Le processus chimique par lequel le minerai de fer est transformé en fonte est une réaction d’oxydoréduction.

Le principe est de réduire par le monoxyde de carbone les oxydes de fer présents dans le minerai de fer.

Dans un premier temps, il y a production de l’agent réducteur CO (monoxyde de carbone) à partir de la combustion du coke (C), selon la réaction globale suivante :
C + 1/2 O₂ -> CO

Comme nous sommes en excès de carbone et que la température est élevée, la totalité de l’oxygène est convertit en monoxyde de carbone selon les équations suivantes :
C + O₂ -> CO₂
C + CO₂ -> 2 CO, connue sous le nom de la réaction de Boudouart.

Dans un second temps, les réactions de réduction des oxydes de fer sont les suivantes en fonction de la position dans le haut fourneau et donc de la température :
A T > 320 °C : 3 Fe₂O₃ + CO -> 2 Fe₃O₄ + CO₂
Pour 620°C < T < 950°C : Fe₃O₄ + 3 CO -> 3 FeO + CO₂
A T > 950°C : FeO + 3 CO -> Fe + CO₂
Soit au final : Fe₂O₃ + 3 CO -> 2 Fe + 3 CO₂

Schéma d’un haut fourneau.

D’après C. König, http://www.futura-sciences.com/comprendre/d/dossier565-6.php

Le coke assure donc plusieurs fonctions principales dans le haut fourneau :
  il produit l’agent réducteur (CO) par combustion.
  il consomme le dioxyde de carbone (CO₂) produit par la réduction des oxydes de fer pour régénérer l’agent réducteur (CO),
  il favorise la circulation des gaz montants (rôle perméabilisant),
  il fournit la chaleur nécessaire à la poursuite de la réaction.