DE2512862A1 - Verfahren und einrichtung zur steuerung einer sinterungsanlage - Google Patents

Description

DR.-ING. EUGEN MAIER DR.-ING. ECKHARD WOLF

PATENTANWÄLTE DRESDNER BANK AS LBFON: (O711) 24 27 B1/2 STUTT(SART NR. 192O53* LESRAMME: MENTOR 7 STUTTGART 1, PISCHEKSTR. 19 POSTSCHECK STOT. 55200-70»

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INSTITUT DE RECHERCHES DE LA SIDERURGIE FRANCAISE

185, rue President Roosevelt Saint-Germain-en-Laye / Frankreich

Verfahren und Einrichtung zur Steuerung einer Sinterungsanlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung einer Sinterungsanlage mit einem Wanderrost, auf den das zu sinternde Material, beispielsweise Eisenerz, aufgebracht und einer Glühbehandlung unterworfen wird.

Bei einer solchen Anlage wird das die Charge bildende, aus einer Mischung von feuchtem Erz und festem Brennstoff bestehende Material an dem einen Ende eines endlosen umlaufenden Wanderrostes aufgebracht und mittels Brenner ge-

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zündet, wobei über die ganze Länge des Wanderrostes durch die Charge Luft hindurchgesaugt wird, so daß der Brennstoff in einer dünnen, die Charge von oben nach unten durchwandernden Schicht verbrannt wird, bis die Flammenfront den Wanderrost erreicht. Die Stelle, an der die Flammenfront den Wanderrost erreicht, soll im folgenden als Durchbrennpunkt - abgekürzt "D-Punkt" - bezeichnet werden.

Ein befriedigender Ablauf des Sinterungsprozesses macht es notwendig, den Sinterungsprozess so zu führen, daß der D-Punkt der Charge möglichst genau immer an derselben Stelle des Wanderrostes liegt. Liegt der D-Punkt zu nahe am Ende des Wanderrostes oder hat die Flammenfront den Wanderrost an dessen Ende vor seiner Umlenkung noch gar nicht erreicht, so ist es möglich, daß ein Teil des dem zu sinternden Material beigemengten Brennstoffs noch nicht verbrannt und das Material nicht vollständig gesintert ist, so daß das Sinterprodukt von schlechter Qualität ist. Liegt der D-Punkt andererseits zu weit vom Ende des Wanderrostes entfernt, so ist die Sinterungsanlage schlecht ausgenützt. Darüberhinaus ist die Durchlässigkeit einer gesinterten Charge wesentlich höher als die Durchlässigkeit einer Charge während des Ab-

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laufs des Sinterungsprozesses, so daß, wenn der D-Punkt zu weit vom Ende des Wanderrostes entfernt liegt, die Luftdurchsaugung im vorderen Bereich des Wanderrostes stark vermindert wird. Hieraus ergeben sich ungünstige Stabilitätsverhältnisse, die die Erzeugung eines gleichmäßigen Sinterproduktes unmöglich machen.

Es wird daher angestrebt, das Sinterverfahren so zu führen, daß der D-Punkt der Charge stets an einer vorbestimmten Stelle des Wanderrostes liegt, die nach Möglichkeit in der Nähe des Endes des Wanderrostes liegt, an dem das gesinterte Produkt von dem Rost abgenommen wird. Um dies zu erreichen, sind schon zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden. Üblicherweise wird bei der Durchführung des Verfahrens so vorgegangen, daß die Wandergeschwindigkeit des Rostes in Abhängigkeit der Temperaturverteilung geregelt wird, die in den unter dem Rost angeordneten Windkästen ermittelt wurde. Man hat jedoch festgestellt, daß die Temperatur unterhalb des beladenen Wanderrostes während des größten Bereichs des Verfahrensablaufs konstant bleibt, dann bis zu einem Maximum ansteigt und zum Ende des Wanderrostes hin wieder abfällt. Diese Erscheinung findet ihre Erklärung darin, daß die Temperatur der aus der Schicht abgesaugten Gase im wesentlichen so lange konstant bleibt, als in unmittelbarer Nähe des Wanderrostes sich noch eine feuchte Teilschicht des zu sinternden Materials befindet, worauf die Temperatur in dem Bereich, in dem eine weitgehende

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Trocknung dieser Schicht stattgefunden hat, bis zu einem Maximum ansteigt, das dann erreicht wird, wenn die Flammenfront den Rost erreicht hat, und dann, da kein Brennstoff mehr vorhanden ist, wieder abfällt. Man kann den Temperaturverlauf entlang des Wanderrostes mittels unter dem Rost in Abständen angeordneter Meßstellen ermitteln und erhält hierbei eine Kurve, die in ihrem Anfangsbereich im wesentlichen geradlinig verläuft, dann nach einem verhältnismäßig steilen Anstieg ein Maximum erreicht und dann zum Ende hin wieder abfällt. Mittels einer solchen Kurve ist es somit möglich, die Lage des Temperaturmaximums zu bestimmen und beispielsweise auf die Wandergeschwindigkeit des Rostes so einzuwirken, daß dieses Maximum stets an einer vorbestimmten Stelle des Rostes verbleibt. Aus einer Geschwindigkeitserhöhung resultiert hierbei, unter sonst gleichen Bedingungen, eine Annäherung des D-Punktes an das Ende des Rostes, während eine Geschwindigkeitsverminderung einen entgegengesetzten Effekt hervorruft.

Ein solches Verfahren zur Steuerung einer Sinterungsanlage gibt jedoch aus den im folgenden aufgeführten Gründen keine befriedigenden Ergebnisse.

Die Temperaturen, die über die Länge des Wanderrostes in den Windkästen unterhalb des Wanderrostes gemessen werden, sind Temperaturen von Gasen, die unterschiedliche Teilbereiche

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der Charge durchströmt haben so daß der ermittelte Verlauf der Temperaturkurve von unkontrollierbaren Parametern beeinflußt wurde, wie beispielsweise von der Zusammensetzung und auch der Durchlässigkeit der Charge. Diese nachteilige Beeinflussung des Verlaufs der Temperaturkurve ist zwar um so schwächer, je konstanter die Eigenschaften der Charge sind, sie kann jedoch grundsätzlich nicht vermieden werden. Man kann somit die Wandergeschwindigkeit des Rostes nur nach Maßgabe der Temperaturanzeigen verändern, die jedoch nur scheinbar einer Verlagerung des D-Punktes entsprechen.

Auch wenn man eine verhältnismäßig große Zahl von Temperaturmeßstellen vorsieht, so ist es doch schwierig, das Maximum der Temperaturkurve genau zu ermitteln, da die Krümmung der Temperaturkurve im Bereich ihres Maximums verhältnismäßig schwach ist, was auf eine gewisse thermische Trägheit des Rostes zurückzuführen ist. Diese thermische Trägheit führt zu um so größeren Abweichungen bzw. Schwankungen in der ermittelten Lage des Kurvenmaximums, als dieses Maximum infolge der schwachen Kurvenkrümmung in dem betreffenden Bereich nur schwach ausgeprägt ist, wobei diese Abweichungen infolge der im Vorstehenden erwähnten Beeinflussung der Temperaturkurve keinesfalls einem tatsächlichen Phänomen entsprechen.

Hieraus folgt, daß die Lage des Maximums der Temperaturkurve und die tatsächliche Lage des I>Punktes im allgemeinen nicht

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zusammenfallen und daß voneinander abweichende Feststellungen der Lage des Maximums nicht notwendigerweise unterschiedlichen Lagen des D-Punktes entsprechen. Es ist daher vollkommen wirkungslos, für die Steuerung einer Sinterungsanlage als Kriterium unmittelbar das Maximum einer den Temperaturverlauf längs des Wanderrostes wiedergebenden Kurve zu verwenden .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die im Vorstehenden aufgeführten Nachteile zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, das Sinterverfahren bei einer Wanderrostanlage nach Maßgabe der Temperaturen zu steuern, die während der Glühbehandlung der Charge gemessen werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der vorgenannten Art, bei dem die Temperatur der Gase, die die auf den Wanderrost aufgebrachte Charge durchsetzt haben, gemessen und die Geschwindigkeit des Wanderrostes so geregelt wird, daß der D-Punkt der Charge sich dauernd an einer vorbestimmten Stelle befindet, gemäß der Erfindung mit den Mitteln gelöst, die den Gegenstand des Patentanspruches 1 bilden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Vorteil in abgewandelter Form auch so durchgeführt werden, wie es den Gegenstand der Patentansprüche 2 und 3 bildet.

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Die Erfindung betrifft des weiteren eine Wanderrostanlage zur Durchführung von Sinterverfahren, bei der unter dem Wanderrost eine Mehrzahl von Windkästen und eine Mehrzahl von im Abstand voneinander angeordneten Meßgeräten angeordnet ist, die zur Bestimmung der Temperatur der Gase dienen, die durch die einzelnen Teilbereiche der Charge hindurchgesaugt wurden, und bei der Einrichtungen zur Messung und zur Steuerung der Umlaufgeschwindigkeit des Wanderrostes vorgesehen sind.

Eine solche Wanderrostanlage weist, um zur Durchführung von Verfahren dienen zu können, wie sie den Gegenstand der Ansprüche 1-3 bilden, gemäß der Erfindung die Merkmale auf, die den Gegenstand des Anspruchs 4 und in vorteilhafter Weiterbildung dieses Gegenstandes einzeln oder in Verbindung die Gegenstände der Ansprüche 5-9 bilden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt als Kriterium für die Steuerung der Geschwindigkeit des Wanderrostes eine Leitgröße zu verwenden, die sich aus der tatsächlichen Lage des D-Punktes der Charge im Verhältnis zum Wanderrost herleitet.

Der Momentanwert dieser Leitgröße ergibt sich aufgrund eines Algorithmus , der Parameter enthält, deren Wert in reeller Zeit bestimmt werden kann. Die Momentanwerte dieser Parameter sind jeweils demselben Teilbereich der Charge zu-

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gehörig, wodurch Fehler ausgeschlossen werden, die bei bekannten Verfahren meßtechnisch bedingt aus Verzerrungen des Verlaufs der Temperaturkurve resultieren. Der Algorithmus ist darüberhinaus von der Art, daß die besagte Leitgröße dem tatsächlichen Vorgang der Verlagerung der Flammenfront durch die Charge entspricht, wie man diese beispielsweise experimentell bei einem ruhenden Teilbereich der Charge feststellen kann. Schließlich kann der Punkt des Temperaturanstiegs der durch die Charge durchgesaugten Gase, der praktisch einem Endpunkt des im wesentlichen geradlinigen Verlaufs der Temperaturkurve entspricht, eindeutig bestimmt werden, was bei der Bestimmung der Lage des Maximums der Temperaturkurve bei der Durchführung der bekannten Verfahren nicht möglich ist.

Das Korrektursignal, das durch einen Vergleich der Leitgröße mit einer Bezugsgröße erhalten wird, die der gewünschten Lage des D-Punktes der Charge entspricht, kann unmittelbar dazu verwendet werden, um auf die Geschwindigkeit des Wanderrostes einzuwirken. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, in die so gebildete Regelschleife Organe einzubauen, die die Besonderheiten der Reaktion der Sinteranlage auf eine Korrektur der Geschwindigkeit des Wanderrostes berücksichtigen. Auf diese Welse wird die Stabilität des Regelprozesses verbessert.

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Die besonderen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen im folgenden anhand des in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden. In dieser zeigen

Fig. 1 eine Anlage zur Durchführung des Sinterverfahrens auf einem Wanderrost mit einer Einrichtung zur Steuerung des Verfahrens·

Fig. 2 eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Anlage;

Fig. 3 ein Diagramm mit einer den Temperaturverlauf darstellenden Kurve für einen Teilbereich der dem Sinterprozeß unterworfenen Charge;

Fig. 4 ein Diagramm, das den Temperaturverlauf in einem senkrechten Querschnitt eines Teilbereichs der Charge darstellt;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Bestimmung des D-Punktes eines Teilbereichs der Charge entsprechend einer Verfahrensstufe.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage weist einen Wanderrost 1 auf, der von einem Gleichstrommotor 2 veränderlicher Drehzahl angetrieben wird. Die Drehzahl wird mittels einer bekannten Vorrichtung 3 gesteuert, die die Erregerspannung des Motors in Abhängigkeit von dem Wert eines Steuersignals verändert,

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das der Vorrichtung 3 zugeleitet wird. Unter dem Wanderrost sind Windkästen 4 angeordnet, die mit einer Sammelleitung 5 in Verbindung stehen, die an ein Sauggebläse 6 angeschlossen ist. Oberhalb des Wanderrostes ist an dessen einem Ende eine mit Brennern ausgerüstete Zündhaube 7 angeordnet. Auf dem Wanderrost befindet sich eine Schicht von zu sinterndem Material, die eine gleichmäßige Höhe aufweist und vor der Zündhaube 7 mittels eines nicht dargestellten Förderbandes auf den Wanderrost aufgebracht wird. Die Charge besteht aus einem feuchten Gemisch von Erz, körnigem, meist aus Kohle bestehendem Brennstoff und Rückgut. Bei umlaufendem Wanderrost werden die einzelnen aufeinander folgenden Teilbereiche der Charge zu einem Zeitpunkt t von den Brennern gezündet, worauf unter der Wirkung der durch die Charge und den Rost durchgesaugten Luft die Verbrennung aufrechterhalten wird. Die so gebildete Flammenfront nähert sich hierbei durch die Schicht fortschreitend dem Rost. An dem der Beschichtung entgegengesetzten Ende des Rostes wird die gesinterte Charge vom Rost abgenommen. Die Lage des D-Punktes der Charge wird so gewählt, daß die gesamte auf den Wanderrost aufgebrachte Charge vor ihrer Abnahme von dem Rost der Sinterbehandlung unterworfen wird. Dabei ist man bemüht, den D-Punkt so nahe wie möglich an das Ende des Wanderrostes zu verlegen, an dem die gesinterte Charge abgenommen wird, um einerseits die Kapazität <Jer Anlage möglichst vollständig auszunützen und andererseits, um Instabilitätserscheinungen zu vermeiden, die

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immer dann auftreten, wenn der D-Punkt eine Lage in zu geringer Entfernung von dem beschichtungsseitigen Ende des Wanderrostes einnimmt.

Um die Lage des D-Punktes zu ermitteln, wird unter dem Wanderrost eine Mehrzahl von Temperaturmeßgeraten 8, beispielsweise Thermoelemente, angeordnet. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Meßgeräte etwa über das letzte Drittel der Länge des Wanderrostes verteilt.

Die von diesen Meßgeräten kontinuierlich aufgenommenen Temperaturwerte werden in einen Programm-Rechner 9 eingegeben, der gleichzeitig ebenfalls kontinuierlich ein Signal V aufnimmt, das ein Maß für die jeweilige Momentangeschwindigkeit des Wanderrostes darstellt. Ein solches Signal kann beispielsweise von einem mit dem Antriebsmotor 2 verbundenen Tachometer-Dynamo 10 erzeugt werden. Der Rechner 9 ist so programmiert, daß er in vorbestimmten periodischen Zeitabständen Proben aller Temperaturanzeigen aufnimmt, die von den Meßgeräten 8 abgegeben werden, wobei die einzelnen, aus aufeinanderfolgenden Meßwertentnahmen resultierenden Werte in dem Rechner 9 zu einem später beschriebenen Zweck gespeichert werden.

Um das Verständnis dieses Vorgangs der Meßwertaufnahme zu

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erleichtern, wird im Folgenden unterstellt, daß die Temperaturmeßgeräte in gleichem Abstand d voneinander längs des Wanderrostes angeordnet sind. Die Meßwertaufnahme erfolgt somit in einer periodischen Folge t = d/V. Der Wert von d wird in den Rechner 9 als Konstante eingegeben. Hieraus ergibt sich, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meßwertaufnahmen durch den Rechner 9 die einzelnen oberhalb eines Temperaturmeßgerätes gelegenen Teilbereiche der Charge sich um den Betrag d weiterbewegt haben, was um so leichter verwirklicht werden kann, als die Änderung der Geschwindigkeit zwischen zwei Meßwertaufnahmen gering ist. Da die Wandergeschwindigkeit des Rostes beim Sinterverfahren üblicherweise etwa 3-4 m/min beträgt, so können aufeinanderfolgende Messungen an einem und demselben Teil der Charge ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden. Aus dieser Meßwertaufnahme folgt, daß die in dem Rechner 9 gespeicherten Werte es erlauben, beispielsweise mittels einer Diagonal-Matrix aufeinanderfolgende Wertgruppen zu bilden, die der Temperaturentwicklung innerhalb eines und desselben Teilbereiches der sich bewegenden Charge entsprechen. Diese Wertgruppen können auf einem Rorvenabstecktisch aufgetragen werden, so daß ein Bild der Temperaturkurven der einzelnen Chargenbereiche entsteht, die bei der Bewegung des Wanderrostes in einem Abstand d aufeinander folgen. Diese aufeinanderfolgenden Kurven werden somit in der periodischen Folge t erhalten. In dem Diagramm der Fig. 3 ist der Verlauf einer dieser Temperaturkurven

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wiedergegeben, die man auf diese Weise auf einem Kurvenabstacktiscih arhalten kann, eine Arbeitsweise, die selbstverständlich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine zwingende Notwendigkeit darstellt.

Der Aufbau eines Rechners 9, wie er zur Aufnahme und Speicherung der ihm zugeleiteten Meßwerte benötigt wird, ist an sich bekannt; er kann so aufgebaut sein, daß er bei einer Meßanlage mit veränderlichen Abständen zwischen den einzelnen Temperaturmeßgeraten Verwendung finden und beliebigen Meßgeräteabständen angepaßt werden kann.

Aus dem Diagramm der Fig. 3 ist ersichtlich, daß die in einem einzelnen Teilbereich der Charge gemessenen Temperaturen eine Kurve ergeben, die einen im wesentlichen geradlinigen Teil A aufweist, auf den ein Bereich B ansteigender Temperatur folge, an den sich ein einem verhältnismäßig schwachen Maximum entsprechender Bereich C und ein abfallender Ast D anschließt. Der Bereich A der Kurve entspricht dem Teil der Sinterstrecke, in dem die auf den Wanderrost aufgebrachte Schicht noch feucht und verhältnismäßig kalt ist. In diesem Zustand befindet sich der größere Teil der insgesamt über den Wanderrost sich erstreckenden Schicht. Aus diesem Grund ist es auch nicht notwendig, auf der ganzen Länge des. Wanderrostes Temperaturmeßgeräte vorzusehen. Der ansteigende Bereich B der Kurve entspricht im wesentlichen dem Teil der Längserstreckung des

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Wanderrostes, in dem eine Trocknung auch der untersten, gegen den Wanderrost anliegenden Teilschicht erfolgt. Die Temperatur steigt in diesem Bereich rasch an bis zu dem Punkt, an dem die Verbrennung der Kohle beginnt, d.h. bis die Flammenfront diese Teilschicht erreicht. Der Anstieg der Temperatur ist in dem oberen Teil des Bereichs B weniger steil, bis die Kurve im Bereich C ein Maximum aufweist, das im wesentlichen mit der Stelle übereinstimmt, an der die Flammenfront die Oberfläche des Wanderrostes erreicht hat. Die Entwicklung dieses Vorgangs wie auch die Auswirkungen der thermischen Trägheit führen jedoch dazu, daß das Maximum praktisch nicht genau lokalisiert werden kann, mindestens aber, daß die Lokalisierung des Maximums in dem oberen Kurvenbereich nicht mit Sicherheit der tatsächlichen Lage des D-Punktes zugeordnet werden kann. Man kann somit lediglich davon ausgehen, daß der Kurvenbereich C praktisch eine Stufe hoher und im wesentlichen konstanter Temperatur an einer Stelle darstellt, in deren Nähe sich der D-Punkt befinden muß. Der Bereich D der Kurve entspricht dem Teil der Längserstreckung des Wanderrostes, in dem die Temperatur der gesinterten, im Kontakt mit dem Wanderrost stehenden Teilschicht infolge dieses Kontaktes absinkt. Hieraus ergibt sich, daß es auf diese Weise unmöglich ist, aus dem Verlauf der Temperaturkurve eine genaue Lage des D-Punktes zu entnehmen.

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"Überlegungen im Zusammenhang mit dem Vordringen der die Schicht von oben nach unten durchwandernden Flainmenfront haben dazu geführt, daß Temperaturmessungen längs der senkrechten Erstreckung eines Chargenbereiches während des Sinterprozesses durchgeführt wurden, was auf einem Wanderrost oder auch zu Versuchszwecken bei ruhender Schicht erfolgen kann. Die übrigen Gegebenheiten des zu behandelnden Gutes waren in beiden Fällen selbstverständlich dieselben. Diese Versuche haben gezeigt, daß ein der Fig. 3 entsprechender Kurvenverlauf sich auch für die in verschiedenen Höhen eines Teilbereichs der Charge gemessenen Temperaturen ergibt. Ein solcher Teilbereich einer Charge kann in vier übereinanderliegenden Zonen I - IV unterteilt werden, von denen die oberste Zone I dem bereits gesinderten Material, die nächstfolgende Zone II der Flammenfront, die darauf folgende Zone III einer bereits getrockneten Zwischenschicht und die unterste Zone IV einer noch feuchten Teilschicht zugeordnet werden kann. Diese vier unterschiedlichen Zonen sind in Fig. 4 dargestellt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die durch die thermische Trägheit bedingten, im Zusammenhang mit dem in Fig. 3 dargestellten Kurvenverlauf genannten Erscheinungen als eliminiert gelten können. Die Lage der Flammenfront ist deutlich durch ein Maximum T_M in dem von oben nach unten sich erstreckenden Verlauf der Temperaturkurve gekennzeichnet.

In dem Dagramm der Fig. 4 wurden die gemessenen Temperatur-

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werte als Abszissenwerte und die in unterschiedlicher Höhe liegenden Meßpunkte als Ordinatenwerte aufgetragen. Es konnte aufgrund reproduzierbarer Versuche festgestellt werden, daß der Höhenabstand zwischen dem Niveau des Beginns des Temperaturanstiegs und dem Niveau des Temperaturmaximums , mit anderen Worten der Abstand zwischen der oberen Begrenzung der noch feuchten, gegen die bereits im Zustand der Trocknung befindliche Zwischenschicht anliegende Teilschicht und der Flammenfront, für dasselbe behandelte Gut einen konstanten Wert hat, wobei dieser Wert auch bei in erheblichem Maße geänderten, die Wirkungsweise der betreffenden Anlage bestimmenden Parameter konstant bleibt. Diese Konstante nimmt jedoch andere Werte an, wenn man die Parameter der Wirkungsweise der Anlage, beispielsweise die Luftdurchsaugung durch die Sinterschicht oder auch die Zusammensetzung des zu sinternden Gemisches bzw. die Natur des zu sinternden Materials selbst merkbar ändert. Selbstverständlich ändert diese Konstante auch dann ihren Wert, wenn das Verfahren auf einer anderen Anlage durchgeführt wird. In jedem einzelnen dieser Fälle bleibt nichts anderes übrig, als den Wert dieser Konstante zu bestimmen.

Die vorgenannten experimentellen Untersuchungen haben zu der Überlegung geführt, daß die Zeit, die die Flammenfront benötigt, um das Niveau zu erreichen, in welchem sich in demselben Augenblick die Trennfläche zwischen der feuchten und

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der trockenen Teilschicht befindet, ebenfalls konstant ist. Der Wert dieser Konstanten für die vorgenannte Zeit soll im folgenden für ein bestimmtes Gemisch und für bestimmte Luftdurchsaugverhältnisse mit "k" bezeichnet werden. In Fig. wurde der Verlauf der Temperaturkurve, wie sie für einen einzelnen Teilbereich der Charge mittels des Rechners 9 ermittelt wurde, aufgezeichnet, wobei über diesem Kurvenverlauf der jeweilige Verlauf der Temperaturkurve aufgetragen wurde, der sich aus den Messungen in der Senkrechten des betreffenden Teilbereichs der Charge ergibt. Wenn man die Entfernung zwischen der Stelle, an der ein Teilbereich der Charge gezündet wird, und der Stelle, an der die trockene Teilschicht dieses Chargenbereichs den Wanderrost erreicht, mit L_a und den Abstand der Stelle, an der das Gemisch gezündet wird, von der Stelle, an der sich der V-Punkt befindet, mit L bezeichnet, so kann man die Beziehung

er

^L _p = ^La ^{+ kV}

aufstellen, in der V die Geschwindigkeit des Wanderrostes bedeutet.

Von dem Zeitpunkt an, in welchem die unterste, gegen den Wanderrost anliegende Teilschicht getrocknet ist, benötigt die Flammenfront, um den Wanderrost in einem Zeitpunkt t *) eine konstante Zeit t = k, so daß die Entfernung L - L ,

P ^a

die während dieser Zeit von dem betreffenden Teilbereich *) zu erreichen 5098A0/0395

- la -

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der Charge durchlaufen wird, den Wert x = kV annimmt. Auf diese Weise wurde die vorgenannte Beziehung gefunden.

Die aus den Meßwerten der Meßgeräte 8 sich ergebende Temperaturkurve erlaubt es, eindeutig einen Punkt zu bestimmen, an dem der Temperaturanstieg der durch die Schicht durchgesaugten Gase beginnt. Man kann somit in der der Meßwertaufnahme entsprechenden periodischen Folge die Stelle des Wanderrostes ermitteln, an der die trockene Teilschicht der einzelnen Teilbereiche der Charge jeweils den Wanderrost
erreicht. Hieraus ergibt sich, daß der im Vorstehenden
definierte Wert L im wesentlichen fortlaufend bestimmt
werden kann und daß demzufolge auch die tatsächliche Lage des D~Punktes der aufeinanderfolgenden Teilbereiche der
Charge in Abhängigkeit des tatsächlichen zeitlichen Ablaufs des Prozesses bestimmt werden kann.

Die Bestimmung des Punktes, der dem Beginn des Temperaturanstiegs der Gase entspricht, erfolgt durch den Rechner 9 aufgrund der aufeinanderfolgenden Gruppen von aufgenommenen Temperaturwerten. Diese Bestimmung kann auf verschiedene
Weise erfolgen. Im Falle des Ausführungsbeispiels ist der Rechner 9 so aufgebaut, daß er den Schnittpunkt einer geraden, der mittleren Temperatur der noch verhältnismäßig
kalten Gase entsprechenden Linie mit einer Tangente bestimmt, die im Wendepunkt der ansteigenden Kurvenstrecke an die
Temperaturkurve gelegt wurde.

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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist mit dem Ausgang des Rechners 9 ein Rechenorgan 11 verbunden, das ein numerisches Signal vom Wert L in Abhängigkeit des von dem Rechner 9 abgegebenen Signals vom Wert L , in Abhängigkeit des Wertes

V und der Konstanten mit dem vorbestimmten¹ Wert k erzeugt, welchletzterer entsprechend dem zu behandelnden Material und der verwendeten Anlage festgelegt wurde. Das Signal

des vom Wert L kann an einen ersten Eingang numerischen Ver-

Jr

gleichers 12 gelegt werden, der an seinem zweiten Eingang ein numerisches Bezugssignal eines vorbestimmten Wertes L empfängt, das von einem Indikator 22 eines Bezugspunktes erzeugt wurde. Dieser Wert entspricht der Lage des Bezugspunktes für den D-Punkt der auf den Wanderrost aufgebrachten Charge. Der Vergleicher 12 erzeugt an seinem Ausgang ein numerisches Korrektursignal, das an den Eingang eines üblichen Reglers 13 mit Proportional-, Integral- und Differentialregelung gelegt wird, dessen Ausgangssignal an den Eingang des Steuerorgans 3 für die Drehzahlregelung des die Wanderrostkette antreibenden Motors 2 gelegt wird. Alle durch den Rechner 9, das Rechenorgan 11, den Vergleicher 12 und den Regler 13 vorgenommenen Operationen sind numerischer Art. Das durch den Tachometerdynamo 10 erzeugte Signal wird daher mittels eines Analog-Digitalwandlers 20 in ein numerisches Signal umgewandelt und eine entsprechende Digital-Analog-Wandlung wird durch den Wandler 21 bewirkt, der zwischen dem Regler PID 13 und

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dem Steuerorgan 3 angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein Steuerstromkreis gebildet, der es ermöglicht, die Geschwindigkeit des Wanderrostes in Abhängigkeit des Wertes der Leitgröße L zu regeln, deren Wert ein Maß für die tatsächliche Lage des D-Punktes bildet; Diese Art der Steuerung ermöglicht es, diese Leitgröße auf einem Wert zu halten, der im wesentlichen dem Bezugswert L entspricht. Um die Höhe der Charge konstant zu halten, wird an den Eingang einer Regelvorrichtung 19 ein Signal gegeben, das einen Maßstab für den jeweiligen Augenblickswert der Geschwindigkeit V bildet, sowie eine Konstante H, die einem Bezugswert für die Höhe der auf den Wanderrost aufgebrachten Charge entspricht. Die Regelvorrichtung 19 erzeugt ein Signal Q, das dem Augenblickswert der Menge der auf den Wanderrost geschütteten Charge entspricht, so daß die Höhe der Charge konstant gehalten werden kann.

Außer einer Einrichtung für eine Konstanthaltung der Höhe der Charge kann in der Beschichtungseinrichtung auch noch eine Vorrichtung vorgesehen sein, mittels der die Zusammensetzung der Charge konstant gehalten wird.

Mit der in Fig. 2 dargestellten abgewandelten Schaltung kann den Besonderheiten Rechnung getragen werden, mit denen eine Sinterungsanlage auf Steuervorgänge reagiert. Gemäß dieser Abwandlung wird in den Stromkreis zur Steuerung der Geschwindigkeit des Wanderrostes ein durch einen Stromkreis

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gebildetes Modell der Anlage eingebaut, dessen Übertragungsfunktion im wesentlichen mit der der Anlage identisch ist. Die Übertragungsfunktion des Stromkreises 14 veist einen Verstärkungsfaktor auf, dessen Wert mittels eines Regelkreises 15 so geändert werden kann, daß ein angepaßtes Modell gebildet wird.

Der Stromkreis 14 kann an einen die Übertragungsfunktion F (ρ) übernehmenden Vierpol angeglichen werden, der an seinem Eingang ein Signal V empfängt, das einen Maßstab für die Geschwindigkeit des Wanderrostes bildet, und der an seinem Ausgang ein Signal L, erzeugt, das einer theoretischen Lage des V-Punktes entspricht, wobei dem Wert der Übertragungsfunktion F (ρ) Rechnung getragen wird, der sich aus der Beziehung L. = F(p).V ergibt.

Die Übertragungsfunktion eines Systems, im vorliegenden Fall einer Sinteranlage, wird üblicherweise dadurch bestimmt, daß man die Reaktion des Systems· auf eine schroffe Änderung der Eingangsvariablen untersucht, also im vorliegenden Fall die Auswirkungen einer Änderung der Wanderungsgeschwindigkeit des Rostes. Es wurde festgestellt, daß eine solche Übertragungsfunktion im vorliegenden Fall, unter Berücksichtigung der Auswirkungen einer Änderung der Geschwindigkeit des Wanderrostes auf die Lage des D-Punktes, zu befriedigenden Ergebnissen führt, wenn diese Funktion folgender Art ist:

F(_P) =

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In dieser soll bedeuten: G die Verstärkung, ^ eine Zeitkonstante und ρ den Laplace-Operator. In einem beliebigen Zeitpunkt, in welchem die Verstärkung und die Wanderrostgeschwindigkeit spezielle Momentanwerte haben, kann man den entsprechenden speziellen Wert L. , der ein Maß für die theoretische Lage des V-Punktes bildet, nach der Beziehung

L. = A · G

errechnen, in welcher A eine Größe bedeutet, die in jedem Augenblick bestimmt werden kann.

Der für die theoretische, durch den Stromkreis 14 bestimmte Lage des D-Punktes maßgebliche Wert L. wird mit dem Wert L verglichen, der für die tatsächliche Lage des V-Punktes in demselben Augenblick maßgeblich ist. Dieser Vergleich erfolgt mittels des Vergleichers 16, der notfalls ein numerisches Abstandssignal erzeugt, das an den Eingang des Verstärkungsreglers 15 gelegt wird. Hieraus ergibt sich, daß das Anlagemodell im wesentlichen kontinuierlich dem tatsächlichen Verfahrensablauf der benutzten Anlage angepaßt ist. Der so angepaßte Wert L, wird an einen ersten Eingang eines Vergleichers 17 gelegt, der an seinem zweiten Eingang das Signal L empfängt, das für die als Bezugsgröße dienende Lage des D-Punktes maßgeblich ist. Der Vergleicher 17 erzeugt an seinem Ausgang ein numerisches Korrektursignal, das an den Regler PID 13 angelegt wird, dessen Ausgangssigrial

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nach seiner Umwandlung durch den Wandler 21 die Tourenzahl des Motors 2 steuert.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform kann das Abstandsignal, das von dem Vergleicher 16 erzeugt werden kann, den Gegenstand einer Glättungsbehandlung bilden, ehe es an den Verstärkungsregler angelegt wird. Zu diesem Zweck ist ein Glättungsglied 18 zwischen den Vergleicher 16 und den Regler 15 eingebaut. Die Wirkungsweise des Glättungsgliedes 18 entspricht einem Verfahren, das unter der Bezeichnung "Methode der kleinsten Quadrate" bekannt ist. Bezeichnet man den Wert dieses von dem Vergleicher 16 erzeugten Abstandssignals mit ti so hat das Glättungsglied 18 die Aufgabe, in jedem Augenblick die Größe

w= ±ε²

i-n

auf ein Minimum zu bringen, wobei in dieser Formel C (i) der Wert des Abstandssignals in dem betrachteten Zeitpunkt und £(i - n) der Wert des Abstandssignals in einem Zeitpunkt ist, der von dem Zeitpunkt i einen Abstand von η Operationen der Meßwertentnahme aufweist.

Bezeichnet man den speziellen Wert von L in einem beliebigen Zeitpunkt i mit B, so kann man für den Wert des Abstands-

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signals £(i) in diesem Augenblick die Beziehung setzen

£(i) = L_t - L = AG - B

Die Größe W nimmt dann folgenden Wert an:

W =Σ (AG - B)² = ZZ (A²G² - 2ABG+B²) i-n i-n

Diese Größe hat einen Minimalwert für

G = 2m AB / ^ ]

i-n i-n

,2

worin die speziellen Werte von A und B in dem betrachteten Zeitpunkt bekannt sind.

Das Glättungsglied 18 ist somit im Stande, in jedem Augenblick einen Wert der Verstärkung entsprechend der Methode der kleinsten Quadrate zu errechnen. Dieser Wert wird dem Steuerorgan 15 zugeleitet, um die Übertragungsfunktion des Stromkreises 14 zu verändern. Die Wahl der Summenzahl η resultiert aus einem Kompromiß, der der Tatsache Rechnung trägt, daß eine zu geringe Zahl von Summationen zu einer ungenügenden Glättung führt, und daß eine zu hohe Zahl von Summationen dazu führt, daß das System nur verhältnismäßig

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langsam auf irgend welche Störungen reagiert. Die Praxis hat gezeigt, daß eine den gegebenenfalls tatsächlich auftretenden Störungen Rechnung tragende Regulierung sich mit einer Zahl von Summationen erreichen läßt, die einem Zeitintervall von einem Wert entspricht, der praktisch gleich der Reaktionszeit der Anlage ist.

Aus dieser Glattungsbehandlung ergibt sich, daß die zufälligen Schwankungen des Abstandssignals £ keinen unmittelbaren Einfluß auf die Veränderung der Verstärkung des Modells haben. Mit anderen Worten berücksichtigt die Glättungsoperation ausschließlich bedeutsamere Änderungen des Abstandssignals & .

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Schwankungen der längs einer Wanderroststrecke sich einstellenden Lage des D'-Punktes weitgehend einzuengen. Man hat beispielsweise festgestellt, daß bei einer nicht regulierten Sinteranlage mit einem 56 m langen, mit einer Geschwindigkeit von 3 m/rnin sich bewegenden Wanderrost die Schwankungen des V-Punktes von einer Größenordnung von -4m um die gewünschte Mittellage sind. Diese Feststellung wurde in 95 % der Fälle getroffen. Diese Anlage wurde entsprechend der Erfindung umgebaut. Unter dem Wanderrost wurden in einem Abstand von 50 cm Thermoelemente angeordnet, wodurch es mög-

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lieh war, einen Wert für die tatsächliche Lage des D-Punktes alle 10 Sekunden zu erhalten. Ein die Geschwindigkeit des Wanderrostes korrigierendes Signal kann somit ebenfalls alle 10 Sekunden erzeugt werden. Auf diese Weise konnten die Schwankungen des D -Punktes mit einer Regulierung der Geschwindigkeit des Wanderrostes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, unter Berücksichtigung desselben Wahrscheinlichkeitsgrades , bei Einbau eines angepaßten Modells entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel auf ί 1,5 m gesenkt werden.

Diese Verminderung der Schwankungsbrexte der Lage des D-Punktes zeigt, in welch großem Maße sich die erfindungsgemäße Steuerung des Sinterverfahrens auf den Betrieb einer Wanderrostanlage auswirkt, wobei die Bestimmung der Lage des D-Punktes in jedem einzelnen Fall durch den Einbau eines angepaßten Modells in den Steuerstromkreis weitgehend verbessert werden kann.

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Claims (8)

- 27 - A 11 739 14.3.1975 i - dm Patentansprüche

1. Verfahren zur Sinterung insbesondere von Eisenerzen auf einem Wanderrost, entlang dessen die Temperatur der Gase, die die auf den Wanderrost aufgebrachte Charge durchsetzt haben, gemessen und dessen Geschwindigkeit so geregelt wird, daß der D-Punkt der Charge sich dauernd an einer vorbestimmten Stelle befindet, dadurch
gekennzeichnet , daß

die Lage des Punktes, an dem die Temperatur der Gase,
die denselben Teilbereich der Charge durchströmt haben, ansteigt, bezüglich des Wanderrostes kontinuierlich bestimmt wird,

ein Signal P gebildet wird, dessen Momentanwert der tatsächlichen Lage des D-Punktes der Charge bezüglich des
Wanderrostes entspricht, wobei der Wert dieses Signals
sich nach der Beziehung

^Lp = ^La

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, in der L den Momentanwert des Signals JP, L die Lage des Temperatur anstiegspuriktes,, V die Wanderrostgeschwindigkeit 12nd lc eine Konstante bedeutet,

die Geschwindigkeit des Wanderrostes so geregelt wird, daß der Wert des Signals P mit einem !konstanten, der vorbestimmten Lage des D-Punktes entsprechenden Wert übereinstimmt» bzw. daß der Wert eines Korrektursignals, das durch Vergleich des Signals 3? mit einem der vorbestimmten Lage des D-Punktes entsprechenden Bezugssignal Z erzeugt wird, den Betrag üSüll annimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

ein Signal T mit dem einer theoretischen Lage des D-Puriktes entsprechenden Wert L. erzeugt wird, der sich nach der Beziehung

L₄. = FCp). V

errechnet, in der V die Geschwindigkeit des Wanderrostes und .FCp) eine Übertragungsfunktion laedeutet, in der die Abhängigkeit des Sinterprozesses von einer Korrektur der Geschwindigkeit des Wanderrostes zum Ausdruck kommt,

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dieses Signal T mit dem Signal P unter Bildung eines Abstandssignals verglichen und die Übertragungsfunktion F(p) so geändert wird, daß das Abstandssignal den Wert Null annimmt,

das Signal T mit dem Bezugssignal Z unter Bildung eines Korrektursignals verglichen und die Geschwindigkeit des Wanderrostes so geändert wird, daß das Korrektursignal den Wert Null annimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

ein Signal T mit dem einer theoretischen Lage des D-Punktes entsprechenden Wert L, erzeugt wird, der sich nach der Beziehung

L_t = P(p) - V

errechnet, in der V die Geschwindigkeit des v.'anderrostes und F(p) eine Übertragungsfunktion bedeutet, in der die Abhängigkeit des Sinterprozesses von einer Korrektur der Geschwindigkeit des Wanderrostes zum Ausdruck kommt,

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das Signal T mit dem Signal P unter Bildung eines Abstandssignals verglichen wird und die ein bestimmtes Maß übersteigenden Änderungen dieses Signals in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Kriterium festgestellt werden,

die Übertragungsfunktion F(p) so geändert wird, daß die ein bestimmtes Maß übersteigenden Änderungen den Wert Null annehmen,

das Signal T mit dem Bezugssignal Z unter Bildung eines Korrektursignals verglichen und die Geschwindigkeit des Wanderrostes so geändert wird, daß das Korrektursignal den Wert Null annimmt.

4. Wanderrostanlage zum Sintern insbesondere von Erzen mit einer Mehrzahl von unter dem Rost angeordneten Windkästen, einer Mehrzahl von unter dem Rost angeordneten Meßgeräten zur Bestimmung der Temperatur der Gase nach ihrem Durchgang durch die einzelnen Teilbereiche der Charge sowie Einrichtungen zum Messen und Steuern der Geschwindigkeit des Wanderrostes, dadurch gekennzeichnet , daß sie zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 folgende Einrichtungen umfaßt:

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die von den Temperatur-Maßgeräten (8) festgestellten Meßwerte verarbeitende Mittel ( 9 ) zur Bestimmung der Lage des Punktes des Temperaturanstiegs der einen bestimmten Teilbereich der Charge durchsetzenden Gase im Verhältnis zum Rost für jeden einzelnen dieser Bereiche der Charge, mittels deren ein Signal P erzeugt wird, dessen Wert L sich mit einer Lageveränderung dieses Punktes verändert;

eine Recheneinrichtung, mittels der die von dem D-Punkt aufeinanderfolgender Chargenbereiche einzunehmende Lage in Abhängigkeit des Wertes dieses Signals P bestimmt wird τ

von dieser Recheneinrichtung gesteuerte Mittel zur Steuerung der Geschwindigkeit des Wanderrostes, um' die Lage des D-Punktes an einer vorbestimmten Stelle aufrechtzuerhalten.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Recheneinrichtung aus einem Rechen organ (11) besteht, das mit den zur Bestimmung der Lage des Punktes des Temperaturanstiegs dienenden Mitteln (9) zur Meßwertauf nähme und mit den Mitteln (20) zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Wan-

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derrostes verbunden ist, wobei ein Signal P gebildet wird, dessen Momentanwert sich aus der Beziehung

L_p = L_a + k . V

ergibt, in der L den Wert des Signals bedeutet, das

von den vorgenannten Mitteln (9) der Meßwertaufnahme

(20) gebildet wird, V den von den Mitteln zur Geschwxndiglceitsbestimmung gelieferten Wert und k eine Konstante mit vorbestimmtem Wert bedeutet.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Steuerung der Wanderrostgeschwindigkeit ein erstes Vergleichsorgan (12) umfassen, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des Rechenorgans (11), dessen zweiter Eingang mit einem Anzeigeorgan (22) für den Bezugspunkt und dessen Ausgang mit den Mitteln (13, 21, 3) zur Steuerung der Wanderrostgeschwindigkeit verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Steuerung der Rostgeschwindigkeit einen Stromkreis (14) oder ein einen solchen Stromkreis simulierendes numerisches Modell umfassen, dessen Übertragungsfunktion der Übertra-

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gungsfunktion der Sinteranlage entspricht, wobei dieser Stromkreis zwischen dem Ausgang des Rechenorgans (11) und dem Eingang des ersten Verglexchsorgans (17) angeordnet und zwischen dem Ausgang des Rechenorgans (11) und dem Eingang des Stromkreises (14) ein zweites Vergleichsorgan (16) angeordnet ist, dessen erster Eingang das von dem Rechenorgan (11) gebildete Signal P aufnimmt und dessen zweiter Eingang das von dem Stromkreis (14) ausgehende Signal (T) aufnimmt und dessen Ausgang mit dem Eingang eines Verstarkungsreglers (15) verbunden ist, so daß es möglich ist, die Übertragungsfunktion dieses elektrischen Stromkreises (14) in Abhängigkeit des von dem zweiten Vergleichsorgan (16) gebildeten Signals zu ändern.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Steuerung ein Glättungsorgan (18) umfassen, das zwischen dem Ausgang des zweiten Verglexchsorgans (16) und de.α Eingang des Verstärkungsreglers (15) angeordnet ist, um auf diese Weise die Verstärkung in Abhängigkeit eines vorbestimmten Kriteriums zu verändern.

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