沉没辊筒铸件是钢板热浸镀铝铝锅中使用的重要消耗部件。沉没辊装置作为热浸镀铝工艺中的关键功能部件，需要在高温铝液中连续运行，其抗铝液腐蚀的性能及力学性能会影响到辊筒的使用寿命。目前，该类产品主要依靠进口^[1,2]。

灰铸铁作为一种常见铸铁材料，相比高等级不锈钢，其耐腐蚀性能并不是十分突出。但是由于热处理只能改变基体而不能改变石墨形态^[3,4]，所以在高温金属液的环境下，灰铸铁中较为粗大的石墨组织反而会提供更强的耐腐蚀性能^[5,6]。相比与其他钢铁材料，灰铸铁的力学性能表现出较大的脆性，而且随着含碳量的增加而导致的片状石墨组织的增加，从而增大了材料的脆性。同时随着S与P元素的增加，灰铸铁的热脆性与冷脆性分别增加^[7]。在生产过程中，灰铸铁容易出现铸件缩孔、缩松、气孔等铸造缺陷^[8]。为了在满足耐腐蚀的前提下达到强度要求，可以选用S、P元素更低的合成灰铸铁来代替传统灰铸铁，合成灰铸铁用废钢做原料，避免了一些不良的遗传性。

在满足力学性能的前提下达到抗腐蚀的目的，除了对材料组织成分的调节之外，还能从铸件的生产工艺上进行优化以提高部件性能。为了设计出适合工厂生产需求的沉没辊筒铸件的铸造工艺，需要运用计算机模拟的技术来实现对铸造生产过程中可能出现的问题进行预测与改进。

对研究者来说，相比与计算机模拟技术，传统的合成灰铁铸件要实现成熟的生产工艺必须付诸大量的试验和生产实践，这一过程产生极大的浪费。尤其对于沉没辊筒，其铸件的尺寸可以达到2米，重量可以达到两吨，这类大型铸件并不容易通过简单的计算得出最佳的铸造参数，也不适合运用大量实验与生产时间来优化工艺，而利用准确的合成灰铸铁凝固过程数值模拟可以在不浪费材料，不产生污染的前提下有效地了解凝固过程，精确地预测铸造缺陷，并帮助生产者更方便地确定铸造生产工艺^[10]。

对工厂来说，设计出适合工厂生产需求的沉没辊筒铸件的铸造工艺，可以为沉没辊筒铸件的节能、环保、安全、低成本提供重要的技术支撑。因此，研究通过对铸件的凝固过程的模拟进行分析，从而优化生产工艺，达到采用合成灰铸铁生产沉没辊筒铸件来代替进口部件具有重要意义^[9]。

凝固模拟分为前处理，求解，后处理，可以用有限元法借助软件的帮助来确定生产工艺^[11]。例如Reddy G S, Saurabh K, Krishna D M^[12]等人利用ANSYS软件对真空定向凝固(DS)高压涡轮叶片铸件进行了数值模拟。基本模拟思路为对铸件进行建模，导入计算软件，设定参数求解，然后对得出的结果与过程进行分析优化，经过多次模拟达到优化工艺的目的^[13]。

现如今的凝固模拟软件种类很多，例如ProCAST，ANSYS，intelCast,华铸CAE，Magma等^[14]。本次拟用Pro/E软件对铸件进行建模，利用AnyCasting软件进行计算求解。

AnyCasting软件是韩国AnyCasting公司自主研发的新一代基于Windows操作平台的高级铸造模拟软件系统。是专门针对各种铸造工艺过程开发的仿真系统，可以进行铸造的充型、热传导、凝固过程和应力场的模拟分析。ProCasting软件可以设定的基本参数有浇注方法，浇注温度，砂型选择，浇注系统选择，孕育剂选择等^[15]。目的是对铸造过程中可能出现的缩孔、缩松、气孔等铸造缺陷进行预测并优化工艺以减少缺陷^[16]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1．文献调研，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解沉没辊筒铸件的制备技术，以及提高铸件质量的方法，了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系；