CaO-SiO₂-Al₂O₃-Na₂O四元体系是冶金领域中非常重要的一个基础渣系,常用于精炼渣和连铸保护渣中,精炼渣和连铸保护渣对于高温冶金提炼过程中的重要一环,其结构对于一些有价元素的提取,分离以及钢水的保护有着极为重要的影响。因此,研究随着碱度、Na₂O、Al₂O₃等成分变化对其微观结构的影响是极为必要的。本文以Materials Studio 8.0软件为计算平台,采用分子动力学模拟方法先对二元体系SiO₂-Al₂O₃和三元体系CaO-SiO₂-Al₂O₃、Na₂O-SiO₂-Al₂O₃进行模拟;然后在二元和三元模拟的认识基础上对CaO-SiO₂-Al₂O₃-Na₂O四元体系展开分子动力学模拟研究,通过对体系结构中的氧分布、四面体微结构以及网络结构聚合度等结构信息的变化研究,考察了Na₂O、Al₂O₃和碱度对体系结构和性质的影响规律,讨论建立黏度和微观结构信息之间的关系。研究主要结论如下:1.在常压条件下,SiO₂-Al₂O₃二元熔融体系中的Si都是以Si-O四面体的稳定结构存在于体系中,Si-O的平均键长在1.61¹.62?之间;Al在SiO₂-Al₂O₃熔融体系中主要以网络形成子的角色存在,即主要是形成Al-O四面体结构,但其结构的稳定性不如Si-O四面体,并且随着Al₂O₃含量的增加,Al-O的平均键长有一个缓慢增大的趋势;Al₂O₃含量增加到一定量时会生成五配位的铝,甚至还有可能生成六配位铝;铝回避原则并不是存在于所有的硅酸盐体系中,而是只有在体系中Si有足够多且足以将Al-O四面体分隔开使Al-O四面体相互之间不会发生连接的情况下才存在的。2.当固定Al/Si比,往SiO₂-Al₂O₃体系中分别加入CaO和Na₂O,研究发现Ca（Na）/Al比的增加和Al/Si比的降低都有利于提高体系中[AlO4]四面体结构的稳定性。（1）在CaO-SiO₂-Al₂O₃和Na₂O-SiO₂-Al₂O₃体系中,当Ca/Al等于1/2和Na/Al等于1/1时,体系中的桥氧含量和四面体微结构Qn含量都达到了最大值,表明体系网络结构的聚合度达到了最大。（2）在Ca/Al小于1/2和Na/Al小于1/1时,体系中的Ca²⁺和Na⁺都为Al3+替换Si4+提供电荷补偿,使部分作为网络中间子的Al3+转换成网络形成子,而增加体系结构聚合度;而当Ca²⁺和Na⁺过剩时,它们作为网络修饰子对体系结构进行解聚。3.在CaO-SiO₂-Al₂O₃-Na₂O体系中,发现Na⁺优先于Ca²⁺对体系进行修饰和电荷补偿,并且Na⁺离子的电荷补偿能力要大于Ca²⁺,随着Na₂O含量的增加,Si-O-Si将优先于Si-O-Al被Na⁺破坏形成Si-O-Na;Na₂O含量和碱度的增加,都可以使体系中桥氧含量和黏度减小。通过线性拟合建立了1873 K下CaO-SiO₂-Al₂O₃-Na₂O体系中NBO/T和黏度之间的函数关系,并且发现Al₂O₃浓度高的CaO-SiO₂-Al₂O₃-Na₂O体系倾向于形成更加复杂的网络结构。