阶梯式浇注系统应用比较广。当铸件高度超过800mm时，宜采用阶梯式浇注系统，即在铸件不同高度上开设内浇道，分别引入金属液。

应用阶梯式浇注系统时，除多直浇道外，只有满足以下两个条件才能实现合理的分层引注，而分层引注又恰恰是采用阶梯式浇注系统的真正意图。

开设阶梯式浇注系统必须满足以下两个条件：

1）连接各层内浇道的分配直浇道（图3-15中的中间段）呈非充满状态。

2）分配直浇道中金属液面以下的有效静压头应小于两层内浇道之间的距离，即h_有效＜H₀，否则，就会发生自两层内浇道中间流出金属液的“混流”现象。

图3-15 阶梯式浇注系统计算原理图

1—浇口杯 2—主直浇道 3—分配直浇道 4—内浇道 5—型腔 6—出气孔

计算原理及步骤：

（1）计算阻流截面积A_阻 为使分配直浇道呈非充满状态，将阻流截面定置在主直浇道下端的A—A截面。可见，从浇口杯上液面至A—A截面间为封闭式系统，液流呈充满状态，浇注系统的阻流截面即为此状态下的金属液流截面。流经A—A截面的金属液流速v可表示为

若铸件位置低于A—A水平面，则充满期内μ值不变，故有

由此得

若A—A截面低于铸件顶部最高点，则

式中 A_阻——阻流截面积（mm²）；

m——通过A—A截面的金属液质量（kg）；

ρ——金属液密度（kg/mm³）；

t——浇注时间；

g——重力加速度，9800mm/s²；(www.daowen.com)

μ₁——从浇口杯顶液面到阻流截面的流量系数；

H₁——从浇口杯顶液面到阻流截面的垂直距离（mm）；

H_p——阻流截面的平均静压头（mm），即，其中，P为A—A截面上的铸件高度，C为铸件总高度。

阶梯式浇注系统流量系数μ值的确定见表3-8。

表3-8 阶梯式浇注系统流量系数μ值的确定

（2）分配直浇道截面积 按经验，分配直浇道截面积一般等于1～2倍阻流截面积。

（3）每层内浇道的总截面积 当浇注稳定时，可以认定通过阻流截面的金属液流量Q₁和通过底层内浇道的金属液流量Q₂相等，即

由式（3-15）与式（3-16）两式相等，得

即

式中 μ₂——分配直浇道中自由液面到型腔内自由液面的流量系数（对于湿型取μ₂=0.35～0.5，对于干型取μ₂=0.4～0.6，型内阻力大时μ₂取下限）；

A_内（底）——底层内浇道总截面积。

由式（3-18）不难看出，h_有效与A²_内（底）成反比。h_有效值越小，越不易出现“混流”现象，但A²_内（底）变得较大。太大的A²_内（底）往往使底层进入的金属液量过多，将造成底部温度高，不利于铸件补缩。

令h_有效=KH₀，并推荐K=0.25～0.5，式（3-17）可化为

依式（3-19）可方便地计算出底层内浇道截面积。根据顺序凝固的要求，可令上层内浇道的截面积为底层截面积的1～2倍，即

∑A_{内（上层）}=（1～2）A_{内（底层）} （3-20）