Černoraku 2016 - Očima Petra Tomse Konstrukce druhé vysokožárné pece na dřevěné uhlí

Černoraku 2016 - Očima Petra Tomse

Konstrukce druhé vysokožárné pece na dřevěné uhlí



Konstrukce pece

Snad někteří z vás mají ještě v paměti článek s podobným nadpisem, jako je tento. Jen místo šestky stála pětka a také přibylo slůvko „druhé“. Poslední odstavec popisoval všemožné konstrukční změny plánované do budoucna. Dovolím si jej ocitovat v plném znění.

Ptáte-li se na další vývoj zařízení, pak příští konstrukce jistě nezůstane beze změn. Především upravíme tvar mufle. Předpokládám, že kdyby se směrem dolu zužovala, usnadní se tak propad paliva do prohořených dutin, což přinese rovnoměrnější výkon. Navíc se usnadní manipulace s nádobou uvnitř pouzdra. V této souvislosti vyzkoušíme již zmiňovaný žáruvzdorný materiál Witgert W922. Experimentální provoz jasně ukázal nadbytečnost osazení pro poklop v horní části pláště. Nejen že víko vůbec nebylo potřeba, ale římsa také trochu vadila při hutnění paliva v prostoru mezi muflí a pláštěm.“

Nezbývá než konstatovat, že jen málo ze zamýšlených změn spatřilo světlo světa. Na nové peci chyběla snad jen ta římsa pod horním okrajem. Nepřeskakujme ale, a vezměme to pěkně od začátku.

Zásadním rozdílem obou pecí je naprosto odlišná koncepce. První pec vycházela z dobových záznamů zachycených na dřevorytu z roku 1736. Jedná se o první nám známou zmínku o raku peci, dost možná sahající až k samotnému Chójirovi. Jak jinak začít, než tou úplně první? Ještě než padlo rozhodnutí o výrobě repliky vyobrazené v knize, byl zřejmý jeden významný konstrukční nedostatek. V podstatě se jedná o kónický komín o průměru 40cm a výšce asi půl metru. Zprvu celistvý plášť je svisle rozříznutý na tři stejné díly. I bez velkých zkušeností se dalo předpokládat, že plát s rozměry 50x40x4 cm nemůže bez poškození odolat extrémnímu teplotnímu spádu. Vždyť teplota vnitřku pece dosahovala téměř 1500°C a na nejchladnějším místě vnějšího povrchu by se dala skoro udržet ruka. Rozpraskání kuželu jsme tedy očekávali. Otázkou bylo, na kolik dílů se pec rozpadne a jak rychle. Totální destrukci měla zabránit dvě opatření. Zaprvé už při samotném modelování plátu byla tvořena co možná nejpevnější vnitřní struktura. To by ale samo o sobě nestačilo. Celé těleso obepínají tři silné ocelové dráty, díky nimž drží menší díly pohromadě. Nakonec nás příjemně překvapila odolnost pece. Ti nejoptimističtější z nás předpovídali maximálně dvoudenní životnost. A hle! I po čtyřech dnech pálení a dvou transportech pres celou republiku stále drží. Ale ruku na srdce. Kdo z nás by toužil, mořit se s výrobou nové pece po několika málo vypálených miskách?

Originální nákres pece z plátů Pec z plátů - první písemně doložená konstrukce

Praskliny plátové pece po dvou pálících směnách

Druhé zařízení již opustilo nostalgii dřevních začátků japonského raku s cílem zlepšit funkci, ale především prodloužit životnost. V drobných náznacích japonského internetu lze objevit další vývojové stupně, vycházející sice tvarem z původní plátové konstrukce, ale mnohem odolnější proti popraskání. Myšlenka je prostá - rozdělit velkou plochu pláště na více drobných částí a rozložit tak vnitřní pnutí na únosnou míru. Kužel se tedy skládá z mnoha pravidelných svislých segmentů. Ty jsou ještě dále horizontálně rozděleny na tři menší díly. Jeden z uživatelů YouTube s nickem „Meiun“ v jednom ze svých mnoha videí o tradičním raku pravděpodobně uvádí, že nápad zmenšit jednotlivé díly pece pochází již z roku 1789. V jeho náčrtku jsou patrné jakési dutiny ve stěně, pravděpodobně zlepšující tepelně izolační schopnosti. Po sestavení a stažení drátem vznikají tři navazující skruže. Vedle razantního snížení vnitřního pnutí získáme další dvě podstatné výhody. Monolit s masivní stěnou, tak jak jsme ji vyrobili my, by vážil okolo 100kg, což by výrazně zkomplikovalo jeho transport. Navíc jednotlivé segmenty k sobě nepojí žádná malta, takže je výměna erozí poškozených kusů záležitostí několika minut. Stačí jen povolit drát.



Pec rozložená na jednotlivé skruže



Orýsování pro výřez vzduchové trysky - dyzny

Výřez vzduchové trysky - dyzny

Výřez vzduchové trysky - dyzny

základna se sagarem

Základová skruž se saggarem z komínové vložky



U prototypu z plátů vznikaly potíže se zasekáváním paliva v prostoru mezi muflí a pláštěm. I zde se našlo docela jednoduché řešení. Stačí aby se tento prostor směrem dolu rozšiřoval. Je tedy třeba, směrem ke dnu zužovat mufli, anebo rozšířit pec. Zvolili jsme druhou variantu a postavili pec se strmějším kuželem. Loni se nám z hlediska odolnosti a rychlosti výroby osvědčila mufle uříznutá z šamotové komínové vložky. Její tvar je válcový a nelze jej změnit, a tak rozšíření se pece směrem dolu bylo jedinou možností, jak zlepšit propad dřevěného uhlí.

Před samotnou výrobou pece vyvstala otázka, zda postupovat mokrou, nebo suchou cestou. Jako mokrá cesta je myšleno vtlačování plastické žáruvzdorné hmoty do předem připravených forem. Také lze stejné tvary vytvořit nařezáním hotových šamotových bloků na diamantové stolní pile. Převážily výhody řezání. Správné nastavení pily je sice poměrně zdlouhavé a předchází mu výroba tří různých překližkových šablon, ale řezaný segment je mnohem přesnější, hutnější a odpadá pálení na vysokou teplotu. Jako polotovar posloužily různé formáty žáruvzdorných tvarovek z jakostních šamotů značky STV1. Jejich výhody tkví ve zvýšené odolnosti proti erozi za vysokých teplot a přesný tvar a rozměry. Dříve než se rozezvučel diamantový kotouč, bylo zapotřebí sáhnout hluboko do paměti, vylovit něco ze základů deskriptivní geometrie a zkonstruovat technický výkres, respektive odvodit všechny rozměry a úhly požadovaných segmentů.

segmenty ze skruže

Segmenty jedné ze skruží









Samotná mufle zůstala téměř beze změny. Detaily její skladby najdete v loňském článku o peci z plátů. http://www.artkeramika.cz/cernoraku-2015-ocima-petra-tomse-konstrukce-vysokozarne-pece-na-drevene-uhli Pozorný čtenář si možná klade otázku „Téměř beze změny znamená, že je přeci jen něco jinak?“ Ano, bez předchozího záměru jsme oslovili výrobce komínových vložek firmu Schiedel. Velice zajímavá se zdála být nabídka vložky 33 ADV 16 vyráběná isostatickým lisováním do forem. Se svou 6 milimetrovou stěnou slibovala nesmírně efektivní prostup tepla. Potíž však nastala při vrtání otvoru pro kukr. Běžnou šamotovou vložku lze vrtat speciálními tvrdokovovými vrtáky na sklo a keramiku, ale v tomto případě by se více hodil nějaký diamantový nástroj. Provrtání stěny zabralo asi desetinásobek času, než u běžného materiálu a kvůli častému broušení byl na jednom otvoru spotřebován jeden celý vrták.

odvrtání mufle

Odvrtávání otvoru do mufle tvrdokovovým vrtákem

O měchu jako zdroji stlačeného vzduchu jsme už na ARTkeramice také psali. http://www.artkeramika.cz/cernoraku-2016-prvni-vyuziti-mechu Největší obava v tomto ohledu vycházela z potenciálně nedostatečného výkonu ručního dmýchání. Také tu hrozilo nebezpečí prasknutí pláště horního měchu. Ponechali jsme totiž tuto část původní a na první pohled bylo zřejmé, že sto padesát let stará zteřelá kůže nemusí zvládnout tak náhlé probuzení. Rozvodné hadice se minule osvědčily, takže nedoznaly žádné změny. Drobnou úpravu konstrukce bylo třeba provést na rozvaděči. U pecí na dřevěné uhlí je nezbytné, regulovat průtok vzduchu. V případě foukání ventilátorem postačilo zahradit hrdlo sání. U měchu toto nebylo možné a proto jsme vsadili posuvnou klapku přímo do tělesa rozvaděče.

Funkce pece

Největší obavy o správný chod přirozeně panovaly před první akcí, ale i letos provázelo přípravy množství otázek. Největší neznámou představoval měch. Možný nedostatek výkonu a s tím spojené problémy s dosažením potřebné teploty zaměstnávaly laboratoř a glazovnu. Potencionálně nízkou teplotu jsme museli kompenzovat zařazením vhodných taviv do kompozic glazur. Praxe však ukázala, že měch v mnoha ohledech i předčí elektrický ventilátor. Nejen že výkon historického stroje naprosto dostačoval, ale ruční dmýchání navíc umožňuje citlivě reagovat na měnící se odpor odhořívajícího uhlí v peci a také jím lze pružně měnit výkon v závislosti na požadované rychlosti nárůstu teploty. Také nebylo předem jasné, kolik lidských životů spotřebuje neustálé tahání za páku měchu. Nevedli jsme sice žádné přesné statistiky, leč můžeme odhadnout průměrnou výdrž jednoho otroka zhruba na ½ hodiny. Samozřejmě vše velmi záleží na fyzické a psychické kondici každého jednotlivce. Ze strachu o gumové přívodní hadice bylo nutné mírně foukat i při výměně misek v pouzdře. Původní horní díl sloužící jako zásobník stlačeného vzduchu respektive jeho kožený plášť, i po padesáti letech odpočinku zvládl nástup do služby bez sebemenších potíží.

Kompletní souprava pece a měchu při výpalu

Samotná pec pracovala na jedničku. Ani větší akumulace tepla zdivem nijak neovlivnila růst teploty. Po třech celodenních směnách vyzdívka ani na jednom místě nepraskla. Na základě loňských zkušeností se spékáním pouzder, den, kukrů a dyzen jsme bezprostředně po vytažení poslední misky celé směny rozebrali vnitřní struktury, dokud byly popelové nánosy měkké. Čištění vnitřku pece od popele a nánosů strusky tak bylo oproštěno od hrubého rozbíjení saggaru. V podstatě jde jen o zmírnění násilí, protože ani ta nejodolnější komínová vložky nezvládne vzdorovat odtavování tekutými popely déle než jednu směnu. Podobně trpí i dyzny vedoucí spalovací vzduch do nitra rozžhaveného paliva. Vyzdívka samotné pece na nejteplejších místech jistě vydrží alespoň dvacet směn.

sagar po dni práce

Saggar po jednodenní směně

segmentová pec v akci

Pec v provozu - 1250°C

Na semináři podstoupili materiálový test mimo jiné i pokličky uzavírající pouzdro. Sledovali jsme odolnost německé hmoty Witgert 922 a šamot SN1 z Velkých Opatovic. Navzdory očekávání déle vydržela česká hmota.

Pokud bychom měli porovnat novou segmentovou konstrukci poháněnou měchem a plátovou pec osazenou ventilátorem z hlediska dosahovaných teplot, lze konstatovat, že jsou obě zařízení srovnatelná. Ohřev pece z nuly na provozní teplotu zabere asi 1 hodinu. Běžně dosahovaná teplota v pouzdře činí 1270°C. Jeden pálící cyklus trvá přibližně 12 minut, nicméně bylo možné misku vypálit i za poloviční dobu. Takto rychlý nárůst teplot by nádoby nevydržely. Předehřívali jsme je tedy v plynové peci na cca 700°C.

Chystané konstrukční změny

Snad to nebude znít příliš nabubřele, když řeknu, že se nová pec kromě několika drobností skvěle osvědčila a většinu potíží plátové konstrukce se podařilo odstranit. Asi nejdůležitější námět na změnu lze spatřovat v úpravě hrotů dyzen vyčnívajících do spalovacího prostoru. Celá tryska je prozatím neoddělitelnou součástí nejspodnějšího cihlového prstence. Výstupek podpírající pouzdro velmi trpí odtavováním. Každá výměna celé dyzny znamená rozebrání podezdívky. Pokud by se podařilo dyznu rozdělit na dva díly, umožnilo by to výměnu pouze té části, která je exponovaná ve spalovacím prostoru a zbytek může trvale zůstat součástí zdiva. Jistě by nebylo od věci použít pro výměnnou část kvalitnější materiál. Lze se domnívat, že by dobře posloužil vysoce hlinitý šamot.

Další úpravou by mohlo být nahrazení zelených zahradních hadic něčím, co by snáze odolávalo teplu a jiskrám a zároveň lépe vypadalo. Současná podoba hadic také zvyšuje riziko zakopnutí a pádu.

Přestože historický měch zrestaurovaný do stavu plné funkčnosti pracoval na 110%, uvažujeme o jeho náhradě. Rádi bychom vytvořili repliku krabicového pístového měchu fuigo. Jednak se ještě více přiblížíme původnímu vybavení, ale především ušetříme náročný transport ohromného kolosu z rakousko-uherských kováren. Pokud by někdo s vás náhodou disponoval kožešinou psíka mývalovitého, rádi jí odkoupíme a v souladu s tradiční technologií, použijeme jako těsnění pístu.

detail hrotu vzduchování

Detailní pohled na nový hrot dyzny v základové skruži

odtavené vzduchování

Základová skruž s odtavenými hroty dyzen po třídenním provozu s nataveným popelem z jedné směny

Dílčí konstrukční úspěchy postupně přibližují námi vyvíjené pece na dřevěné uhlí ke každodennímu využití a to i vysoko nad rámec techniky kuro raku. Těžko překonatelnou devizou je nevídaná flexibilita, díky níž lze v jedné hodině vypálit čtyři naprosto odlišné výrobky. Snad nejdůležitější přidanou hodnotu spatřuji v možnosti nezprostředkované a kreativní práce s jedním z živlů - s ohněm.

Mnoho štěstí při stavbě pece na dřevěné uhlí přeje všem pecařům a paličům

Petr Toms

Vedoucí pracoviště „Segmentová pec s měchem“ na semináři Černoraku 2016





Artkeramika internetový obchod
Nový komentář
Zpracovávám...

Odesláním komentáře souhlasíte s pravidly diskuze.

Petr Toms
20. 04. 2016 18:12:10

Apropos, díky návštěve firmy ProPec a ochotné Martinovi pomoci s vyhledáním vhodných kapilár se podařilo opravit pošlozený termočlánek. Funguje na 100%. Sláva!

Jiří Svačina
20. 04. 2016 20:52:50

výbrná zpráva.....již léta na Pro Pec nedám dopustit.....mám vás rád.....

Tomáš Macek
21. 04. 2016 14:17:00

Díky patří Martinovi a Propec i za druhý opravený čidlo(termočlánek), které se zalomilo v peci kittec.

Pravoslav Dorda
20. 04. 2016 15:11:06

Skvělá práce a výborný komentář.Možná bych měl nápad jak upravit tu dyznu. V obvodovém plášti udělat ten otvor na to přívodní trubku,a před něj postavit rozváděcí segment na ten vzduch,jako samostatný díl,na kterém patrně stojí ta mufle. Pokud se poničí,tak se dá lehce nahradit novým. Uvažoval někdo o žárobetonu,který se používá v hutnictví a o materiálech,používaných u tavicích pecí? Celé mi to poněkud připomíná pícku na tavení bronzu,chybí jen ten tyglík s kovem.
Zdravím Dorda

Jiří Svačina
20. 04. 2016 16:17:21

Díky za reakce ..... z těch našich prvních pokusů, ověřujících si, zda vůbec, / tak jako to popisují Japonci / , u nás a s našimi-českými minerály v glazurách, pecích naší domácí výroby, dosáhneme jak teplot, tak rychlých časů výměn - tavení glazur.... tedy srovnatelných výsledků...... se sametově černou ...... jsme nyní již o kousek dál.....misky dokážeme vypálit, i s dmýcháním historickým měchem.....viz obrázky.....a tak nyní začínáme přemýšlet nad dalším, jak odolností a s tím spojenou i životností materiálů, tak i příslušenstvím.....jeho rozměry pro přepravu.....atd.......díky moc za podporu a nápady .....pokračujeme.....

Petr Toms
20. 04. 2016 18:05:49

V podstatě řešíme dva souběžné problémy. Zaprvé je to hromadící se popel ve spodní partii pece zejména okolo vzduchovacích otvorů dyzen. Zadruhé odtavování mufle, vyzdívky pece, ale hlavně dyzen.

Kvůli hromadění popelové taveniny musíme každý den rozebrat pec, abychom jí mohli vyčistit. Tuto potíž by patrně zmírnilo zavedení nístěje. Pokud by se vnitřek pece prohloubil pod úroveň vzduchovacích otvorů, přebytečný popel by pravděpodobně do tohoto prostoru odtekl a nehromadil by se okolo dyzen.

O oddělených podporách mufle jsem uvažoval už v článku v odstavci o chystaných konstrukčních změnách. Použití rozrážecího kamene tak jak jej navrhuješ ty, je popsáno v té staré japonské příručce o raku. K využití současného konstrukčního řešení dyzny mě vedla možnost přesného směrování proudu vzduchu do konkrétního místa v peci. Možná je to ale skutečně chyba. Kdybychom použili obyčejný rozrážecí kámen, proud vzduchu by nebyl tak agresivní, více by se rozptýlil (především směrem vzhůru) a třeba by ani tolik nedocházelo k lokálnímu přehřívání a otavování šamotu.

Co se týká materiálu, nejdříve bych rád využil různá konstrukční opatření tak, abychom si vystačili s konvenčními šamoty. Vždyť v historii nepoužívali nic jiného a fungovalo to. Když bychom to nezvládali klasicky, vysokohlinitý žárobeton by určitě pomohl. Asi bych taky doma vyhrabal cihly s 60% Al2O3. Ve vyzdívkách ocelářských pecí se snad používá chromit nebo chrommagnezit, ale ten nemám.

Pravoslav Dorda
21. 04. 2016 19:31:17

Zdravím,uvažuješ myslím správně co se týče těch rozrážecích kamenů,navíc ten kámen může mít různý tvar,dal by se lehce vyměnit a hlavně zhotovit.Co se týče popela,tak co zvednout vstupní otvory výše a to tak vysoko aby to stačilo na nějakou delší dobu než se to zaplní popelem. Nebo pod prvním drátem co je na tom soklu bych jednu tu cihlu dělil tak aby šla vyndat a vhodným nástrojem popel vyškrábnul ven. A myslím si, jak píšeš,že klesne teplota na obvodu. Pouvažoval bych taky o ekonomičtější teplotě,nejsem si jistý,zda je nutné hnát to tak vysoko.
Zdravím PD

Petr Toms
21. 04. 2016 22:01:09

Jo, jo, první zkusíme tu zahloubenou nístěj, neboli posunutí vzduchovacích otvorů nad úroveň dna. Zdá se mi to elegantnější a pracuje to samo. Cca 8 cm by mohlo stačit. Co se týká ekonomiky provozu, tak na průměrný 12-ti minutový výpal jedné misky na 1250°C spálíme dvě lopaty uhlí. Dalo by se pálit i níž, ale trochu déle. Čistý bazalt z Řípu na 1200°C v oxidaci už bezpečně teče. V mírné redukci která je v mufli, to bude trochu dříve. Jinak příjemná diskuze. Více takových. ;-)

Jiří Svačina
22. 04. 2016 09:43:13

Jen k té teplotě a složení glazury.....je stále k nahlédnutí množství testů.....a je pochopitelně více možností.....Ale já přes reprezentativní výběr /za sebe/ za ty nejzajímavější považuji naše - české - čisté přírodní materiály. A jako obvykle, vliv má použitá hlína, přežah, tak i jak je naglazováno, vrstva glazury ....a u tohoto druhu výpalu i zručnost - rychlost manipulace při výměnách misek - obsluze pecí...ta však má při nezbytném přesném umístění misky do sagaru, v žáru, jistý limit, - spolehlivě a rychleji.....lze trénovat.... ale o moc zrychlit nepůjde.....a tak jen subjektivní pocit, u některých se domnívám, že ty naše bazalty snad ani nepotřebují " změkčit, ale spíš drobet přitvrdit "....

Tomáš Macek
22. 04. 2016 15:50:00

Ještě jsem to důkladně neprohlídl, ale řekl bych že přídavky taviv působily na zajímavost povrchu. Cesta jistě bude i v možnosti zamíchat nějaké materiály do hlíny, nebo rovnou bazalt?. Každopádně čistý např říp je použitelný na 1200°C / 15 min výdrž. Struktura povrchu ( písčité a ořezané ), rozdílnost vrstev glazur atp. spíše tušíme než víme.
A výměna jde rychle v 4 lidech, to jsem v pátek odpozoroval pokles teploty opravdu pouze o cca 100°C
Ještě je hodně co chystat a učit se. Ekonomicky se nyní jeví horší amortizace pece, než spotřeba paliva.

… všechny příspěvky
ARTkeramika Tomáš Macek Eshop
Artkeramika internetový obchod