Det engelske ord kiln, afledt af oldengelsk cyln, og betegnelsen furnace bruges ofte i flæng om en type ovn, der opvarmes til meget høje temperaturer i en proces, der kaldes fyring eller brænding.
Efter den strenge definition er forskellen, at en keramikovn fyldes, mens den er kold, og derefter varmes op, mens en industriovn først opvarmes og derefter fyldes med materiale.
I industrien betyder det, at keramikovne især forbindes med keramik og keramiske processer, for eksempel termisk behandling af råmaterialer, før de bruges i et færdigt produkt. Et eksempel er brænding af kalksten, flint, bauxit eller andre mineraler for at fremkalde en kemisk ændring; denne ændring kaldes kalcinering. I keramik skal bestanddelene i en glasur opvarmes, så de danner en slags glas, kaldet fritte. De dannede glasfritter males derefter til et fint pulver og tilsættes farvede oxider til fremstilling af glasurer. Også i andre beslægtede processer, såsom cementproduktion, kaldes anlægget en ovn. Nogle tørreprocesser ved lavere temperaturer omtales indimellem også som ovnprocesser, for eksempel tørring af træ i et opvarmet, lukket rum.
Industriovne forbindes derimod som regel med en gren af metallurgien. Ved forarbejdning af jern og stål taler man ofte om en højovn eller en Siemens-Martin-ovn; på støberier bruges mange induktionsovne og varmebehandlingsovne, for eksempel til udglødning.
Keramik og lertøj
Fremstilling af keramik og lertøj omfatter et bredt udvalg af produkter. Det gælder såkaldte grovkeramiske produkter som almindelige mursten, sanitetskeramik, tagsten og gulvfliser, men også finkeramik som bordservice og dekorative figurer. Alle disse produkter er baseret på ler i en eller anden form, blandet med andre mineraler, og de brændes alle i en ovn. De fleste ovne til emalje- og gulddekoration er elektriske ovne.
Glas
Glas i sin mest kendte form, floatglas, fremstilles ved at lade smeltet glas flyde på et bad af flydende tin i en ovn. Mere håndværksmæssig kunnen kræves af glasblæsere, der fremstiller vaser og andre former ved at blæse glas. I dette tilfælde holdes det smeltede glas varmt i en særlig type ovn, der kaldes en glory hole, og glasblæseren dypper sin glaspibe i den flydende glasmasse, før formen begynder at blive blæst op.
Typer af keramikovne
Den første opdeling, vi kan foretage, er forskellen mellem periodiske ovne og kontinuerlige ovne. I en periodisk ovn placeres materialerne eller produkterne i brændkammeret, hvorefter ovnen gennemløber en brændingscyklus med opvarmning og afkøling, før de færdige emner tages ud til sidst. I en kontinuerlig ovn holdes brændzonen permanent på den ønskede temperatur, og produkterne bevæger sig løbende igennem den.
Periodiske ovne
Periodiske ovne findes i mange konstruktionsformer; nogle af dem ser vi på her. I mindre skala bruges enkle ovne med fast stabelbund og en dør som på en ovn, hvor operatøren fylder ovnen ved processens start og tømmer den til sidst. Inde i ovnen kan der være plader, kaldet ovnplader, og hele opstillingen af plader og støtter kaldes ovnindretning. De fleste af disse mindre ovne er ovne med opadgående træk. Mange keramikere bruger topfyldte ovne, som har den fordel, at de fylder mindre end andre typer.
Rakuovne
I atelierkeramik er rakuovne også populære. I modsætning til traditionelle ovne bruges de til at påføre belægninger eller overfladebehandlinger på krukker ved høje temperaturer og derefter afkøle dem meget hurtigt.
I større skala bruges vognovne med én eller flere ovnvogne. De kan fyldes uden for ovnen og derefter køres ind, som regel på skinner. Sådanne vognovne var i mange år standardudstyr i den keramiske industri. Et alternativ er en fast stabelbund, hvor vognovnens varmekammer selv flyttes sideværts eller opad. Disse ovne kaldes henholdsvis ovne med flytbar hætte og hætteovne. Til kalcinering af råmaterialer bruges ofte en skaktovn, hvor materialet stables i lag skiftevis med brændsel, kul eller koks. Ovnen fyldes ovenfra, og det færdige materiale tages ud i bunden.
Brændsler til ovne
Selvom ovne kan opvarmes med mange forskellige brændsler, fra elektricitet, naturgas, bygas, tung fuelolie, kul, koks til træ, opnår moderne ovne især høje temperaturer med elektricitet eller gas. De fleste nuværende lertøjsovne er gas- eller elovne, men historisk fandtes der endnu en type periodisk ovn, som brugte kul og træ som brændsel og blev kaldt en flaskeovn. Kullene blev brændt i brændkammeret sammen med produkterne; disse skulle placeres i lerkapsler, kaldet saggars, for at beskytte dem mod den forurenede atmosfære fra de brændende kul. Et lille antal af disse ovne er bevaret som kulturarv og fyres af og til til undervisningsformål. Tidligere fandtes der også en metode til brænding af mursten, hvor en række brændkamre var anbragt i en cirkel. Disse kamre, som også var kulfyrede, blev brændt efter hinanden, så en del af varmen fra det ene kammer blev brugt til at brænde det næste. Det var Hoffmannovne.
Kul- og træfyrede ovne medfører en uacceptabel grad af luftforurening.
Kontinuerlige ovne
I en kontinuerlig ovn holdes brændzonen permanent på høj temperatur, og produkterne bevæger sig igennem den. En populær metode er at bruge et bevægeligt bånd, der fører produkterne gennem ovnen i en på forhånd fastsat tid; ved såkaldt hurtigbrændte væg- og gulvfliser vil en typisk gennemløbstid være én til to timer. En mere traditionel løsning er at bruge en tunnelovn, hvor ovnvogne løbende køres gennem tunnelen. Gennemløbstiden kan være 12 timer eller endda 24 timer for én vogn. Ulempen ved dette system er, som man kan forestille sig, at der hele tiden skal være vogne klar til at blive fyldt. Normalt forberedes et lager af vogne om dagen og bruges om natten. En anden ulempe er, at der skal være ovnpersonale til stede hele tiden, 24 timer i døgnet, 7 dage om ugen. Ved varmebehandling af råmaterialer svarer dette til brugen af en roterovn, hvor varmezonen består af en roterende tromle med brændere i midten. Materialet kan bevæge sig gennem den skråtstillede tromle og gentagne gange falde gennem opvarmningsflammen.
Nogle almindelige temperaturer i keramik.
- Forbrænding af stentøj – 1120 °C
- Glasurbrænding af stentøj – 1060 °C
- Porcelæn – 1200 °C
- Saltglasur – 1250 °C
- Benporcelæn – 1300 °C
- Gulddekoration, også kaldet forgyldning – 800 °C
- Emaljefarver på glasbasis – 500 °C
Konstruktionsmaterialer
Der foretrækkes især lette materialer (isolerende ildfaste sten og keramisk fiber) for at forkorte ovnens afkølingstid efter brændingen. Isolerende ildfast sten klasse 26 bruges mest i kombination med Vitset 45 ildfast mørtel. Dette gælder naturligvis ikke for en tunnelovn, hvor temperaturen holdes konstant, og ovnvognene kører gennem ovnen; disse ovne er som regel foret med tætte ildfaste sten, for eksempel ildfaste sten af aluminiumholdig chamotte med 42 % Al₂O₃.
Det er vigtigt, at de materialer, der bruges i keramikovne (ovnbeklædninger), har et lavt jernindhold, fordi produkterne meget ofte er hvide, og jernforurening i kombination med det brændte keramik kan give sorte eller grønne pletter. Keramisk fiber bør også forsynes med en ildfast zirkonbaseret belægning for at forhindre, at løse fibre falder ned på produkterne; dette er især skadeligt for glaserede produkter.
I nogle anvendelser er modstand mod termisk chok vigtig. Det testes ved at opvarme prøveemner og derefter nedsænke dem i koldt vand. Denne procedure gentages ved stadig højere temperaturer, indtil emnet revner eller falder fra hinanden. Glaseret keramik er typisk 40 % stærkere end uglaseret keramik og har derfor en højere modstand mod termisk chok.
Saltglasur og sodaovne
Ved saltglasurprocessen brændes lerprodukter på sædvanlig måde, men når ovnen når sin maksimale temperatur, drysses salt ind i ovnen gennem en åbning i toppen. Temperaturen får saltet til at fordampe og danne et blankt lag på produkterne. I denne proces er salt meget aggressivt, og ildfaste materialer er følsomme over for angreb fra chlorider. Peter Meanley i Irland har udført arbejde, der viser, at sten kan beskyttes, når de før første brug til saltglasur behandles med Silcas -A. Processen i en sodaovn minder meget om dette, men bruger natriumbicarbonat i stedet for natriumchlorid.
Andre ovne og specialovne
Trætørreovn
Tørring af hårdttræ.
Når savskåret træ først skæres ud af et fældet træ, har det et højt fugtindhold. Træet skal derfor først tørres i trætørrekamre.
Tørring af træ fremskyndes ofte ved at opvarme det i en bestemt type tørreovn, så fugtindholdet reduceres til under 25 %. Det gælder for afbrænding af brændsel i en grill, i en træfyret pizzaovn eller endda i en almindelig brændeovn eller pejs. Træ, der er behandlet på denne måde, kaldes ovntørret brænde.
Måder at regulere og overvåge temperaturer i ovnen på
Elektrisk ovn
Moderne elektriske ovne er normalt udstyret med en digital programmerbar styring, der overvåger temperaturerne med et termoelement og styrer brændingsprocessen efter et forudindstillet program med en forvarmningsfase, temperaturstigning og holdetid ved maksimal temperatur.
I en elektrisk ovn minder en enklere version af dette system mere om en termostat og kaldes en kiln sitter. Den tænder og slukker kun for strømmen for at nå den indstillede værdi.
Gasovne
Gasovne har tilsvarende udstyr, men de elektriske instrumenter skal nu betjene gasventiler og overvåge både tryk og temperaturer. Ved gasovne er det vigtigt at måle iltniveauet i ovnen. Hvis niveauet er for lavt, brænder gassen ikke korrekt; hvis det er for højt, afkøles ovnen for tidligt. En gasovn opvarmes som regel med et let overtryk i ovnen på 0,25–0,5 Pa i forhold til atmosfæren uden for ovnen. På den måde sikres det, at varme strømmer ud af ovnen, i stedet for at kold luft trænger ind i den.
Før moderne instrumentering kom til, brugte man en metode, hvor en ring blev presset af keramisk masse med kendte krympeegenskaber. Under brændingen blev nogle af disse ringe taget ud af ovnen én efter én, indtil man kunne konstatere, at de var krympet til den korrekte størrelse.
