直接還元（高炉）

直接還元は、コークス炭素の存在により高炉内で起こる酸化鉄の還元の一部であり、残りの間接還元は主にコークス燃焼からの一酸化炭素で構成されます。

また、高炉では多くの非鉄酸化物がこの種の反応によって還元されることにも留意すべきである。したがって、この反応は、非鉄金属を非鉄高炉（現在では消滅したフェロマンガン、フェロシリコンなどの生産専用の高炉）で生産するための従来のプロセスの運用に不可欠であった。

金属酸化物を炭素と接触させる直接還元製鋼法（通常は石炭または木炭を使用する方法）でも、この化学反応が利用されています。実際、一見すると、その多くはこの反応のみを使用しているように見えます。カタロニア式炉など、歴史的に高炉と競合していたプロセスは、この反応に同化されました。しかし、現代の直接還元プロセスは、多くの場合、還元ガスのみの使用に基づいています。この場合、その名前は化学反応の意味とまったく逆の意味を持ちます。

高炉の場合、直接還元はコークス中の炭素による酸化物の還元に相当する。しかし、実際には、直接還元は高炉での鉄還元の最終段階でのみ重要な役割を果たし、ウスタイト（FeO）を鉄に還元するのに役立つ。この場合、化学反応は次のように簡単に説明できる。^[1]

         FeO + C → Fe + CO 消費量 155,15 kJ /mol

しかし、「固体状態では、細かく粉砕された鉄鉱石と石炭粉末の間でも、ガスがなければ実質的に反応は起こりません。言い換えれば、反応はガスを介して起こることは確実です」。^[2]これは、直接還元がおそらく次の一連の反応に対応することを意味します。^[1]

         FeO + CO → Fe + CO 2       生成量 17,45 kJ/mol (COによる還元)

         CO 2 + C ⇌ 2 CO 消費量 172,45 kJ/mol (ブードワール反応)

この反応は、ウスタイトFeOから鉄への変換の約半分を占め、^{[注1]供給された酸素全体の30％を主に酸化鉄Fe} ₂ O ₃の形で除去します。^{[4] [5]}このウスタイト還元モードは高度に吸熱性ですが、COによる酸化鉄の還元はわずかに発熱性（+155.15 kJ/mol対-17.45 kJ/mol）であるため、最小限に抑えることが不可欠です。^[1]

この反応は高炉内に存在するすべての鉄酸化物に関係しますが、高炉内で部分的に還元されるマンガン(II)酸化物(Mno)、シリカ(SiO ₂ )、クロム、バナジウム、チタンにも関係します。これらの化学反応は以下のように説明されます: ^[1]

         MnO + C → Mn + CO 消費量 282.4 kJ/mol à 1 400 °C (1,000 °C以上で始まり、充填物に含まれるマンガンの半分が関与)

         SiO 2 + 2 C → Si + 2 CO 消費量 655,5 kJ/mol (1500 °C以上で開始) [6]

クロムとバナジウムはマンガンのように、チタンはシリコンのように振る舞います。^[1]他の鉄酸化物に関しては、直接還元は無視できるほど重要です。これは次のように記述できます。^[7]

         3 Fe 2 O 3 + C → 2 Fe 3 O 4 + CO 消費量 118,821 kJ/mol

         Fe 3 O 4 + C → 3 FeO + CO 消費量 209,256 kJ/mol

フェロアロイの生産に特化した非鉄高炉では、直接還元が基本です。たとえば、フェロニッケルの生産では、両方の直接還元反応が使用されます。

         445 °C 以上で NiO + C → Ni + CO

         FeO + C → Fe + CO 800℃以上[8]

そのため、ニッケルは鉄よりもわずかに還元されやすいものの、鉄とは独立して還元および鋳造することはできません。^[9]