CN104439196A - 自耗剪切流法细化凝固组织的工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自耗剪切流法细化凝固组织的工艺，通过自耗剪切流增加晶核数量、细化晶粒、均匀组织的溶体处理方法，用于大铸锭和大截面尺寸连铸坯的铸造过程。在金属熔体凝固时，利用高速电动机产生高转速，在自耗的转子和定子之间的微小缝隙间产生强烈的剪切流动，从而在可控空间里、在不影响液面稳定的情况下消耗定子和转子金属高效地产生大量晶核，产生“结晶雨”效应，同时定子和转子自耗金属在螺杆的带动下向下运动，使自耗金属得到补充，最终达到提高凝固速度、细化晶粒、提高等轴晶率、降低溶质偏析程度的目标，进而提高合金性能。本发明还提供一种自耗剪切流金属熔体处理装置，由剪切自耗组件固定装置、剪切自耗组件驱动装置和自耗金属制造的剪切自耗组件组成。

Description

自耗剪切流法细化凝固组织的工艺及其装置

技术领域

本发明涉及一种金属液处理工艺及装置，特别是涉及一种通过剪切自耗法增加晶核数量，同时对金属液在可控范围内进行搅拌的工艺及其装置，应用于金属凝固技术领域。

背景技术

在机械制造中，铸钢的应用颇为广泛。近年来，随着现代工业技术的飞速发展，大型化是现代锻造生产的发展趋势，要获得质量好、强度高、尺寸大的大型锻件势必需要提供质量好的大型钢锭。因此，钢锭的发展也随着大型化的趋势发展，质量要求也越来越高。例如功率为1300MW的核电站低压转子，需要用重达600t的巨型钢锭来制造。巨型钢锭的生产技术是衡量一个国家重工业发展水平和科学技术水平的重要标志之一。

随着锭型尺寸的增加，钢锭的凝固时间大大增加，凝固速度大大降低，导致枝晶发达，成分偏析、夹杂、疏松、缩孔等缺陷也经常被发现，严重时将导致大型铸锭的报废，造成巨大的经济效益和社会效益的损失。而且，一旦上述凝固过程中的缺陷形成，很难采用后续的扩散退火和锻造的方法消除，而这些缺陷如不消除还将带来巨大的安全隐患，因为大型钢锭往往用于核电、燃气轮机、大型结构件等核心领域。此外，在钢铁及有色冶金的连铸过程中，随着连铸坯断面尺寸的增加，液穴深度也大大增加，因此连铸过程同样面临大型钢锭凝固时存在的相同的问题，同样导致连铸坯存在上述缺陷。因此，如何解决大型铸锭凝固过程中的缺陷，成为当今迫切需要解决的关键问题。众所周知，如果能够在钢锭或连铸坯凝固工程中抑制枝晶的形成，形成细晶甚至等轴晶的凝固组织，上述凝固缺陷将大大减轻，甚至完全消除。为此，国内外研究者围绕大型钢锭或连铸坯的晶粒细化和等轴晶化提出了多种方法，主要有：外加细化剂，电磁、超声波或机械搅拌等方法。这些方法在一定程度上解决了上述问题，但是也都或多或少的存在难以避免的缺陷。外加异种材料的细化剂时，为达到较好地细化效果需要严格控制细化剂的加入量，而在一些对金属纯度要求较高的领域，异种材料细化剂的加入还会造成金属的污染；目前也可以看到通过添加丝状、带状、饼状或棒状的同种金属以增加凝固体系中晶核数量的方法，但是由于外加金属容易存在熔化不均匀，新形成的晶核分布不均匀的问题，限制了此类方法的应用；电磁搅拌具有不直接跟凝固金属接触的优点，避免了对凝固金属的污染，但是电磁搅拌存在着衰减的问题，随着铸锭或连铸坯截面尺寸增大，电磁搅拌的效果大大降低。而对于大钢锭所用的钢锭模，由于其具有磁性且壁厚很厚，即使采用极低频率甚至直流磁场同时采用高功率电磁发生器，电磁场几乎不能透入到钢锭模中的钢液内部，导致电磁搅拌毫无效果，而电磁搅拌装置的高能耗仍然是亟需解决的难题；同样超声波搅拌也存在衰减严重、导波杆与钢液或者合金液反应的问题，而普通的机械搅拌的搅拌器则会受到金属熔体的腐蚀，导致搅拌器使用寿命较短，同时搅拌器的腐蚀也会造成金属的污染，不合适的搅拌速度还会造成卷渣等危害。综上，目前仍然需要一种更加行之有效的方式解决大型金属铸锭和大截面连铸坯的凝固缺陷问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种自耗剪切流法细化凝固组织的工艺及其装置，通过强剪切流动作用熔化同种金属以高效地形成大量有效形核质点，达到细化晶粒组织，获得全等轴晶组织，使组织及成分更加均匀的目的，最终简化后续锻轧和热处理工序，提高材料的性能。

为达到上述发明创造目的，本发明构思如下：

本发明通过自耗剪切流获得外加有效形核质点来完成对金属凝固过程的控制。首先，外加形核质点通过同种金属的强剪切熔化获得，施加在铸锭或下引连铸坯顶部，形成的晶核在重力作用下造成“结晶雨”的效应，同时金属溶液中形成的枝晶在强剪切流动的作用下被打碎，从而在金属熔体中形成大量的有效形核质点，极大地提高钢锭模或结晶器中金属液的形核率，使得凝固组织得到细化，等轴晶比例增加；其次，使用同种金属熔化后获得的形核质点避免了外加形核剂或孕育剂对原有金属的污染，保证了最终铸锭金属的纯净；再次，在铸锭顶部中心施加的可控范围内的强剪切搅拌能在一定程度上调节铸锭内部的温度，均匀各元素分布，降低铸锭中心的温度，减小整个铸锭的温度梯度和浓度梯度，在相同的冷却条件下延长金属液内晶核形成时间，形成有利于等轴晶形成的条件。

    因此，通过自耗剪切流外加有效形核质点，可以显著细化金属凝固组织中的晶粒，增加组织的均匀性，提高铸锭的等轴晶率，并降低成分偏析，进而显著提升大型铸锭或者大截面连铸坯的组织和成分均匀性，从而提高其综合力学和物理性能。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种自耗剪切流法细化凝固组织的工艺，在金属凝固时，由与模铸锭或下引连铸坯的同种金属制成的自耗金属定子组件和自耗金属转子组件组合形成剪切自耗组件，使剪切自耗组件始终处于惰性气体环境中，在金属熔体中，控制剪切自耗组件浸入金属液的深度，并通过控制自耗金属定子组件和自耗金属转子组件之间的高速相对运动，在模铸锭或下引连铸坯顶部的液穴中心区域产生强剪切流动，使不断浸入金属液的剪切自耗组件部分逐渐熔化，从而在模铸锭或下引连铸坯的液穴中引入外加形核质点，同时在剪切自耗组件产生的强剪切流动的作用下，金属溶液中形成的枝晶被打碎，从而又在金属熔体中形成有效形核质点，在金属液穴中，在重力作用下持续均匀下降的外加形核质点与被打碎的枝晶相互混合形成大量晶核质点，使得金属凝固组织得到细化。自耗金属在强剪切作用下向金属熔体中引入大量能形成异质形核的形核质点，并使之均匀分布。两个管状自耗结构相对转动的设计使得强剪切作用在可控范围内起到一定的搅拌作用，在保证液面稳定的前提下降低了金属熔体凝固界面前沿的温度梯度；自耗金属不断地补充，在一定程度上调节了铸锭液心温度，均匀熔体在宏观尺度上的温度。最终极大地提高金属凝固过程中的形核率，细化大铸锭或者连铸凝固组织晶粒，使金属凝固组织向全等轴晶化方向发展，并调控溶质元素的均匀分布。转子自耗金属和定子自耗金属与所要处理的金属熔体为同种成分的金属，不会引入外来杂质，保证了金属的纯净。本发明中铸造用锭模优先选用冷速较快的铸铁锭模，采用空冷或水冷方式冷却，以保证对金属熔体在经过处理后减少晶核的重熔。本发明采用自耗剪切流法增加金属液中的晶核数量来细化凝固组织，适合应用于底浇法浇注和连铸中。

作为本发明优选的技术方案，在金属熔体中，通过控制自耗金属定子组件和自耗金属转子组件之间的高速相对转动，在模铸锭或下引连铸坯顶部的液穴中心区域产生强剪切流动，自耗金属定子组件和自耗金属转子组件为保持同轴转动的两个组合式套管状组件，通过升降传动机构控制剪切自耗组件端部浸入金属液的深度。

作为本发明进一步优选的技术方案，自耗金属转子组件采用周期反向旋转的工作方式，在铸锭或连铸坯内部液穴中产生周期反向的剪切流，更好地细化枝晶和形核。

作为本发明上述技术方案的进一步优选技术方案，在金属熔体凝固时，自耗金属定子组件和自耗金属转子组件皆浸入液面以下3-10cm，以保证装置既不卷渣，也能在整个铸锭内部快速形成大量有效形核质点，并在金属凝固完成时装置能够顺利退出刚锭模或结晶器，控制自耗金属转子组件的转速为3000-10000r/min的可调转速，由高速电动机直接带动自耗金属转子组件高速转动，自耗金属定子组件本身不转动，以保证其与自耗金属转子组件具有高的相对转动速度的同时使得自耗金属转子组件高速转动产生的搅拌作用是在可控范围内发生的；在此同时，低速电动机和相应的传动机构带动包括其本身和高速电动机，自耗金属定子组件，自耗金属转子组件在内的各组件以1-100mm/min的速度下降，实现对剪切自耗组件浸入金属液的深度控制，使自耗金属不断向金属液中补充外加形核质点。

作为本发明上述技术方案的进一步优选技术方案，应用于铸铁、铸钢、有色金属或其合金的大型模铸铸锭的浇注过程；并应用于方坯、圆坯的连铸过程。

作为本发明上述技术方案的进一步优选技术方案，在金属熔体凝固时，模铸铸锭重量为10t-600t，连铸方坯截面边长为0.2-0.6m，连铸圆坯直径为0.2-1m。

一种实施本发明自耗剪切流法细化凝固组织的工艺的自耗剪切流金属熔体处理装置，由剪切自耗组件固定装置、剪切自耗组件驱动装置和自耗金属制作的剪切自耗组件组成，剪切自耗组件由自耗金属定子组件和自耗金属转子组件组成，自耗金属定子组件和自耗金属转子组件为保持同轴相对转动的两个组合式套管状组件，剪切自耗组件固定装置由上部支架和下部外壳相互固定连接组成，剪切自耗组件密封安装于下部外壳中，下部外壳底部和顶部皆开口，下部外壳的底部开口固定安装一个桶状耐火材料保护外套，使耐火材料保护外套浸入模铸锭或下引连铸坯顶部的金属液穴熔体中，下部外壳上设有气孔，气孔与惰性气体导管连通，使剪切自耗组件始终处于惰性气体环境中，在下部外壳内固定安装定子升降导杆，定子升降导杆上设有升降滑动板，升降滑动板与自耗金属定子组件固定连接，升降滑动板沿着定子升降导杆移动形成滑动副，从而控制自耗金属定子组件的轴向升降运动方向与定子升降导杆的轴向平行，剪切自耗组件驱动装置由转子驱动装置和升降装置组成，转子驱动装置由高速电动机和电动机传动杆组成，电动机传动杆采用动密封构件穿过下部外壳的顶部开口，电动机传动杆的转动输出端与自耗金属定子组件固定连接，升降滑动板通过限位旋转副与电动机传动杆转动连接，限位旋转副约束电动机传动杆与升降滑动板之间的升降位移，从而使自耗金属定子组件和自耗金属转子组件同步升降，高速电动机通过驱动电动机传动杆转动，进而带动自耗金属转子组件转动，剪切自耗组件升降装置由低速电动机和升降传动机构组成，通过升降传动机构将低速电动机的转动变换为直线升降位移运动，进而驱动自耗金属制作的剪切自耗组件通过下部外壳的底部连接的耐火材料保护外套进行升降运动。

上述自耗金属定子组件和自耗金属转子组件的外径分别优选为8-500mm和10-513mm，壁厚优选为1-20mm，之间的间隙距离优选为1-5mm。较薄的管壁可以保证自耗金属在剪切流的作用下形成更加高效地形成有效形核质点，高的转速和定子自耗金属转子自耗金属间较小的间隙则保证了能够形成更加强大的剪切流。

优选上述低速电动机与高速电动机的外壳固定连接，在剪切自耗组件升降装置中，升降传动机构优选采用丝杠机构，低速电动机通过驱动丝杠机构的螺母沿着导杆轴向升降移动，进而带动高速电动机进行升降运动。

上述自耗金属定子组件和自耗金属转子组件优选采用传统浇铸或机械加工工艺生产的同种金属管，或者优选采用同种金属或合金的粉末烧结后的金属管。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明由于外加自耗金属与浇铸生产的金属为同一种金属，故不会引入其他杂质，避免产生对金属的污染；

2. 本发明采用机械式的高速转动，可采用同向转动或周期性反向转动的工作方式，在转子自耗金属和定子自耗金属之间产生强烈的剪切作用，可以快速产生大量有效形核质点，并使之均匀分布，具有极高的效率；

3.本发明由于强剪切发生在定子和转子之间并且转子定子并非搅拌叶片式的设计，因此，尽管本装置转子具有高的转速，但是在铸锭中心只会产生可控的局部强烈流动，不会影响液面的稳定，这在模铸和连铸生产中尤为重要；

4.本发明改变自耗金属的加入速度还具有调节铸造过程中的液心温度、均匀温度场的作用；

5. 本发明工艺和装置能有效提高合金的等轴晶率，细化铸坯晶粒，均匀组织晶粒大小。提高了生产效率，提高了产品质量，简化了后续加工，有效节约生产成本；

6. 本发明工艺和装置以机械剪切的方式产生流动场，装置尺寸设计比较灵活，不会像电磁搅拌那样由于电磁场的衰减而存在渗透深度较小、能耗大的问题。

附图说明

图1是本发明优选实施例自耗剪切流金属熔体处理装置的的结构示意图。

图2是图1中沿A-A线的剖面图及局部放大的自耗剪切流细化晶粒工艺机理图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

在本实施例中，参见图1和图2，一种自耗剪切流金属熔体处理装置，由剪切自耗组件固定装置、剪切自耗组件驱动装置和自耗金属制作的剪切自耗组件组成，剪切自耗组件由自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10组成，自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10为保持同轴转动的两个组合式套管状组件，剪切自耗组件固定装置由上部支架和下部外壳7相互固定连接组成，剪切自耗组件密封安装于下部外壳7中，下部外壳7底部和顶部皆开口，下部外壳7的底部开口固定安装一个桶状耐火材料保护外套12，使耐火材料保护外套12浸入模铸锭或下引连铸坯顶部的金属液穴熔体中，下部外壳7上设有气孔6，气孔6与惰性气体导管4连通，使剪切自耗组件始终处于惰性气体环境中，在下部外壳7内固定安装定子升降导杆8，定子升降导杆8上设有升降滑动板9，升降滑动板9与自耗金属定子组件11固定连接，升降滑动板9沿着定子升降导杆8移动形成滑动副，从而控制自耗金属定子组件11的轴向升降运动方向与定子升降导杆8的轴向平行，剪切自耗组件驱动装置由转子驱动装置和剪切自耗组件升降装置组成，转子驱动装置由高速电动机2和电动机传动杆5组成，电动机传动杆5采用动密封构件穿过下部外壳7的顶部开口，电动机传动杆5的转动输出端与自耗金属定子组件11固定连接，升降滑动板9通过限位旋转副与电动机传动杆5转动连接，限位旋转副约束电动机传动杆5与升降滑动板9之间的升降位移，从而使自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10同步升降，高速电动机2通过驱动电动机传动杆5转动，进而带动自耗金属转子组件10转动，剪切自耗组件升降装置由低速电动机1和升降传动机构组成，通过升降传动机构将低速电动机1的转动变换为直线升降位移运动，进而驱动自耗金属制作的剪切自耗组件通过下部外壳7的底部连接的耐火材料保护外套12进行升降运动。

在本实施例中，参见图1，低速电动机1与高速电动机2的外壳固定连接，在剪切自耗组件升降装置中，升降传动机构为丝杠机构，低速电动机1通过驱动丝杠机构的螺母沿着导杆3轴向升降移动，进而带动高速电动机2进行升降运动。

在本实施例中，参见图1和图2，在金属凝固时，采用钢种为中碳合金结构钢34CrMo1A，工艺流程为电炉冶炼—LF炉精炼—VD脱气—模铸—轧制。本实施例的控制环节为模铸环节，采用大气浇注，钢锭的棱形为8棱，其液相线温度为1503℃，固相线温度为 1024℃。钢锭的浇注温度 1550℃，锭模14和锭模底座16的初始温度为400℃，锭模14高径比为1.33，铸锭高度2100mm。钢液的浇注温度为1550℃，浇注时采用下注法浇注，钢液通过浇道17进入锭模内，浇注速度为1m/min，铸锭质量为30t，采用保温冒口和厚度50mm的发热剂13为铸锭适当保温，确保在使用本装置对金属熔体的处理的初始阶段冒口处的金属不会快速凝固。锭模采用空冷方式冷却。当浇铸完成时，将本实施例装置至于锭模上方的支架上，耐火材料保护外套12采用刚玉材料制成，调整装置浸入金属液的深度使耐火材料保护外套12浸入金属液面以下5cm，装置与发热剂13液面形成相对封闭的空间，在装置内充入氩气进行保护，调节高速电动机2转速至5000r/min，定子自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10之间保持3mm间隙，管壁厚度11mm，外径分别为200mm和187mm，向下运动速度为20mm/min，处理时间20min，高速电动机2采用周期反向转动的工作方式，每15s转动换向一次。金属熔体处理完毕后移除处理装置，铸锭在空冷条件下自然冷却。

本实施例是在金属熔体凝固时，利用自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10间剧烈的湍流I造成的高速剪切流动以及自耗金属转子组件10管内中v′方向的剪切流动和自耗金属定子组件11外部的v方向的剪切流动，产生大量破碎晶粒，成为金属熔体的有效形核质点，从而极大提高金属熔体内的形核速率，在短时间内产生大量晶核，实现细化凝固组织15和等轴晶化、降低偏析程度的目标，进而提高合金性能，简化后续生产工艺。

在本实施例中，高速电动2机带动自耗金属转子组件10转动，产生超过20000/s的剪切率，在自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10的极小间隙3mm之间产生极高雷诺数的强烈湍流，从而在流体中形成具有存在强剪力的剪切流动，自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10在强剪切流动的作用下产生强烈的剪切、冲刷、破碎、混合的作用，产生大量细小的破碎晶粒，并在重力作用和搅拌流动的作用下混入金属熔池内，成为金属凝固的有效形核质点；同时高速电动机2连同自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10借助低速电动机1及传动机构以一定速度20mm/min向下运动，不断补充外加金属的消耗，在金属铸锭凝固前不断提供大量的有效形核质点。在自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10之外与下部外壳7相连的耐火材料保护外套12也浸入金属液中，起到密闭作用，在下部外壳7内部充入氩气，防止在高温下自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10发生氧化现象；同时刚玉的耐火材料保护外套12与自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10形成一个可控的温和的流动区域，使得形成的晶核可以均匀分布于金属熔体中，同时使得铸锭凝固期间的液面处于相对稳定状态。

在本实施例中，参见图1和图2，自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10较薄的管壁可以保证自耗金属在剪切流的作用下形成更加高效地形成有效形核质点，高的高速电动机2转速和自耗金属定子组件11与自耗金属转子组件10间较小的间隙则保证了能够形成更加强大的剪切流。

在本实施例中，参见图1和图2，通过自耗剪切流增加晶核数量、细化晶粒、均匀组织的溶体处理方法，用于大铸锭和大截面尺寸连铸坯的铸造过程。在金属熔体凝固时，利用高速电动机2产生高转速，在自耗金属定子组件11和自耗金属转子组件10之间的微小缝隙间产生强烈的剪切流动，从而在可控的空间里、在不影响液面稳定的情况下消耗定子和转子金属高效地产生大量晶核，产生“结晶雨”效应，同时定子自耗金属和转子自耗金属在螺杆的带动下向下运动，使自耗金属得到补充，最终达到提高凝固速度、细化晶粒、提高等轴晶率、降低溶质偏析程度的目标，进而提高合金性能。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明自耗剪切流法细化凝固组织的工艺及其装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种自耗剪切流法细化凝固组织的工艺，其特征在于：在金属凝固时，由与模铸锭或下引连铸坯的同种金属制成的自耗金属定子组件和自耗金属转子组件组合形成剪切自耗组件，使所述剪切自耗组件始终处于惰性气体环境中，在金属熔体中，控制剪切自耗组件浸入金属液的深度，并通过控制自耗金属定子组件和自耗金属转子组件之间的高速相对运动，在模铸锭或下引连铸坯顶部的液穴中心区域产生强剪切流动，使不断浸入金属液的剪切自耗组件部分逐渐熔化，从而在模铸锭或下引连铸坯的液穴中引入外加形核质点，同时在剪切自耗组件产生的强剪切流动的作用下，还使金属溶液中形成的枝晶被打碎，从而又在金属熔体中形成的有效形核质点，在金属液穴中，在重力作用下持续均匀下降的外加形核质点与被打碎的枝晶相互混合形成大量晶核质点，使得金属凝固组织得到细化。

2.根据权利要求1所述自耗剪切流法细化凝固组织的工艺，其特征在于：在金属熔体中，通过控制自耗金属定子组件和自耗金属转子组件之间的高速相对转动，在模铸锭或下引连铸坯顶部的液穴中心区域产生强剪切流动，所述自耗金属定子组件和自耗金属转子组件为保持同轴转动的两个组合式套管状组件，通过升降传动机构控制剪切自耗组件端部浸入金属液的深度。

3.根据权利要求2所述自耗剪切流法细化凝固组织的工艺，其特征在于：自耗金属转子组件采用周期反向旋转的工作方式，在铸锭或连铸坯内部液穴中产生周期反向的剪切流。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述自耗剪切流法细化凝固组织的工艺，其特征在于：在金属熔体凝固时，自耗金属定子组件和自耗金属转子组件皆浸入液面以下3-10cm，控制自耗金属转子组件的转速为3000-10000r/min，由电动机通过传动机构带动自耗金属转子组件转动，在自耗金属定子组件和自耗金属转子组件保持相对转动的同时，还控制整个剪切自耗组件以1-100mm/min的下降速度，实现对剪切自耗组件浸入金属液的深度控制，使自耗金属不断向金属液中补充外加形核质点。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述自耗剪切流法细化凝固组织的工艺，其特征在于：应用于铸铁、铸钢、有色金属或其合金的大型模铸铸锭的浇注过程；并应用于方坯、圆坯的连铸过程。

6.根据权利要求5所述自耗剪切流法细化凝固组织的工艺，其特征在于：在金属熔体凝固时，模铸铸锭重量为10t-600t，连铸方坯截面边长为0.2-0.6m，连铸圆坯直径为0.2-1m。

7.一种实施权利要求1所述自耗剪切流法细化凝固组织的工艺的自耗剪切流金属熔体处理装置，由剪切自耗组件固定装置、剪切自耗组件驱动装置和自耗金属制造的剪切自耗组件组成，其特征在于：所述剪切自耗组件由自耗金属定子组件（11）和自耗金属转子组件（10）组成，所述自耗金属定子组件（11）和所述自耗金属转子组件（10）为保持同轴转动的两个组合式套管状组件，所述剪切自耗组件固定装置由上部支架和下部外壳（7）相互固定连接组成，所述剪切自耗组件密封安装于所述下部外壳（7）中，所述下部外壳（7）底部和顶部皆开口，所述下部外壳（7）的底部开口固定安装一个桶状耐火材料保护外套（12），使所述耐火材料保护外套（12）浸入模铸锭或下引连铸坯顶部的金属液穴熔体中，所述下部外壳（7）上设有气孔（6），所述气孔（6）与惰性气体导管（4）连通，使所述剪切自耗组件始终处于惰性气体环境中，在下部外壳（7）内固定安装定子升降导杆（8），所述定子升降导杆（8）上设有升降滑动板（9），所述升降滑动板（9）与所述自耗金属定子组件（11）固定连接，所述升降滑动板（9）沿着所述定子升降导杆（8）移动形成滑动副，从而控制所述自耗金属定子组件（11）的轴向升降运动方向与所述定子升降导杆（8）的轴向平行，所述剪切自耗组件驱动装置由转子驱动装置和剪切自耗组件升降装置组成，所述转子驱动装置由高速电动机（2）和电动机传动杆（5）组成，所述电动机传动杆（5）采用动密封构件穿过所述下部外壳（7）的顶部开口，所述电动机传动杆（5）的转动输出端与所述自耗金属定子组件（11）固定连接，所述升降滑动板（9）通过限位旋转副与所述电动机传动杆（5）转动连接，所述限位旋转副约束所述电动机传动杆（5）与所述升降滑动板（9）之间的升降位移，从而使所述自耗金属定子组件（11）和所述自耗金属转子组件（10）同步升降，所述高速电动机（2）通过驱动所述电动机传动杆（5）转动，进而带动所述自耗金属转子组件（10）转动，所述剪切自耗组件升降装置由低速电动机（1）和升降传动机构组成，通过所述升降传动机构将所述低速电动机（1）的转动变换为直线升降位移运动，进而驱动所述剪切自耗组件通过所述下部外壳（7）的底部连接的耐火材料保护外套（12）进行升降运动。

8.根据权利要求7所述自耗剪切流金属熔体处理装置，其特征在于：所述自耗金属定子组件（11）和所述自耗金属转子组件（10）的外径分别为8-500mm和10-513mm，壁厚为1-20mm，之间的间隙距离为1-5mm。

9.根据权利要求7或8所述自耗剪切流金属熔体处理装置，其特征在于：所述低速电动机（1）与所述高速电动机（2）的外壳固定连接，在所述剪切自耗组件升降装置中，所述升降传动机构为丝杠机构，所述低速电动机（1）通过驱动所述丝杠机构的螺母沿着导杆（3）轴向升降移动，进而带动所述高速电动机（2）进行升降运动。

10.根据权利要求7或8所述自耗剪切流金属熔体处理装置，其特征在于：所述自耗金属定子组件（11）和所述自耗金属转子组件（10）采用传统浇铸或机械加工工艺生产的同种金属管，或者采用同种金属或合金的粉末烧结后的金属管。