挂舵臂是远洋货轮吊挂舵结构的关键件，挂舵臂的性能和质量对船舶的运行起着至关重要的作用。挂舵臂铸件尺寸非常大，其凝固过程很难控制，经常由于铸件内部缺陷多，造成巨大的经济浪费。本文采用华铸CAE软件，判断铸造工艺的合理性，辅助完成工艺优化，克服了传统工艺设计方法成本高、生产周期长的缺点，提高设计质量，缩短试制周期，降低生产成本。本文对远洋货轮挂舵臂的铸造工艺进行了温度场的数值模拟，选用了Solidworks三维造型软件对铸件、浇注系统、冒口、以及冒口套等进行三维实体造型，并导出STL格式文件作为接口文件，之后采用华铸CAE软件进行凝固过程数值模拟处理。模拟结果作为改良挂舵臂工艺的依据，针对凝固过程中出现的缺陷，分析其产生原因，制定解决措施：在挂舵臂下部热节处和筒体与侧向伸出部分交接处设置内冷铁来提高凝固速度；在冒口上加设保温冒口套来提高冒口金属液补缩能力，并在明冒口表面撒冒口覆盖剂保证铸件的顺序凝固。通过对凝固过程温度场的数值模拟分析，优化了原始工艺，获得了较满意的模拟结果。本文研究了SiO₂、CaF₂和膨胀石墨对冒口覆盖剂的影响。随着SiO₂含量的增加，保温层形成多孔结构，覆盖剂的导热系数显著降低；CaF₂有较强的助熔作用，随着CaF₂含量的增加，熔化温度逐渐降低；膨胀石墨对覆盖剂的铺展性和保温性能有着明显的作用，其含量越多，铺展性和保温性能越好。优选出一种适合大型铸钢件的冒口覆盖剂（化学成分：SiO₂ 41.5％、Al₂O₃ 12％、CaO8.5％、Fe₂O₃ 7.0％、C 23.5％），其渣液层基体疏松，且Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃含量较高，有利于形成熔渣，其过渡层呈现蜂窝状结构，能够有效地起到保温隔热效果，X射线衍射表明，1200℃优选覆盖剂的主相为SiO₂，次相为蓝晶石。并在实验中验证了其使用效果。实际生产中，中信重机公司以模拟优化后的工艺为基础，结合生产实际并利用优选冒口覆盖剂浇注挂舵臂，经910℃正火+600℃回火热处理后，挂舵臂试棒屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率分别超出技术要求35％、3％、11％、28％以上；通过扫描电镜观察，看出拉伸断口和冲击断口的启裂区和终断区都出现大量的韧窝，说明材料变形量大，塑性好，韧性高。稀土元素的加入细化了挂舵臂铸钢件的晶粒，并使钢中不规则块状夹杂物转变为圆球状，降低了夹杂物的危害。挂舵臂外观无明显铸造缺陷，铸件组织致密，经超声波探伤和磁粉探伤合格，满足外商要求。