高炉炼铁过程中主要发生的化学反应可以分为两个阶段：

1. **间接还原反应**：在高炉的上部和中部，主要是通过一氧化碳（CO）作为还原剂将铁矿石（主要成分Fe2O3或Fe3O4）还原成氧化亚铁（FeO）。这个过程主要发生在温度较低的区域，大约在900°C到1000°C之间。主要反应如下：
\[ Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2FeO + 3CO_2 \]
或者对于四氧化三铁：
\[ Fe_3O_4 + 4CO \rightarrow 3FeO + 4CO_2 \]

2. **直接还原和熔融反应**：在高炉的下部，温度更高（约1500°C），在这里氧化亚铁（FeO）被碳（C）进一步还原成金属铁，并且铁熔化形成液态铁。这个过程也是通过一氧化碳作为中间产物进行的。主要反应如下：
\[ FeO + C \rightarrow Fe + CO \]

此外，在高炉中还存在其他副反应，例如生成二氧化碳（CO2）的过程，但上述反应是最主要的反应途径。

整个过程中，高炉内从顶部加入铁矿石、石灰石和焦炭等原料，底部鼓入热风。焦炭中的碳与鼓入的空气中的氧气反应生成一氧化碳和二氧化碳，其中一氧化碳作为还原剂参与还原反应，而高温促使铁矿石中的铁被还原并熔化。