量极大，所以必须有充足的库存量供高炉运作。
以下是炼铁的主要流程及其说明：
①原料储存：原料从码头卸下送往输往原料堆存场，再经处理后送到原料库储存。
②加料：高炉操作时，把原料处理场或储仓储存库的原料运出来，这些铁矿石、焦炭、石灰石等原料，经量秤后，由原料输送设备送到炉顶的料斗，料斗自动按顺序分层输送原料，原料通过钟型炉顶或其他布料装置输入高炉里。
③还原熔融：鼓风机将冷风送至热风炉加热后，变成为热风，热风不断地由炉腹下缘各个风口吹进炉内。当炉内焦炭下降至炉腹下缘时，就与热风发生燃烧作用，作用中生成大量的一氧化碳气体和热能。这种高温还原性气体上升刚好与下降的铁矿石发生间接还原作用，其反应从炉顶往下逐渐增强，一直到炉腹部的熔融带。到了这里装入料大部分都已熔解，体积也迅速减少。反应生成的熔铁液则汇集在炉缸里。熔点低、密度轻的炉渣则浮在铁液的上。
④出铁、出渣：当炉床内熔融状态的生铁与炉渣量积存满后，就由出铁口流出铁水及出渣口排出炉渣。大型高炉每天出铁的次数有10～12次，出渣的时机则由渣量的多少而定。
⑤铁水运送：从出铁口流出的熔铁，由铁水流道流入特制的铁水包里，直接运到炼钢工厂，倒入混铁炉内保温；也可以把熔铁装进保温的鱼雷车运往炼钢工厂，作为炼钢的原料；或把熔铁运到生铁铸造机，浇注入铁模内，再以冷水喷洒使它冷却，铸成块状的生铁。
⑥高炉煤气处理：高炉运作时，从炉顶排气管所排出的气体，称为高炉煤气，其中包含高炉中残余的一氧化碳气体、生成的二氧化碳气体，还有热风中没参与反应的氮气。高炉煤气含尘量高，多为细粉状的铁矿、石灰石，以及细焦炭粒等。为避免原料损失和空气的污染，一般高炉工厂都会采用除尘器，和二级气体净化设备来处理高炉煤气。高炉煤气可循环利用，给热风炉及锅炉燃烧利用热量。
3.铁水预处理
目的：
铁水中有很多“杂质”，如碳、硅、磷、硫等，必须除掉。实施铁水预处理可以给转炉炼钢减负，铁水成份不同，不同方法的铁水预处理就有了存在的理由了。主要是脱硅、脱硫、脱磷，提取有益元素，降低生产成本，提高铁液品质。
方法：
A脱硫处理
脱硫剂：石灰、碳化钙、镁、苏打、碳酸钠。
过程：
①脱硫剂置放倾铸法。
脱硫站
人们最早是用苏打灰做脱硫剂，投入铁水包后，再倒入铁水，激烈搅拌，就能脱硫。
②摇包法。
把铁水包偏心回转摇动，脱硫剂与铁水在波动混和中，充分反应，达到脱硫目的。
③机械搅拌法。
用搅拌器强烈的搅拌铁水，促进脱硫的反应。日本广畑制铁所采用的KR法最有名，将搅拌器以70～120转/分的高速搅拌，产生强烈的涡流，这样处理10～12分钟后，就能脱硫。
④脱硫剂喷吹法。
把脱硫剂做成粉状，用高压气体对着铁水喷吹，也能脱硫。喷吹脱硫法最早被德国公司所采用，它以氧化钙及碳酸钠作为脱硫剂在铁水包中脱硫。
B脱硅处理
铁水脱硅，可降低转炉的石灰用量，减少转炉渣，保护耐火材料，减少铁份损失。脱硅用氧化铁皮、烧结矿粉等中间废料做原料，使生产的成本大大降低。
脱硅有高炉铁水沟上置法与喷吹法两种。高炉铁水沟脱硅法反应效率低；而喷吹法的处理剂必须事先烘干和粉化才能应用。
脱硅剂基本上都是氧化铁系列及氧化钙等的混合物，近来为了消除脱硅反应中锰的损失，也有使用锰矿作为脱硅剂的。