一、煅烧条件对窑料低熔物质含量的影响
一些水泥回转窑频繁出现“结蛋”、“飞砂”、“雪人”、结圈等故障，不仅干扰窑的运行，也影响耐火材料的寿命。为此，需要了解这些故障出现的机理，破坏这些故障的形成条件，维护正常的生产秩序，以实现高产、优质、低消耗和长期安全运转的目标。
1煅烧气氛对低熔氧化物液相的影响
水泥回转窑出现结皮、“结蛋”、“飞砂”、“雪人”、结圈等故障，不仅和原料成分、生料配比及燃料质量有关，也和窑的操作条件有关。其中，包括燃烧情况和还原气氛的强弱。在还原气氛下，将发生下述反应。
根据CaO-FeO相图，CaO和FeO将形成有限固溶体。由此，当还原气氛不重、窑料的FeO含量较低时，FeO将取代CaO，进入熟料矿物f-CaO、C2S、C3S、C3A和剩余C4AF的晶格。根据式(14-4)和式)14-5)，还原气氛下部分Fe2O3将转化成为FeO，致使C4AF含量减少C4A含量增多，同时放出CaO。因此，还原气氛会增加CaO和FeO的含量，消耗更多的C2S，形成更多C3S，从而增加烧成负荷。
随着FeO含量的增加，f-CaO等含CaO矿物中固溶的FeO增多。对比CaO-Fe2O3-SiO2和CaO-FeO-SiO2相图(图14-11)可知，这一变化将可能引起水泥熟料中C3S的分解，并降低熟料液相温度。
由图14-11(a)可知，氧化性气氛下，Fe的存在形式为C2F，熟料矿物位于C3S、C2S和C2F组成的三角形内。由CaO-FeO-SiO2相图可知，该三角形对应的不变点为1402℃。
强还原性气氛下，Fe2O3将完全转化成为FeO。由图14-11(b)可知，Fe的存在形式为含FeO的CaOss或FeOss(郁氏体)。图14-11(b)中，C3S –C2S-CaOss三角形的面积几乎缩小为零。因此，随CaOss中固溶的FeO增多，C3S将变得不稳定。不稳定的C3S将分解为C2S和CaO，使熟料中f-CaO的含量增多，并将CaOss中固溶的FeO稀释。如果f-CaOss中的FeO的含量降低到了可以和C3S平衡浓度，C3S就不再分解。
弱还原性气氛下，Fe2O3只部分转化成为FeO。根据CaO-FeO-Fe2O3相图，CaO和C2F的始熔温度可降低至1150℃以下，较CaO-Fe2O3-SiO2的不变点降低了50℃以上。
由此可见，还原气氛的不利影响在于：致使烧成变得困难，并产生低熔点的液相。此外，还原气氛还会增加窑料中硫碱的挥发，促进结皮、“结蛋”、“飞砂”、“雪人”和结圈等故障。
2煅烧气氛对碱硫挥发的影响
水泥烧成中，生料带人钾，燃料带入硫。因此，高温下窑内将发生以下各化学反应。
由式(14-6)可知，还原气氛下，氧气分压将会降低；氧气分压降低，将致使SO3分解，气相中SO3分压降低。由式(14-7)和式(14-8)可知，若气相中SO3分压降低，硫酸盐矿物分解，放出SO3气体，以维持化学平衡。从而，还原气氛将促进硫碱挥发。图14-12显示了式(14-7)和式(14 8)中AO3平衡分压与温度的关系[式(14 6)～式(14-8)中“g”、“s”、“l”代表气态、固态、液态]。
注意，图14-12的纵坐标是对数坐标。由图14-12可知，随温度增高，CaSO4、K2SO4的SO3平衡分压增高，即硫酸盐矿物容易分解；随温度降低，CaSO4、K2SO4的SO3平衡分压降低，即气相中的硫、碱组分可以凝聚成为硫酸盐。因此，在还原气氛下，硫碱易于在烧成带挥发，又能在分解带凝聚，不断循环富集，增加了发生结皮、 “结蛋”、 “飞砂”、“雪人”和结圈的可能性。
3挥发性组分的循环富集
新型干法水泥生产线中，入窑生料的碳酸钙的分解率设定在90％左右．即窑尾特意
留存一部分CaCO3作为冷却剂。每当窑尾系统的风煤料的比值变化，只影响碳酸钙的分解率，但不影响窑尾温度。这样，可在一定程度上避免在窑尾发生结皮，却使回转窑的烧成受到干扰。
如果入窑料碳酸钙分解率低，窑内分解带就长。随硫碱的循环富集．窑内物料中就含有大量的挥发性组分。如果入窑料碳酸钙分解率突然增高．窑内的分解带长度就会快速地变短，窑内很够存留的挥发性组分总量就会相应减少。这样，原来分解带中的物料在烧成带挥发出的大量硫碱只能集中凝聚在很短的分解带内，就容易“结蛋”或形成硫碱圈。
为避免结皮、“结蛋”、“飞砂”、“雪人”、结圈等故障，很多企业采用改善煅烧、稳定热工制度和薄料快转的操作方法都取得了一定效果。因为改善燃烧可以减少还原气氛，降低FeO等低熔点物质的含量，减缓硫碱的挥发。稳定热工制度有利于避免窑内各带位置的变动，防止硫碱的集中挥发。薄料快转则减少了窑内留存的总物料量．因而降低了因硫碱大量挥发而导致故障的可能性。以上这些都是取得成效的原因。
二、结“大蛋”
如果仅有CaO、SiO2、A12O3、Fe2O3四种物质，水泥窑料出现液相的温度为1338℃。如原料还含有MgO，水泥熟料出现液相的温度降至1300℃。如原料含有MgO和Na2O，出现液相的温发就降至1280℃。由此可见，窑料出现液相的温度和一定温度下的液相最都会受到微量组分的影响。
如前所述，新型干法水泥窑中．碱、硫、氯等挥发性组分富集程度较火，也可能因燃烧不完全产生FeO。这些，都会引起液相温度和液相量的变化，引起窑尾结皮、窑内结长厚窑皮、结“大蛋”、“飞砂”、粘散料等故障．从而影响耐火材料的寿命。
“大蛋”指窑内形成的大粒窑料．有的“大蛋’’：直径达2m以上，出窑后可以砸坏篦冷机，引起停窑。“大蛋”分“熟料大蛋”和“生料大蛋”。前者的核心部分是熟料，在烧成带形成；后者的核心是生料，在分解带形成。
对于“熟料大蛋”．主要依靠调整烧成带液相解决。比如，提高熟料的硅酸率和铝率，减少熟料液相，提高液相黏度等。
对于“生料大蛋”，主要是减少回转窑内挥发性组分及其循环富集，特别要防止挥发性组分集中凝聚在分解带。比如，提高生料的易烧性、改善燃烧条件可以减少碱、硫的挥发。稳定热工制度，可以相对固定窑内各带长度，防止挥发性组分的突然挥发。将回灰分散入窑，也有助于防止有害组分的富集。提高入窑物料碳酸钙分解率，或采用薄料快转的方法可以减少窑内富集的碱硫，从而减少有害物质凝聚而导致结皮或结“大蛋”的可能性。
如果“大蛋”已经出现，就要迅速破坏前圈(如果有的话)，将其放出窑外。如果“大蛋”直径太大，出窑后将损坏篦冷机中的设备，只好停窑将其击碎之后，再恢复正常生产。
三、“飞砂"
“飞砂”是窑熟料中含有的<1mm的细粒。因受二次风携带，这些细粒可以重新飞人窑内而得名。
如果水泥熟料的率值没有问题，“飞砂”的成因就在于窑料成分的分离。例如，窑料含K2O、FeO较高时，液相提前出现，但低温液相又不足以将全部固态物质胶结成粒。这样，窑料就分离成为富含熔剂物质的球料和富含固相物质的粉料两部分。如果在烧成带，球料不能牢固地粘接粉料，出窑料就会产生大量“飞砂”。这一点可以通过进窑分段取样，筛分后经过化学分析得知。
粘散料也是一种“飞砂”料。粘散料指在烧成带发黏，在冷却带发散而产生大量“飞砂”的物料。某些“飞砂”料含有大量KC23S12高温下，大量KC23S12熔解致使熟料发黏；冷却时，KC23S12结晶，因液相减少而产生“飞砂”。这一点可以从水泥熟料中含有大量的KC23S12枝晶得知。
“飞砂”料对窑皮具有很大剥蚀力。粘散料在窑内成片塌落，可以撕落下大面积的窑皮。因此，“飞砂”料极大影响耐火材料的寿命。防止“飞砂”料的主要办法是改善不完全燃烧，降低生料的K20含量，设法减少有害组分的挥发和循环富集。比如，通过提高生料的细度，减小KH或SM，降低烧成温度和碱的挥发，或实施旁路放风将挥发性组分排出窑外。
四、“雪人"
“雪人”指一部分出窑熟料堆积、粘接在回转窑卸料口下方的篦冷机前壁上．像小孩冬天堆砌的“雪人”而得名。“雪人”越堆越高，捅掉后又长，严重干扰回转窑的运行。
形成“雪人”的成因在于低熔点物质较多，使出窑熟料含有过多液相。解决堆“雪人”的办法：一是降低出窑熟料中低熔点物质的含量；二是延长窑内冷却带长度，或降低出窑熟料温度。例如，有的厂家通过改善不完全燃烧，降低熟料中FeO的含量，缓解了堆“雪人”。有的厂家在冷却机的前墙安装水套，冷却熟料，也解决了堆“雪人”的问题。
五、结圈
水泥回转窑的结圈分为硫碱圈、前结圈和后结圈三种。其中，最难处理的是后结圈。
1硫碱圈
硫碱圈是结在分解带的圈，圈内不仅含有大量的挥发性组分，而且含有2C2S·CaSO4、2C2S·CaCO3等特征矿物。
硫碱圈的形成机理为大量存在的挥发性组分起粘接剂的作用。当C2S被稳定，或被转化成为2C2S·CaSO4、2C2S·CaCO3后，就不会发生β-C2S-γ-C2S的转变，也就没有转变伴随的粉化，硫碱圈也就能够存在。所以，防治硫碱圈的方法是：
①控制原燃料的硫碱含量；
②减缓硫碱在窑内的富集；
③采用热烧法破坏硫碱圈。
2前结圈
前结圈是结在冷却带的圈。窑内物料由烧成带进入冷却带时，一部分表面来不及完全凝固的熟料粘连在窑皮上而形成．若不及时处理·就会越堆越高以致发展成为前结圈。
山西焦煤集团张高飞总结了处理前结圈的经验如下。
①当前结圈位距下料口较远时．大多是由于喷煤管长时间前置结的圈，处理时只要拉出喷煤管，适当提高窑前部温就可以烧掉前结圈。
②当前结圈位距下料口较近时．大多是由于喷煤管长时间后置结的圈，处理时将喷煤管拉出，同时适当增加内流风和二次风量，并提高二次风温，这样可以提高煅烧温度，使烧成带前移，前结圈温度增加。当前结圈温度增高后，其液相黏度变得低于窑料时，经过2～3h后前结圈就会逐渐被窑料磨去。
③如果采用前一方法烧不掉前结圈．可适当减少喂料、喂煤和二次风量，当尾温偏低时将喷煤管拉到最外侧，并将喷嘴对准固体烧。待窑尾预烧较差的物料进入烧成带后，即可缩短火焰将前结圈强行烧垮。
④处理前结圈时，要窑勤观察、勤处理，注意来料变化，根据煅烧情况，及时增减用煤量和调整火焰形状，以防止损伤窑皮、跑生料或烧坏耐火材料或机电设备。
3后结圈
后结圈是结在烧成带和过渡带交界处的圈。后结圈和窑内低熔点物质有密切的关系。和煤灰也有密切的关系。所以，后结圈也叫煤粉圈。如图14-13所示是后结圈的示意。
由图14-13可知，过渡带物料进入烧成带时，受到窑皮的阻挡。一部分物料在窑皮前部停留一定时间后才进入窑皮带。由于窑料温度升高，或含有一定低熔点物质，这部分物料就可能黏附在窑皮的前部，形成圈根。后结圈形成后，其凸起部分能妨碍窑内气体的流动，粘连窑气中的煤粉，形成煤粉圈。如果后结圈的强度较低．后结圈长高后，其隔热作用增强，后结圈附近的窑体温度降低，窑体收缩对衬体产生压力，后结圈可能被压力破坏。如果后结圈含有大量未稳定的C2S，其温度降低至适宜数值后，也会发生β-C2S-γ-C2S的转变而粉化和垮落。但是，如果因种种原因后结圈没有被破坏．就会发展成为难以处理的故障。
后结圈和煤，特别是煤的灰分和灰分的熔点有关。根据张彦伟的研究，使用灰分流动温度为1388℃的登封2号煤时，水泥窑就频频发生后结圈。如果改用流动温度大于1500℃的晋城煤，就可以避免发生后结圈。这两种燃料灰分的熔点见表14-1。
如果后结圈没有自行破坏，就会越长越高，发展到一定程度就需要进行人工处理。处理后结圈，常用热烧冷闪法。据张高飞的经验，烧远圈时以冷为主，烧近圈时以热为主。
①当窑内的窑皮长而厚或有轻度圈根时，将喷煤管向外拉出，使烧成带位置前移．降低固体的温度，改变煤灰沉落位置，使厚长的窑皮逐渐垮落。同时调整风煤配合，加速煤粉燃烧，使高温带两端低温部分不拖长，防止圈根继续成长。
②当窑内厚长窑皮处理不当或处理不及时会导致窑皮周期性增长快，使厚窑皮发展成后结圈时，首先要确定圈的位置和厚度及圈后积料情况，然后减少喂料量，提高火焰温度，加强预烧，逐渐加快窑速，保持窑的快转，卸出圈后部分积料。待圈后积料减少后，将喷煤管伸人窑内，使火焰高温区移向圈体处，此时排风不宜过大，以免火焰温度降低。烧4～5h后，再将喷煤管拉出烧，这样反复处理，使圈体受温度变化而垮落。在处理后结圈时，要适当改变原料成分，减少物料中的液相量，适当改变煤的质量，采用高挥发分和低灰分的煤，以保证煤粉完全燃烧，以防止结圈的发展。
总体来讲，烧后结圈是一件具有相当难度的工作。有时圈体很牢固，烧圈时间过长就会烧坏窑皮及衬料，或在过渡带结长厚窑皮进而在圈体后产生第二道圈。所以，处理时一定要小心，一定要在保护窑皮的前提下进行，前后兼顾，精心操作，勿使火焰过分集中，避免将窑皮及衬料烧坏，造成更大的损失。
4使用耐火材料减缓结圈
为减缓结圈，除采用控制原燃料充分、提高生料易烧性、改善燃烧、采用薄料快转操作和稳定热工制度等措施外，还可以使用耐火材料。
试验证明：硫碱圈可以采用含SiC的砖或含ZrO2的砖加以缓解；后结圈可以采用方镁石镁铝尖晶石砖缓解，某些窑也许还可以用硅莫砖缓解。这主要是通过选择耐火材料降低了耐火材料和窑料的粘接强度，使黏附上去的窑料更容易脱落。但是，水泥熟料和现有的各种水泥窑用耐火材料都同属硅酸盐类物质。因此，采用耐火材料只能减轻，但不能完全避免窑衬和窑料粘连．
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