Kapalı bir yer içinde, bir maddeyi pişirmek, kurutmak, eritmek ya da bir ısı işlemi etkisinde bırakmak için, sıcaklığı az çok yüksek tutabilen aygıt. Fırın, bir ısı üretme sistemi ile ateşe dayanıklı malzemeden ya da ısı tutucu saçtan yapılmış bir kılıftan kuruludur.
Fırının Tarihi
İlk fırınlar, 5 000 yıldan uzun süre önce, İran’da ve Suriye’de, çanak çömlek pişirmek için yapıldı. Bu ilkel fırınlar, içine odun kömürü doldurulan, toprağa oyulmuş koni biçiminde bir delikten oluşmaktaydı. Yanma için gereken hava, yan taraftan, bir körükle sağlanır, pişirilecek malzeme yakıtın içine yerleştirilirdi. Fırın duvarlarının tuğlalarla kaplanması, sonra da bacaların yapılması, ısının daha iyi korunmasını ve çekmenin etkinleştirilmesini sağladı. İ.Ö. II. yy’ da, Çinliler 1200°C’a yükselebilen fırınlardan yararlandılar. Altından hava üflenen bir ızgaranın üstüne yakıtı yerleştirme düşüncesi, hava girişine yarayan ve bir fırınlama odası olarak kullanılan yatay bir geçit ile baca işlevi gören ve pişirilecek malzemenin yerleştirilmesini sağlayan dikey bir koridordan oluşmuş alçak fırınların doğmasına yol açtı. Böylece yüksek fırınlarda kullanılan ters akım ilkesi bulundu. Avrupa’da Ortaçağa kadar kullanılan katalan fırınları farklı bir biçimdeydi: Eriyecek malzemeyi taşıyan pota, örülmüş bir bölmenin içindeki bir ızgaranın üstüne yerleştirilirdi. İlk yüksek fırınlar, XIV. yy’da ortaya çıktı.
Fırın Çeşitleri
Günümüzde, fırınların kullanıldığı birçok alan vardır: Ev donanımı; besin sanayisi; çimento üretimi; demir-çelik sanayisi; alüminyum hazırlanması; vb. Isı enerjisi, katı, sıvı ya da gaz haldeki kömür, akaryakıt ya da doğal gaz gibi yakıtlardan, elektrikten ya da güneş ısısından yararlanılarak üretilebilir. Sanayideyse, birçok fırın modeli kullanılır.
YÜKSEK FIRIN. Dökme demirin hazırlanmasında kullanılır. Üst bölümde gövde, altta hazne üstü olacak biçimde, tabanlarından birleştirilmiş iki koni gövdeden oluşur. Teknenin boğaz adı verilen üst bölümünden demir madeni, metalürji koku ve gangı ergimiş hale getirip cürufu uzaklaştırmaya yarayan bir ergitici (kastin ya da kalsiyum karbonat) boşaltılır. Sıcak hava, borular aracılığıyla hazne üstünün alt bölümüne 600-900°C’ta üflenir. Tekne içinde, sırasıyla, yükün kurutulması, karbonatların bölünmesi ve demir oksitlerin indirgenmesi gerçekleşir. Karın kesiminde, hazne üstü ile tekne arasında ergime gerçekleşir. Cüruf, son işlem bölümünde hazırlanır ve potada toplanarak dökme demirin üstünde yüzer. Bu da, farklı iki akma deliğinden, dökme demir ve cürufun ayrı ayrı elde edilmesini sağlar. Yüksek fırından çıkan gazların ısısı, yüksek fırına girmeden önce havayı ısıtan “cowper’’larda toplanır. Bir yüksek fırının yüksekliği 10-50 m arasında, çapı 5-15 m arasında, üretim sığasıysa günde 200-7 000 ton arasında değişir.
DÖNER ALEVLİ İZABE FIRINI. 1856’da Siemens’in bulduğu bu fırın, yanma alevleriyle ısınan, sıcaklığa dayanıklı bir tonoz içerir; tonozun ısısı, bir taban üstüne yerleştirilmiş metale yayılır. Bu tip fırınlardan, demir içermeyen (özellikle bakır ve nikel gibi) metallerin hazırlanmasında yararlanılır.
MARTİN FIRINI. Fosfor oranı düşük olan dökme demirlerin arıtılmasında kullanılır. Yanmış gazların ısısı, ateşe dayanıklı tuğlalarda toplanır. Yanma havası, daha sonra, toplayıcılara geçirilir. Böyle bir ön ısıtma, birkaç yüz derece kazanılmasını sağlar.
ELEKTRİKLİ FIRINLAR. Bu sınıfa, ısıtılacak banyoya yerleştirilmiş iki grafit elektrot arasından akım geçen dirençli fırınlar; ısının, elektromagnetik kuvvetlerin etkisiyle banyoda dolanan Foucault akımları tarafından üretildiği, alçak, orta ya da yüksek frekanslı (50-300 000 Hz arası) indükleme fırınları ve 1892’de Henri Moissan’ın bulduğu, çok yüksek sıcaklıklara erişilmesini sağlayan arklı fırınlar girer.
GÜNEŞ FIRINLARI. Parabol biçimindeki bir aynanın odağında güneş enerjisi yoğunlaştıran bir sistemi bulunan bu fırınlar 3 500°C’lık sıcaklıklara erişilmesini sağlarlar.