由于炼钢中氧的来源不同，有3种形式的脱碳反应：
(1)吹氧气脱碳时，金属中的一部分碳可被氧气直接氧化：
[C] 1/2O2(气)=CO(气) (1)
反应的标准吉布斯能(J/mol)
△G°=-142000-40.79T
(2)金属中大部分碳与溶解在金属中的[O]相结合，发生如下的反应：
[C] [O]=CO(气) (2)
反应的标准吉布斯能
△G°=-25000-37.90T
(3)用铁矿石作氧化剂时，矿石可直接氧化一小部分碳，或溶于渣中成为(FeO)，再与金属中的碳按下式进行反应：
[C] (FeO)=Fe(液) CO(气) (3)
反应的标准吉布斯能
△G°= 115000-98.18T
脱碳反应的生成物CO是气体，只有当气体有逸出条件时，反应才得以进行。在金属液内部进行脱碳反应是不可能的，只有在炉衬耐火材料的空隙处以及已形成的气泡表面上，CO气体才有去处，脱碳反应方能进行。渣—钢界面上也很难进行脱碳反应。所以渣中的(FeO)和气态的O2大都先溶解于金属，才能在气—液界面上发生[C]和[O]的结合形成CO而进入气泡中。但三种形式的脱碳反应的能量变化是有区别的。
反应式(1)、式(2)和式(3)的标准吉布斯能△G°均随温度的升高而降低，即升高温度对脱碳反应有利。但三种反应的热效应有所不同，反应(1)和(2)是放热反应，但反应(3)是吸热反应。反应(1)放热量大，在氧气炼钢时，碳的氧化可作为热的来源之一。反应(2)放热量很小，不可能成为炼钢的热源，但它说明了沸腾钢在钢锭模内凝固时，温度的下降促使该反应进行，使钢水一边沸腾一边凝固。反应(3)是强吸热反应，再加上加入炉内的矿石熔化和分解所吸收的热使反应总吸热量更大。平炉和电炉炼钢以铁矿石作为主要氧源，必须在熔池温度很高时，才能加入矿石进行脱碳，否则加入矿石愈多，温度愈低，脱碳反应被抑制;待炉温重新升高后则反应爆发，将引起喷溅。而在氧气转炉中，铁矿石是作为一种冷却剂来使用的。
反应过程和反应机理
钢液的组成物质主要是铁的分子。不同形式的氧接触钢液后，除少量气态氧直接和碳反应外，大多数的氧和铁相结合形成氧化铁进入炉渣。铁有二价铁和三价铁，两个原子价形态，在渣和氧化性气氛接触面上，二价铁被氧化成三价铁，三价铁传递到渣钢界面后，又被还原成二价铁，同时把氧传到钢液中。(见图1)碳和氧进一步传递到气液界面上，例如炉底耐火材料的缝隙表面，在该界面碳和氧相互结合生成CO气体而进入气相。
所以，脱碳反应可以分成3个环节：
(1)氧通过渣层的传质及钢液内碳和氧的传质;
(2)碳和氧的化学反应;
(3)CO向气相逸出。
各环节中速率最慢的决定了整个脱碳反应的速率。在很高的炼钢温度下，化学反应速率一般很快，不会限制脱碳的进行。熔池中有气相存在(如小气泡和耐火材料上的缝隙)时，CO的逸出也没有困难。最可能成为限制性环节的就是传质过程。对传质速率的影响因素首先是流动速度，其次还有流体的黏度、两相接触面积、传递距离的长短和两端的浓度差等。提高温度能加快传质，但是影响程度有限。在平炉和电炉炼钢中，炉渣成为一个整体层覆盖在钢液上面，氧必须通过渣层的传递，然后又通过钢液中的传递才能到达气液反应界面，平炉和电炉熔池中的流动速度相当低，所以传质速率不大。在熔池较为活跃的纯沸腾期，脱碳速率一般只有0.10%～0.15%C/h。在转炉中，熔池搅拌强烈，流动速度大，钢液和炉渣形成乳化状态，有很大的接触界面积，所以传质速率大得多，转炉脱碳速率可达14%～18%C/h(0.23%～0.3%C/min)。
转炉炼钢过程中，随着含碳量的降低，脱碳速率由传氧控制变为由碳的传递所控制。在碳高时，碳的传递比较有利，所以限制脱碳速率的主导因素是传氧，这时只要加强供氧，脱碳速率能进一步增加。当碳被氧化到某个浓度时，由于碳降低，其传质变慢，而氧传质比较有利，这时传碳成为脱碳反应的限制环节，脱碳反应逐渐减慢，即使加强供氧，只能造成氧在钢液中积累而不能提高脱碳速率。
图2所示的研究结果，恰好反映了脱碳过程的上述特点。脱碳速率显著下降的碳含量称为临界含碳量。在临界含碳量以下，氧的利用效率ηO2明显降低，而钢中含氧量明显增高。这个事实也说明，碳氧结合成CO的反应在转炉中仍然是搅拌熔池的主要动力，在临界含碳量以下，由于熔池流动减弱，碳和氧的传质都难以顺利进行，供给炉子的氧大量在钢液中积累起来。临界含碳量的值随条件而有不同：实验室试验所得值较低，在0.2%～0.3%C附近;而生产中的大炉子内，临界含碳量可能高达0.6%～0.7%C。当转炉炉底吹气体搅拌时，增强了低碳时期熔池的搅拌，使碳和氧的传质均得以加强。顶底复吹转炉炼钢法的实践证明，随着底吹氧量的增加，钢中含氧量能够减低，临界含碳量也达到较低的数值。 
反应效果
