高炉炼铁的原理是将铁矿石中的铁元素从自然形态还原为金属铁的过程。这个过程主要包括以下几个步骤：

加料：

高炉的上部装有一个料斗，将铁矿石、焦炭和石灰石按一定的比例放入料斗中。

热还原：

高炉内加入的焦炭会被加热并分解为一氧化碳（CO）和其他气体。一氧化碳和其他还原性气体将矿石中的氧化铁还原为金属铁，同时也会将其他金属元素（如锰、镍等）还原为金属状态。

熔化：

还原后的金属铁会和石灰石反应，生成液态的钙硅酸盐和金属铁。金属铁由于比钙硅酸盐更加密集而下沉到高炉底部的坩埚中。

铁水处理：

炼铁出来的熔融金属铁，有时会含有杂质元素，需要通过加入炼铁渣、氧化剂等进行脱杂。

铁水出坩埚：

最后，铁水从高炉底部的坩埚流出，并通过连铸、锻造等工艺形成所需的铸锭或锻件。

高炉内的主要反应包括：

焦炭燃烧生成二氧化碳：$C + O_2 \rightarrow CO_2$

二氧化碳与焦炭反应还原成一氧化碳：$CO_2 + C \rightarrow 2CO$

一氧化碳与铁矿石中的氧化铁反应还原成铁：$3CO + Fe_2O_3 \rightarrow 2Fe + 3CO_2$ 或 $CO + FeO \rightarrow Fe + CO_2$

石灰石分解：$CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$

高炉中的反应区域大致分为五个部分：块状带、软熔带、滴落带、焦炭回旋区和渣铁区。炉料在下降过程中，经预热、脱水、间接还原、直接还原而转化成金属铁，并不断升温和被焦炭渗碳而形成液态铁水。

高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，具有技术经济指标良好、工艺简单、生产量大、劳动生产率高等优点。