Michael Kelly, Allied PhotoChemical 및 David Hagood, Finishing Technology Solutions 작성
파이프 및 튜브 제조 공정에서 거의 모든 VOC(휘발성 유기 화합물)를 제거할 수 있다고 상상해 보세요. 이는 연간 1만 파운드에 달하는 VOC에 해당합니다. 또한, 더 빠른 속도로 생산하고 처리량은 늘리며 부품/선형 피트당 비용은 절감할 수 있다고 상상해 보세요.
지속가능한 제조 공정은 북미 시장에서 더욱 효율적이고 최적화된 제조를 추진하는 데 핵심적인 요소입니다. 지속가능성은 다양한 방식으로 측정할 수 있습니다.
VOC 감소
에너지 사용량 감소
최적화된 노동력
더 빠른 제조 출력(더 적은 것으로 더 많은 것을)
자본의 보다 효율적인 활용
또한 위의 다양한 조합이 가능합니다.
최근 한 유수 튜브 제조업체가 코팅 작업에 새로운 전략을 도입했습니다. 이 제조업체가 이전에 주로 사용하던 코팅 플랫폼은 수성 코팅이었는데, 이는 VOC 함량이 높고 가연성이기도 했습니다. 이에 따라 도입된 지속 가능한 코팅 플랫폼은 100% 고형분 자외선(UV) 코팅 기술이었습니다. 본 기사에서는 고객의 초기 문제, UV 코팅 공정, 전반적인 공정 개선, 비용 절감 및 VOC 감소에 대해 간략하게 설명합니다.
튜브 제조의 코팅 작업
제조업체는 그림 1a와 1b에서 볼 수 있듯이 지저분한 수성 코팅 공정을 사용하고 있었습니다. 이 공정은 코팅 재료 낭비를 초래했을 뿐만 아니라, 작업 현장의 위험 요소로 인해 VOC 노출과 화재 위험이 증가했습니다. 또한, 고객은 기존 수성 코팅 공정보다 향상된 코팅 성능을 원했습니다.
많은 업계 전문가들이 수성 코팅과 UV 코팅을 직접 비교하지만, 이는 현실적인 비교가 아니며 오해의 소지가 있습니다. 실제 UV 코팅은 UV 코팅 공정의 일부입니다.
그림 1. 프로젝트 참여 프로세스
UV는 프로세스입니다
UV는 상당한 환경적 이점, 전반적인 공정 개선, 제품 성능 향상, 그리고 선형 피트당 코팅 비용 절감 효과를 제공하는 공정입니다. UV 코팅 프로젝트를 성공적으로 구현하려면 UV를 세 가지 주요 요소, 즉 1) 고객, 2) UV 도포 및 경화 장비 통합업체, 3) 코팅 기술 파트너로 구성된 공정으로 바라봐야 합니다.
이 세 가지 모두 UV 코팅 시스템의 성공적인 계획 및 구현에 매우 중요합니다. 따라서 전반적인 프로젝트 참여 프로세스를 살펴보겠습니다(그림 1). 대부분의 경우, 이러한 노력은 UV 코팅 기술 파트너가 주도합니다.
성공적인 프로젝트의 핵심은 명확하게 정의된 참여 단계를 갖추고, 유연성을 확보하며 다양한 고객 유형과 애플리케이션에 맞춰 조정할 수 있는 역량을 갖추는 것입니다. 성공적인 고객 참여를 위한 7가지 참여 단계는 다음과 같습니다. 1) 전체 프로세스 논의; 2) ROI 논의; 3) 제품 사양; 4) 전체 프로세스 사양; 5) 샘플 테스트; 6) RFQ/전체 프로젝트 사양; 7) 지속적인 소통.
이러한 참여 단계는 순차적으로 진행될 수 있으며, 일부는 동시에 진행되거나 상호 교환될 수 있지만, 모든 단계를 완료해야 합니다. 이러한 유연성은 참여자에게 최고의 성공 가능성을 제공합니다. 경우에 따라 모든 코팅 기술 분야에서 귀중한 업계 경험을 보유한 UV 공정 전문가를 참여시키는 것이 가장 좋을 수 있지만, 무엇보다도 UV 공정 경험이 풍부해야 합니다. 이 전문가는 모든 문제를 해결하고 코팅 기술을 적절하고 공정하게 평가하는 중립적인 역할을 수행할 수 있습니다.
1단계. 전체 프로세스 논의
여기서 고객의 현재 프로세스에 대한 초기 정보를 교환하고, 현재 레이아웃과 장단점을 명확하게 정의합니다. 많은 경우 상호 비밀 유지 계약(NDA)을 체결해야 합니다. 그런 다음 명확하게 정의된 프로세스 개선 목표를 수립해야 합니다. 여기에는 다음이 포함될 수 있습니다.
지속 가능성 – VOC 감소
노동력 감소 및 최적화
품질 향상
라인 속도 증가
바닥 공간 감소
에너지 비용 검토
코팅 시스템의 유지관리 - 예비 부품 등
다음으로, 확인된 프로세스 개선 사항을 기반으로 구체적인 측정 항목을 정의합니다.
2단계. 투자 수익률(ROI) 논의
초기 단계에서 프로젝트의 ROI를 이해하는 것이 중요합니다. 프로젝트 승인에 필요한 수준의 세부 정보까지 포함할 필요는 없지만, 고객은 현재 비용에 대한 명확한 개요를 알고 있어야 합니다. 여기에는 제품당 비용, 선형 피트당 비용 등, 에너지 비용, 지적 재산(IP) 비용, 품질 비용, 운영/유지 관리 비용, 지속 가능성 비용, 그리고 자본 비용이 포함되어야 합니다. (ROI 계산기에 대한 자세한 내용은 이 글의 마지막 부분을 참조하세요.)
3단계. 제품 사양 논의
오늘날 생산되는 모든 제품과 마찬가지로, 기본 제품 사양은 초기 프로젝트 논의 단계에서 정의됩니다. 코팅 적용 분야의 경우, 이러한 제품 사양은 생산 요구 사항을 충족하기 위해 시간이 지남에 따라 발전해 왔으며, 일반적으로 고객의 현재 코팅 공정으로는 충족되지 않습니다. 이를 "오늘 vs. 내일"이라고 부릅니다. 이는 현재 제품 사양(현재 코팅으로는 충족되지 않을 수 있음)을 이해하는 것과 현실적인 미래 요구 사항을 정의하는 것(항상 균형 잡힌 접근 방식) 사이에서 균형을 맞추는 작업입니다.
4단계. 전체 프로세스 사양
그림 2. 수성 코팅 공정에서 UV 코팅 공정으로 전환할 때 가능한 공정 개선 사항
고객은 현재 공정과 기존 관행의 장단점을 완전히 이해하고 정의해야 합니다. 이는 UV 시스템 통합업체가 새로운 UV 시스템 설계 시 잘 진행되고 있는 부분과 그렇지 않은 부분을 모두 고려하여 이해하는 것이 중요합니다. UV 공정은 코팅 속도 향상, 필요한 바닥 면적 감소, 온도 및 습도 감소 등 상당한 이점을 제공합니다(그림 2 참조). 고객의 제조 시설을 함께 방문하는 것이 적극 권장되며, 이는 고객의 요구 사항을 이해하는 데 도움이 되는 훌륭한 프레임워크를 제공합니다.
5단계. 시범 및 시험 운행
고객과 UV 시스템 통합업체는 코팅 공급업체 시설도 방문하여 모든 참여자가 고객의 UV 코팅 공정 시뮬레이션에 참여할 수 있도록 해야 합니다. 이 기간 동안 다음과 같은 활동이 진행되면서 많은 새로운 아이디어와 제안이 도출될 것입니다.
시뮬레이션, 샘플 및 테스트
경쟁 코팅 제품 테스트를 통한 벤치마크
모범 사례 검토
품질 인증 절차 검토
UV 통합자를 만나보세요
앞으로 나아가기 위한 세부적인 행동 계획을 개발하세요
6단계. RFQ/전체 프로젝트 사양
고객의 RFQ 문서에는 공정 논의에서 정의된 새로운 UV 코팅 작업에 대한 모든 관련 정보와 요구 사항이 포함되어야 합니다. 이 문서에는 UV 코팅 기술 회사가 제시한 모범 사례가 포함되어야 하며, 여기에는 워터 재킷 가열 시스템을 통해 건 팁까지 코팅을 가열하는 방법, 토트 가열 및 교반 방법, 그리고 코팅 사용량 측정을 위한 저울 사용 방법 등이 포함될 수 있습니다.
7단계. 지속적인 커뮤니케이션
고객, UV 통합업체, UV 코팅 회사 간의 소통 수단은 매우 중요하며, 이를 장려해야 합니다. 오늘날의 기술 덕분에 정기적인 Zoom/컨퍼런스 형태의 통화 일정을 예약하고 참여하는 것이 매우 편리해졌습니다. UV 장비나 시스템 설치 시 예상치 못한 상황이 발생하지 않아야 합니다.
파이프 제조업체가 실현한 결과
UV 코팅 프로젝트에서 고려해야 할 중요한 요소는 전반적인 비용 절감입니다. 이 사례에서 제조업체는 에너지 비용, 인건비, 코팅 소모품 등 여러 측면에서 비용 절감을 달성했습니다.
에너지 비용 – 마이크로파 구동 UV 대 유도 가열
일반적인 수성 코팅 시스템에서는 튜브의 사전 또는 사후 유도 가열이 필요합니다. 유도 가열기는 비용이 많이 들고 에너지 소모가 많으며, 유지 관리에 상당한 문제가 발생할 수 있습니다. 또한, 수성 코팅 시스템은 마이크로파 UV 램프가 사용하는 90kW에 비해 200kW의 유도 가열기를 사용해야 했습니다.
표 1. 10개 램프 마이크로파 UV 시스템을 사용하여 유도 가열 시스템 대비 100kw/시간 이상의 비용 절감
표 1에서 볼 수 있듯이, 파이프 제조업체는 UV 코팅 기술을 구현한 후 시간당 100kw 이상의 전력을 절감했으며, 연간 71,000달러 이상의 에너지 비용도 절감했습니다.
그림 3. 연간 전기 비용 절감 예시
이러한 에너지 소비 감소로 인한 비용 절감액은 kWh당 14.33센트의 전기 요금을 기준으로 추산되었습니다. 연간 50주(주 5일, 교대 근무당 20시간) 동안 2교대로 계산된 시간당 100kw의 에너지 소비 감소는 그림 3에서 볼 수 있듯이 71,650달러의 절감 효과를 가져옵니다.
노동비 절감 – 운영자 및 유지 보수
제조업체들이 인건비를 지속적으로 평가함에 따라, UV 공정은 작업자 및 유지보수 인력에 대한 획기적인 절감 효과를 제공합니다. 수성 코팅의 경우, 습식 코팅은 자재 취급 장비의 하류에서 응고될 수 있으며, 이는 결국 제거되어야 합니다.
제조 시설의 운영자들은 하류 재료 취급 장비에서 수성 코팅을 제거/청소하는 데 주당 총 28시간을 소모했습니다.
비용 절감(추정 노동 시간 28시간 x 시간당 36달러[부담 비용] = 주당 1,008달러 또는 연간 50,400달러) 외에도 작업자의 육체 노동 요구 사항은 짜증스럽고 시간이 많이 걸리며 매우 위험할 수 있습니다.
고객은 분기별로 코팅 청소를 목표로 삼았고, 인건비는 분기당 1,900달러, 코팅 제거 비용은 추가로 발생하여 총 2,500달러를 절감했습니다. 연간 총 절감액은 10,000달러였습니다.
코팅 비용 절감 – 수성 코팅 vs. UV 코팅
고객 현장에서는 직경 9.625인치(약 23.6mm) 파이프를 월 12,000톤 생산했습니다. 이는 약 570,000선형피트(약 12,700개)에 해당합니다. 새로운 UV 코팅 기술의 적용 공정에는 일반적으로 목표 두께가 1.5밀(약 4.7mm)인 대용량/저압 스프레이 건이 사용되었습니다. 경화는 Heraeus UV 마이크로파 램프를 사용하여 수행되었습니다. 코팅 비용 및 운송/내부 취급 비용 절감액은 표 2와 표 3에 요약되어 있습니다.
표 2. 코팅 비용 비교 – 선형 피트당 UV 대 수성 코팅
표 3. 유입 운송 비용 절감 및 현장 자재 취급 감소로 인한 추가 절감
또한, 추가적인 자재 및 노동 비용 절감과 생산 효율성 향상도 실현할 수 있습니다.
UV 코팅은 재활용이 가능하지만 수성 코팅은 그렇지 않아 최소 96%의 효율성을 제공합니다.
UV 코팅은 고강도 UV 에너지에 노출되지 않는 한 건조되지 않으므로 작업자는 도포 장비를 청소하고 유지 관리하는 데 소요되는 시간을 줄일 수 있습니다.
생산 속도가 빨라졌고, 고객은 생산 속도를 분당 100피트에서 분당 150피트로 50% 증가시킬 수 있는 잠재력을 갖게 되었습니다.
UV 공정 장비에는 일반적으로 생산 가동 시간별로 추적 및 예약되는 세척 주기가 내장되어 있습니다. 이는 고객의 요구에 따라 조정될 수 있으며, 시스템 청소에 필요한 인력을 절감할 수 있습니다.
이 사례에서 고객은 연간 1,277,400달러의 비용 절감을 실현했습니다.
VOC 감소
그림 4에서 볼 수 있듯이 UV 코팅 기술을 구현하면 VOC도 감소합니다.
그림 4. UV 코팅 구현으로 인한 VOC 감소
결론
UV 코팅 기술을 통해 파이프 제조업체는 코팅 작업에서 VOC를 사실상 제거할 수 있을 뿐만 아니라 생산성과 전반적인 제품 성능을 향상시키는 지속 가능한 제조 공정을 구현할 수 있습니다. UV 코팅 시스템은 또한 상당한 비용 절감 효과를 가져옵니다. 본 기사에서 설명한 바와 같이, 고객은 연간 총 120만 달러를 절감했으며, 154,000파운드(약 7만 8천kg) 이상의 VOC 배출량을 줄였습니다.
더 자세한 정보와 ROI 계산기를 이용하려면 www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/를 방문하세요. 추가적인 공정 개선 사항 및 ROI 계산기 예시는 www.uvebtechnology.com을 방문하세요.
사이드바
UV 코팅 공정의 지속 가능성/환경적 이점:
휘발성 유기 화합물(VOC) 없음
유해 대기 오염 물질(HAP) 없음
불연성
용매, 물 또는 필러 없음
습도나 온도 생산 문제 없음
UV 코팅이 제공하는 전반적인 프로세스 개선 사항:
제품 크기에 따라 분당 800~900피트 이상의 빠른 생산 속도
35피트(선형 길이) 미만의 작은 물리적 발자국
진행 중인 작업이 최소화됨
후처리가 필요 없는 즉석 건조
하류 습식 코팅 문제 없음
온도나 습도 문제에 대한 코팅 조정 없음
교대 근무, 유지 관리 또는 주말 정전 중에는 특별한 취급/보관이 없습니다.
운영자 및 유지관리와 관련된 인력 비용 감소
오버스프레이를 회수하고 재여과하여 코팅 시스템에 다시 도입하는 기능
UV 코팅으로 제품 성능 향상:
습도 테스트 결과 개선
강한 소금 안개 테스트 결과
코팅 속성 및 색상 조정 기능
투명 코팅, 메탈릭 및 색상 사용 가능
ROI 계산기에 따르면 선형 피트당 코팅 비용이 낮아집니다.
게시 시간: 2023년 12월 14일
