炼铁是将铁矿石中的铁元素提取出来的工业生产过程，这一过程涉及到复杂的化学反应和物理变化。炼铁的主要原料包括铁矿石、焦炭和石灰石等。这些原料在高炉中经过一系列的化学反应后，最终得到生铁。

首先，在高炉的下部，焦炭与氧气发生燃烧反应，生成二氧化碳并释放出大量的热能。这个反应可以表示为：

C + O₂ → CO₂

随后，在高温条件下，二氧化碳与焦炭进一步反应，生成一氧化碳：

CO₂ + C → 2CO

一氧化碳是一种强还原剂，它在高温下能够将铁矿石中的铁离子还原成金属铁。例如，如果使用的是氧化铁（Fe₂O₃）作为铁矿石，则反应如下：

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

此外，在高炉中还加入石灰石（主要成分是碳酸钙CaCO₃），其作用是形成炉渣，以去除矿石中的杂质如硅、铝等。石灰石在高温下分解生成氧化钙CaO，并与矿石中的二氧化硅SiO₂反应生成硅酸钙（炉渣的主要成分之一）：

CaCO₃ → CaO + CO₂↑

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

通过上述一系列的化学反应，铁矿石被逐步还原并分离出来，同时杂质也被转化为炉渣排出。这样就完成了从铁矿石到生铁的基本转化过程。

需要注意的是，整个炼铁过程中需要精确控制温度、原料比例以及气体流动等因素，才能保证反应顺利进行并获得高质量的产品。随着技术的进步，现代炼铁工艺也在不断优化，旨在提高效率、减少污染以及降低能耗。