结晶器保护渣对连铸工艺具有极其重要的影响,其所拥有的润滑铸坯、控制传热、隔绝空气等功能对连铸过程的顺行起到不可忽视的作用。随着科技的进步,对钢材质量的要求日益提高,保护渣在保证连铸顺行的同时,也可能对铸坯质量产生负面的影响,例如卷渣、凝固钩缺陷。考虑到钢种一定的情况下,钢的成分较为稳定,因此这些缺陷与熔渣界面性质密切相关。CaO-SiO2-Al2O3系连铸保护渣是一种将传统CaO-SiO2系保护渣中部分SiO2用Al2O3替换而形成的高Al2O3含量的新型保护渣。这种渣系与传统CaO-SiO2系保护渣的主要不同为其网络结构中既有[SiO4]四面体又存在[AlO4]四面体。由于Al2O3的表面张力系数比SiO2大,故增加熔渣中Al2O3含量可提高渣系的表面张力,从而抑制保护渣的卷渣,降低凝固钩夹渣缺陷产生的可能性。其次,高Al2O3含量的CaO-SiO2-Al2O3系保护渣具有在熔渣浸水时减少F-进入水中的作用（固F-作用）,可以减少F-对环境的污染,这无疑是有利于提高钢质量的环境友好渣系。论文以极易发生卷渣和凝固钩夹渣缺陷,追求高表面张力、高粘度的超低碳钢连铸保护渣为研究对象,研究Li2O和MgO熔剂对CaO-SiO2-Al2O3渣系中Al2O3=5mol%和Al2O3=13 mol%的两类保护渣界面性质影响规律。这是因为保护渣的组成除了以CaO-SiO2-Al2O3作为基渣,还需要熔剂调控其熔化性、流动性。研究这些熔剂加入对该渣系界面性质的影响是必要的。Li2O与MgO作为连铸保护渣使用熔剂,二者相对于同族的碱金属(Li+相较Na2+、K2+)及碱土金属(Mg2+相较Ca2+、Ba2+),具有离子半径小、静电势大的特点,表现为对熔渣结构的影响与同族元素不同,进而对熔渣界面性质的影响特征也应存在差异,这被称为“Li反常”、“Mg反常”现象。因此,本文开展了Li2O、MgO熔剂对CaO-SiO2-Al2O3渣系连铸保护渣表面张力、接触角界面性质影响的基础研究。研究以CaO-SiO2-Al2O3系,当Al2O3含量为5 mol%,保护渣中开始出现Al-O-结构特征峰,以及当Al2O3含量为13 mol%时,体系中[SiO4]四面体含量显著降低,而Al-O-Al、Al-O-及Al-O-Si等代表[AlO4]四面体结构特征峰大量增加的两组渣系为基础,利用拉筒法和单丝法研究了Li2O与MgO对保护渣表面张力及钢/渣间接触角的影响规律和影响程度,利用红外光谱定量分析了Li2O与MgO含量变化对保护渣中Al2O3的存在形式和相对比例,以此讨论其影响机理。在此基础上针对Al2O3的存在形式,对Butler方程进行了修正,以能更能准确预测保护渣表面张力。在Al2O3=5 mol%开始出现Al-O-结构特征峰的CaO-SiO2-Al2O3系保护渣中,Al2O3的存在形式主要以4配位AlO45-为主。Li2O等摩尔替代Na2O以及MgO摩尔分数的增加,Al2O3的配位数由4配位向6配位转变。Li2O代替Na2O及MgO增加在熔渣中主要起网络破坏体的作用,通过提高离子键分数来增加表面张力。MgO对表面张力的影响大于Li2O等摩尔替代Na2O的影响。在Al2O3=13 mol%,[AlO4]开始稳定存在的CaO-SiO2-Al2O3系保护渣中,Al2O3的存在形式主要以6配位AlO69-为主。随着Li2O等摩尔替代Na2O以及MgO摩尔分数的增加,Al2O3在熔渣中存在的形式从六配位逐渐向四配位转变。Li2O代替Na2O及MgO增加在熔渣中对铝氧四面体电荷补偿作用增强,促进Al2O3熔渣由六配位向四配位转变,过程中释放出O2-,熔渣表面被O2-占据量增加,表面张力增加。用Li2O代替Na2O,与MgO含量增加提高表面张力的能力相当。在Al2O3=13 mol%与Al2O3=5 mol%的两组保护渣中,均存在随着Li2O等摩尔替代Na2O以及MgO的增加,熔渣与固态金属间的接触角增大趋势。高Al2O3含量熔渣的接触角更大,与固态金属之间润湿性降低,出现凝固钩夹渣的可能性也降低。相比较而言,MgO比Li2O增加润湿角的能力更强。通过红外光谱实验结果,针对两组渣中Al2O3不同的存在形式,对Butler方程中Al3+所对应的阴离子半径进行修正。与拉筒法实验相比较后可知,修正后的Butler方程比原方程和Mills方程更能准确预测保护渣表面张力,是更为可靠的预测模型。