Reacția de oxidare a carbonului este una dintre cele mai importante reacții ale perioadei de oxidare în cuptoarele de oțel cu arc. Încărcătura pentru topirea cu oxidare este făcută, de regulă, cu un exces de carbon în metal după topirea încărcăturii de 0,3 — 0,4% față de conținutul specificat în oțelul finit. Oxidarea excesului de carbon este însoțită de formarea monoxidului de carbon gazos CO, a cărui mișcare a bulelor agită baia, egalizând temperatura acesteia și purificând metalul lichid de gazele dizolvate în el — hidrogen și azot, precum și de incluziunile nemetalice în suspensie. Reducerea conținutului de carbon din topitură are loc prin reacția [C] + [O] = CO. Condițiile de echilibru ale acestei reacții sunt exprimate prin ecuația
unde [C] și [O] sunt, respectiv, concentrațiile de carbon și oxigen egale cu activitățile lor la conținuturi scăzute în metal; pсо — presiunea parțială a monoxidului de carbon în faza gazoasă în condițiile echilibrului său cu metalul.
În procesul de topire a deșeurilor metalice și a materialelor care formează zgură prin arcuri și arzătoare cu gaz-oxigen, zgura este îmbogățită cu FeO. La încălzirea corespunzătoare a metalului lichid și a zgurii în puțuri sub electrozi, are loc procesul de tranziție a FeO de la zgură la metal. Acest proces se intensifică spre sfârșitul perioadei de topire a încărcăturii datorită adăugării de minereu de fier sau de sinter și suflării băii cu oxigen gazos.
Tranziția FeO de la zgură la metal se accelerează pe măsură ce concentrația de FeO din zgură crește, conținutul de oxigen din metal scade, temperatura metalului crește și vâscozitatea zgurii scade. Oxidarea carbonului se realizează în volumul metalului prin reacțiile:
(FeO) + [C] = [Fe] + CO și [C] + [O] = CO,
precum și la interfețele metal — zgură și metal — căptușeala băii cuptorului prin reacția
Oxidarea carbonului în metal are loc cu formarea și creșterea bulelor de gaz CO, care sunt umplute și cu H2 și N2 și provoacă „fierberea” băii.
Reacția de oxidare a carbonului nu poate avea loc cu adevărat în absența nucleelor de bule de gaz. La rândul lor, nucleele de bule de gaz se formează pe suprafața de contact a oțelului lichid cu mucoasa băii cuptorului și cu bucăți de minereu de fier și de sinter. La suflarea metalului cu oxigen gazos, conținutul acestuia în topitură crește și intensifică oxidarea carbonului și eliberarea bulelor de CO din metal. La un conținut în metal de 0,5 % C și în zgură de 11,5 % FeO, concentrația de oxigen în topitură în condiții de echilibru sub zgura principală este de 0,025 %, ceea ce corespunde limitei superioare a conținutului de oxigen. În același timp, limita inferioară a conținutului de oxigen în metal, care corespunde echilibrului cu carbonul în cantitate de 0,5%, este de 0,0065%.
Transferul de oxigen către metal se realizează în principal prin transferul acestuia din faza de zgură către metal.
În cuptoarele acide cu un conținut ridicat de SiO2 în zgură reducerea FeO la interfața zgură-metal duce la formarea unei pelicule subțiri de siliciu, care, separând metalul de zgură, va împiedica trecerea FeO de la zgură la metal. Amestecul de metal și zgură accelerează procesele de difuzie.
