ES2317229T3 - Metodo y dispositivo para producir laminas de metal. - Google Patents
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Abstract
Método para producir láminas de metal por el principio de fundición de láminas que comprende las etapas de: - rellenar una estructura de fundición (2) con metal líquido (4); - mover un sustrato (8) por el fondo de la estructura de fundición (2), estando el sustrato (8) a una temperatura inferior al punto de fusión del metal líquido (4) en el fondo de la estructura de fundición (2), de modo que una capa del fondo del metal líquido (4) cristaliza sobre el sustrato (8), y una lámina metálica (16) es formada en el sustrato (8) en un lado de la estructura de fundición (2), caracterizado por las fases de - medir al menos uno del grosor y el peso de la lámina metálica (16); - ajustar el área de superficie de contacto entre el metal líquido (4) y el sustrato (8) como una función de un valor medido para al menos uno del grosor y del peso.
Description
Método y dispositivo para producir láminas de
metal.
La invención se refiere a un método para la
producción de láminas metálicas por el principio de fundición de
láminas, que comprende las etapas de:
- -
- rellenar una estructura de fundición con metal líquido
- -
- mover un sustrato a través del fondo de la estructura de fundición, estando el sustrato a una temperatura inferior al punto de fusión del metal líquido de modo que una capa del fondo del metal líquido cristalice en el sustrato, y una lámina metálica sea formada en el sustrato en un lado de la estructura de fundición.
Un método de este tipo es conocido entre otras
de la patente DE 100 47 929 A1, que
describe un método donde el nivel del metal líquido en la estructura
de fundición es medido con la ayuda de un flotador. Si el nivel es
demasiado elevado, la presión en el fondo de la estructura de
fundición puede hacerse tan alta que el metal líquido salga bajo
las paredes de la estructura de fundición. Como resultado, pueden
formarse grumos en la superficie superior de las hojas, lo que tiene
un efecto adverso significativo en la calidad de las láminas. En DE
100 47 929 A1, este problema es resuelto controlando el nivel del
metal en la estructura de fundición durante el proceso de
producción hasta debajo de un valor máximo. Un grosor deseado de las
láminas es conseguido ajustando óptimamente la longitud de la
estructura de fundición, la velocidad de una correa de sustrato y
la diferencia de temperatura en la transición entre el metal y la
correa de sustrato. En este método, sólo hay una posibilidad
limitada de ajustar el espesor de las láminas metálicas durante el
proceso de producción.
Es un objeto de la presente invención permitir
que el grosor de las láminas metálicas sea controlado más
exitosamente durante el proceso de producción de lo que ha sido
posible con los métodos conocidos.
Este objetivo es conseguido por un método como
el descrito en la introducción, que está caracterizado por las
fases de:
- -
- medir al menos uno del grosor y peso de la lámina metálica;
- -
- ajustar el área de superficie de contacto.
La invención implica la retroalimentación del
grosor medido o del peso medido de las láminas metálicas. Hasta
ahora, la retroalimentación de esta naturaleza no ha sido
considerada apropiada, puesto que ha sido tomado como válido que el
proceso no reaccione suficientemente a un cambio en los parámetros
de tratamiento usados, tales como la temperatura del sustrato.
Como es conocido, el índice de crecimiento de
las láminas es determinado por el nivel de flujo de calor en la
transición del sustrato al metal. Hasta ahora, no obstante, ha sido
tomado como válido que el flujo de calor se determine por la
diferencia de temperatura entre el metal líquido y el sustrato y por
la conducción del calor y la capacidad térmica del metal líquido y
la correa de sustrato. No obstante, la investigación ha mostrado
que la resistencia térmica en la interfaz entre el sustrato y el
metal es de crucial importancia para el índice de crecimiento de las
láminas. Esta resistencia térmica es ampliamente determinada por
puntos de contacto entre el metal y el sustrato. En el exterior de
estos puntos de contacto la transferencia de calor es suministrada
por radiación térmica, que es inferior en órdenes de magnitud al
flujo de calor a través de los puntos de contacto. El número y
tamaño de los puntos de contacto pueden ser influidos cambiando la
presión en el metal líquido en el fondo de la estructura de
fundición y/o humidificando el sustrato en su interfaz con el
metal.
En una forma de realización del método según la
invención la presión en el fondo de la estructura de fundición es
ajustada ajustando el nivel del metal líquido en la estructura de
fundición. Es ya conocido ajustar el nivel del metal líquido en la
estructura de fundición por la patente DE 100 47 929 A1, pero en la
invención esto se hace en función del espesor y/o peso medido de
las láminas producidas.
En otra forma de realización, el área de
superficie de contacto es ajustada variando una presión circundante
entre el metal y el sustrato. Una bajada de la presión circundante
causa que sea incluido menos gas, lo que a su vez conduce a un área
de superficie de contacto mayor.
La invención también se refiere a un dispositivo
para producir láminas metálicas como se describe en la
reivindicación 11.
Se deducirán otras ventajas y características de
la presente invención en base a la descripción de varias formas de
realización, donde se hace referencia a los dibujos anexos,
donde:
Fig. 1 muestra una vista lateral esquemática de
un dispositivo de fundición de láminas conforme a una forma de
realización de la invención;
Fig. 2 muestra una sección transversal
microscópica a través de la superficie de contacto entre el metal y
la correa de sustrato.
Fig. 3 muestra una parte de un dispositivo de
fundición de láminas conforme a otra forma de realización de la
invención.
La Figura 1 muestra una vista lateral
esquemática de un dispositivo de fundición de láminas conforme a
una forma de realización de la presente invención. El dispositivo
para producir láminas metálicas comprende una estructura de
fundición 2, en la que puede ser vertido un metal líquido. El metal
líquido 4 es vertido en el bastidor de fundición 2 con la ayuda de
un dispositivo de alimentación 6. Bajo el bastidor de fundición 2
hay una correa de sustrato 8 que es diseñada para moverse a través
del fondo de la estructura de fundición 2 a una velocidad fijada.
El dispositivo de dirección requerido para este propósito no está
mostrado en la Figura 1. Además, el dispositivo de fundición de
láminas comprende un módulo de control 10 y un medidor de nivel 12
diseñado para determinar el nivel del metal líquido 4 en la
estructura de fundición 2. La temperatura de la correa del sustrato
8 es fijada de manera que el metal líquido 4 cristalice en la
superficie de la correa de sustrato 8. Puesto que la correa del
sustrato 8 se mueve, a la derecha en la Figura 1, se formará una
lámina 16 a un lado corriente abajo de la estructura de fundición
2. Esta lámina 16 presiona la estructura de fundición 2 hacia
arriba en el lado de flujo descendente, con el resultado de que la
estructura de fundición se inclina ligeramente. El módulo de control
10 recibe información sobre el nivel del metal líquido 4 en la
estructura de fundición 2 del medidor de nivel 12. Durante el
proceso de producción, sin control el nivel del metal líquido 4
caerá. No obstante, una caída del nivel es medida por el medidor de
nivel 12 y transmitida al módulo de control 10. El módulo de
control 10 está diseñado para accionar el dispositivo de
alimentación 6 con la ayuda de la información del nivel. El
dispositivo de alimentación 6 está diseñado para permitir que una
cantidad definida de metal líquido fluya en la estructura de
fundición 2. El nivel del metal líquido 4 puede ser controlado de
esta manera, que es conocida del estado de la técnica. En DE 100 47
929 A1 este control es utilizado para prevenir que la presión en el
fondo de la estructura de fundición 2 suba demasiado, de modo que
metal líquido pueda fluir afuera en el lado corriente abajo de la
estructura de fundición 2.
En una forma de realización, el dispositivo de
fundición de láminas comprende un aparato de medición del grosor 14
que está diseñado para medir el grosor de las láminas 16
producidas. Un ejemplo de un aparato de medición del grosor es un
sensor de proximidad 14, que usa un rayo láser para medir la
distancia entre una superficie superior de las láminas 16 y el
sensor de proximidad 14. Puesto que la distancia entre la correa de
sustrato 8 y el sensor de proximidad 14 es conocida, el grosor de
las láminas 16 puede ser determinado a partir de la distancia
medida. El aparato de medición del grosor 14 es diseñado para
enviar información sobre el grosor al módulo de control 10. Si las
láminas metálicas 16 son demasiado gruesas, el módulo de control 10
bajará la presión en la estructura de fundición suministrando menos
metal líquido con la ayuda del dispositivo de alimentación 6. Como
resultado, con el paso del tiempo caerá la presión en el fondo de
la estructura de fundición 2, reduciendo de este modo un área de
superficie de contacto entre el metal y la correa de sustrato 8.
Como resultado, habrá menos transferencia de calor entre el metal y
la correa de sustrato 8, con el resultado de que el índice de
crecimiento de la lámina 16 disminuye. Como resultado, el grosor de
la lámina 16 también disminuirá. La idea detrás de este control
proviene del entendimiento de que el área de superficie de contacto
entre el metal y la correa de sustrato 8 puede ser modificada
variando la presión en el fondo de la estructura de fundición 2.
Este conocimiento será explicado ahora con más detalle con ayuda de
la Figura 2.
La Figura 2 muestra una sección transversal
microscópica a través de la superficie de contacto entre el metal y
la correa de sustrato 8. La escala de la dirección perpendicular a
la correa de sustrato 8 ha sido ampliada para mayor claridad. El
metal líquido 4 cristalizará como resultado del enfriamiento, para
formar una capa cristalizada 5. A causa de la correa de sustrato 8
en movimiento, una superficie de contacto 7 entre el metal líquido
4 y el metal cristalizado 5 tiene una inclinación, véase la Figura
2. La correa del sustrato 8 tiene una aspereza definida en la
superficie. Esto está indicado en una escala aumentada en la figura
2 por varias abolladuras. La investigación ha mostrado que se
forman unas cavidades 9 durante el proceso de cristalización. No
hay ningún metal en estas cavidades 9. Las cavidades 9 pueden, por
ejemplo, ser rellenadas de un gas que esté presente sobre la correa
de sustrato 8 cerca de la estructura de fundición 2. En la Figura 2
los puntos de contacto entre el metal cristalizado 5 y la correa de
sustrato 8 están indicados por los números de referencia 11. El
tamaño combinado de estos puntos de contacto 11 es el factor
predominante que determina la transferencia de calor entre el metal
líquido 4 y la correa de sustrato 8. Sólo una cantidad limitada de
calor es disipada por las cavidades 9. El tamaño de los puntos de
contacto 11 pueden ser influido variando la presión predominante en
el fondo de la estructura de fundición 2. Una presión superior
proporcionará más y/o mayores puntos de contacto. Este conocimiento
es aprovechado en la invención para usar el nivel del metal líquido
4 en la estructura de fundición 2 como un parámetro de control
durante el proceso de producción para controlar el grosor de las
láminas metálicas.
La presión en el fondo de la estructura de
fundición 2 puede ser ajustada también controlando una diferencia
de presión entre una atmósfera en la estructura de fundición 2 y
una atmósfera externa a la estructura de fundición 2. En esta
variante de forma de realización la estructura de fundición 2 es
diseñada de tal manera que esté aislada del entorno, por ejemplo
por una cobertura. El metal líquido puede ser alimentado en la
estructura de fundición 2 diseñando el dispositivo de alimentación 6
de manera que proporcione metal líquido a una presión que sea
superior a la presión creada en la estructura de fundición 2. Por
supuesto, la presión creada no debe ser tan elevada que el metal
líquido fluya fuera por debajo de la estructura de fundición 2. Un
manómetro de presión opcional en la estructura de fundición 2 puede
ser utilizado para controlar una presión definida, de modo que esta
presión pueda ser controlada exitosamente, por ejemplo, por medio
del módulo de control 10.
La Figura 3 muestra parte de un dispositivo de
fundición de láminas según otra forma de realización. El
dispositivo comprende una correa de sustrato 8 que se curva hacia
abajo, de modo que la lámina metálica 16 se desprenda de la correa
de sustrato 8. Es preferible que la correa de sustrato 8 sea
diseñada de manera que las muescas 17, que sirven como líneas de
hundimiento, sean formadas en la lámina metálica 16. Una forma
posible de diseñar la correa de sustrato 8 para este propósito es
disponer ranuras en el lado superior de la correa de sustrato 8,
como se describe en la publicación de la patente EP 0 497 148. La
Figura 3 muestra una lámina metálica 16' que es liberada bajo la
fuerza de la gravedad. Junto a la correa de sustrato 8 hay una
correa en movimiento 22, bajo la que hay un dispositivo de peso 20
diseñado para pesar una lámina metálica 16''. Si el dispositivo de
peso 20 detecta la lámina metálica 16'', el dispositivo de medición
20 pesará la lámina metálica 16'' y transmitirá la información
sobre el peso de la lámina metálica 16'' al módulo de control 10.
Las dimensiones de las láminas metálicas 16, 16' y 16'' son
determinadas por las dimensiones de la correa de sustrato 8 y la
distancia entre las ranuras (no mostradas) que están presentes en
la correa de sustrato 8. Estas ranuras causan las líneas de
hundimiento antes mencionadas en la lámina metálica 16.
La presión en el fondo de la estructura de
fundición 2 puede ser ajustada también realizando una corriente en
el metal líquido 4. Una corriente de este tipo puede ser realizada,
por ejemplo, realizando el movimiento de la correa de sustrato 8 a
una velocidad suficientemente elevada. El metal líquido es llevado
con esta en la dirección de movimiento y después aumenta en el lado
de salida de la estructura de fundición 4, es decir, el lado donde
la correa de sustrato 8 abandona la estructura de fundición 4.
Después el metal líquido refluye a la estructura de fundición 4 por
la superficie y después cae en el lado de introducción de la
estructura de fundición 4, es decir, el lado donde la correa de
sustrato 8 se aproxima a la estructura de fundición 4. Como
resultado de esta caída, se aumenta la presión en el fondo de la
estructura de fundición 4 en el lado de introducción. El aumento en
la presión puede ser controlado estableciendo una velocidad
definida de la correa de sustrato 8.
En una forma de realización del método según la
invención, el área de superficie de contacto entre el metal líquido
y el sustrato es ajustada ajustando la presión en el fondo de la
estructura de fundición. De esta manera es posible obtener un
espesor y/o un peso deseado de la lámina. El área de superficie de
contacto puede también ser ajustada, por ejemplo, controlando la
humidificación de la correa de sustrato 8 con el metal líquido 4. En
una forma de realización esta humidificación es controlada
adaptando uno o más de los siguientes parámetros:
- -
- la composición del gas del gas ambiente,
- -
- la presión del gas circundante,
- -
- la temperatura del metal líquido
- -
- la temperatura del sustrato.
La elección del material usado para el sustrato
y el metal líquido también determina la humidificación. Todos estos
parámetros pueden ser modificados para obtener un grosor y/o un
peso deseado de la lámina 16 producida. La presión y composición
del gas que rodea la superficie de contacto entre el metal líquido 4
y la correa de sustrato 8 influyen en la humidificación.
La humidificación puede ser también adaptada
variando el suministro de oxígeno al metal líquido. El suministro
de oxígeno causa la oxidación de la superficie tanto del metal como
del material de sustrato, con el resultado de que la tensión de la
superficie es determinada por la forma oxidada de los
materiales.
La aspereza superficial de la correa de sustrato
8 está preferiblemente en la gama de 1-10
\muM.
La aspereza superficial tiene una influencia
considerable en el número y tamaño de los puntos de contacto. No
obstante, la aspereza superficial puede sólo ser preprogramada y no
puede ser modificada durante el proceso de producción.
En otra forma de realización el área de
superficie de contacto es ajustada variando una presión circundante
entre el volumen en la estructura de fundición y los alrededores.
Esto puede ser conseguido cerrando la estructura de fundición y la
unidad de relleno a prueba de gas con respecto a los alrededores de
la estructura de fundición. Una caída de la presión circundante
hace que se incluya menos gas, lo que a su vez conduce a un área de
superficie de contacto mayor. Un área de superficie de contacto
mayor hace que haya una mayor transferencia de calor, que a su vez
es responsable de un índice de crecimiento más rápido. Como ya ha
sido explicado arriba, esto conduce a una lámina más gruesa.
Una forma de realización de la invención es un
método para la producción de láminas de silicio. Estas láminas
pueden ser usadas, entre otras cosas, para hacer pilas solares. Un
método de este tipo produce pilas solares relativamente económicas.
Además, estas láminas tienen forma rectangular, lo que permite a las
pilas solares hacer el máximo uso del área de superficie sobre la
que son colocadas.
Obviamente a los expertos en la técnica se les
ocurrirán variantes al leer el texto anterior. Como alternativa a
una estructura de fundición oscilante, es también posible que una
estructura de fundición sea fijada en cuanto a su altura, o el
volumen del metal fundido pueda ser fijado mediante rodillos o una
hoja de aire. Se considera que las variantes de este tipo están
dentro del campo de la invención como se describe en las
reivindicaciones anexas.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante fue recopilada exclusivamente para la información del
lector y no forma parte del documento de patente europea. La misma
ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin embargo no
asume responsabilidad alguna por eventuales errores u
omisiones.
\bullet DE 10047929 A1 [0002] [0002] [0007]
[0011]
\bullet EP 0497148 A [0015]
Claims (11)
1. Método para producir láminas de metal por el
principio de fundición de láminas que comprende las etapas de:
- -
- rellenar una estructura de fundición (2) con metal líquido (4);
- -
- mover un sustrato (8) por el fondo de la estructura de fundición (2), estando el sustrato (8) a una temperatura inferior al punto de fusión del metal líquido (4) en el fondo de la estructura de fundición (2), de modo que una capa del fondo del metal líquido (4) cristaliza sobre el sustrato (8), y una lámina metálica (16) es formada en el sustrato (8) en un lado de la estructura de fundición (2),
caracterizado por las fases de
- -
- medir al menos uno del grosor y el peso de la lámina metálica (16);
- -
- ajustar el área de superficie de contacto entre el metal líquido (4) y el sustrato (8) como una función de un valor medido para al menos uno del grosor y del peso.
2. Método según la reivindicación 1, donde el
área de superficie de contacto es ajustada situando la presión en
el metal líquido (4) en el fondo de la estructura de fundición
(2).
3. Método según la reivindicación 2, donde la
presión en el fondo de la estructura de fundición (2) es ajustada
ajustando el nivel del metal líquido (4) en la estructura de
fundición (2).
4. Método según la reivindicación 2, donde la
presión en el fondo de la estructura de fundición (2) es ajustada
controlando una diferencia de presión entre una atmósfera en la
estructura de fundición (2) y una atmósfera exterior a la
estructura de fundición (2).
5. Método según la reivindicación 2, donde la
presión en el fondo de la estructura de fundición (2) es ajustada
realizando una corriente en el metal líquido (4).
6. Método según cualquiera de la
reivindicaciones precedentes, donde la aspereza superficial del
sustrato (8) está en el rango de 1-10
micrómetros.
7. Método según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, donde el metal líquido (4) es
silicio.
8. Método según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, donde se mide el nivel del metal
líquido (4) en la estructura de fundición (2).
9. Método según la reivindicación 1, donde el
área de superficie de contacto es ajustada variando una presión
circundante entre el metal líquido (4) y el sustrato (8).
10. Método según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, donde el área de superficie de
contacto es ajustada cambiando la humidificación entre el metal
líquido (4) y el sustrato (8), siendo realizado el cambio en la
humidificación cambiando al menos uno de la temperatura del
sustrato, la temperatura metálica, la presión del gas ambiente y la
composición del gas.
11. Dispositivo de fundición de láminas para
producir láminas metálicas usando el principio de fundición de
láminas que comprende una estructura de fundición (2) y un sustrato
(8) que, al menos cuando está en uso, se mueve a través del fondo
de la estructura de fundición y de esta forma está a una temperatura
inferior al punto de fusión del metal líquido en el fondo de la
estructura de fundición de modo que una capa del fondo del metal
líquido cristalice sobre el sustrato (8) y una lámina metálica sea
formada sobre el sustrato en un lado de la estructura de fundición,
caracterizado por el hecho de que el dispositivo de fundición
de láminas comprende un dispositivo de medición (14; 20) diseñado
para medir al menos uno del grosor y del peso de la lámina
metálica, y un módulo de control (10) diseñado para recibir los
datos de medición desde el dispositivo de medición (14; 20) para
ajustar un área de superficie de contacto entre el metal líquido y
el sustrato como una función de un valor medido para al menos uno
del grosor y peso.
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