Englannin sana kiln, joka juontuu muinaisenglannin sanasta cyln, ja termi furnace sekoitetaan usein keskenään, kun puhutaan uunityypistä, joka kuumennetaan hyvin korkeisiin lämpötiloihin polttoprosessissa.
Tarkan määritelmän mukaan ero on siinä, että keramiikkauuni täytetään kylmänä ja lämmitetään sen jälkeen, kun taas teollisuusuuni kuumennetaan ensin ja täytetään materiaalilla vasta sen jälkeen.
Teollisuudessa tämä tarkoittaa, että keramiikkauunit yhdistetään ennen kaikkea keramiikkaan ja keraamisiin prosesseihin, esimerkiksi raaka-aineiden lämpökäsittelyyn ennen niiden käyttöä lopputuotteessa. Yksi esimerkki on kalkkikiven, piikiven, bauksiitin tai muiden mineraalien polttaminen kemiallisen muutoksen aikaansaamiseksi; tätä muutosta kutsutaan kalsinoinniksi. Keramiikassa lasitteen ainesosat on kuumennettava niin, että niistä muodostuu eräänlainen lasi, jota kutsutaan fritiksi. Syntyneet lasifritit jauhetaan sen jälkeen hienoksi jauheeksi ja lisätään värillisiin oksideihin lasitteiden valmistusta varten. Myös muissa vastaavissa prosesseissa, kuten sementin valmistuksessa, laitteistoa kutsutaan uuniksi. Joitakin matalammissa lämpötiloissa tapahtuvia kuivausprosesseja kutsutaan toisinaan myös uuniprosesseiksi, esimerkiksi puun kuivaamista lämmitetyssä, suljetussa tilassa.
Teollisuusuunit taas liittyvät yleensä metallurgian osa-alueisiin. Raudan ja teräksen käsittelyssä puhutaan usein masuunista tai Siemens–Martin-uunista; valimoissa käytetään paljon induktiouuneja ja lämpökäsittelyuuneja, esimerkiksi hehkutukseen.
Keramiikka ja savitavara
Keramiikan ja savitavaran valmistus kattaa laajan valikoiman tuotteita. Niihin kuuluvat niin sanotut karkeakeraamiset tuotteet, kuten tavalliset rakennustiilet, saniteettikeramiikka, kattotiilet ja lattialaatat, sekä hienokeramiikka, kuten astiastot ja koriste-esineet. Kaikki nämä tuotteet perustuvat jossakin muodossa olevaan saveen, johon on sekoitettu muita mineraaleja, ja ne kaikki poltetaan uunissa. Useimmat emali- ja kultakoristeluun käytettävät uunit ovat sähköuuneja.
Lasi
Lasi tunnetuimmassa muodossaan, tasolasina, valmistetaan antamalla sulan lasin kellua nestemäisen tinan kylvyssä uunissa. Enemmän käsityötaitoa tarvitaan, kun lasinpuhaltajat valmistavat maljakoita ja muita muotoja puhaltamalla lasia. Tällöin sula lasi pidetään kuumana erityistyyppisessä uunissa, jota kutsutaan glory hole -uuniksi, ja lasinpuhaltaja kastaa puhallusputkensa sulaan lasimassaan ennen muodon puhaltamisen aloittamista.
Keramiikkauunien tyypit
Ensimmäinen jaottelu voidaan tehdä panosuuneihin ja jatkuvatoimisiin uuneihin. Panosuunissa materiaalit tai tuotteet asetetaan polttokammioon, minkä jälkeen uuni käy läpi polttosyklin, johon kuuluu lämmitys ja jäähdytys. Valmiit kappaleet otetaan ulos syklin lopussa. Jatkuvatoimisessa uunissa polttoalue pysyy jatkuvasti halutussa lämpötilassa, ja tuotteet liikkuvat sen läpi yhtäjaksoisesti.
Panosuunit
Panosuuneja on monenlaisia rakenteellisia versioita; tarkastelemme tässä muutamia niistä. Pienessä mittakaavassa käytetään yksinkertaisia uuneja, joissa on kiinteä ladontapohja ja tavallisen uunin kaltainen ovi. Käyttäjä täyttää uunin prosessin alussa ja tyhjentää sen lopussa. Uunissa voi olla levyjä, joita kutsutaan uunilevyiksi, ja levyjen sekä tukien muodostamaa kokonaisuutta kutsutaan uunikalustoksi. Useimmat tällaiset pienemmät uunit ovat ylösvedolla toimivia uuneja. Monet keraamikot käyttävät ylhäältä täytettäviä uuneja, joiden etuna on, että ne vievät vähemmän tilaa kuin muut tyypit.
Raku-uunit
Ateljeekeramiikassa myös raku-uunit ovat suosittuja. Perinteisistä uuneista poiketen niitä käytetään pinnoitteiden tai pintakäsittelyjen tekemiseen ruukkuihin korkeissa lämpötiloissa, minkä jälkeen kappaleet jäähdytetään hyvin nopeasti.
Suuremmassa mittakaavassa käytetään vaunu-uuneja, joissa on yksi tai useampi uunivaunu. Ne voidaan täyttää uunin ulkopuolella ja siirtää sen jälkeen sisään, yleensä kiskoja pitkin. Tällaiset vaunu-uunit olivat pitkään vakiolaitteistoa keramiikkateollisuudessa. Vaihtoehtona on kiinteä ladontapohja, jossa vaunu-uunin lämmityskammio siirretään sivulle tai nostetaan ylös. Näitä uuneja kutsutaan vastaavasti siirrettävällä kuvulla varustetuiksi uuneiksi ja nostokupu-uuneiksi. Raaka-aineiden kalsinointiin käytetään usein kuilu-uunia, jossa materiaali ladotaan kerroksittain vuorotellen polttoaineen, hiilen tai koksin kanssa. Uuni täytetään ylhäältä, ja valmis materiaali poistetaan alhaalta.
Uunien polttoaineet
Vaikka uuneja voidaan lämmittää monenlaisilla polttoaineilla, kuten sähköllä, maakaasulla, kaupunkikaasulla, raskaalla polttoöljyllä, hiilellä, koksilla tai puulla, nykyaikaisissa uuneissa korkeat lämpötilat saavutetaan pääasiassa sähköllä tai kaasulla. Useimmat nykyiset savitavarauunit ovat kaasu- tai sähköuuneja, mutta historiallisesti oli myös toinen panosuunityyppi, jossa polttoaineena käytettiin hiiltä ja puuta ja jota kutsuttiin pullouuniksi. Hiili poltettiin polttokammiossa yhdessä tuotteiden kanssa; tuotteet piti sijoittaa savesta valmistettuihin suojakapseleihin, joita kutsuttiin saggareiksi, jotta ne suojautuivat palavan hiilen likaavalta ilmakehältä. Pieni määrä näistä uuneista on säilynyt kulttuuriperintönä, ja niitä poltetaan ajoittain opetustarkoituksiin. Aiemmin oli myös tiilien polttomenetelmä, jossa joukko polttokammioita oli järjestetty ympyrään. Näitäkin hiilellä lämmitettyjä kammioita poltettiin vuorotellen niin, että yhden kammion lämpöä hyödynnettiin seuraavan polttamiseen. Nämä olivat Hoffmann-uuneja.
Hiilellä ja puulla lämmitettävät uunit aiheuttavat hyväksymättömän paljon ilmansaasteita.
Jatkuvatoimiset uunit
Jatkuvatoimisessa uunissa polttoalue pidetään pysyvästi korkeassa lämpötilassa, ja tuotteet liikkuvat sen läpi. Yksi suosittu menetelmä on käyttää liikkuvaa hihnaa, joka kuljettaa tuotteet uunin läpi ennalta määritetyssä ajassa; niin sanotuilla pikapoltettavilla seinä- ja lattialaatoilla tyypillinen läpimenoaika olisi yksi tai kaksi tuntia. Perinteisempi ratkaisu on tunnelikuuni, jossa uunivaunut kulkevat jatkuvasti tunnelin läpi. Läpimenoaika voi olla 12 tuntia tai jopa 24 tuntia yhdelle vaunulle. Tämän järjestelmän haittapuolena on, kuten voi kuvitella, että täytettäviä vaunuja on oltava jatkuvasti saatavilla. Tavallisesti päivällä valmistellaan vaunujen varasto, joka käytetään yöllä. Toinen haitta on se, että uunihenkilökunnan on oltava paikalla jatkuvasti, 24 tuntia vuorokaudessa, 7 päivää viikossa. Raaka-aineiden lämpökäsittelyssä tämä vastaa kiertouunin käyttöä, jossa lämmitysalue muodostuu pyörivästä rummusta ja sen keskellä olevista polttimista. Materiaali voi liikkua kaltevan rummun läpi ja pudota toistuvasti lämmitysliekin läpi.
Joitakin yleisiä lämpötiloja keramiikassa.
- Kivitavaran raakapoltto – 1120 °C
- Kivitavaran lasituspoltto – 1060 °C
- Posliini – 1200 °C
- Suolalasitus – 1250 °C
- Luuposliini – 1300 °C
- Kultakoristelu, eli kultaus – 800 °C
- Lasipohjaiset emalivärit – 500 °C
Rakennusmateriaalit
Etusijalla ovat ennen kaikkea kevyet materiaalit (eristystiilet ja keraaminen kuitu), jotta uunin jäähtymisaika polton jälkeen lyhenee. Luokan 26 eristystiili on yleisimmin käytetty yhdessä Vitset 45 -tulenkestävän laastin kanssa. Tämä ei tietenkään koske tunnelikuunia, jossa lämpötila pidetään vakiona ja uunivaunut kulkevat uunin läpi; tällaiset uunit vuorataan yleensä tiiviillä tulenkestävillä tiilillä, esimerkiksi tulenkestävillä tiilillä, jotka ovat alumiinipitoista samottia ja sisältävät 42 % Al₂O₃.
On tärkeää, että keramiikkauuneissa käytettävissä materiaaleissa (uunivuorauksissa) on alhainen rautapitoisuus, koska tuotteet ovat hyvin usein valkoisia ja rautakontaminaatio voi yhdessä poltetun keramiikan kanssa aiheuttaa mustia tai vihreitä läiskiä. Keraaminen kuitu on myös käsiteltävä tulenkestävällä zirkonipohjaisella pinnoitteella, jotta irtokuidut eivät putoa tuotteiden päälle; tämä on erityisen haitallista lasitetuille tuotteille.
Joissakin käyttökohteissa lämpöshokin kestävyys on tärkeää. Sitä testataan kuumentamalla koekappaleita ja upottamalla ne sen jälkeen kylmään veteen. Menettely toistetaan yhä korkeammissa lämpötiloissa, kunnes kappale halkeaa tai hajoaa. Lasitettu keramiikka on yleensä 40 % vahvempaa kuin lasittamaton keramiikka, ja siksi sen lämpöshokin kestävyys on parempi.
Suolalasitus ja soodauunit
Suolalasitusprosessissa savituotteet poltetaan tavalliseen tapaan, mutta kun uuni saavuttaa enimmäislämpötilan, uuniin sirotellaan suolaa yläosassa olevan aukon kautta. Lämpötila höyrystää suolan, ja se muodostaa tuotteiden pinnalle kiiltävän kerroksen. Tässä prosessissa suola on hyvin aggressiivista, ja tulenkestävät materiaalit ovat alttiita kloridien aiheuttamalle syöpymiselle. Irlantilainen Peter Meanley on tehnyt työtä, joka osoittaa, että tiiliä voidaan suojata käsittelemällä ne ennen ensimmäistä suolalasituskäyttöä Silcas -A -tuotteella. Soodauunin prosessi on hyvin samankaltainen, mutta siinä käytetään natriumbikarbonaattia natriumkloridin sijaan.
Muut uunit ja erikoisuunit
Puunkuivausuuni
Kovapuun kuivaus.
Kun sahatavara sahataan ensimmäisen kerran kaadetusta puusta, sen kosteuspitoisuus on korkea. Siksi puu on ensin kuivattava puunkuivauskammioissa.
Puun kuivumista nopeutetaan usein lämmittämällä sitä tietyntyyppisessä kuivausuunissa, jolloin kosteuspitoisuus laskee alle 25 prosenttiin. Tämä koskee polttoaineen polttamista grillissä, puulämmitteisessä pizzauunissa tai jopa kodin puukamiinassa tai takassa. Tällä tavalla käsiteltyä puuta kutsutaan uunikuivatuksi polttopuuksi.
Tapoja säätää ja valvoa uunin lämpötiloja
Sähköuuni
Nykyaikaisissa sähköuuneissa on yleensä digitaalinen ohjelmoitava säädin, joka valvoo lämpötiloja termoparin avulla ja ohjaa polttoprosessia ennalta asetetun ohjelman mukaisesti. Ohjelmaan kuuluvat esilämmitysvaihe, lämpötilan nosto ja pitoaika enimmäislämpötilassa.
Sähköuunissa tämän järjestelmän yksinkertaisempi versio muistuttaa enemmän termostaattia, ja sitä kutsutaan kiln sitteriksi. Se vain kytkee virran päälle ja pois asetetun arvon saavuttamiseksi.
Kaasu-uunit
Kaasu-uuneissa on vastaavaa laitteistoa, mutta sähköisten mittaus- ja säätölaitteiden on nyt ohjattava kaasuventtiilejä sekä valvottava sekä paineita että lämpötiloja. Kaasu-uuneissa on tärkeää mitata uunin happitaso. Jos taso on liian matala, kaasu ei pala kunnolla; jos se on liian korkea, uuni jäähtyy ennenaikaisesti. Kaasu-uunia lämmitetään yleensä siten, että uunissa on lievä 0,25–0,5 Pa:n ylipaine uunin ulkopuoliseen ilmakehään nähden. Näin varmistetaan, että lämpö virtaa uunista ulospäin sen sijaan, että kylmä ilma pääsisi uuniin.
Ennen nykyaikaisten mittauslaitteiden käyttöönottoa käytettiin menetelmää, jossa tunnetun kutistumiskäyttäytymisen omaavasta keraamisesta massasta puristettiin rengas. Polton aikana näitä renkaita otettiin uunista yksitellen, kunnes todettiin, että ne olivat kutistuneet oikeaan kokoon.
