Det engelske ordet kiln, som stammer fra det gammelengelske cyln, og betegnelsen furnace brukes ofte om hverandre om en type ovn som varmes opp til svært høye temperaturer i en prosess som kalles fyring eller brenning.
Etter en streng definisjon er forskjellen at en keramikkovn fylles mens den er kald og deretter varmes opp, mens en industriovn først varmes opp og deretter fylles med materiale.
I industrien betyr dette at keramikkovner først og fremst forbindes med keramikk og keramiske prosesser, for eksempel varmebehandling av råmaterialer før de brukes i et sluttprodukt. Et eksempel er brenning av kalkstein, flint, bauksitt eller andre mineraler for å fremkalle en kjemisk endring. Denne endringen kalles kalsinering. Ved keramikkproduksjon må bestanddelene i en glasur varmes opp slik at de danner en type glass som kalles fritte. Glassfritten som dannes, males deretter til et fint pulver og blandes med fargede oksider for å fremstille glasurer. Også ved andre beslektede prosesser, som sementproduksjon, betegnes installasjonen som en ovn. Enkelte tørkeprosesser ved lavere temperaturer omtales også noen ganger som ovnsprosesser, for eksempel tørking av trevirke i et oppvarmet, lukket rom.
Industriovner forbindes derimot vanligvis med metallurgi. Ved bearbeiding av jern og stål brukes ofte betegnelser som masovn eller Siemens-Martin-ovn. I støperier brukes mange induksjonsovner og varmebehandlingsovner, blant annet til gløding.
Keramikk og leirgods
Produksjon av keramikk og leirgods omfatter et bredt spekter av produkter. Dette inkluderer såkalte grovkeramiske produkter, som vanlig byggestein, sanitærkeramikk, takstein og gulvfliser, men også finkeramikk, som serviser og dekorative figurer. Alle disse produktene er basert på leire i en eller annen form, blandet med andre mineraler, og brennes i en ovn. De fleste ovner for emalje- og gulldekor er elektriske.
Glass
Glass i sin mest kjente form, planglass, fremstilles ved at smeltet glass flyter på et bad av flytende tinn i en ovn. Glassblåsere som lager vaser og andre former, må ha større håndverksmessig ferdighet. I dette tilfellet holdes det smeltede glasset varmt i en spesiell type ovn som kalles en glory hole, og glassblåseren dypper blåserøret i den flytende glassmassen før formen blåses ut.
Typer keramikkovner
Det første skillet vi kan gjøre, går mellom periodiske ovner og kontinuerlige ovner. I en periodisk ovn plasseres materialene eller produktene i brennkammeret, før ovnen gjennomgår en brennsyklus med oppvarming og avkjøling. De ferdige delene tas ut når syklusen er fullført. I en kontinuerlig ovn holdes brennsonen permanent ved ønsket temperatur, mens produktene beveger seg kontinuerlig gjennom den.
Periodiske ovner
Periodiske ovner finnes i mange konstruksjoner, og noen av dem beskrives her. I mindre skala brukes enkle ovner med fast stablebunn og en ovnsdør. Operatøren fyller ovnen ved begynnelsen av prosessen og tømmer den når prosessen er ferdig. Inne i ovnen kan det finnes plater, såkalte ovnsplater, og hele oppsettet av plater og støtter kalles ovnsinventar. De fleste av disse mindre ovnene har oppadgående trekk. Mange keramikere bruker toppmatede ovner, som har den fordelen at de tar mindre plass enn andre typer.
Rakuovner
Rakuovner er også populære blant studiokeramikere. I motsetning til tradisjonelle ovner brukes de til å påføre belegg eller overflatebehandlinger på keramikk ved høye temperaturer, før gjenstandene avkjøles svært raskt.
I større skala brukes vognovner med én eller flere ovnsvogner. Disse kan fylles utenfor ovnen og deretter kjøres inn, vanligvis på skinner. Slike vognovner var i mange år standardutstyr i keramikkindustrien. Et alternativ er en fast stablebunn der selve varmekammeret i vognovnen flyttes sideveis eller oppover. Disse ovnene kalles henholdsvis ovner med bevegelig hette og top-hat-ovner. Til kalsinering av råmaterialer brukes ofte en sjaktovn, der materialet stables lagvis, vekselvis med brensel, kull eller koks. Ovnen fylles ovenfra, og det ferdige materialet tas ut nederst.
Brensel til ovner
Selv om ovner kan varmes opp med mange forskjellige energikilder og brenseltyper, blant annet elektrisitet, naturgass, bygass, tung fyringsolje, kull, koks og ved, oppnår moderne ovner høye temperaturer først og fremst ved hjelp av elektrisitet eller gass. De fleste moderne ovner for leirgods er gassfyrte eller elektriske, men historisk fantes det også en annen type periodisk ovn som brukte kull og ved som brensel, og som ble kalt flaskeovn. Kullet ble brent i brennkammeret sammen med produktene. Produktene måtte plasseres i kapsler av leire, kalt saggars, for å beskytte dem mot den forurensede atmosfæren fra det brennende kullet. Et lite antall av disse ovnene er bevart som kulturminner og fyres av og til for undervisningsformål. Tidligere fantes det også en metode for brenning av murstein der flere brennkamre var plassert i en sirkel. Disse kamrene, som også ble fyrt med kull, ble brent etter tur, slik at noe av varmen fra ett kammer ble brukt til å brenne det neste. Dette var Hoffmannovner.
Kull- og vedfyrte ovner forårsaker uakseptabel luftforurensning.
Kontinuerlige ovner
I en kontinuerlig ovn holdes brennsonen permanent ved høy temperatur, mens produktene beveger seg gjennom den. En vanlig metode er å bruke et transportbånd som fører produktene gjennom ovnen i et forhåndsbestemt tidsrom. For såkalte hurtigbrente vegg- og gulvfliser vil en typisk gjennomløpstid være én til to timer. En mer tradisjonell løsning er en tunnelovn, der ovnsvogner kjøres kontinuerlig gjennom tunnelen. Gjennomløpstiden kan være 12 timer eller opptil 24 timer for én vogn. Ulempen med dette systemet er, som man kan tenke seg, at det hele tiden må være tilgjengelige vogner som kan fylles. Vanligvis klargjøres et lager av vogner på dagtid, slik at de kan brukes om natten. En annen ulempe er at ovnspersonell må være til stede hele døgnet, sju dager i uken. Ved varmebehandling av råmaterialer tilsvarer dette bruken av en roterovn, der varmesonen består av en roterende trommel med brennere i midten. Materialet kan bevege seg gjennom den skråstilte trommelen og falle gjentatte ganger gjennom flammen.
Noen vanlige temperaturer ved keramikkbrenning
- Førstegangs brenning av steingods – 1120 °C
- Glasurbrenning av steingods – 1060 °C
- Porselen – 1200 °C
- Saltglasur – 1250 °C
- Benporselen – 1300 °C
- Gulldekor, også kalt forgylling – 800 °C
- Glassbaserte emaljefarger – 500 °C
Konstruksjonsmaterialer
Lette materialer (isolerende ildfast stein og keramisk fiber) foretrekkes først og fremst fordi de reduserer ovnens avkjølingstid etter brenning. Isolerende ildfast stein i klasse 26 brukes oftest sammen med Vitset 45 ildfast mørtel. Dette gjelder naturligvis ikke tunnelovner, der temperaturen holdes konstant mens ovnsvognene kjører gjennom ovnen. Slike ovner er vanligvis fôret med tett ildfast stein, for eksempel ildfast stein av aluminaholdig sjamott med 42 % Al₂O₃.
Det er viktig at materialene som brukes i keramikkovner (ovnsfôringer), har lavt jerninnhold. Produktene er svært ofte hvite, og jernforurensning i kombinasjon med den brente keramikken kan føre til svarte eller grønne flekker. Keramisk fiber må også påføres et ildfast zirkonbelegg for å forhindre at løse fibre faller ned på produktene. Dette er spesielt skadelig for glaserte produkter.
Ved enkelte bruksområder er motstand mot termisk sjokk viktig. Dette testes ved å varme opp prøvestykker og deretter senke dem ned i kaldt vann. Prosedyren gjentas ved stadig høyere temperaturer til prøvestykket sprekker eller faller fra hverandre. Glasert keramikk er vanligvis 40 % sterkere enn uglasert keramikk og har derfor høyere motstand mot termisk sjokk.
Saltglasur- og sodaovner
Ved saltglasering brennes leirproduktene på vanlig måte, men når ovnen når maksimal temperatur, strøs salt inn gjennom en åpning øverst i ovnen. Temperaturen får saltet til å fordampe og danne et blankt lag på produktene. Salt er svært aggressivt i denne prosessen, og ildfaste materialer er utsatt for kloridangrep. Peter Meanley i Irland har utført arbeid som viser at steinene kan beskyttes dersom de behandles med Silcas -A før de brukes til saltglasering for første gang. Prosessen i en sodaovn er svært lik, men bruker natriumbikarbonat i stedet for natriumklorid.
Andre ovner og spesialovner
Trevirketørke
Tørking av hardtre.
Når trelast først sages fra et felt tre, har den et høyt fuktinnhold. Trevirket må derfor tørkes i tørkekamre før det kan brukes.
Tørking av trevirke fremskyndes ofte ved oppvarming i en egen tørkeovn, slik at fuktinnholdet reduseres til under 25 %. Dette gjelder ved bruk som brensel i en grill, en vedfyrt pizzaovn eller til og med en vedovn eller peis i hjemmet. Ved som er behandlet på denne måten, kalles ovnstørket ved.
Metoder for å regulere og overvåke temperaturen i ovnen
Elektrisk ovn
Moderne elektriske ovner er vanligvis utstyrt med en digital, programmerbar regulator som overvåker temperaturen ved hjelp av et termoelement og styrer brenneprosessen etter et forhåndsinnstilt program med forvarmingsfase, temperaturøkning og holdetid ved maksimal temperatur.
I en elektrisk ovn minner en enklere versjon av dette systemet mer om en termostat og kalles en ovnsvakt. Den slår bare strømforsyningen av og på for å nå den innstilte temperaturen.
Gassovner
Gassovner har lignende utstyr, men de elektriske instrumentene må her styre gassventiler og overvåke både trykk og temperatur. I gassovner er det viktig å måle oksygennivået i ovnen. Hvis nivået er for lavt, brenner ikke gassen riktig. Hvis det er for høyt, avkjøles ovnen for tidlig. En gassovn varmes vanligvis opp med et svakt overtrykk på 0,25–0,5 Pa i forhold til atmosfæren utenfor ovnen. Dette sikrer at varmen strømmer ut av ovnen, i stedet for at kald luft trekkes inn.
Før moderne instrumentering ble tatt i bruk, benyttet man en metode der en ring ble presset av en keramisk masse med kjente krympeegenskaper. Under brenningen ble flere av disse ringene tatt ut av ovnen etter tur, til man konstaterte at de hadde krympet til riktig størrelse.
