Staal is een legering die bestaat uit ijzer en koolstof. Staal wordt geproduceerd uit ijzererts (Fe2O3) en steenkool. De productie van staal in het traditionele hoogovenproces (figuur 1) kan worden samengevat met de volgende stappen:
stap I:
IJzererts wordt vermalen en gemengd met hulpstoffen. Door verhitting van dit mengsel ontstaan zogenaamde ijzererts-pellets. Steenkool wordt verhit en samengeperst tot cokes, die voornamelijk uit koolstof bestaat.
stap II:
De hoogoven wordt gevuld met lagen ijzererts-pellets en cokes, waarna hete lucht wordt ingeblazen. Een deel van de cokes reageert met zuurstof uit de lucht, waardoor koolstofmono-oxide (CO) ontstaat. Fe2O3 reageert met CO. Uit de onderzijde van de hoogoven komt een mengsel van ijzer met nog 4 tot 5 massaprocent koolstof.
stap III:
In een afzonderlijke reactor reageert een deel van de koolstof in het mengsel met zuiver zuurstof, waardoor uiteindelijk staal met 2,0 massaprocent koolstof ontstaat.
De belangrijkste reacties in stap II zijn:
$2 \mathrm{C}+\mathrm{O}_{2} \rightarrow 2 \mathrm{CO} (reactie 1)
$\mathrm{Fe}_{2} \mathrm{O}_{3}+3 \mathrm{CO} \rightarrow 2 \mathrm{Fe}+3 \mathrm{CO}_{2}(reactie 2)