钢渣由于矿物组成中C3S少,RO相含量多,其胶凝活性弱,同时又存在安定性不良的问题,使得钢渣在建材行业难以大量应用。本课题组提出了钢渣重构方法,即在钢渣出炉过程中,添加调节组分,利用高温使调节组分与熔态钢渣发生化学反应,改变钢渣的组成及结构,从源头上将钢渣变为一种胶凝活性高的混凝土掺合料。本论文从基础理论出发,分析认为掺加调节组分重构提高钢渣胶凝活性有两种措施:一是使RO相转变为C4AF,二是使铁还原为金属铁分离出来,两种方法同时都还需提高C3S的含量,论文对上述两种不同的钢渣重构方法进行了研究,旨在寻找一种具有普适性的调节组分及重构方法。论文分别采用XRD、SEM-BEI、岩相分析研究了重构钢渣的矿物组成,采用活性指数、SEM、TG-DTA研究了重构钢渣的胶凝活性,分析了重构过程发生的反应及规律,探讨了重构钢渣组成对性能的影响。论文首先以工业废渣及天然矿物为可选调节组分,参照水泥熟料化学成分,通过理论配料计算直接确定钢渣重构适宜的调节组分材料和掺量,模拟熟料煅烧制度进行重构,结果表明,RO相被分解,随CaO含量增多,分解越完全,生成C2F、C4AF,MgO主要以游离态方镁石存在;调节组分石灰掺量对重构效果影响很大;可获得生成较多C3S矿物、胶凝活性高的重构钢渣,活性指数可达95%。进而,采用石灰作为单一调节组分,逐渐增加其掺量,研究重构过程反应机理。研究结果表明:(1)重构过程中首先发生反应CaO + SiO2→C2S,接着在CaO作用下RO相分解,发生反应CaO + RO→CF+ MgO,分离出的Fe2O3只有被CaO完全饱和,即生成C2F、C2(A,F)或C4AF后,才进行C2S + CaO→C3S的反应。(2)重构钢渣的主要矿物有CF、C2F、C2(A,F)、C4AF、C2S、C3S、MgO。随石灰量增多,铁分别以CF和Fe3O4,C2F和C2(A,F),C2F和C4AF形式存在,MgO主要以游离态方镁石存在,少部分以固溶态形式存在于硅酸盐矿物和液相中,Al2O3生成C2(A,F)或C4AF。碱度高时,矿物生长发育良好,形成六方板状、长柱状的C3S自形晶和圆粒状的C2S自形晶,液相量多,以铁酸钙为主;碱度低时RO未分解完全,液相量少,形成形貌不规则的C2S。(3)石灰重构反应是造渣过程的“后续反应”,重构过程是在一个相对稳定的环境下进行的“二次造渣”反应。然后,根据钢渣在石灰作用下发生的重构反应和矿物组成变化,提出表征钢渣活性的钢渣石灰饱和系数计算公式KHs= [CaO-1.1Al2O3-0.7Fe2O3]/[2.8SiO2],设定KHs为0.9,对柳钢、宝钢、武钢三种钢渣进行石灰重构,并提出了重构钢渣矿物组成的石灰饱和系数计算法,探讨了重构钢渣组成-结构-性能的关系,结果表明:(1)三种钢渣重构矿物组成中液相主要是C2F、C2(A,F),MgO均以游离态存在,硅酸盐矿物均含有C2S,C3S,其中武钢重构钢渣C3S含量较多,胶凝活性最好,活性指数达85%。(2)单独以KHs为参数来考虑重构钢渣的石灰用量和重构效果是不够的,今后还需进一步完善石灰重构钢渣的控制参数,如以KHs值和硅率SM值共同控制。论文还对还原铁法重构钢渣进行了研究。作者对实验室现有的高温炉进行改造,安装氮气保护装置,采用直接还原法和熔融还原法进行钢渣重构,结果表明:(1)直接还原法重构钢渣能够将钢渣RO相和液相中Fe2O3还原成金属铁,但由于未发生熔融无法进行渣铁分离,还原得到的金属铁以尺寸为20μm-200μm的颗粒残留在钢渣中,均匀分布在硅酸盐矿物和液相之间;还原钢渣易磨性较差,但胶凝活性有明显提高。(2)熔融还原法重构钢渣的铁还原率接近100%,且易实现金属铁的分离;将熔融炉渣分别采取随炉冷却、铜瓦冷却、水淬冷却等三种处理方式,随炉冷却和铜瓦冷却所得炉渣主要是晶体,矿物组成主要为钙铝黄长石、镁长石、硅酸二钙,与硬矿渣相似,不具有胶凝活性;水淬冷却渣玻璃体含量较多,与矿渣组成结构相近,水淬还原渣具有较高的胶凝活性,活性指数可达85%以上。熔融还原法可使钢渣得到完全利用并创造出高的经济附加值,是一种极具推广意义的钢渣处理新技术。