Der Begriff Tiegelstahl kann etwas irreführend sein, da er sich nicht auf ein bestimmtes Stahlprodukt bezieht, sondern auf einen bestimmten Stahlherstellungsprozess. Beim Tiegelstahlverfahren werden Materialien wie Schmiedeeisen, Gusseisen und Blisterstahl in kleinen Gießereitiegeln zum Aufkohlen oder Entkohlen geschmolzen. Während dieser Prozesse wird Kohlenstoff entweder in das Material eindiffundiert oder daraus entfernt, um optimale metallurgische Qualitäten im Endprodukt zu erzeugen. Nach dem Schmelzen wird der Tiegel aus dem Ofen genommen und der Stahl in Kokillen gegossen. Das Tiegelstahlverfahren ist eines der ältesten dokumentierten Verfahren zur Herstellung von Stahl und wird, obwohl es durch effizientere Verfahren ersetzt wurde, immer noch verwendet, um kleine Mengen hochwertiger Materialien für spezielle Anwendungen herzustellen.
Stahl ist eine Kombination aus Eisen und geringen Mengen Kohlenstoff. Solche Kombinationen nennt man Legierungen mit Additiven, in diesem Fall Kohlenstoff, die die Qualität des Grundmaterials verbessern und dem Endprodukt spezifische Eigenschaften verleihen. Stahl zum Beispiel ist härter als Schmiedeeisen, weniger spröde als Gusseisen und hat eine bessere Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit als beides. Stahl kann auf verschiedene Weise hergestellt werden, wobei die meisten davon das Schmelzen von Eisenmaterial in Gegenwart einer Kohlenstoffquelle beinhalten. Bei diesem Verfahren diffundieren geringe Mengen Kohlenstoff in das geschmolzene Eisen mit typischen Kohlenstoff-Endkonzentrationen im Bereich von 0.2 % bis 2.1 %, abhängig von der beabsichtigten Verwendung der Legierung.
Eine der ältesten Formen der Stahlerzeugung ist das Tiegelstahlverfahren; Die erste zuverlässige Dokumentation von tiegelgefertigten Stählen sind mittelalterliche islamische Aufzeichnungen um ca. 1050. Das Grundprinzip von tiegelgefertigtem Stahl besteht in der Verhüttung von Metallvorräten in Gefäßen oder Behältern aus verschiedenen feuerfesten Materialien, die klein genug sind, um von einer oder zwei Personen gehandhabt zu werden. Die Behälter oder Tiegel werden mit verschiedenen Metallen wie Schmiedeeisen, Gusseisen oder Blisterstahl beschickt und in speziellen Öfen zum Schmelzen der Charge gebrannt. Kohlenstoffarme Materialien wie Schmiedeeisen werden durch eine Kohlenstoffquelle wie Holzkohle ergänzt, die die Schmelze aufkohlt oder mit Kohlenstoff durchtränkt. Im Gegensatz dazu wird Lagermaterial mit zu hohen Kohlenstoffgehalten für die allgemeine Stahlherstellung entkohlt; dies erfolgt typischerweise, indem das geschmolzene Material einer Sauerstoffquelle ausgesetzt wird.
Der Prozess beginnt im Allgemeinen damit, dass die Tiegel in einem koks- oder gasbefeuerten Ofen auf Weißglut erhitzt werden, an welchem Punkt sie von der Wärmequelle entfernt, mit den Rohstoffen beschickt und in den Ofen zurückgeführt werden. Anschließend werden sie mehrere Stunden belassen, bis die Rohstoffe vollständig geschmolzen sind. Anschließend werden die Tiegel aus dem Ofen genommen, eventuelle Verunreinigungen auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls abgeschöpft und der Stahl in Kokillen gegossen. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig und teuer und wurde weitgehend durch wirtschaftlichere Verfahren mit hoher Kapazität wie Bessemer-Öfen ersetzt. Die hohe Qualität des Tiegelstahls hat jedoch dazu geführt, dass das Verfahren immer noch zur Herstellung kleiner Mengen Stahl für spezialisierte Nischenmärkte verwendet wird.