Angliškas žodis kiln, kilęs iš senosios anglų kalbos žodžio cyln, ir terminas furnace dažnai vartojami pakaitomis, kalbant apie krosnies tipą, kuris įkaitinamas iki labai aukštos temperatūros procese, vadinamame degimu arba išdegimu.
Pagal griežtą apibrėžimą skirtumas yra tas, kad keramikos krosnis pakraunama šalta ir tada įkaitinama, o pramoninė krosnis pirmiausia įkaitinama ir tik tada užpildoma medžiaga.
Pramonėje tai reiškia, kad keramikos krosnys daugiausia siejamos su keramika ir keraminiais procesais, pavyzdžiui, su žaliavų terminiu apdorojimu prieš jas naudojant galutiniame gaminyje. Pavyzdys – kalkakmenio, titnago, boksito ar kitų mineralų degimas, siekiant sukelti cheminį pokytį; šis pokytis vadinamas kalcinavimu. Keramikoje glazūros sudedamosios dalys turi būti kaitinamos, kad susidarytų tam tikros rūšies stiklas, vadinamas frita. Susidariusios stiklo fritos vėliau sumalamos į smulkius miltelius ir dedamos į spalvotus oksidus glazūroms gaminti. Ir kituose susijusiuose procesuose, pavyzdžiui, cemento gamyboje, įrenginys vadinamas krosnimi. Kai kurie žemesnės temperatūros džiovinimo procesai kartais taip pat vadinami krosnies procesais, pavyzdžiui, medienos džiovinimas šildomoje uždaroje patalpoje.
Pramoninės krosnys, priešingai, dažniausiai siejamos su metalurgijos sritimi. Geležies ir plieno apdirbime dažnai kalbama apie aukštakrosnę arba Siemens-Martin krosnį; liejyklose plačiai naudojamos indukcinės krosnys ir terminio apdorojimo krosnys, pavyzdžiui, atkaitinimui.
Keramika ir keramikos dirbiniai
Keramikos ir keramikos dirbinių gamyba apima labai platų produktų spektrą. Tai vadinamieji stambiosios keramikos gaminiai, tokie kaip įprastos statybinės plytos, sanitarinė keramika, stogo čerpės ir grindų plytelės, taip pat smulkioji keramika, pavyzdžiui, stalo indai ir dekoratyvinės figūrėlės. Visi šie gaminiai yra pagaminti iš tam tikros formos molio, sumaišyto su kitais mineralais, ir visi degami krosnyje. Dauguma emalio ir aukso dekoravimo krosnių yra elektrinės.
Stiklas
Stiklas geriausiai žinoma forma, lakštinis stiklas, gaminamas krosnyje leidžiant išlydytam stiklui plūduriuoti ant skysto alavo vonios. Daugiau meistriškumo reikia amatininkams, kurie pučia stiklą ir gamina vazas bei kitas formas. Tokiu atveju išlydytas stiklas laikomas karštas specialaus tipo pakaitinimo krosnyje, o stiklapūtys prieš pradėdamas pūsti formą panardina savo pūtimo vamzdį į skystą stiklo masę.
Keramikos krosnių tipai
Pirmasis skirstymas, kurį galime atlikti, yra periodinių krosnių ir nepertraukiamo veikimo krosnių atskyrimas. Periodinėje krosnyje medžiagos arba gaminiai sudedami į degimo kamerą, o tada krosnis pereina degimo ciklą – įkaitinimą ir aušinimą; pabaigoje išimami pagaminti dirbiniai. Nepertraukiamo veikimo krosnyje degimo zona nuolat palaikoma reikiamoje temperatūroje, o gaminiai per ją juda be pertraukos.
Periodinės krosnys
Periodinės krosnys gali būti įvairių konstrukcijų; kelias iš jų aptarsime čia. Mažu mastu naudojamos paprastos krosnys su fiksuotu pakrovimo padu ir durelėmis, kurias operatorius proceso pradžioje užpildo, o pabaigoje ištuština. Krosnyje gali būti plokščių, vadinamų krosnies lentynomis, o visa lentynų ir atramų sistema vadinama krosnies furnitūra. Dauguma šių mažesnių krosnių yra kylančios traukos krosnys. Daugelis keramikų naudoja viršutinio pakrovimo krosnis, kurių privalumas – jos užima mažiau vietos nei kiti tipai.
Raku krosnys
Studijinėje keramikoje taip pat populiarios raku krosnys. Kitaip nei tradicinės krosnys, jos naudojamos dangoms arba paviršiaus apdailai aukštoje temperatūroje ant indų uždėti, o tada juos labai greitai ataušinti.
Didesniu mastu naudojamos vežimėlinės krosnys su vienu ar keliais krosnies vežimėliais. Jie gali būti pakraunami už krosnies ribų ir tada įstumiami į vidų, dažniausiai bėgiais. Tokios vežimėlinės krosnys daugelį metų buvo standartinė įranga keramikos pramonėje. Alternatyva – fiksuotas pakrovimo padas, kai pati vežimėlinės krosnies kaitinimo kamera pastumiama į šoną arba pakeliama į viršų. Šios krosnys atitinkamai vadinamos krosnimis su perstumiamu gaubtu ir pakeliamo gaubto krosnimis. Žaliavoms kalcinuoti dažnai naudojama šachtinė krosnis, kurioje medžiaga sukraunama sluoksniais, kaitaliojant su kuru, anglimis arba koksu. Krosnis pildoma iš viršaus, o apdorota medžiaga išimama apačioje.
Krosnių kuras
Nors krosnys gali būti kaitinamos įvairiu kuru – elektra, gamtinėmis dujomis, miesto dujomis, sunkiuoju mazutu, anglimis, koksu ar malkomis – šiuolaikinės krosnys aukštą temperatūrą dažniausiai pasiekia elektra arba dujomis. Dauguma dabartinių keramikos krosnių yra dujinės arba elektrinės, tačiau istoriškai buvo ir kitas periodinės krosnies tipas, kūrenamas anglimis ir malkomis, vadintas butelio formos krosnimi. Anglys degimo kameroje buvo deginamos kartu su gaminiais; gaminius reikėdavo dėti į molines kapsules, vadinamas saggarais, kad jie būtų apsaugoti nuo užterštos degančių anglių atmosferos. Nedidelis tokių krosnių skaičius išliko kaip paveldas ir kartais pakuriamas edukaciniais tikslais. Anksčiau taip pat buvo plytų degimo metodas, kai degimo kamerų seka buvo išdėstyta ratu. Šios kameros, taip pat kūrenamos anglimis, buvo degamos paeiliui, todėl dalis vienos kameros šilumos buvo panaudojama kitai degti. Tai buvo Hoffmann krosnys.
Anglimis ir malkomis kūrenamos krosnys sukelia nepriimtiną oro taršos lygį.
Nepertraukiamo veikimo krosnys
Nepertraukiamo veikimo krosnyje degimo zona nuolat palaikoma aukštoje temperatūroje, o gaminiai juda per ją. Populiarus būdas – naudoti judančią juostą, kuri per iš anksto nustatytą laiką perneša gaminius per krosnį; vadinamųjų greito degimo sienų ir grindų plytelių tipinė praėjimo trukmė būtų viena–dvi valandos. Tradiciškesnis sprendimas – tunelinė krosnis, kurioje krosnies vežimėliai nuolat stumiami per tunelį. Praėjimo trukmė gali būti 12 valandų arba net 24 valandos vienam vežimėliui. Šios sistemos trūkumas, kaip galima įsivaizduoti, yra tas, kad nuolat turi būti paruoštų vežimėlių pakrovimui. Paprastai dieną paruošiama vežimėlių atsarga, kuri naudojama naktį. Kitas trūkumas – krosnies personalas turi būti nuolat, 24 valandas per parą, 7 dienas per savaitę. Žaliavų terminio apdorojimo atveju tai atitinka sukamosios krosnies naudojimą, kai kaitinimo zona yra besisukantis būgnas su degikliais centre. Medžiaga gali judėti pasvirusiu būgnu ir pakartotinai kristi per kaitinimo liepsną.
Kai kurios įprastos temperatūros keramikoje.
- Akmens masės biskvitinis degimas – 1120 °C
- Akmens masės glazūros degimas – 1060 °C
- Porcelianas – 1200 °C
- Druskos glazūra – 1250 °C
- Kaulinis porcelianas – 1300 °C
- Aukso dekoras, dar vadinamas auksavimu – 800 °C
- Stiklo pagrindo emalio spalvos – 500 °C
Konstrukcinės medžiagos
Pirmenybė daugiausia teikiama lengvoms medžiagoms (izoliacinėms ugniai atsparioms plytoms ir keraminiam pluoštui), kad po degimo sutrumpėtų krosnies aušimo laikas. 26 klasės izoliacinė ugniai atspari plyta dažniausiai naudojama kartu su Vitset 45 ugniai atspariu skiediniu. Tai, žinoma, netaikoma tunelinei krosniai, kurioje temperatūra palaikoma pastovi, o krosnies vežimėliai juda per krosnį; tokios krosnys paprastai išklojamos tankiomis ugniai atspariomis plytomis, pavyzdžiui, ugniai atspariomis plytomis iš aliuminio turinčio šamoto su 42 % Al₂O₃.
Svarbu, kad keramikos krosnyse naudojamos medžiagos (krosnių pamušalai) turėtų mažai geležies, nes gaminiai labai dažnai būna balti, o geležies priemaišos kartu su išdegta keramika gali sukelti juodas arba žalias dėmes. Keraminį pluoštą taip pat reikia padengti ugniai atsparia cirkonio pagrindo danga, kad laisvi pluoštai nekristų ant gaminių; tai ypač žalinga glazūruotiems gaminiams.
Kai kuriose srityse svarbus atsparumas terminiam šokui. Jis tikrinamas kaitinant bandinius ir tada panardinant juos į šaltą vandenį. Ši procedūra kartojama vis aukštesnėje temperatūroje, kol bandinys įtrūksta arba suyra. Glazūruota keramika paprastai yra 40 % stipresnė už neglazūruotą keramiką, todėl jos atsparumas terminiam šokui yra didesnis.
Druskos glazūra ir sodos krosnys
Druskos glazūros procese molio gaminiai degami įprastu būdu, tačiau kai krosnis pasiekia maksimalią temperatūrą, per angą viršuje į krosnį beriama druska. Dėl temperatūros druska išgaruoja ir ant gaminių sudaro blizgų sluoksnį. Šiame procese druska yra labai agresyvi, o ugniai atsparios medžiagos jautrios chloridų poveikiui. Peteris Meanley Airijoje atliko darbų, kurie parodė, kad plytas galima apsaugoti, jei prieš pirmą naudojimą druskos glazūrai jos apdorojamos Silcas -A. Procesas sodos krosnyje labai panašus, tačiau vietoje natrio chlorido naudojamas natrio bikarbonatas.
Kitos ir specialios krosnys
Medienos džiovinimo krosnis
Kietmedžio džiovinimas.
Kai pjautinė mediena pirmą kartą išpjaunama iš nukirsto medžio, jos drėgnis yra didelis. Todėl medieną pirmiausia reikia išdžiovinti medienos džiovinimo kamerose.
Medienos džiovinimas dažnai pagreitinamas ją kaitinant tam tikro tipo džiovinimo krosnyje, kad drėgnis būtų sumažintas iki mažiau nei 25 %. Tai taikoma kurui, deginamam kepsninėje, malkomis kūrenamoje picos krosnyje ar net buitinėje malkinėje krosnelėje arba židinyje. Taip apdorota mediena vadinama krosnyje džiovintomis malkomis.
Būdai reguliuoti ir stebėti temperatūrą krosnyje
Elektrinė krosnis
Šiuolaikinės elektrinės krosnys paprastai turi skaitmeninį programuojamą valdiklį, kuris termopora stebi temperatūrą ir valdo degimo procesą pagal iš anksto nustatytą programą su pašildymo faze, temperatūros kilimu ir išlaikymo trukme maksimalioje temperatūroje.
Elektrinėje krosnyje paprastesnė šios sistemos versija labiau primena termostatą ir vadinama kiln sitter. Ji tik įjungia ir išjungia maitinimą, kad būtų pasiekta nustatyta vertė.
Dujinės krosnys
Dujinės krosnys turi panašią įrangą, tačiau elektriniai prietaisai dabar turi valdyti dujų vožtuvus ir stebėti tiek slėgį, tiek temperatūrą. Dujinėse krosnyse svarbu matuoti deguonies lygį krosnyje. Jei lygis per žemas, dujos tinkamai nesudegs; jei per aukštas, krosnis per anksti atvės. Dujinė krosnis paprastai kaitinama palaikant nedidelį 0,25–0,5 Pa viršslėgį krosnyje, palyginti su atmosfera už krosnies ribų. Taip užtikrinama, kad šiluma iš krosnies tekėtų į išorę, o ne šaltas oras patektų į krosnį.
Prieš atsirandant šiuolaikiniams matavimo prietaisams buvo taikomas metodas, kai iš keraminės masės, turinčios žinomas susitraukimo savybes, būdavo presuojamas žiedas. Degimo metu keli tokie žiedai paeiliui būdavo išimami iš krosnies, kol nustatoma, kad jie susitraukė iki reikiamo dydžio.
