Первый этап. Прямое получение железа из руды.

Существовало много разновидностей сыродутного процес­са, причем в некоторых установках получали за одну опера­цию, длившуюся 6—7 ч, до 200 кг железа. Недостатки сыро­дутного способа производства (малая производительность, большой расход топлива, значительные потери железа со шлаком, высокая трудоемкость процесса и низкое качество металла) определили повсеместное исчезновение этого спо­соба к концу XIX в. (в XX в. сыродутные горны еще можно было встретить в Африке).

Второй этап. Получение кричного (сварочного) железа из чугуна. 

Кричный процесс – это двустадийный процесс: вначале получение чугуна, а потом по­лучение из чугуна низкоуглеродистого металла. Этот процесс более производительный, чем получение железа из руды.

Сущность кричного способа переработки чугуна в железо и сталь заключается в расплавлении чугуна в горне на дре­весном угле и окислении углерода, кремния, марганца и других примесей кислородом дутья и действием шлаков, бо­гатых оксидами железа.

Выложенный огнеупорными материалами или водоохлаждаемыми чугунными плитами горн наполняют древесным углем, разжигают его и подают дутье. После того как уголь хорошо разгорелся, присаживают чугун и богатые оксидами железа шлаки. Чугун по­мещают обычно на уровне фурмы или несколько выше ее, он постепенно плавится и капельками стекает вниз. Одновре­менно с этим под действием кислорода дутья и оксидов же­леза шлака происходит окисление (выгорание) примесей чу­гуна. По мере окисления примесей чугуна (в частности, уг­лерода) повышается температура его плавления (температура плавления чугуна 1100—1200 °С, низкоуглеродистого железа ~1500 °С). Температура в горне достигает 1300-1400 °С, т.е. достаточна для расплавления чугуна, но недостаточна для поддержания в жидком виде образующегося низкоуглеро­дистого сплава. По мере окисления примесей металл стано­вится все более тугоплавким и все более вязким. В резуль­тате на дне горна получается зернистая тестообразная железистая масса, которую собирают в один ком, или крицу, извлекают из горна и подвергают обработке под молотом для удаления из металла шлака и образования возможно более плотного и однородного куска железа. В связи с тем, что горючие материалы, применяющиеся в кричном производстве, находятся в тесном соприкосновении с металлом, они должны быть чистыми от золы и вредных примесей. В большинстве промышленных стран кричный процесс как крайне непроизводительный и дорогой исчез в конце XIX— начале XX вв. Низкая производительность и высокая стои­мость кричного передела, а также массовое уничтожение ле­сов вокруг промышленных центров, вызванное необходимостью получения больших количеств древесного угля, — все это заставляло искать более производительный способ производства кричного железа, причем такой, при котором можно бы­ло заменить чистый древесный уголь другим топливом — бо­лее дешевым и менее дефицитным.

Третий этап. Возникновение способа получения жидкой (литой) стали.

Наиболее древним из всех существующих спо­собов получения стали в жидком, расплавленном виде, т.е. так называемой литой стали, является тигельный процесс.

Выплавка стали в тиглях производится следующим обра­зом: в тигли вместимостью обычно 25—35 кг загружают ме­таллическую шихту, по составу близкую к стали, которую необходимо получить. Закрытые крышками тигли помещают в горны или пламенные регенеративные печи (передача тепла металлу осуществляется через стенки тигля).

Тигельная сталь характеризуется очень высокими механическими свойствами как вдоль, так и поперек направления прокатки или ковки. Отсутствие окислительной атмосферы и раскисляющее действие материала тигля, а также сравнительно невысокие температуры процесса, не позволяющие перегреть металл, дают возможность получать плотную сталь с ничтожным количеством неметаллических включений и низким содержанием газов.

Однако тигельный процесс также имеет ряд существенных недостатков, к ним относятся низкая производительность труда, высокие требования к чистоте исходных материалов, малая стойкость тиглей (до трех плавок), высокий расход топлива и другие.

Четвертый этап. Возникновение относительно простых и дешевых способов массового производства литого металла.

Простой и дешевый способ получения литой стали в больших количествах путем продувки жидкого чугуна воздухом. Продувку чугуна проводили в специальном агрегате — конвертере с кислой футеровкой. Способ получил название конвертерного (бессемеровского).

Принцип использования тепла отходящих газов для подо­грева топлива и воздуха в так называемых регенераторах был разработан Сименсом, поэтому в ряде стран процесс на­зывают сименсмартеновским. Во Франции и в России он по­лучил распространение под названием мартеновского.

Конвертерный и мартеновский способы явились базой, обеспечивающей бурный рост индустриальной мощи промышленно развитых стран.