Li₂O作为一种常见助熔剂,对调节冶金熔渣物理化学性能具有重要作用,特别是近年来,由于Li₂O对连铸保护渣某些性能具有关键性的影响,在部分重要钢种连铸保护渣中得到了广泛应用。在超低碳钢和包晶钢连铸保护渣中加入Li₂O,能够在一定程度上改善保护渣的冶金性能,如黏度、熔点及结晶性能等,并可维持保护渣吸收钢中Al₂O₃夹杂后性能的相对稳定;在高Al、Ti钢连铸过程中,为了降低钢渣反应性,连铸保护渣中SiO₂含量大量减少,保护渣由硅酸盐体系向铝酸盐体系发展,Li₂O可以综合协调控制保护渣熔化性能和凝固特性,以满足连铸工艺要求。Li₂O的上述作用是通过对熔体宏观性能的影响实现的,而熔渣宏观性能与熔体结构密切相关。但到目前为止,铝酸盐熔体和硅酸盐熔体中Li₂O对结构的影响机制及其作用差异还鲜有报道和研究,因此探究Li₂O对CaO-SiO₂-Al₂O₃熔体结构的影响具有重要理论意义和实践价值。论文以CaO-SiO₂-Al₂O₃-Li₂O渣系为研究对象,采用分子动力学模拟方法获得了熔体中各粒子间的偏径向分布函数、配位数、氧及Qⁿ分布和键角分布等结构信息和动力学输运性质,重点比较了Li₂O和碱度对高SiO₂体系和高Al₂O₃体系熔体结构特征的影响及异同。在熔渣结构分析的基础上,初步探讨了熔体结构与实测宏观性能-黏度的关系。同时,采用拉曼光谱分析了典型熔渣中各种结构单元相对含量及其变化规律,并与分子动力学模拟结果进行了比较。Li₂O-SiO₂和Li₂O-Al₂O₃二元系熔体结构分子动力学研究表明:[AlO₄]^5-四面体结构不及[SiO₄]^4-四面体结构稳定,随着Li₂O增加,熔体中原来比较复杂的网络结构解聚,同时网络结构中连接比较紧密的Al-O比例下降,O-O键长有显著的增加。在Li₂O-Al₂O₃熔体中,由于[AlO₄]^5-结构电荷过剩,形成高配位铝(^VAl、^VIAl),即Q⁵结构单元出现,熔渣结构趋于复杂化。在Li₂O-SiO₂-Al₂O₃熔体中,O-Si-O键角分布比O-Al-O键角分布更为集中。当R（Li₂O/Al₂O₃）=0.75时Li⁺扩散活化能最高,E_D=0.58eV,Li⁺的扩散迟缓。随着R增加,Li₂O将破坏Al（Si）-O网络结构中的桥氧,使得复杂网络结构解聚,Li⁺的扩散增强。CaO-SiO₂-Al₂O₃-Li₂O四元系熔体结构研究证明:在高SiO₂渣系中,随着碱度CaO/SiO₂的增加,Si-O的键长几乎保持不变,而Al-O的平均键长增加,[SiO₄]^4-四面体的稳定性高于[AlO₄]^5-四面体。在高Al₂O₃渣系中,Li₂O不仅扮演着解聚熔体微观结构的作用,而且Li⁺要优先于Ca²⁺对[AlO₄]^5-四面体结构进行电荷补偿。拉曼光谱实验显示:Al-O-Al弯曲振动、Si-O-Si弯曲振动,Si-O-Al弯曲振动、Al-O^-对称伸缩振动、Si-O^-对称伸缩振动的拉曼位移分别为:530-587cm^-1、610-645cm^-1、708-737cm^-1、652-780cm^-1、880-1107cm^-1。在高SiO₂渣系中,碱度的增加能够促使Si-O^-伸缩振动中Q³、Q²的含量降低,Q⁰、Q¹的增加,使片层状结构向二聚体和单体岛状转变。Li₂O在低碱度渣系中的解聚效果高于高碱度渣系,与分子动力学模拟结果一致。在高Al₂O₃渣系中,Li₂O的增加促使Al-O-Si结构单元向Al-O-Al结构单元转化,间接说明Li⁺对熔渣中[AlO₄]^5-网络结构较强电荷补偿能力,因此Li⁺对[AlO₄]^5-结构的稳定性有着良好作用。在分子动力学模拟基础上结合Stokes-Einstein和Eying公式计算了熔体黏度,计算结果与实测值比较一致,说明熔体宏观性能和结构紧密相关。同时发现,随着Li₂O含量逐步增加渣系黏度降低,并且粘温曲线愈来愈稳定,证明了Li₂O对稳定高Al₂O₃渣系中的[AlO₄]^5-网络结构起着重要作用。