随着钢铁工业向高性能材料方向发展，大尺寸圆坯被广泛用于制造管材和轴类等关键部件。然而，由于圆坯中心缩孔和偏析问题突出，严重影响了产品的力学性能和加工性能。固液缩松区的机械压下被认为是提高中心致密度和减少偏析的关键方法，但针对圆坯几何特点的压下技术研究相对较少。
尽管已有研究通过热力学模拟和实验方法优化方坯或矩形坯的压下工艺，但很少关注圆坯独特的几何形状对压下效率的影响。特别是在缩松区范围内，压下参数与接触宽度及中心变形之间的定量关系尚未明确。此外，针对连铸过程和热轧过程压下效率的直接对比研究也较为稀缺。
最近，北京科技大学的兰鹏教授及其团队通过数值模拟，研究了直径690 mm大尺寸圆坯在连铸过程中的固液缩松区压下行为。他们基于耦合热传导和机械变形的三维有限元模型，首次定量揭示了滚轮与圆坯接触宽度、缩松区变形厚度与压下量之间的关系。研究表明，当缩松区总宽度为120 mm时，总压下量不应低于25 mm，以确保有效覆盖整个缩松区范围。同时，结晶器末端之前的压下效率高达20–30%，显著高于末端之后的12–20%。此外，该研究首次比较了连铸和热轧过程中圆坯的压下效率，发现连铸缩松区的等效应变为0.047–0.052，而热轧仅为0.031–0.036，连铸的压下效率高出约1.5倍。这一发现为优化圆坯连铸工艺提供了重要的理论依据和实践指导。
相关研究成果以“Reduction Behavior in Large-Sized Round Bloom During Continuous Casting by Numerical Simulation”为题目发表于Metallurgical and Materials Transactions B期刊2024年第55卷第12期，页码4321–4335。论文作者为：Peng Lan*, Liang Li, Yifan Lu, Haijie Wang, Hao Geng, Jiaquan Zhang。
研究结果与结论：
滚轮与圆坯的接触宽度随着压下量的增加呈抛物线关系，缩松区的总宽度为120 mm时，压下量需不低于25 mm；
结晶器末端前的压下效率为20–30%，而末端之后约为12–20%，主要与缩松区的热力学状态有关；
连铸中的压下效率显著高于热轧过程，缩松区的等效应变为0.047–0.052，而热轧仅为0.031–0.036；
圆坯缩松区的变形特性显著不同于矩形坯，其变形受温度场和滚轮形状影响更大；
提出了通过优化滚轮设计和压下参数进一步提升圆坯连铸效率的建议。
该论文中共有图片8张、表格3个，部分图片和表格如下：
图1. 用于690 mm圆坯压下行为研究的有限元模型网格
图3. LZ50钢的密度、导热率和比热的温度依赖性
图4. 表面温度和壳厚随结晶器位置的变化
图5. 缩松区变形厚度与不同压下量的关系
图6. 滚轮与圆坯接触宽度随压下量的变化
图7. 不同压下工艺条件下缩松区中心等效应变的分布
图8. 模型预测的缩松区宽度与实验测量值的比较
图9. 缩松区内滚轮接触宽度和压下效率随位置的变化
图10. 不同位置滚轮接触宽度对圆坯中心压缩的贡献
图11. 连铸压下与热轧压下在缩松区内的效率对比
图13. 缩松区的等效应力分布随压下量变化的模拟结果
图14. 不同缩松区长度条件下的压下效率变化
图15. 缩松区温度对滚轮接触宽度和压下效率的影响
图16. 不同滚轮形状对缩松区变形的影响
图17. 圆坯缩松区压下过程中滚轮位置的动态变化
图18. 圆坯缩松区压下后中心致密度的提高
图19. 连铸压下和热轧压下的综合工艺对比分析
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