连铸保护渣中通常会添加适当的氟化物（CaF₂）用于调节熔渣的宏观物理化学性能（如黏度、熔点及结晶率等）,以达到润滑铸坯和控制传热的目的。但是在浇注过程中氟化物不仅危害环境及人体健康,还会渗透到冷却水中造成水体污染并腐蚀连铸设备,增加了连铸过程的成本,因此寻找氟化物（CaF₂）的替代物以满足连铸需求便成为连铸保护渣研究和开发的重点。目前广泛研究了CaO-SiO₂-Na2O以及CaO-SiO₂-TiO₂系无氟渣系并在某些钢种上进行了试验,但是CaO-SiO₂-TiO₂系无氟保护渣应用于连铸生产之后粘结大幅度增加,表明该渣系在润滑和传热协调控制方面存在问题。由于物质的微观结构决定物质的宏观性质,因此系统研究CaF₂及TiO₂对硅酸盐体系的微观结构的影响对了解及开发无氟及低氟保护渣非常重要。本文首先通过分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulation-MD）与光谱学（Raman和FT-IR）实验研究了Ca F₂和碱度对CaO-SiO₂-CaF₂熔渣结构的影响,探索Ca F₂对熔渣结构的作用特性。其次分析TiO₂和碱度对硅酸盐结构的影响,考察TiO₂在熔渣微观结构中的作用机制。最后结合模拟计算和实验数据初步建立了组分-结构-性质三者之间的联系。主要研究结果如下:（1）对CaO-SiO₂-CaF₂熔渣结构的研究表明,Si-O、Ca-O、Si-F、Ca-F和O-O平均键长分别为1.61,2.30-2.31,4.20-2.37,2.32-2.33和2.60-2.61?,而平均配位数分别为4.02-4.03、4.60-5.45、0.39-1.66、0.99-4.04和3.87-5.07,与实验值吻合。通过结构分析发现CaF₂在CaO-SiO₂-Ca F₂熔渣结构中主要作为稀释剂充填于网络结构间隙中,少部分则具有降低熔渣聚合度的作用,而CaO的增加简化了网络结构。CaO-SiO₂-Ca F₂熔渣结构红外光谱（FT-IR）和拉曼光谱（Raman）结果表明CaF₂以稀释剂的形式存在于网络结构中,碱度的增加则降低了熔渣网络的聚合度。（2）对CaO-SiO₂-TiO₂熔渣结构的研究表明,Si-O、Ca-O、Ti-O和O-O平均键长分别为1.61,2.30-2.32,1.93-1.94和2.63-2.64?,平均配位数分别为4.02-4.06、5.93-6.33、5.61-5.78和7.68-8.03,这些数据与实验值吻合。TiO₂在CaO-SiO₂-TiO₂熔渣结构中部分充当网络形成子并增强网络结构的连接度,碱度的增加则具有简化网络结构的作用,这与红外光谱（FT-IR）和拉曼光谱（Raman）获得的结果一致。O-Si-O键角分布在109°附近,接近标准四面体网络结构,但是O-Ti-O键角分布较广,这主要和Ti4+具有多配位结构有关。（3）MD模拟计算表明,CaO-SiO₂-TiO₂熔渣黏度随着TiO₂的增加而升高,随着碱度的增加有降低的趋势,这与实验测试结果一致,表明模拟计算可以用来评估熔渣黏度变化规律。研究发现:熔渣微观结构参数与黏度之间具有较好的线性关系度,随着熔渣网络聚合度的增强,熔渣的高温黏度增加。