Angļu vārds kiln, kas cēlies no senangļu vārda cyln, un termins furnace bieži tiek lietoti kā sinonīmi, apzīmējot krāsni, kas apdedzināšanas procesā tiek sakarsēta līdz ļoti augstai temperatūrai.
Saskaņā ar stingru definīciju atšķirība ir tāda, ka apdedzināšanas krāsni piepilda aukstu un pēc tam uzkarsē, savukārt rūpniecisko krāsni vispirms uzkarsē un tikai tad tajā ievieto materiālu.
Rūpniecībā tas nozīmē, ka apdedzināšanas krāsnis galvenokārt saista ar keramiku un keramikas ražošanas procesiem, piemēram, izejvielu termisko apstrādi pirms to izmantošanas galaproduktā. Viens no piemēriem ir kaļķakmens, krama, boksīta vai citu minerālu apdedzināšana, lai izraisītu ķīmiskas pārmaiņas; šo procesu sauc par kalcinēšanu. Keramikas ražošanā glazūras sastāvdaļas jākarsē, lai tās veidotu stiklam līdzīgu materiālu, ko sauc par friti. Iegūtās stikla frites pēc tam samaļ smalkā pulverī un pievieno krāsainajiem oksīdiem glazūru ražošanai. Arī citos saistītos procesos, piemēram, cementa ražošanā, attiecīgo iekārtu sauc par krāsni. Dažus žāvēšanas procesus zemākā temperatūrā reizēm arī pieskaita procesiem krāsnīs, piemēram, koksnes žāvēšanu apsildāmā, slēgtā telpā.
Savukārt rūpnieciskās krāsnis parasti saista ar metalurģiju. Dzelzs un tērauda apstrādē bieži izmanto domnas vai Siemens–Martin krāsnis, bet lietuvēs plaši lieto indukcijas krāsnis un termiskās apstrādes krāsnis, piemēram, atkvēlināšanai.
Keramika un māla izstrādājumi
Keramikas un māla izstrādājumu ražošana aptver ļoti plašu produktu klāstu. Tajā ietilpst tā dēvētā rupjā keramika, piemēram, parastie celtniecības ķieģeļi, sanitārā keramika, jumta dakstiņi un grīdas flīzes, kā arī smalkā keramika, piemēram, galda trauki un dekoratīvas figūriņas. Visu šo izstrādājumu pamatā ir māls kādā no tā formām, kas sajaukts ar citiem minerāliem, un tie visi tiek apdedzināti krāsnī. Lielākā daļa emaljas un zelta dekoru apdedzināšanas krāšņu ir elektriskas.
Stikls
Visplašāk pazīstamo stikla veidu — lokšņu stiklu — ražo, krāsnī pludinot izkausētu stiklu pa šķidras alvas vannas virsmu. Lielāka meistarība nepieciešama amatniekiem, kuri, pūšot stiklu, izgatavo vāzes un citus priekšmetus. Šajā gadījumā izkausēto stiklu uztur karstu īpaša veida atkārtotas uzkarsēšanas krāsnī, ko sauc par glory hole, un stikla pūtējs pirms formas izpūšanas iemērc pūšamo cauruli šķidrajā stikla masā.
Apdedzināšanas krāšņu veidi
Pirmais iedalījums ir periodiskas darbības un nepārtrauktas darbības krāsnis. Periodiskas darbības krāsnī materiālus vai izstrādājumus ievieto apdedzināšanas kamerā, pēc tam krāsnī notiek karsēšanas un atdzesēšanas cikls, kura beigās gatavos izstrādājumus izņem. Nepārtrauktas darbības krāsnī apdedzināšanas zona pastāvīgi tiek uzturēta vajadzīgajā temperatūrā, un izstrādājumi nepārtraukti pārvietojas tai cauri.
Periodiskas darbības krāsnis
Periodiskas darbības krāsnīm ir daudz dažādu konstrukciju; dažas no tām aplūkosim šeit. Nelielā mērogā izmanto vienkāršas krāsnis ar nekustīgu pamatni un durvīm, kuras operators procesa sākumā piepilda un beigās iztukšo. Krāsnī var būt plāksnes, ko sauc par apdedzināšanas plāksnēm, bet visu plākšņu un balstu komplektu sauc par krāsns aprīkojumu. Lielākā daļa šo mazāko krāšņu ir ar augšupejošu vilkmi. Daudzi keramiķi izmanto no augšas iekraujamas krāsnis, kuru priekšrocība ir tā, ka tās aizņem mazāk vietas nekā citi veidi.
Raku krāsnis
Keramikas darbnīcās populāras ir arī raku krāsnis. Atšķirībā no tradicionālajām krāsnīm tās izmanto, lai augstā temperatūrā uz traukiem izveidotu pārklājumu vai virsmas apdari un pēc tam tos ļoti strauji atdzesētu.
Lielākā mērogā izmanto vagonkrāsnis ar vienu vai vairākiem krāsns vagoniem. Tos var piekraut ārpus krāsns un pēc tam iebīdīt tajā, parasti pa sliedēm. Šādas vagonkrāsnis daudzus gadus bija keramikas rūpniecības standarta aprīkojums. Alternatīva ir nekustīga pamatne, virs kuras vagonkrāsns karsēšanas kameru pārvieto sāniski vai paceļ uz augšu. Šīs krāsnis attiecīgi sauc par krāsnīm ar pārvietojamu kupolu un paceļama kupola krāsnīm. Izejvielu kalcinēšanai bieži izmanto šahtkrāsni, kurā materiālu sakrauj slāņos, pamīšus ar kurināmo, oglēm vai koksu. Krāsni piepilda no augšas, bet gatavo materiālu izņem apakšdaļā.
Kurināmais krāsnīm
Lai gan krāsnis var karsēt ar dažādiem enerģijas avotiem un kurināmo — elektrību, dabasgāzi, pilsētas gāzi, smago mazutu, oglēm, koksu vai malku —, mūsdienu krāsnīs augstu temperatūru galvenokārt sasniedz ar elektrību vai gāzi. Lielākā daļa mūsdienu māla izstrādājumu apdedzināšanas krāšņu ir gāzes vai elektriskās krāsnis, taču vēsturiski pastāvēja vēl viens periodiskas darbības krāsns veids, kurā kā kurināmo izmantoja ogles un malku un kuru sauca par pudeļveida krāsni. Ogles apdedzināšanas kamerā dedzināja kopā ar izstrādājumiem; lai pasargātu izstrādājumus no degošo ogļu radītā piesārņojuma, tie bija jāievieto māla kapsulās, ko sauca par sagariem. Neliels skaits šo krāšņu ir saglabāts kā vēsturiskais mantojums, un tās reizēm darbina izglītojošiem nolūkiem. Agrāk ķieģeļu apdedzināšanai izmantoja arī metodi, kurā vairākas apdedzināšanas kameras bija izkārtotas aplī. Šīs ar oglēm kurināmās kameras darbināja secīgi, lai daļu siltuma no vienas kameras izmantotu nākamās kameras apdedzināšanai. Tās bija Hofmaņa krāsnis.
Ar oglēm un malku kurināmas krāsnis rada nepieņemami lielu gaisa piesārņojumu.
Nepārtrauktas darbības krāsnis
Nepārtrauktas darbības krāsnī apdedzināšanas zona pastāvīgi tiek uzturēta augstā temperatūrā, un izstrādājumi pārvietojas tai cauri. Populāra metode ir kustīgas lentes izmantošana, kas noteiktā laikā izvada izstrādājumus cauri krāsnij; tā dēvēto ātrās apdedzināšanas sienas un grīdas flīžu tipiskais caurlaides laiks ir viena līdz divas stundas. Tradicionālāks risinājums ir tuneļkrāsns, kurā krāsns vagoni nepārtraukti tiek virzīti cauri tunelim. Viena vagona caurlaides laiks var būt 12 vai pat 24 stundas. Kā var iedomāties, šīs sistēmas trūkums ir nepieciešamība pastāvīgi nodrošināt vagonus iekraušanai. Parasti dienas laikā sagatavo vagonu krājumu, ko izmanto naktī. Vēl viens trūkums ir nepieciešamība krāsns personālam atrasties uz vietas nepārtraukti — 24 stundas diennaktī, 7 dienas nedēļā. Izejvielu termiskajā apstrādē tam atbilst rotācijas krāsns izmantošana, kurā karsēšanas zonu veido rotējošs cilindrs ar degļiem vidū. Materiāls var virzīties cauri slīpajam cilindram un atkārtoti krist caur degļa liesmu.
Dažas keramikas apdedzināšanā bieži izmantotās temperatūras
- Akmensmasas biskvīta apdedzināšana – 1120 °C
- Akmensmasas glazūras apdedzināšana – 1060 °C
- Porcelāns – 1200 °C
- Sāls glazūra – 1250 °C
- Kaula porcelāns – 1300 °C
- Zelta dekors jeb zeltīšana – 800 °C
- Emaljas krāsas uz stikla bāzes – 500 °C
Konstrukcijas materiāli
Priekšroka galvenokārt tiek dota viegliem materiāliem (siltumizolējošiem ugunsizturīgajiem ķieģeļiem un keramikas šķiedrai), lai pēc apdedzināšanas saīsinātu krāsns atdzišanas laiku. Visbiežāk izmanto 26. klases siltumizolējošos ugunsizturīgos ķieģeļus kopā ar Vitset 45 ugunsizturīgo javu. Protams, tas neattiecas uz tuneļkrāsnīm, kurās temperatūra tiek uzturēta nemainīga un krāsns vagoni pārvietojas cauri krāsnij; šīs krāsnis parasti izklāj ar blīviem ugunsizturīgajiem ķieģeļiem, piemēram, ugunsizturīgajiem ķieģeļiem no alumīnija oksīdu saturoša šamota ar 42 % Al₂O₃.
Ir svarīgi, lai keramikas apdedzināšanas krāsnīs izmantotajiem materiāliem (krāsns oderējumiem) būtu zems dzelzs saturs, jo izstrādājumi ļoti bieži ir balti un dzelzs piesārņojums saskarē ar apdedzināto keramiku var radīt melnus vai zaļus plankumus. Keramikas šķiedra jāpārklāj arī ar ugunsizturīgu cirkona pārklājumu, lai nepieļautu atdalījušos šķiedru nokļūšanu uz izstrādājumiem; tas ir īpaši kaitīgi glazētiem izstrādājumiem.
Dažos lietojumos svarīga ir izturība pret termisko šoku. To pārbauda, karsējot paraugus un pēc tam iegremdējot tos aukstā ūdenī. Šo procedūru atkārto arvien augstākā temperatūrā, līdz paraugs saplaisā vai sadalās. Glazēta keramika parasti ir par 40 % izturīgāka nekā neglazēta keramika, tādēļ tai ir augstāka izturība pret termisko šoku.
Sāls glazūras un sodas krāsnis
Sāls glazūras procesā māla izstrādājumus apdedzina parastajā veidā, bet, kad krāsns sasniedz maksimālo temperatūru, pa atveri augšdaļā tajā ieber sāli. Temperatūras ietekmē sāls iztvaiko un uz izstrādājumiem izveido spīdīgu slāni. Šajā procesā sāls ir ļoti agresīvs, un ugunsizturīgie materiāli ir pakļauti hlorīdu izraisītiem bojājumiem. Pītera Mīnlija Īrijā veiktais darbs apliecina, ka ķieģeļus var aizsargāt, ja pirms pirmās izmantošanas sāls glazūras procesā tos apstrādā ar Silcas -A. Process sodas krāsnī ir ļoti līdzīgs, taču nātrija hlorīda vietā izmanto nātrija hidrogēnkarbonātu.
Citas un īpašas krāsnis
Koksnes žāvēšanas krāsns
Cietkoksnes žāvēšana.
Kad zāģmateriālus pirmoreiz sazāģē no nocirsta koka, tiem ir augsts mitruma saturs. Tādēļ koksne vispirms jāžāvē koksnes žāvēšanas kamerās.
Koksnes žāvēšanu bieži paātrina, to karsējot īpaša veida žāvēšanas krāsnī, lai mitruma saturu samazinātu zem 25 %. Tas ir svarīgi, ja malku dedzina grilā, ar malku kurināmā picas krāsnī vai pat mājsaimniecības malkas apkures krāsnī vai kamīnā. Šādi apstrādātu malku sauc par krāsnī žāvētu malku.
Krāsns temperatūras regulēšanas un uzraudzības veidi
Elektriskā krāsns
Mūsdienu elektriskās krāsnis parasti ir aprīkotas ar digitālu programmējamu regulatoru, kas ar termopāri uzrauga temperatūru un vada apdedzināšanas procesu saskaņā ar iepriekš iestatītu programmu, kura ietver priekšsildīšanas posmu, temperatūras paaugstināšanu un izturēšanas laiku maksimālajā temperatūrā.
Vienkāršāka šīs sistēmas versija elektriskajā krāsnī vairāk līdzinās termostatam un tiek saukta par kiln sitter. Tā tikai ieslēdz un izslēdz elektroenerģijas padevi, lai sasniegtu iestatīto vērtību.
Gāzes krāsnis
Gāzes krāsnīs izmanto līdzīgu aprīkojumu, taču elektriskajiem instrumentiem jāvada gāzes vārsti un jāuzrauga gan spiediens, gan temperatūra. Gāzes krāsnīs ir svarīgi mērīt skābekļa līmeni. Ja tas ir pārāk zems, gāze nesadegs pareizi; ja tas ir pārāk augsts, krāsns priekšlaicīgi atdzisīs. Gāzes krāsni parasti karsē, uzturot tajā nelielu pārspiedienu — 0,25–0,5 Pa salīdzinājumā ar atmosfēras spiedienu ārpus krāsns. Tas nodrošina, ka siltums plūst no krāsns uz āru, nevis aukstais gaiss ieplūst krāsnī.
Pirms mūsdienu mērinstrumentu ieviešanas izmantoja metodi, kurā no keramikas masas ar zināmām saraušanās īpašībām izpresēja gredzenu. Apdedzināšanas laikā vairākus šādus gredzenus secīgi izņēma no krāsns, līdz tika konstatēts, ka tie sarāvušies līdz vajadzīgajam izmēram.
