bélyegkép|350px|Acélgyártás ívfényes kemencében Az acél a vas legfeljebb 2,06% szénnel alkotott ötvözete, de ötvözőelemként számos más elem is szóba jön (szilícium, mangán, króm, nikkel, molibdén, vanádium, volfrám stb.). Az ipar egyik legfontosabb alapanyaga, előállításával az acélkohászat foglalkozik. Képlékeny alakítással (kovácsolás, hengerlés, kisajtolás stb.) hidegen és melegen megmunkálható, tulajdonságai hőkezeléssel tovább alakíthatók.
Az acélgyártás kiinduló anyaga a nyersvas és az ócskavas. Ahhoz, hogy a nyersvasból acél legyen, annak fölösleges kísérőelemeit (C-, Si-, Mn-, P- és S-tartalmát) el kell távolítani. Ez úgy történik, hogy a megolvasztott fémbetétből kiégetik a „káros” elemeket, ötvözik „hasznos” elemekkel, majd a folyékony acélt kokillába vagy folyamatos öntőgépbe öntik és kristályosítják.
Az acélgyártás története lang=hu|bélyegkép|balra|400px|A világ acéltermelésének megoszlása eljárások szerint Az acélgyártás története azonos a vasgyártás történetével. Az első használatos vastárgyak feltehetőleg meteoritvasból készültek, arról azonban nincs pontos információnk, mikor és hogyan kezdték a vas kinyerését érceiből. Tény, hogy a vas megjelenése az emberi kultúrában (vaskor) az emberiség technikai fejlődése szempontjából meghatározó fontosságú.
Az első vaskohók még csak kis gödrök voltak, a vasércet faszénnel izzították. A szén redukálta a vasércet, azaz eltávolította oxigéntartalmát. A gödrök azután nagyobbak lettek, agyagbélést kaptak, a tűz táplálásáról természetes huzattal gondoskodtak. A gyártott termék alig olvadt meg, a viszonylag kis hőmérséklet miatt a szén alig ötvözte a vasat. Az eljárás során az ércből salakkal szennyezett acélszerű terméket kaptak. A salakot kovácsolással távolították el, az anyagot ezután acélként fel lehetett használni. A fejlődés eredményeként a kemencék tovább nőttek, és már bőrtömlős levegőbefúvásról is gondoskodtak. Ezek voltak a bucakemencék, amiket évszázadokon át használtak. A nagyolvasztók és a vízkerekes fújtatás megjelenésével a kohókban elérhető hőmérséklet is nagyobb lett, az adag teljes egészében megolvadt és jobban ötvöződött karbonnal (a kohászok szóhasználatában ez a szén neve). Emiatt a kapott termék rideg, kovácsolhatatlan lett. Innen ered a nyersvas angol neve: pig iron, orosz neve: csugunnaja szvinyka, mindkettő magyar megfelelője: disznóvas. Acélt ezután más módszerekkel kellett gyártani. bélyegkép|Bessemer-konverter egykorú rajza bélyegkép|Siemens-Martin-kemence egykorú rajza. Fent látható a teknő alakú kemence, alul a levegő és a fűtőgáz előmelegítésére való regenerátorok Az első ilyen eljárás a frisstűzi acélgyártás volt. A nyersvas kísérő elemeit faszénnel fűtött kemencében, oxigénben dús atmoszférában égették ki. A módszer évszázadokig használatos volt, például Svédországban még a 20. század elején is állítottak elő acélt ezzel a módszerrel. Fontos megjegyezni, hogy az eddigi acélgyártási eljárások esetén az acél nem folyékony állapotban jelent meg, ellentétben az ezt követő, új módszerekkel. Ezért a korábbi eljárással készült acélt forrasztott acélnak, míg az újabb eljárások szerintit folytacélnak nevezték. A tégelyacélgyártást 1740-ben találta fel Benjamin Huntsman. A nyersvasat fedett tégelyben olvasztották, a szükséges hőmennyiséget faszén-, koksz-, később gáztüzeléssel biztosították. Ezzel a módszerrel kezdődött az ötvözött acélok gyártása.
A kavaró acélgyártási eljárást Henry Cort szabadalmaztatta, 1784-ben. Lángkemencét használtak, az olvadt nyersvas csak a kőszén elégetéséből származó, oxigénben dús füstgázzal érintkezett. A folyékony fürdőt hosszú vasrudakkal kavargatták (innen a név), hogy mindig újabb rész érintkezzen a füstgázzal. Az eljárást a szélfrissítéses (Bessemer- és Thomas-konverteres) és a Siemens–Martin-eljárás szorította ki a 19. század közepén.
A Bessemer-féle szélfrissítéses eljárást 1855-ben szabadalmaztatta Henry Bessemer. A módszer lényege az, hogy a folyékony nyersvasat egy körteformájú konverterbe öntik, és a nyersvasrétegen alulról levegőt fújtatnak át. A levegő oxigénjének hatására kiég a szén, a szilícium és a mangán. Előnye, hogy nem igényel külön tüzelőanyagot (a folyamatok hőtermelők) és igen nagy a termelékenysége.
A Thomas-módszer Sidney Gilchrist Thomas nevéhez fűződik (1878). Az eljárás során alkalmazott konverter szerkezete hasonló a Bessemeréhez, de falazatát bázikus (magnezit és dolomit) tűzálló téglákból építették. Ennek révén az eljárás alkalmassá vált a betét foszfortartalmának csökkentésére is. A művelet során bázikus salakképzőt (általában égetett meszet) adagolnak, ezen kívül a képződött vasoxid is szerepet játszik a foszfortalanítás folyamatában. A többlépcsős kémiai folyamatok egyesített reakcióegyenlete:
.
Az eljárás annyira sikeres (volt), hogy a salakot és a falazatot megőrölve foszforműtrágyaként használták.
A Siemens–Martin-eljárást Pierre-Émile Martin francia mérnök szabadalmaztatta, 1864-ben. Az eljárás nevében a Siemens nevet a Carl Wilhelm Siemens által szabadalmaztatott, és itt felhasznált váltakozó lángjárású regeneratív tüzelési rendszer magyarázza. A módszer lehetővé teszi folyékony nyersvas és ócskavas felhasználását is, de akár szilárd betéttel is lehetett indulni. Ez volt az az eljárás, ami lehetővé tette igen változatos ötvözöttségű acélok gyártását. A gyártási folyamat két lépcsőből áll: egy frissítő (oxidáló) és egy kikészítő (redukáló) szakaszból (ahol az oxidálódott vas visszaredukálását végzik). A frissítő szakasz hosszabb, mint a szélfrissítéses eljárásoké, ezért az adagidő hosszabb. A kikészítő szakaszban végezték el például az ötvözést.
Acélgyártás Magyarországon A honfoglaló magyarok fejlett vaskohászati tudással érkeztek a Kárpát-medencébe. Tudásukat a vasművességet fejlett szinten művelő urál-altáji népektől szerezték. Az Árpád-kori kohászok általában több, egyidejűleg működő bucakemencében állították elő a vasat. A bucakemencéket a terepviszonyokhoz alkalmazkodva, körben vagy félkörívben építették meg. Az utóbbira szép példa a Somogyfajszon feltárt és részben rekonstruált műhely.
Az Árpád-házi uralkodók átlátták a vasipar fontosságát, ezért külföldről is hívtak be bányászokat és kohászokat. II. András például Torockóra telepített stájer munkásokat. Ők fejlesztették ki a Torockó-vidék híres vasiparát. A királyi vasműveseken kívül minden nagyobb uradalom is tartott fenn vasműhelyeket. Többnyire saját szükségleteiket elégítették ki, de a jobb érccel és erdőséggel rendelkező uradalmak eladásra is termeltek.
A bucakemencék fúvatásának vízi erővel való meghajtása hazánkban az 1320-as évek körül kezdett elterjedni. Ennek következtében a termelékenység annyira megnőtt, hogy a vas és vastermékek exportjára is sor kerülhetett – elsősorban a Felvidékről. Egy 1362-es dokumentum azt írja, hogy „a danzigi piacon a legkeresettebb vas a svéd, a magyar és a spanyol volt”. Arról is van feljegyzés, hogy az 1380-as években a Balti-tenger kikötőiből jelentős mennyiségű magyar vasat szállítottak Angliába.
A Rákóczi-szabadságharc idején a hadfelszerelések gyártásához szükségessé vált a vasgyártás bővítése. Ezért a Felvidéken és Erdélyben építettek olvasztókat, frisstüzeket, hámorokat (kovácsüzemeket). A 18. század második felében (1772-ben) Fazola Henrik egri lakatosmester a Garadna völgyében telepített olvasztót. Ettől az időponttól számítják a hazai iparosodás megindulását. A Selmecbányán 1735-ben alapított Bányatisztképző Iskola, később Bányászati és Erdészeti Főiskola sorra bocsátotta ki a képzett bányászati-kohászati szakembereket, akik komoly szerepet játszottak a kohászat fejlesztésében. A főiskola híres tanára, Kerpely Antal már joggal írhatta le, hogy „…a vasipar Magyarországon a legfontosabb közgazdasági tényezők egyike”.
A 19. században az iparfejlesztés nagyja Széchenyi István, aki – többek között – a Lánchíd felépítésével, a hajógyártás és a gőzhajózás beindításával a kohászati fejlesztéseknek is lökést adott. Érdekesség, hogy már Széchenyi is felvetette egy Duna-menti vasmű felépítésének gondolatát, de ez csak az 1950-es években valósult meg (Dunai Vasmű). A hazai vaskohászat fejlődésének nyomán 1845-ben megépült az ózdi vasfinomító kavarókemencékkel, hengerművel, ami több felvidéki kohó nyersvasát is feldolgozta. A kohóüzemek telepítése gyors ütemben folytatódott. 1855-ben Resicán kohókat, 1866-ban Bessemer-konvertereket, tíz év múlva pedig Siemens-Martin-kemencéket telepítettek. Diósgyőrben 1868-ban alapítottak vasgyárat (nagyolvasztó, öntöde, kavarókemencék és sínhengerde). 1879-ben Siemens-Martin-acélművet, 1880-ban pedig Bessemer-acélművet telepítettek. A következő nagyobb kohászati komplexum a Rimamurány-Salgótarjáni Vasmű volt, ami 1881-ben több kisebb vaskohó és vasfinomító egyesítésével jött létre. Az ózdi gyárban 1895-től nyersvasat és martinacélt gyártottak.
Az első világháború megszakította a kohászat fejlődését is. A vas- és acéltermelés – szoros összefüggésben a trianoni diktátummal – a felére esett vissza. Magyarország a korábbi állapottal szemben hirtelen nyersanyagszegény ország lett, a kohászati nyersanyagforrások 70%-a az új határokon kívülre került. A meghagyott üzemek termelési szintje csak 1929-re lépte túl ezek 1913-as szintjét. A beindult fejlődést azonban az 1930-as évek elejének gazdasági világválsága visszafogta, de kormányzati intézkedések – az export támogatása – nyomán a termelés újra fokozódott. Ez beruházásokkal is járt: Csepelen korszerűsítették a martinacélgyártást, új elektrokemencét állítottak üzembe. Ózdon is hasonló fejlesztéseket hajtottak végre. Diósgyőrben új elektrokemencét és nagyolvasztót építettek.
A második világháborús készülődések közepette a kormányzat új vasmű építését határozta el a Duna mellé, Mohács térségébe, de a háborús cselekmények miatt ezt későbbre halasztották. A vaskohászati termelés 1943-ban érte el a háborús csúcsértéket, a termelés rendje csak 1944 őszén bomlott fel. Ráadásul a diósgyőri gyárat bombatámadás érte, a termelés emiatt itt erősen visszaesett.
A háború után a vaskohászat termelése 1948-ban érte el az 1938. évi szintet. Az újjáépítés egyébként is fokozta a kohászati ipar termékei iránti igényt, de a kormányzati intézkedések is súlyt fektettek az iparág fejlesztésére. Minden meglévő gyárban fejlesztések történtek, és megszületett a végleges elhatározás a Dunai (akkor Sztálin-) Vasmű megépítésére. Építése 1950-ben kezdődött, a teljes vertikum kiépítése 1965-ben fejeződött be. A metallurgiai részhez nagyolvasztó és Siemens-Martin-kemencék épültek. A kohászati ipar mérnökigényének biztosítására Miskolcon létrehozták a Nehézipari Műszaki Egyetemet, a Miskolcra költöztetett soproni Bánya- és Kohómérnöki karból és az újonnan kialakított Gépészmérnöki karból.
A vaskohászatra a következő évtizedekben a mennyiségi fejlesztés volt a jellemző, a minőségi szempontok némileg háttérbe szorultak. Ez a tendencia az anyagi források hiánya, az ipar és a KGST-piac igénytelensége miatt egészen az 1980-as évek végéig tartott, és okozta később – részben – az iparág válságjelenségeit. Az 1960–1970-es években az itthoni nyersanyag- és energiaárak a világpiaci árakhoz viszonyítva alacsonyak voltak, ezért a hazai üzemek alacsony technikai színvonal mellett is olcsón termeltek, így gazdaságosan exportálhatták termékeiket. Ez fejlesztésre, kapacitásbővítésre késztette a kohászati üzemeket. A világpiaci árak változása miatt azonban az export gazdaságtalanná vált, így a kapacitások kihasználatlanok maradtak. Elkerülhetetlenné vált a minőség felé tett technológiai váltás, amire 1980-tól került sor. Dunaújvárosban konverterek, Diósgyőrben konverter és elektrokemence épült, de a gazdaságtalanabb martinacél-termelés még mindig számottevő maradt. Előremutató intézkedések révén a folyamatos öntés lehetőségeinek megteremtésével kiváltották a blokkhengerlést, Dunaújvárosban, Diósgyőrben, Ózdon és Csepelen bevezették az üstmetallurgiai módszereket (a lecsapolt acélt az üstben ötvözik).