Bränna i en enkel keramikugn

Käglor: vad de mäter

Följ först ugnens egen manual. Den här guiden samlar vad kägel- och ugnstillverkare publicerar om enkla elektriska ugnar; den ersätter inte instruktionerna för den egna modellen, och där de skiljer sig åt gäller manualen.

En pyrometrisk kägla är en liten, smal pyramid av ett standardiserat keramiskt pulver. När den har fått tillräckligt med värme mjuknar den och böjer sig över på ett återkommande sätt. Käglor ställs i ugnen bredvid godset och läses av efter hur långt de har böjt sig.

Käglor mäter värmearbete, den samlade effekten av temperatur och tid. Med Ortons ord, den största amerikanska kägeltillverkaren: ”Käglor mäter inte enbart temperatur.” En kägla som värms långsamt böjer sig vid lägre temperatur än en som värms snabbt, och en glasyr beter sig likadant. Därför anger Orton varje käglas temperatur för en angiven uppvärmningshastighet under de sista 100 °C (180 °F) av bränningen. När en kägla väl börjar röra sig böjer den sig över inom ett smalt intervall, ”vanligtvis mindre än 40° F” (22 °C).

Kägelnummer

Kägelnummer går från 022, den svalaste, upp till 42. En inledande nolla markerar den svalare serien och läses som ”noll”: kägla 06 (”noll sex”) är svalare än kägla 04, och kägla 01 behöver mindre värme än kägla 1. Orton varnar för att det är viktigt att inte blanda ihop de två serierna. Skillnaden är stor: kägla 06 böjer sig mer än 220 °C (400 °F) svalare än kägla 6.

Leverantörer i Storbritannien, Europa, Australien och Nya Zeeland anger ofta en temperatur i °C i stället för en kägla: hitta närmaste kägla i diagrammet nedan och bekräfta den med en kontrollkägla. Seger- och Staffordshire-käglor, de äldre europeiska serierna, bör inte antas ha samma nummer som Orton, så den här guiden använder Ortonkäglor.

En hålltid ger mer värmearbete

En hålltid (även kallad soak) håller ugnen på en och samma temperatur en stund. Eftersom käglor mäter värmearbete kan en hålltid vid toppen ersätta en högre topptemperatur. Orton anger de här ungefärliga motsvarigheterna:

Orton tillägger att en hålltid på 1–2 timmar ”kan räcka för att deformera nästa varmare kägelnummer”.

En hålltid är alltså aldrig gratis: om en läggs till, räkna med att käglorna böjer sig längre, och sänk toppen i motsvarande grad.

Typer av kägla

Orton gör fyra typer. Två står på ugnsplattan för att visa vad godset har fått; två är till Kiln-Sittern.

Höjden spelar roll: en skillnad på ¼ tum (6 mm) i höjden på en stor kägla ”kan ge mer än en halv käglas skillnad i böjning”. Käglor blir inte dåliga och åldras inte, och fuktig förvaring påverkar dem inte.

Vad ”kägla 6” betyder i praktiken

Diagrammet anger en självstående kägla 6 som 1222 °C (2232 °F), men bara när de sista 100 °C (180 °F) stiger med 60 °C/h (108 °F/h). Vid en stigning på 150 °C/h (270 °F/h) böjer sig samma kägla vid 1243 °C (2269 °F). Riktiga ugnar skiljer sig ytterligare: Digitalfire uppger att ”de flesta ugnar når kägla 6 vid 2200°F, inte 2232°F”. ”Kägla 6” betyder alltså att godset fick det värmearbete som böjer en kägla 6, vad en termometer än visade vid tillfället.

Vid bränning efter temperatur, håll slutet av varje bränning likadant: samma sista stigningstakt, samma topp och samma hålltid. Då fungerar en glasyr som fungerade en gång igen.

Kägeltabellen

Siffrorna kommer från Ortons kägeltabell (©2001) för självstående käglor. Välj den kolumn som motsvarar hur snabbt ugnen steg under de sista 100 °C (180 °F). Ortons tumregel är kolumnen 150 °C/h (270 °F/h) för en snabb bränning, kolumnen 60 °C/h (108 °F/h) för en medelsnabb och kolumnen 15 °C/h (27 °F/h) för en långsam. Räkna ut stigningen genom att dela temperaturökningen med antalet timmar den tog: en ugn som stiger 500 °C (900 °F) på 3 timmar har en stigning på ungefär 167 °C/h (300 °F/h).

Ett streck betyder att värdet inte har tagits med här; det finns i Ortons fullständiga tabell.

Stora käglor ligger inom några få grader från de här värdena: en stor kägla 6 vid 60 °C/h (108 °F/h) böjer sig vid 1220 °C (2228 °F). Små käglor, den sort som används i en Kiln-Sitter, anges bara för 300 °C/h (540 °F/h), så tabellen anger 1255 °C (2291 °F) för en liten kägla 6. Det är inte den temperatur där Kiln-Sitter-brytaren stänger av ugnen. Kiln-Sitter-käglans uppgift är att stämma med käglan på ugnsplattan, och det är käglan på ugnsplattan som har sista ordet.

Två varningar. Ortons broschyr från 2019 anger 1024 °C (1875 °F) för kägla 06 vid snabb stigning, men tabellen och Ortons FAQ anger båda 1013 °C (1855 °F), som används här. Och tabellen för stora käglor längst bak i Dawsons bruksanvisning för Kiln-Sitter har avskrivningsfel (kägla 5 varmare än kägla 6), så använd den inte.

Bränning efter temperatur

En ugn med automatik bränner till en inställd temperatur, som mäts av en givare nära ugnsväggen. Leverantörer i Storbritannien, Europa, Australien och Nya Zeeland anger ofta en bränntemperatur i stället för en kägla.

En temperatur ensam säger inte hur mycket godset har bränts. Glasyrer reagerar, liksom käglor, på värmearbete: samma topptemperatur ger ett varmare resultat efter en långsam stigning eller en hålltid, och ett kallare efter en snabb stigning. Ortons tabell visar hur stor skillnaden är: kägla 6 böjer sig vid 1185 °C (2165 °F) vid en stigning på 15 °C/h (27 °F/h) och vid 1243 °C (2269 °F) vid en stigning på 150 °C/h (270 °F/h). En bränntemperatur betyder alltså den temperaturen nådd med en angiven stigning och med den eventuella hålltid som tillverkaren anger.

När ett recept i stället anger en kägla, leta upp den i tabellen ovan, i kolumnen för den stigning som ugnen har i slutet av bränningen. En hålltid ger också mer värmearbete: se Hålltid ger mer värmearbete ovan.

Givaren mäter luften nära väggen, inte godset. Om bränningarna blir varmare eller kallare än de borde, förklarar automatikens bruksanvisning dess offset, som korrigerar mätvärdet.

Skröjbränning

Skröjbränningen (i Storbritannien kallad biscuit) är den första, lägre bränningen, som gör torr lera till hårt, poröst gods som är klart att glasera. Den bränns oftast till kägla 06–04, 998–1063 °C (1828–1945 °F) enligt Ortons tabell; brittiska keramiker bränner ofta till omkring 1000 °C (1832 °F), nära kägla 06. Skröjet bör förbli poröst, ”i allmänhet mer än 15 %” (Digitalfire), så att det suger upp vattnet ur glasyren. Ett för lågt skröjat gods tar upp glasyren för tjockt, och den spricker sedan och kryper (drar ihop sig till öar och lämnar bar lera). Underbränt skröj ”fortsätter också att krympa under glasyrbränningen”, vilket förstör passningen mellan glasyr och skärv. Att sätta ugnen är förlåtande: föremålen får röra vid varandra, lock kan brännas på sina krukor, och skålar ställs kant mot kant i stället för inuti varandra.

Varför början går långsamt

Vatten expanderar mer än tusenfalt när det blir ånga, så fuktigt gods måste torkas långsamt. L&L och Orton råder att ”Särskild försiktighet bör iakttas under 1500°F (815°C) för att värma godset jämnt”, och att kolet måste vara utbränt före ungefär 650 °C (1200 °F). Över 816 °C (1500 °F) kan ugnen stiga snabbare.

Kvartsomvandlingen är den plötsliga storleksförändringen hos kiseldioxiden i leran vid 573 °C (1063 °F): den expanderar på vägen upp och drar ihop sig på vägen ned. L&L:s Slow Bisque går långsammare genom den, mellan 538 °C (1000 °F) och 593 °C (1100 °F). Digitalfire fann detta ”onödigt vid skröjbränningar”, och Ceramics Monthly säger att den främst har betydelse när tätt gods kyls. Att sakta ned kostar lite, så vårt förslag är att behålla det för tjocka föremål.

Förvärmning: torkning i ugnen

Förvärmning innebär att ugnen hålls på låg temperatur, med locket på glänt eller utsuget igång, tills den sista fukten har lämnat godset. Källorna är oeniga om temperaturen:

Vår utgångspunkt: stig långsamt till högst ungefär 121 °C (250 °F), och håll tills en spegel vid ventilationshålet förblir klar. Håll över natten för tjockt eller fuktigt gods.

Spegeltestet: håll en rumstempererad spegel vid ett ventilationshål eller vid springan under ett lock som står på glänt. Om spegeln immar igen kommer det fortfarande ut vatten; vänta och testa sedan igen.

Automatikens brännprogram

En automatik är en elektronisk styrenhet som bränner ugnen enligt ett brännprogram: en lista med segment, vart och ett med en stigning (rampen), en måltemperatur och en valfri hålltid. Nedan finns två förinställda program från automatikerna DynaTrol (L&L) och Bartlett, och ett brännprogram som Digitalfire har publicerat. ”Topptemperaturen” är automatikens egen temperatur för den valda käglan: för kägla 04 är den 1052 °C (1926 °F), och för kägla 06 993 °C (1819 °F).

L&L:s tider gäller ”för snabbast möjliga tomma ugnar”; en fylld ugn kan ta upp till fyra gånger längre tid, och varje hålltid som läggs till är extra värmearbete som de förinställda programmen inte räknar med. L&L rekommenderar Slow Bisque, med en förvärmning på 2–3 timmar eller längre, för stora eller fuktiga föremål, och varnar för snabb bränning, som ”kan orsaka fel som nålstick, sprickor och ofullständig utbränning”.

BQ1000 tar ungefär 7 timmar och 44 minuter. Programmets författare anser att upp till 278 °C/h (500 °F/h) går bra för tunt, torrt gods, och sänker stigningen i det sista steget för att jämna ut temperaturen i hela ugnsfyllningen.

Automatikens käglor och Ortons tabell

Automatikerna från L&L och Bartlett använder 1052 °C (1926 °F) för kägla 04 och 993 °C (1819 °F) för kägla 06, lite under Ortons 1063 °C (1945 °F) och 998 °C (1828 °F); vid kägla 6 och kägla 10 stämmer de överens. Kontrollkäglor avgör skillnaden: om de inte stämmer med automatiken, korrigera den med kägeloffset.

På en ugn utan automatik

En ugn utan automatik följer samma plan för hand: torka långsamt med locket på glänt och titthålen öppna, vrid upp vreden från Low till Medium och sedan High, och låt Kiln-Sitter-brytaren avsluta bränningen. De publicerade tillvägagångssätten finns under Ugnar utan automatik i detalj nedan.

Glasyrbränning

Glasyrbränningen smälter glasyren till glas på skröjet. De flesta nybörjare bränner lergodsglasyrer vid kägla 06–04 eller glasyrer för mellantemperatur vid kägla 5–6. Bränn till den kägla som står på förpackningarna till leran och glasyren, med en kägelsats runt det numret. Om vad som händer inuti glasyren när den smälter, se Glasering från grunden.

Sätta ugnen för glasyrbränning

• Glaserade föremål får inte röra vid varandra eller vid väggarna: lämna ungefär ½ tum (13 mm).
• Håll foten fri från glasyr, eller ställ lergods på trefötter, små stöd med spetsar. Stengods och porslin bör inte stå på trefötter, som sjunker in i godset vid de temperaturerna; använd plattengobe för högtemperatur eller kvartssand i stället.
• Lämna minst 1 tum (25 mm) mellan ugnsplattornas kanter och väggen eller Kiln-Sitter-brytaren.

Automatikens brännprogram

Slow Glaze är det säkrare standardvalet, med tanke på L&L:s varning för snabb bränning. Om en hålltid på mer än 5–10 minuter läggs till vid topptemperaturen, säger L&L att måltemperaturen eller kägeloffseten ska sänkas i motsvarande grad, och påpekar att ”Hålltid vid höga temperaturer påskyndar slitaget på element och termoelement.”

Kägla 6: sänka och hålla

Glasyrer för mellantemperatur får ibland nålstick (små hål i ytan) eller blåsor, som lämnas av gas som bubblar ut ur smältan. Ett brännprogram med sänka och hålla bränner till toppen, kyler snabbt ungefär 56 °C (100 °F) och håller där. Med Digitalfires ord: ”Att sänka 100°F och hålla ger smältan tillräcklig viskositet för att bubblorna ska spricka, men låter dem ändå läka.”

PLC6DS tar ungefär 9 timmar och 36 minuter. För mer lättflytande glasyrer sänker Digitalfire i stället ungefär 111 °C (200 °F); att sänka för mycket ”riskerar kristallisering under hålltiden”. Programmets topptemperatur på 1204 °C (2200 °F) ligger under tabellens 1222 °C (2232 °F) för kägla 6; Digitalfire rapporterar att de flesta ugnar når kägla 6 vid ungefär 1204 °C (2200 °F). Kontrollera det med en kägelsats i den egna ugnen.

Reglerad kylning

Reglerad kylning innebär att automatiken kyler ugnen med en inställd hastighet i stället för att låta den svalna fritt. Digitalfires C6DHSC är PLC6DS följt av kylning med 83 °C/h (150 °F/h) från 1148 °C (2100 °F) ned till 760 °C (1400 °F), och sedan av. Programmet ”förbättrar glansen och ytkvaliteten” och hjälper rutilblå glasyrer, men reglerad kylning ”kan öka mattheten” (en matt glasyr blev torr) och kan förkorta livslängden för ugnens reläer. L&L levererar också ett program för reglerad kylning för kägla 6:

Skutts automatiker har på samma sätt en förvärmning och ett alternativ för kylning i ett steg.

På en ugn utan automatik

En ugn utan automatik kan inte följa de här programmen exakt, men planen är densamma: försiktigt i början, jämnt genom mitten och ett slut under uppsikt. Bracker's program för lergodsglasyrer finns under Ugnar utan automatik i detalj nedan; för varmare käglor lägger det till ”i genomsnitt 15–30 minuter per kägelnummer”. Med en pyrometer, övning och en brännlogg går det att ungefär efterlikna sänka och hålla eller reglerad kylning genom att vrida ned vreden för hand, som Digitalfire föreslår.

Ugnar utan automatik i detalj

Så fungerar vreden

Äldre ugnar (enligt L&L främst de som tillverkats före 1975) har vred med fyra lägen: Off, Low, Medium och High (av, låg, medel, hög), utan något däremellan. Senare ugnar har energiregulatorer, steglösa vred som på L&L:s ugnar är märkta Off, sedan 1 till 11, sedan High. En energiregulator skickar inte ut mindre effekt. Den slår på och av elementen helt i en återkommande cykel: på Low, säger L&L, ”kan de vara på ungefär 7 sekunder och av 23 sekunder i en cykel på 30 sekunder”. Ju högre inställning, desto längre är de på, och på High är de på hela tiden. Siffrorna är inte exakta procent, så lär känna den egna ugnen med käglor och anteckningar.

L&L:s allmänna tillvägagångssätt

L&L:s föreslagna tillvägagångssätt för en ugn med tre vred, en Kiln-Sitter och inget utsug:

Bracker's brännprogram

Bracker's Good Earth Clays, en amerikansk leverantör av lera, publicerar de här programmen för ugnar utan automatik och utan utsug:

Bracker's anger inte vilken kägla på ugnsplattan som deras Kiln-Sitter-kägla för skröjbränning motsvarar, så kontrollera med en egen kägelsats. Med ett utsug genom ugnsbotten är stegen desamma, men utsuget går under hela bränningen och kylningen, och locket hålls stängt. Bracker's föreslår också att vreden vrids upp förskjutet: ett i taget, med ungefär 30 minuters mellanrum.

När locket ska stängas och propparna sättas i

Vår utgångspunkt: stäng locket när en spegel som hålls vid springan inte längre immar igen, och sätt vid mörk rödglöd i propparna i alla titthål utom det översta, som står öppet under hela bränningen.

Jämna ut toppen och botten

Om kägelsatserna visar att botten blir kallare än toppen, föreslår Orton att börja med det nedersta vredet på Medium och resten på Low, och sedan vrida det nedersta till High först. Eller låt det översta vredet vara avstängt tills de andra har nått Medium, och vrid sedan upp det översta ett steg efter dem, och håll det på Medium ungefär en timme efter att de andra har gått till High. Tätt packade delar blir kallare, och tyngre ugnsfyllningar tar längre tid.

En utgångspunkt för den egna ugnen

Om ugnen kom utan instruktioner är tabellen nedan en utgångspunkt som vi har satt ihop av de publicerade tillvägagångssätten ovan. Det är inte ett publicerat brännprogram. Kalibrera den med kontrollkäglor och justera den efter anteckningarna; förläng varje fas för tunga ugnsfyllningar eller tjockt gods.

Om Kiln-Sitter-brytaren löser ut innan käglorna på ugnsplattan har böjt sig ned, ta en kägla varmare i brytaren nästa gång, som L&L rekommenderar.

Använda en pyrometer

En pyrometer är en temperaturmätare som läser av ett termoelement, en värmegivare genom ugnsväggen. Den visar hur snabbt ugnen stiger, så att rätt kolumn i kägeltabellen kan väljas. Men den mäter nära väggen, inte vid godset, och visningen driver med tiden. L&L påpekar att ett termoelement av typ K kan visa fel med mer än 14 °C (25 °F) efter upprepade bränningar till kägla 6, ”en skillnad större än en hel kägla”, medan en självstående kägla varierar med högst 2 °C (4 °F). Orton säger att pyrometrar behöver kalibreras om då och då, och det är med käglor som de kontrolleras.

Utsug, titta och säkerhet

Utsug

Tidigt i en bränning avger lera och glasyr vattenånga och gaser, däribland kolmonoxid, och glasyrer kan avge giftiga gaser senare i bränningen också. L&L kallar det ”helt nödvändigt” att ventilera bort dem. Utan utsug betyder det locket på glänt och titthålen öppna i de tidiga stegen, som i tillvägagångssätten ovan; att värma långsammare under den tiden hjälper också kolet att brinna bort. I en ugn utan utsug säger Dawson, som tillverkade Kiln-Sittern, också att översta titthålet ska stå öppet under hela bränningen: ventilationen ”minskar förslitningen av ugnens metalldelar och förlänger rörenhetens livslängd”. Ett utsug genom ugnsbotten (ett fläktdrivet utsug som monteras på ugnen) ändrar det. Det sköter ventilationen, så Orton säger att locket och titthålen hålls stängda under hela bränningen utom för att kontrollera käglorna, och L&L säger att utsuget ska stå på och titthålen proppas.

För ventilation av rummet, och för kolmonoxidlarm, se Säker blandning och ventilation och Förgifta inte familjen.

Medan ugnen bränner

• Titta genom ett titthål bara med svetsglasögon med IR-skydd i skyddsgrad 3; solglasögon räcker inte. Skutt rekommenderar att proppen vrids på plats så att den inte faller ut.
• Lämna inte ugnen utan uppsikt utöver den väntade bränningstiden; en Kiln-Sitter är inget felsäkert skydd.
• Bränn aldrig på eller nära något brännbart, som ett trägolv eller en matta.
• Håll de avstånd som anges i manualen. Publicerade siffror varierar från 12 tum (30 cm) till 3 fot (91 cm); där manualen är tyst är 18 tum (46 cm) från väggar och 3 fot (91 cm) från allt brännbart det säkraste valet.
• Håll utrymmet runt Kiln-Sitterns vikt fritt så att den kan falla.
• När bränningen är klar, stäng av brytarna och stäng också av säkringen.

Kylning och urplockning

Kylningen är en del av bränningen. L&L och Orton råder: ”Låt ugnen svalna naturligt med locket stängt”, och ”Släpp aldrig in kall luft i en het ugn.” Att öppna för tidigt ”kan orsaka sprickor”, och kiseldioxiden i godset drar plötsligt ihop sig när det svalnar förbi 573 °C (1063 °F). Utan automatik ska ugnen hållas stängd ”tills temperaturen har sjunkit långt under rödglöd (900°F / 482°C)”, och i minst 8 timmar. Tvångskyl aldrig en ugn som fortfarande glöder. Sprickor med vassa kanter i bränt gods är ett tecken på för snabb kylning.

När ugnen kan öppnas och plockas ur

Vårt förslag: öppna locket först under ungefär 93 °C (200 °F), och plocka ur under ungefär 52 °C (125 °F), eller när godset går att hålla bekvämt i bara händer. Glaserat gods, tätt och glasartat, kräver mer tålamod än skröjat gods. Utan pyrometer: vänta tills ugnen har svalnat helt.

Läs av kontrollkäglorna så snart ugnen öppnas, innan något flyttas, och anteckna vad som syns medan det är färskt i minnet.

Efter bränningen

Anteckna den

Anteckna varje bränning: datum, ugn, ugnsfyllning, brännprogrammet eller tiderna för vreden, timerns visning, och hur varje kontrollkägla och Kiln-Sitter-käglan böjde sig, ugnsplatta för ugnsplatta. Spara också de brända käglorna. Orton påpekar att ”Om man jämför resultaten från de senaste 6 till 10 bränningarna syns gradvisa förändringar i ugnen, till exempel att värmeelementen åldras.” Brännloggarna i Glazecalc kan rymma de här anteckningarna, med kolumner som man själv väljer, till exempel tid, temperatur, kägla, ramp och hålltid; glasyrresultaten kan skrivas in i anteckningarna.

Ugnsplattor och plattengobe

Plattengobe skyddar ugnsplattorna mot glasyr som droppar och gör att brända föremål går att lyfta loss. Stryk den bara på ovansidan av varje ugnsplatta och på ugnens botten, ”ungefär lika tjockt som ett vykort”. L&L:s bästa praxis är tre tunna lager, med en bränning mellan lagren om det går. Många keramiker ställer också föremål med rinniga glasyrer på en droppskiva, en skröjad lerplatta som fångar droppar. Det är vanlig praxis, men vi har inte hittat något råd om det från någon ugnstillverkare.

Element

Element slits: ett oxidskikt byggs upp, mindre ström flyter och bränningarna går långsammare. Långa hålltider vid hög temperatur sliter snabbare på element och termoelement. Skutt rekommenderar en provbränning av en ny eller reparerad ugn, så att elementen bildar ett skyddande oxidskikt. Följ tillverkarens instruktioner för provning och byte av element.

Ringar och stavar

Brittisk industri har också använt två andra indikatorer för värmearbete. Bullersringar är platta skivor som krymper i proportion till värmearbetet och mäts med ett mätinstrument efter bränningen. Holdcroftstavar, från 1898, sjunker ihop på mitten när de ligger över två stöd, idén bakom Kiln-Sitter-brytarens stav. Vi har inte hittat någon tabell som räknar om någon av dem till nummer på Ortonkäglor, så den här guiden använder Ortonkäglor; vi planerar att ta upp ringar och stavar i en senare version.

Källor

• Orton: Using Orton Pyrometric Cones (kägeltabell, ©2001)
• Orton: Cones and Firing, a practical guide to successful firings (©2019)
• Orton: Pyrometric cones FAQ
• Dawson: Kiln-Sitter Operating Manual, modellerna LT-3 och LT-3K
• L&L Kiln: Manual kiln operation with kiln sitters
• L&L Kiln: Orton firing tips
• L&L Kiln: Pyrometric cones
• L&L Kiln: DynaTrol controller manual
• L&L Kiln: The ceramic process
• Bracker's Good Earth Clays: Firing schedule for manual kilns
• Ceramics Monthly: Bisque Firing 101
• Ceramics Monthly: Tips and Tools: The Kiln Sitter
• Digitalfire: BQ1000 bisque firing schedule
• Digitalfire: PLC6DS cone 6 drop-and-soak schedule
• Digitalfire: C6DHSC cone 6 drop-and-hold slow-cool schedule
• Digitalfire: Bisque
• Glazy: Firing
• Skutt: Ceramic kilns, using the product
• Skutt: KilnMaster operating manual
• Boston University Environmental Health and Safety: Kiln awareness reminder
• Potclays: The difference between stoneware and earthenware
• Wikipedia: Pyrometric cone
• Wikipedia: Pyrometric device