以TWIP、TRIP钢为代表的高锰高铝钢具有超高的强度和良好的塑韧性,同时又兼顾较低的密度,完美地契合新一代汽车钢对于乘客安全、轻量化以及环保的需求。然而,由于高锰高铝钢中含有大量的还原性合金元素Al和Mn,在使用传统CaO-SiO₂基保护渣连铸时,将不可避免地发生钢渣反应,引起保护渣成分大幅改变、液渣性能快速恶化,严重影响结晶器内铸坯的润滑和传热条件,并由此引发各种连铸顺行和铸坯质量问题。针对高锰高铝钢保护渣在使用过程中存在的问题,开发低反应性CaO-Al₂O₃基保护渣成为当前研究的热点和主流方向,且取得了诸多进展。但是,目前使用的CaO-Al₂O₃基保护渣仍然含有大量的反应性助熔剂（如B₂O₃、Na₂O）以及一定量的SiO₂,该渣系在实际连铸过程中依旧存在大渣圈、析晶过强、润滑不良、铸坯表面裂纹等现象。为了避免低反应性渣系存在的上述问题,研究和开发新型低反应性或非反应性渣系对于高锰高铝钢连铸的顺行和铸坯质量的提高具有重要意义。论文首先从热力学上计算了保护渣中常见组分与钢中Al的反应性,确定保护渣中非反应性组分和反应性组分,提出不含反应性助熔剂的新型低反应性渣系,基于分子离子共存理论建立了该渣系的活度计算模型,分析了组分对保护渣反应性的影响;其次,结合双膜理论和活度计算模型建立了钢渣反应动力学模型,探讨了连铸工艺参数以及钢渣成分对反应的影响规律;随后,考察了不同CaO-Al₂O₃基保护渣吸收Al₂O₃夹杂后性能的稳定性,并采用旋转圆柱法研究了保护渣吸收夹杂的动力学,建立了相应的动力学模型;在上述研究的基础上,进一步提出了非反应性保护渣体系,测试了其基础性能符合连铸要求的成分生成区域,同时建立了非反应性渣系的黏度预测模型;最后,采用红外和拉曼光谱解析了非反应渣系的熔体微观结构特征,初步探讨了微观结构与宏观性能之间的联系。热力学研究表明,在新型CaO-BaO-Al₂O₃-SiO₂-CaF₂-Li₂O六元系低反应性渣中,当Al₂O₃/SiO₂≥3.5或SiO₂≤8wt%时,保护渣的反应性明显减弱,SiO₂=8wt%可作为判定该渣系是否属于低反应性渣的临界值,钢渣接触实验也证实了此临界值的存在;此外,CaF₂使保护渣的反应性增强;Li₂O使保护渣的反应性先增强后减弱。钢渣反应动力学实验显示,反应速率主要受渣中组元SiO₂的影响。建立的钢渣反应动力学模型经验证,具有良好的可靠性。模型预测结果表明:增大液渣层厚度将延长钢渣反应达到平衡的时间,但不影响终渣中Al₂O₃增量;降低拉速和保护渣消耗量,终渣中Al₂O₃增量和反应达到平衡的时间增加;渣中Al₂O₃含量及传质系数不影响钢渣反应速率;SiO₂的传质系数决定钢渣反应速率,降低SiO₂含量不影响钢渣反应速率,但能降低终渣中Al₂O₃的增量。保护渣吸收Al₂O₃夹杂的测试结果表明,非反应性渣系的性能稳定性具有明显的优势;Al₂O₃溶解的限制性环节为夹杂物在产物层内的传质扩散。基于热力学计算和吸收夹杂的研究结果,提出了CaO-BaO-Al₂O₃-CaF₂-Li₂O五元非反应性渣系,确定了其基础性能满足连铸要求的成分生成区域为:（1）CaO:22⁴0wt%,BaO:14³4wt%,Al₂O₃:20³4wt%,F=8wt%,Li₂O=8wt%;（2）CaO:23⁴0wt%,BaO:14³4wt%,Al₂O₃:20²8wt%,F=12wt%,Li₂O=8wt%。此外,修正的NPL模型能很好地预测非反应性渣系的黏度。熔渣微观结构研究显示,非反应性渣系中存在的主要结构单元为[AlO₄]、[AlO₆]和[Al₂OF₆],其中[AlO₄]四面体包含Q_A² _l、Q_A³ _l和Q⁴_Al三种类型。熔体网络结构的组成形式为:[AlO₄]四面体以Q_A² _l、Q_A³ _l和Q⁴_Al的形式相互连接形成空间网络结构,[Al₂OF₆]、[AlO₆]、F^-离子、O^2-离子以及其他的阳离子则以游离态的离子簇形式存在于网络结构之间。组分对熔渣微观结构的影响规律为:BaO替代CaO时,熔体中Q_A³ _l、Q_A⁴ _l含量升高,Q_A² _l含量降低,熔渣聚合度增加,黏度升高,黏流活化能增大;熔体中（CaO+BaO）/Al₂O₃比增加时,Q_A³ _l/Q²_Al（聚合度参数）降低,熔体结构变简单,保护渣黏度下降;F含量增加时,[AlO₄]四面体转化为游离态的[AlO₆]和[Al₂OF₆]结构单元,熔渣结构趋于简单化,保护渣黏度降低。