Ingliskeelset sõna kiln, mis pärineb vanainglise sõnast cyln, ja terminit furnace kasutatakse sageli läbisegi väga kõrge temperatuurini kuumutatava ahju kohta protsessis, mida nimetatakse põletamiseks.
Range määratluse järgi seisneb erinevus selles, et keraamikaahi täidetakse külmalt ja kuumutatakse seejärel üles, tööstusahi aga kuumutatakse enne materjaliga täitmist.
Tööstuses tähendab see, et keraamikaahjusid seostatakse eelkõige keraamika ja keraamiliste protsessidega, näiteks tooraine termilise töötlemisega enne selle kasutamist lõpptootes. Üks näide on lubjakivi, ränikivi, boksiidi või muude mineraalide põletamine keemilise muutuse esilekutsumiseks. Seda protsessi nimetatakse kaltsineerimiseks. Keraamikatööstuses tuleb glasuuri koostisosi kuumutada, et neist moodustuks teatud tüüpi klaasjas materjal ehk fritt. Saadud klaasfritid jahvatatakse seejärel peeneks pulbriks ja segatakse värviliste oksiididega glasuuride valmistamiseks. Ka muudes sarnastes protsessides, näiteks tsemendi tootmisel, nimetatakse kasutatavat seadet ahjuks. Mõnikord käsitatakse ahjuprotsessidena ka teatavaid madalamal temperatuuril toimuvaid kuivatusprotsesse, näiteks puidu kuivatamist köetavas suletud ruumis.
Tööstusahjusid seostatakse seevastu tavaliselt metallurgia valdkonnaga. Raua ja terase töötlemisel räägitakse sageli kõrgahjust või Siemensi-Martini ahjust. Valukodades kasutatakse palju induktsioonahjusid ja kuumtöötlusahjusid, näiteks lõõmutamiseks.
Keraamika ja savinõud
Keraamika ja savinõude tootmine hõlmab väga erinevaid tooteid. Nende hulka kuuluvad jämedakeraamilised tooted, nagu tavalised ehitustellised, sanitaarkeraamika, katusekivid ja põrandaplaadid, aga ka peenkeraamika, näiteks lauanõud ja dekoratiivkujukesed. Kõik need tooted põhinevad mingil kujul savil, mis on segatud teiste mineraalidega, ning neid kõiki põletatakse ahjus. Enamik email- ja kuldkaunistuste põletamiseks kasutatavaid ahjusid on elektriahjud.
Klaas
Klaasi kõige tuntumat vormi ehk lehtklaasi valmistatakse nii, et sulaklaas lastakse ahjus vedela tina vannile hõljuma. Rohkem meisterlikkust vajavad käsitöölised, kes valmistavad vaase ja muid esemeid klaasi puhudes. Sel juhul hoitakse sulaklaasi kuumana spetsiaalses kuumutusahjus ning klaasipuhuja kastab puhumistoru vedelasse klaasimassi, enne kui hakkab sellele kuju puhuma.
Keraamikaahjude tüübid
Esmalt saab ahjud jagada perioodilisteks ja pidevahjudeks. Perioodilises ahjus asetatakse materjalid või tooted põletuskambrisse ning ahi läbib seejärel kuumutamisest ja jahutamisest koosneva põletustsükli, mille lõpus võetakse valmis esemed välja. Pidevahjus hoitakse põletustsooni pidevalt soovitud temperatuuril ja tooted liiguvad sellest katkematult läbi.
Perioodilised ahjud
Perioodilisi ahjusid valmistatakse mitmesuguse konstruktsiooniga. Mõnda neist käsitleme siin. Väikeses mahus kasutatakse lihtsaid fikseeritud ladumispõranda ja uksega ahjusid, mille operaator täidab protsessi alguses ning tühjendab selle lõpus. Ahjus võivad olla ahjuplaadid ning plaatidest ja tugedest koosnevat terviklikku süsteemi nimetatakse ahjutarvikuteks. Enamik neist väiksematest ahjudest on tõusva tõmbega. Paljud keraamikud kasutavad pealtlaetavaid ahjusid, mille eelis on väiksem ruumivajadus võrreldes teiste tüüpidega.
Raku-ahjud
Stuudiokeraamikas on populaarsed ka raku-ahjud. Erinevalt traditsioonilistest ahjudest kasutatakse neid kõrgel temperatuuril pottidele katete või pinnaviimistluse kandmiseks, mille järel jahutatakse esemed väga kiiresti.
Suuremas mahus kasutatakse vagonettahjusid, millel on üks või mitu ahjuvagonetti. Neid saab laadida väljaspool ahju ja seejärel tavaliselt rööbastel ahju sisse lükata. Sellised vagonettahjud olid aastaid keraamikatööstuse standardseadmed. Alternatiiviks on fikseeritud ladumispõrand, mille puhul liigutatakse vagonettahju kuumutuskamber ise küljele või üles. Neid nimetatakse vastavalt teisaldatava kupliga ahjudeks ja tõstetava kupliga ahjudeks. Tooraine kaltsineerimiseks kasutatakse sageli šahtahju, milles materjal laotakse kihtidena vaheldumisi kütuse, kivisöe või koksiga. Ahi täidetakse ülevalt ja valmismaterjal võetakse välja alt.
Ahjukütused
Kuigi ahjusid saab kütta väga erinevate energiaallikate ja kütustega, sealhulgas elektri, maagaasi, linnagaasi, raske kütteõli, kivisöe, koksi ja puiduga, saavutatakse tänapäevastes ahjudes kõrge temperatuur peamiselt elektri või gaasi abil. Enamik praegusi keraamikaahjusid on gaasi- või elektriahjud, kuid ajalooliselt kasutati ka teist tüüpi perioodilist ahju, mida köeti kivisöe ja puiduga ning nimetati pudelahjuks. Kivisütt põletati põletuskambris koos toodetega. Tooted tuli asetada saggariteks nimetatavatesse savist kaitsekapslitesse, et kaitsta neid põleva kivisöe tekitatud saastunud atmosfääri eest. Väike arv selliseid ahjusid on kultuuripärandina säilinud ja neid köetakse aeg-ajalt õppeotstarbel. Varem kasutati telliste põletamiseks ka meetodit, mille puhul paiknesid põletuskambrid ringikujuliselt. Neid samuti kivisöega köetavaid kambreid põletati järjest, nii et osa ühe kambri soojusest kasutati järgmise kambri põletamiseks. Need olid Hoffmanni ahjud.
Kivisöe ja puiduga köetavad ahjud põhjustavad vastuvõetamatult suurt õhusaastet.
Pidevahjud
Pidevahjus hoitakse põletustsooni püsivalt kõrgel temperatuuril ja tooted liiguvad sellest läbi. Levinud meetod on liikuv lint, mis viib tooted ahjust läbi eelnevalt kindlaksmääratud aja jooksul. Kiirpõletatavate seina- ja põrandaplaatide tüüpiline läbimisaeg on üks kuni kaks tundi. Traditsioonilisem lahendus on tunnelahi, millest ahjuvagonetid pidevalt läbi liiguvad. Ühe vagoneti läbimisaeg võib olla 12 või isegi 24 tundi. Nagu võib arvata, on selle süsteemi puuduseks vajadus tagada pidevalt laadimiseks piisavalt vagonette. Tavaliselt valmistatakse päeval ette vagonettide varu, mida kasutatakse öösel. Teine puudus on see, et ahjupersonal peab olema pidevalt kohal ööpäev läbi ja seitse päeva nädalas. Tooraine kuumtöötlemisel vastab sellele pöördahju kasutamine, mille kuumutustsoon koosneb pöörlevast trumlist ja selle keskosas paiknevatest põletitest. Materjal liigub läbi kaldu asetseva trumli ja langeb korduvalt läbi kuumutusleegi.
Mõned keraamikas tavaliselt kasutatavad temperatuurid
- Kivikeraamika eelpõletus – 1120 °C
- Kivikeraamika glasuurpõletus – 1060 °C
- Portselan – 1200 °C
- Soolaglasuur – 1250 °C
- Luuportselan – 1300 °C
- Kulddekoor ehk kuldamine – 800 °C
- Klaasipõhised emailvärvid – 500 °C
Ehitusmaterjalid
Eelistatakse peamiselt kergeid materjale (isoleertelliseid ja keraamilist kiudu), et lühendada ahju jahtumisaega pärast põletamist. Kõige sagedamini kasutatakse klassi 26 isoleertelliseid koos Vitset 45 tulekindla mördiga. See ei kehti loomulikult tunnelahjude kohta, kus temperatuur hoitakse püsivana ja ahjuvagonetid liiguvad läbi ahju. Need ahjud vooderdatakse tavaliselt tihedate tulekindlate tellistega, näiteks 42% Al₂O₃ sisaldusega alumiiniumoksiidirikaste šamotttellistega.
On oluline, et keraamikaahjudes kasutatavad materjalid (ahjuvooderdused) oleksid väikese rauasisaldusega, sest tooted on väga sageli valged ning rauasaaste võib põletatud keraamikaga reageerides põhjustada musti või rohelisi laike. Keraamiline kiud tuleb katta ka tulekindla tsirkoonkattega, et lahtised kiud ei langeks toodetele. Eriti kahjulik on see glasuuritud toodete puhul.
Mõnes kasutusvaldkonnas on oluline vastupidavus termilisele šokile. Seda katsetatakse, kuumutades katsekehi ja sukeldades need seejärel külma vette. Protseduuri korratakse järjest kõrgematel temperatuuridel, kuni katsekeha praguneb või laguneb. Glasuuritud keraamika on üldjuhul 40% tugevam kui glasuurimata keraamika ja seetõttu parema termilise šoki taluvusega.
Soolaglasuur- ja soodaahjud
Soolaglasuurimise käigus põletatakse savitooteid tavalisel viisil, kuid kui ahi saavutab maksimumtemperatuuri, puistatakse sellesse ülaosas oleva ava kaudu soola. Kõrge temperatuuri mõjul sool aurustub ja moodustab toodetele läikiva kihi. Sool on selles protsessis väga agressiivne ning tulekindlad materjalid võivad kloriidide toimel kahjustuda. Iirimaal tegutsev Peter Meanley on näidanud, et telliseid saab kaitsta, kui neid töödeldakse enne esimest soolaglasuurpõletust tootega Silcas -A. Soodaahjus toimuv protsess on väga sarnane, kuid naatriumkloriidi asemel kasutatakse naatriumvesinikkarbonaati.
Muud ja eriotstarbelised ahjud
Puidukuivatusahi
Lehtpuidu kuivatamine.
Kui saematerjal lõigatakse esimest korda langetatud puust, on selle niiskusesisaldus suur. Seetõttu tuleb puit esmalt kuivatuskambrites kuivatada.
Puidu kuivamist kiirendatakse sageli spetsiaalses kuivatusahjus kuumutamisega, et vähendada niiskusesisaldust alla 25%. See on oluline juhul, kui puitu kasutatakse kütusena grillis, puuküttega pitsaahjus või isegi koduses puuküttega ahjus või kaminas. Sel viisil töödeldud puitu nimetatakse ahjukuivatatud küttepuuks.
Ahju temperatuuri reguleerimise ja jälgimise viisid
Elektriahi
Tänapäevased elektriahjud on tavaliselt varustatud digitaalse programmeeritava kontrolleriga, mis jälgib temperatuuri termopaari abil ning juhib põletusprotsessi eelnevalt seadistatud programmi järgi. Programm sisaldab eelkuumutusetappi, temperatuuri tõstmist ja maksimumtemperatuuril hoidmise aega.
Elektriahjus sarnaneb selle süsteemi lihtsam versioon pigem termostaadiga ja seda nimetatakse põletuslülitiks. See lülitab seadistatud väärtuse saavutamiseks ainult toite sisse ja välja.
Gaasiahjud
Gaasiahjudel on sarnased seadmed, kuid elektrilised juhtseadmed peavad reguleerima gaasiventiile ning jälgima nii rõhku kui ka temperatuuri. Gaasiahjude puhul on oluline mõõta ahju hapnikutaset. Kui see on liiga madal, ei põle gaas korralikult; kui see on liiga kõrge, jahtub ahi enneaegselt. Gaasiahju köetakse tavaliselt nii, et ahjus hoitakse välisõhuga võrreldes kerget ülerõhku 0,25–0,5 Pa. See tagab, et soojus liigub ahjust välja, mitte külm õhk ahju sisse.
Enne tänapäevaste mõõteseadmete kasutuselevõttu rakendati meetodit, mille puhul pressiti teadaolevate kahanemisomadustega keraamilisest massist rõngas. Põletamise ajal võeti mitu sellist rõngast üksteise järel ahjust välja, kuni tehti kindlaks, et need olid kahanenud õige suuruseni.
