高爐煉鐵的本質是鐵氧化物的還原過程。即焦炭做燃料和還原劑，在高溫下將鐵礦石或含鐵原料的鐵，從氧化物或礦物狀態還原為液態生鐵。
高爐冶煉過程概述
塊狀帶
爐料中水分蒸發及受熱分解，鐵礦石還原，爐料與煤氣熱交換，焦炭與礦石層狀交替分布，呈固體狀態，以氣固相反為主。
礦焦保持裝料時的分層狀態，與布料形式及粒度有關。
軟熔帶
爐料在該區域軟化，在下部便捷開始熔融滴落，主要進行直接還原反應，初渣形成。
礦石層開始熔化與焦炭層交互排列，形狀受煤氣流分布與布料影響。
滴落帶
滴落的液態渣鐵與煤氣及固體炭之間進行多種復雜的化學反應。
主要由焦炭床組成，熔融狀態的渣鐵穿越焦炭床。
回旋區
噴乳的燃料與熱風發生燃燒反應，產生高熱煤氣，是爐內溫度高的區域。
炭在鼓風作用下一面做回旋運動一面燃燒，是高爐熱量法源寺，高爐的氧化區域。
渣鐵集聚區
在渣鐵層間的交界面及鐵滴穿過渣層時發生渣金反應。渣鐵分層存在，焦炭浸泡其中，主要反應，渣鐵間脫硫、硅、錳等元素還原。
還原反應是高爐內的基本反應。爐料從高爐頂部裝入后開始還原，直到下部爐缸，除風口回旋區外，幾乎貫穿整個高爐冶煉的始終。
高爐冶煉要求爐料在各還原階段應具有足夠穩定性和透氣性，即球團礦應具有良好的還原性狀。
球團礦的還原性狀是指：
球團礦在高爐中還原時的體積膨脹。
球團礦還原后的強度，一般以膨脹率和高溫還原粉化率來表示。
膨脹率指球團礦膨脹之后的體積與正常情況下的體積之比。
球團礦在爐內還原要求：1、爐內球團礦的還原度達60%。
2、還原后球團礦殘余冷抗壓強度要求單球不小于250N。
球團礦還原反應的實質是在固相反應劑相界上及其內部，由于金屬鐵向較高含氧區域擴散而產生的固相反應。
還原過程中球團礦結構的變化
還原過程中球團礦體積的變化
赤鐵礦球團在還原過程中，任何情況下體積都會膨脹。
磁鐵礦球團在還原過程中不產生體積膨脹。
體積膨脹與球團強度的關系
球團礦還原過程中的體積膨脹同抗壓強度的下降按相反方向發展。
即球團礦體積的變化必然引起機械強度的變化，低機械強度與高膨脹率是相關聯的。
球團礦還原體積膨脹理論
球團內氣體壓力增大引起異常膨脹。在較高的還原速度下，球團內部二氧化碳，水生成速度大于其通過氣孔向外擴散的速度時。
碳沉積膨脹理論。由于碳在鐵和浮士體相界上的沉積引起異常膨脹。
纖維狀金屬鐵膨脹理論。在浮士界面各適宜點析出纖維狀金屬鐵，鐵晶須破壞球團結構產生體積膨脹。
堿金屬離子惡化膨脹。有K、Na等堿金屬離子存在時，金屬鐵析出增強，導致膨脹加劇，即災難性膨脹。
不論礦石種類和添加劑種類，凡焙燒不足，初始機械強度低的球團礦，在還原過程中均產生體積膨脹和粉化。
赤鐵礦還原過程中體積變化的原因
赤鐵礦還原成磁鐵礦過程中的體積膨脹，使磁鐵礦層厚度增大，超過原來赤鐵礦層厚度。
同一赤鐵礦的還原速度呈各向異性，除了體積增大外，還生成不同厚度的磁鐵礦層。
在各晶界面省形成壓力，使晶體結構破裂。
相鄰的赤鐵礦晶體還原四度的各向異性造成球團結構破裂。
還原過程中體積增大，球團內壓力增大，從而引起球團結構的破壞。
如何控制？
晶格變化引起的球團礦體積變化
抑制壓力增大的因素和作用
球團焙燒過程中，不生成赤鐵礦晶體，只生成其他鐵礦物。
脈石成分的連接力很強，足以經受住壓力增大。
脈石在化學成分上以及數量上均發生變化，通過脈石成分相互之間以及脈石與鐵氧化物的反應而獲得足夠強的反應力。
高爐冶煉表明，含大量酸性脈石的球團礦具有較低的膨脹性。
氧化鎂和氧化鈣的加入可促進焙燒過程中形成穩定的鐵酸鎂或鐵酸鈣。
鉀和鈉等堿金屬化合物是產生異常膨脹的主要原因之一。
鉀和鈉離子在高溫下以置換或填隙的形式滲入鐵氧化物晶格中引起畸變。
高堿度時，脈石含量越大，容許膨脹范圍越寬。
堿度對球團礦膨脹性的影響隨著脈石含量的增大而減小，當脈石含量超過10%后，影響便失去作用。
堿度低于0.1的酸性球團礦特性
在堿度低于0.1的酸性球團礦情況下，脈石主要以SiO2形式存在。
球團礦的強度依靠對晶體結構的赤鐵礦鍵獲得，具有很多氣孔。
還原過程中低溫下就可發貨所能，使整個球團體積開始產生結構變化。
鐵橄欖石可減輕球團礦的進一步膨脹和粉化，可作為高酸性球團礦還原過程中的穩定劑。
需要：脈石含量應大于5%，較低的還原溫度下。
堿度為0.1-0.6的球團礦特性
生產多種玻璃質渣相，在還原過程中生產鈣橄欖石，再與鐵橄欖石生成低熔點的混合晶體，相應的堿度約0.35，渣相的機械強度處于小值。
在堿度為0.1-0.6范圍內，生成的低熔點橄欖石晶體不能抑制球團還原過程中的膨脹，反而會在一定條件下加重膨脹。
但大約10%以上的脈石含量能減輕球團礦結構的破壞，因為脈石能為骨架保持球團礦結構。
堿度大于0.6的球團礦特性
CaO含量較多，同時生成玻璃質相和鐵酸鈣。
還原過程中生成金屬鐵皮，不生成鐵晶須，這種金屬鐵在鐵酸鹽顆粒周圍形成同心層，抑制球團礦的進一步膨脹。
堿度大于0.6的球團礦，在焙燒之后及在還原之后，有較高的機械強度。
含磁鐵礦和浮士體的焙燒球團礦的還原性狀
磁鐵礦還原過程中無晶體轉變和其晶體無各向異性，還原時晶體不產生破壞。
生產只含有磁鐵礦而無赤鐵礦的球團礦，則還原過程中球團礦結構破壞可避免。
生產磁鐵礦球團的方法
磁鐵礦在中性氣氛下焙燒
赤鐵礦先轉變為磁鐵礦，再在中性氣氛下焙燒
赤鐵礦與細磨海綿鐵粉混合焙燒
