หลักการของ Blast Furnace คือ การเปลี่ยนแร่เหล็กที่อยู่ในรูปเหล็กออกไซด์ ให้กลายเป็นเหล็กที่อยู่ในรูปของของเหลว หรือที่เรียกกันว่า เหล็กหลอมเหลว โดย Blast Furnace เป็นขั้นตอนแรกในการผลิตเหล็กกล้า (steel) จากเหล็กออกไซด์ (iron oxide) blast furnace มีขึ้นครั้งแรกในศตวรรษที่ 14 กำลังการผลิตประมาณ 1 ตันต่อวัน และพัฒนาต่อมาจนถึงปัจจุบัน และคาดว่ายังคงเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการยอมรับการใช้งานในอนาคตเนื่องจากกำลังการผลิตที่สูงเมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีอื่นโดยแบ่งเป็นขั้นตอนต่าง ๆ ดังต่อไปนี้

ขั้นตอนที่ 1 เตาเผาถ่านโค๊ก (coke oven) เริ่มจากเผาถ่านหิน (coal) ชั้นคุณภาพที่ใช้ในการผลิตถ่านโค๊ก (coke) ในเตาเผาอับอากาศ เพื่อกำจัดสารระเหย (volatiles) ออกจากถ่านหินใช้เวลาประมาณ 17 – 18 ชั่วโมง ได้ถ่านโค๊กแตกเป็นก้อน จากนั้นลดอุณหภูมิด้วยการพ่นละอองน้ำ (water spray) ก่อนป้อนเข้าเตาจะได้ถ่านโค๊กที่แข็งแรงและมีรูพรุน

ขั้นตอนที่ 2 การเตรียมแร่เหล็กก้อน (agglomeration) แร่เหล็กที่นำมาใช้ใน Blast Furnaceได้แก่ Hematite (Fe2O3) หรือ Magnetite (Fe3O4) ซึ่งมีปริมาณเหล็ก (Fe content) อยู่ในช่วง 50 - 70 เปอร์เซ็นต์ อยู่ในรูปแร่เหล็กอัดก้อน (pellet) โดยนำแร่เหล็กที่มีปริมาณเหล็กต่ำมาบดให้อยู่ในรูปแร่เหล็กละเอียด ส่วนที่เป็นกากแร่ (gangue) จะถูกแยกออกมา จากนั้นนำแร่เหล็กละเอียดที่ได้มาเผาเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและปั้นเป็นแร่เหล็กอัดก้อนที่มีปริมาณเหล็กอยู่ในช่วง 60 – 65 เปอร์เซ็นต์

ขั้นตอนที่ 3 ส่วนการป้อนวัตถุดิบ (material charging system) ทำการป้อนแร่เหล็ก ถ่านหิน และปูนขาว โดยสัดส่วนการผสมแร่เหล็กอัดก้อนหรือ sinter ต่อแร่ก้อนในอัตราส่วน 75 : 25 โดยใส่สลับชั้นกับถ่านโค๊ก (ซึ่งผลิตมาจากเตาผลิตถ่านโค๊ก) มีปริมาณถ่านโค๊กประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักแร่ผสมทั้งหมด การป้อนวัตถุดิบเข้าเตาจะต้องกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้แก๊สที่เข้าทางช่องลมสามารถผ่านเข้ามาทำปฏิกิริยาได้ วัตถุดิบสุดท้ายที่ใช้ ได้แก่ ปูนขาว นำมาใช้เป็น flux ปูนขาวที่ใช้เป็นได้ทั้ง high calcium limestone หรือ dolomite limestone

ขั้นตอนที่ 4 การฉีดถ่านหินผง (pulverised coal injection) และเชื้อเพลิง (fuel oil) เพื่อลดปริมาณการใช้ถ่านโค๊กซึ่งกระบวนการผลิตทำให้เกิดผลกระทบกับสิ่งแวดล้อมจะมีการใช้ถ่านหินผงและเชื้อเพลิงพ่นเข้าทางช่องลม

ขั้นตอนที่ 5 เตาเพิ่มอุณหภูมิ (hot blast stove) ทำหน้าที่เพิ่มอุณหภูมิของอากาศที่จะป้อนเข้าตัวเตาเพื่อใช้ในการเกิดปฏิกริยากับถ่านโค๊กและถ่านหินผงทำเกิดแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาการถลุงกับแร่เหล็ก โดยอุณหภูมิประมาณ 800 – 1,200 องศาเซลเซียส

ขั้นตอนที่ 6 กระบวนการถลุงเกิดขึ้นจากการที่อากาศร้อนและออกซิเจนที่ถูกพ่นเข้าไปทางด้านล่างของเตาทำปฎิกิริยากับถ่านโค๊กเป็นแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์และความร้อน ดังปฏิกิริยาต่อไปนี้

ตะกรันที่ออกมามี Silica Alumina Magnesia (MgO) หรือ Calcia (CaO) โดยตะกรันเหล่านี้จะลอยตัวอยู่เหนือเหล็กหลอมเหลว เพราะตะกรันมีความหนาแน่นน้อยกว่า สำหรับแก๊ส CO ทำหน้าที่เป็นสารลดออกซิเจน เปลี่ยนเหล็กออกไซด์ให้เป็นโลหะเหล็ก และความร้อนที่เกิดขึ้นจะหลอมเหล็กที่ถูกถลุงแล้วให้กลายเป็นของเหลวและแยกตัวจากสารมลทินต่าง ๆ ที่ละลายหลอมรวมกันเป็นตะกรันแยกชั้นจากเหล็กหลอมเหลวโดยวัตถุดิบที่อยู่ ด้านบนจะค่อย ๆ เลื่อนลงมาตามการหลอมละลายของแร่เหล็ก ส่วนการป้อนของวัตถุดิบจะทำการป้อนวัตถุดิบตามลำดับขั้น

ขั้นตอนที่ 7 กระบวนการทำความสะอาดอากาศที่ปล่อยออกจากระบบ (gas cleaning system) ฝุ่นที่ออกมาจากอากาศที่ปล่อยออกจากระบบประกอบด้วย ถ่านโค๊ก 60 เปอร์เซ็นต์ และเหล็กออกไซด์ 40 เปอร์เซ็นต์ ทำการกรองและให้จับตัวกับน้ำจะได้แก๊สเชื้อเพลิง

ขั้นตอนที่ 8 ที่รับขี้ตะกรัน (slag pit) ให้ขี้ตะกรันสามารถแยกตัวไหลออกทาง slag notch ส่วนผสมของขี้ตะกรันมี ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ CaO + MgO ประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ และ Alumina ประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ เพื่อให้มีความหนืด (viscosity) พอที่จะไหลออกจากเตาพ่นลมได้

ขั้นตอนที่ 9 ผลิตภัณฑ์เหล็กถลุงเหล็กหลอมเหลวที่ถูกถลุงแล้วจะต้องไหลผ่านชั้นถ่านโค๊กลงมา ธาตุคาร์บอนในถ่านโค๊กจึงละลายเข้าไปในเหล็กหลอมเหลว ทำให้เหล็กหลอมเหลว ที่ได้มีปริมาณคาร์บอนละลายจนอิ่มตัว นอกจากนี้ก็มีธาตุอื่น ๆ ที่ถูกรีดิวส์พร้อมกับแร่เหล็กด้วย ได้แก่ ซิลิกอน แมงกานีส เป็นต้น ซึ่งเหล็กหลอมเหลวที่ได้นี้เรียกว่า เหล็กถลุง (pig iron) โดยมีอุณหภูมิประมาณ 1,400 องศาเซลเซียส ซึ่งต้องนำไปเปลี่ยนเป็นเหล็กกล้า ในกระบวนการผลิตเหล็กกล้าตาม ขั้นตอนการผลิตเหล็กกล้าต่อไป

ขั้นตอนที่ 10 เครื่องหล่อเหล็กถลุง (pig casting) กรณีที่ไม่สามารถใช้เหล็ก หลอมเหลวโดยตรงกับกระบวนการผลิตเหล็กกล้า สามารถเปลี่ยนสภาพให้เหล็กหลอมเหลวอยู่ในรูปของแข็ง คือเหล็กถลุง เพื่อนำไปใช้กับกระบวนการผลิตเหล็กกล้าต่อไป