تتعرض المشحونات بالفرن العالي إلى العديد من التغيرات الكيميائية خلال رحلتها من أعلى الفرن وحتى الحصول عليها في هيئة معدن أو خبث منهصر في أسفله وكذا الحال لعامود غازات الأفران الصاعد وهذه التغيرات تتولد نتيجة العديد من التفاعلات التي تتم وفقاً لأسس ونظريات علمية ثابتة ولفهم ما يحدث بالفرن من تفاعلات نجد لزاماً التعرض لشرح الأسس النظرية التي تتحكم في أهمها. 1- عند درجة حرارة بين 500م - 1000م تحدث عملية الإنحلال (Dissociation) الحراري لمركبات الكربونات مثل كربونات

الحديدوز التي تتحول إلى أكسيد الحديدوز وثاني أكسيد الكربون

FeCO₃ →FeO + CO₂

يتحول بعد ذلك أكسيد الحديدوز إلى أكسيد الحديديك بفعل الأكسدة .

4FeO + 2O₂→ 2Fe₂O₃

أيضاً في نفس نطاق درجة الحرارة (C ْ500-C ْ1000) تتحول كربونات الكالسيوم (الحجر الجيري إلى أكسيد كالسيوم وثاني أكسيد الكربون.

CaCO₃ →CaO + CO₂

2- باندفاع الهواء الساخن من الفتحات الهوائية الموجودة بأسفل الفرن يتكون غاز ثاني أكسيد الكربون نتيجة اتحاد كربون فحم الكوك مع أكسجين الهواء الجوي ثم يختزل ثاني أكسيد الكربون بواسطة الكربون المسخن لدرجة الاحمرار إلى أول أكسيد الكربون كلما ارتفع إلى أعلى الفرن طبقاً للاتي :

C + O2→ CO2

CO₂ + C→₂CO

3- تختزل أكاسيد الحديد حسب قدرتها على الاستغناء عن الأكسجين المتحد بها وفي درجات الحرارة أعلى من 570م ، على النحو

التالي: أكسيد حديديك - أكسيد الحديد المغناطيسي - أكسيد الحديدوز، بمعنى أنه بتعريض هذه الأكاسيد للاختزال في درجات الحرارة أعلى من 570م (بغاز أول أكسيد الكربون فإنها تختزل على النحول التالي:

- يتحول أكسيد الحديديك إلى أكسيد الحديد المغناطيسي

3 Fe₂O₃ + CO→2Fe₃O₄ + CO₂

 -يختزل أكسد الحديد المغناطيسي إلى أكسيد حديدوز.

Fe₃O₄ + CO →3FeO + CO₂

- يتم اختزال أكسيد الحديدوز إلى حديد.

FeO + CO→ Fe+ CO₂

4- ينخفض الحديد الصلب المجزئ تجزيئياً (المختزل) إلى الجزء السفلي من الفرن تحت تأثير وزنه نظراً لزيادة كثافته النوعية حيث تبلغ درجة الحرارة في هذه المنطقة من الفرن حوالي 1200 ْم والتي هي كافية لانصهار الحديد والذي يبدأ بدوره في امتصاص كميــات مـــن الكربون مكوناً مصهور الحديد الطفل (Pig Iron) الذي يتجمع في بئر الفرن لأسفل.

5- عند درجة حرارة حوالي 1000م يتفاعل أكسيد الكالسيوم الناتج من تفكك لحجر الجيري مع الطفل والرمل (SiO2) المختلط مع خام

الحديد مكوناً خبث الحديد(Slag) .

يطفو الخبث المنصهر فوق سطح الحديد المنصهر لأنه أخف منه ويكون الخبث طبقة على سطح الحديد المنصهر تحميه من التأكسد

ويتصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون الناتج من عملية اختزال أكاسيد الحديد إلى أعلى الفرن العالي حيث يتم اختزاله جزئياً بواسطة الكربون المسخن لدرجة الاحمرار إلى غاز أول أكسيد الكربون الذي يكون حوالي 25% من كمية الغازات المتصاعدة في أعلى الفرن وعلى ذلك فيمكن حرق هذه الغازات في أبراج معينة واستخدامها في تسخين الهوا قبل دفعة من أسفل الفرن العالي هذا ويمكن تحسين كفاءة وزيادة إنتاج الفرن العالي من الحديد الخام وذلك بخلط الهواء المدفوع من الفتحات الهوائية أسفل الفرن بغاز الأكسجين وفى هذه الحالة لا يحتاج الهواء إلى تسخين شديد قبل دفعه للفرن ولقد وجد أن الأفران العالية التى تستخدم غاز الأكسجين يزيد مرة ونصف عن عائد الأفران التى تستخدم الهواء المسخن كما أن استخدام الأكسجين يقلل من استهلاك فحم الكوك بنسبة 25%. يتميز الحديد الناتج من الفرن العالي باحتوائه على حوالي 93% حديد %5 تقريبا كربون ونسبة قليلة من السليكون والمنجنيز والفوسفور والكبريت ويحول هذا النوع من الحديد الخام إلى حديد زهري بصهر في أفران تشبه الأفران العالية بعد خلطه بكميات من الحديد الخردة فحم الكوك والحجر الجيري ويسخن الفرن بدفع تيار من الهواء المسخن لدرجات حرارة عالية من فتحات هوائية أسفل الفرن.