Металлический каркас в конструкции печей, скрепляя кладку, увеличивает прочность стен, воспринимает на себя усилия, возникающие в кладке при нагреве, и уси­лия распора свода. Кроме этого, каркас служит основой, на которой крепятся рамы рабочих окон, заслонки, за­грузочные и другие устройства металлургических печей.

Каркасы монтируются на фундаменте печи. Обычно каркас состоит из вертикальных стоек, горизонтальных связей и балок. Стойки каркаса делают из одного, двух или трех швеллеров, двухтавровых балок или балок других профилей и располагают их по бокам и торцам печи. В печах небольших размеров функции каркаса иногда выполняют металлические кожуха, в которые они заключены.

Устройство подвижного каркаса печиКаркасы могут быть трех типов — подвижные, жест­кие и комбинированные. У подвижных (рис. 96) карка­сов стойки противоположных сторон попарно связыва­ются при помощи стальных болтов связей круглого се­чения. Накладка (рис. 97), соединяющая швеллера стойки, служит опорой для шайбы болтового соединения связи. При разогреве печи эти болтовые соединения постепенно отпускают, что дает возможность кладке свободно расширяться. При охлаждении печи натяжение связей восстанавливают. Применение пружин или дере­вянных прокладок, помещенных под шайбы, позволяет отпускать болтовые соединения незначительно, и при охлаждении печи они остаются достаточно натянутыми. Снизу, на уровне фундамента, стойки подвижного кар­каса также стягиваются связями. Так как эти связи, если они пропущены через кладку, могут нагреваться, а при длительном нагреве сталь меняет свою структуру и становится хрупкой, следует предусматривать воздуш­ное охлаждение связей.

Применение подвижного каркаса позволяет для не­больших печей не делать температурных швов в кладке, однако необходимость регулирования натяжения связей сильно усложняет обслуживание печей. Поэтому в на­стоящее время применяют в основном жесткие (рис. 98, а) каркасы и редко комбинированные (подвижная связь только вверху) (рис. 98, б). При жестком каркасе в кладке должны быть температурные швы для компен­сации температурного расширения. Стойки каркаса в этом случае соединяются неподвижно поперечными балками, нижние концы стоек заделываются в кладку фундамента или в специальные башмаки.

Основой для расчета элементов каркаса в печах с арочным сводом служит сила распора свода, восприни­маемая подпятовой балкой и передаваемая каркасу.

Масса части свода между двумя стойками вдоль пе­чи (кг):
формулагде α — угол свода, град.;
r — внутренний радиус свода, см;
b — толщина свода, см;
ρ — плотность материала свода, г/см3;
a — расстояние между двумя горизонтальными свя­зями вдоль печи, см.

Подпятовая балка рассчитывается на изгиб как рав­номерно нагруженная на двух опорах по концам. Изги­бающий момент в этом случае Мmax=Htа/8, а необхо­димый момент сопротивления балки Wб=Mизгизг, где σизг — допустимое напряжение на изгиб (обычно прини­мают σизг=98 МПа).

Размер сортового материала подбирается по спра­вочнику для рассчитанного момента сопротивления Wб.

Стойки каркаса рассчитываются на изгиб силой, приложенной в центре пятовой балки на расстоянии h1 от верхней связи. Необходимый момент сопротивления для вертикальной стойки в этом случае будет: Wс = Нth1(h — h1)/hσизг, где h — вертикальное расстояние между центрами ниж­него и верхнего крепления стойки, см.

Поперечные связи рассчитываются на растяжение. Сечение верхней связи определяется как: Fв.с. = Ht (h — h1)/hσр, где σр — допустимое напряжение на растяжение. Учи­тывая возможный нагрев, принимается σр = 83 МПа.

Если каркас имеет нижнюю связь, ее сечение может быть определено как: Fн.с = Нth1/hσр.

К продольным швеллерам каркаса или к чугунным плитам, прижимаемым к кладке печи вертикальными стойками, крепятся рамы рабочих и смотровых окон. Окна закрываются заслонками или дверцами, которые также крепятся на каркасе. Заслонки должны плотно закрывать окна, быть по возможности теплонепроницае­мыми и обладать достаточной стойкостью к воздействию высоких температур. Обычно заслонка (рис. 99) состоит из чугунного корпуса, внутрь которого закладывается огнеупорный кирпич или огнеупорная масса. Заслонки для печей с рабочей температурой до 1000° С можно делать из трепельного кирпича. При применении огне­упорного кирпича кладку делают в четверть кирпича с наружным изоляционным слоем. Для больших окон (например, в нагревательных печах) и в высокотемпера­турных печах заслонки и рамы окон делаются с водя­ным охлаждением.

Заслонка с цепным механизмом для подъемаЗаслонки подвешиваются на стальных тросах или цепях и поднимаются при помощи блоков и роликов ручной или электрической лебедкой, а на крупных пе­чах — электрическими или пневматическими приводами. При открывании и закрывании заслонка скользит по на­правляющим рамы окна, укрепленной на каркасе печи. Для уменьшения усилий при подъеме заслонку уравно­вешивают противовесом. Дверцы на петлях применяют­ся лишь на небольших печах.