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제목 프로파일 압출라인 확장에서 ‘듀얼라인’ 전환
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2021/09/06 11:23

프로파일 압출라인 확장에서 ‘듀얼라인’ 전환

건축용 제품 수요가 호황을 맞으면서, 프로파일 압출 업체들은 생산능력 확장을 고려하고 있다. 여기서 많은 업체들이 마주하게 되는 질문은 단순히 단일 싱글 프로파일 라인 수를 더 늘릴 것인지 아니면 ‘듀얼 프로파일’ 라인으로 갈 것인지다. 이와 관련해 고려해야 할 사항을 살펴본다.

 

많은 산업 부문이 코로나바이러스 팬데믹으로 어려움을 겪고 있지만, 건축제품 산업 일부는 큰 호황을 맞고 있다. 집에서 대부분의 시간을 보내게 된 소비자들이 이 기회에 집을 수리해야겠다는 열망에 사로잡혀 좀 더 안락하고 쾌적한 환경을 만들기 위한 프로젝트에 착수했기 때문이다. 이는 목재플라스틱 복합소재(WPC) 데크 및 창 프로파일부터 플라스틱 목재, PVC 펜스, 외장용 사이딩, 처마돌림 및 장식용 트림 등에 이르기까지 다양한 종류의 프로파일 압출에 대한 수요가 증가했다.

공급사슬의 업스트림 부문, 플라스틱 및 WPC 가공업체들은 이런 압출 프로파일 건축자재 수요 확대에 반색했다. 그러나 이 같은 수요 증가는 압출 가공업체들에게 있어 생산능력을 비용효율적으로 확장하는 방법이 무엇인지에 대한 질문을 제기했다.

최근에는 이에 대한 해답으로 많은 압출 가공업체들이 이제까지 사용하지 않던 압출기의 성능을 활용하거나, 추가로 싱글라인 대신 새로운 더 큰 규모의 듀얼 프로파일 라인을 설치해 생산능력을 확장함으로써 싱글 프로파일 생산라인을 ‘듀얼 프로파일(dual-profile)’ 라인으로 변환하는 움직임을 보이고 있다. 이런 접근 방식이 귀사의 상황에 적합한지를 확인하기 위해서는 먼저 다음의 사항들을 꼼꼼하게 따져볼 필요가 있다.

 

1. 새로운 라인을 늘려야 할까?

이미 생산성 높은 압출라인을 운영하고 있는 경우라면, 생산을 급격하게 확대하는 가장 간단한 방법은 같은 종류의 라인을 새로 추가하는 것일 수 있다. 공장 내의 공간 여유상황에 따라 현재 사용하는 것과 정확히 동일한 생산 모델을 더 설치하기만 하면 된다.

새로운 라인이 제대로 작동할 것인가에 관한 리스크는 별로 없다. 새로운 기술을 도입하는 것이 아니기 때문이다. 뿐만 아니라 직원들도 이미 무엇을 해야 할지 잘 알고 있다. 하지만 이 방법에는 다른 대안보다 비용이 많이 든다.

2. 기존 장비를 사용해 더 많이 생산할 수 있을까?

가능할 수도 있다. 현재 사용하는 압출기들을 최대 성능으로 가동하고 있지 않은 경우라면, 라인의 속도를 올려 생산을 늘릴 수 있다. 압출기 rpm을 올려, 프로파일의 품질을 저하시키지 않고도 더 많은 산출량을 유지할 수 있다면, 라인의 산출량을 10~20% 증가시키는 것이 가능하다.

기존 압출라인에서 더 많은 생산량을 내는 것은 비용효율적 접근방식은 분명하지만 원하는 수준의 추가적 처리량을 얻기 위해 어느 정도 선에서 공정을 다시 설정하고, 재개발하는 과정을 거쳐 실험해 나가야 하는 리스크를 감수해야 한다. 게다가, 여러 가지 변수가 존재하기 때문에, 확실한 결과는 알 수 없다.

압출기 속도를 올리면, 전단(shear)이 증가해 공정 불안정성, 프로파일 응력 또는 치수 문제가 생길 수 있다. 기존에 사용하던 다이는 큰 문제없이 작동할 수 있지만, 다이와 다운스트림 툴링은 길이를 늘려주거나 수정이 필요할 수 있다. 또한 다운스트림 장비의 속도, 냉각 성능 및 기타 설정값도 조정해야 한다. 간단히 말하자면, 이미 가지고 있는 장비에서 더 많은 것을 얻어낼 수는 있다 해도, 그 범위는 약 20% 수준으로 제한된다.

3. 싱글라인을 듀얼 프로파일 라인으로 전환할 수 있을까? 아니면 신규 듀얼라인을 구축하는 것은 어떨까?

두 가지 모두 선택 가능한 방안이다. 싱글 프로파일 라인을 듀얼 프로파일 라인으로 전환하는 것은, 기존 싱글라인 압출기 성능의 최소 50% 이상을 사용하지 않고 있었던 경우, 매우 현명한 투자가 될 수 있다.

가까운 미래에 그 만큼 추가로 생산량을 판매할 전망이 확실하다면, 듀얼라인 성능보다 낮은 버전으로 전환해야 비용 회수가 유리해진다. 듀얼 라인 전환에서 압출기의 잉여 성능을 활용하고자할 때 공장 내 활용할 수 있는 공간이 제한적일 경우, 또는 이미 싱글 압출기라인 속도를 높이려고 시도해 보았으나 더 높은 생산속도로는 산출량의 안정화가 불가능한 경우 더욱 좋은 옵션이 될 수 있다.

이런 예를 들어보자. 정격 출력(산출량)이 시간 당 1500 파운드인 압출기를 보유했다면, 싱글 하향 라인 압출기로 시간 당 1000파운드 이상 출력을 내기란 불가능한 상황이다. 이 경우, 이 같은 압출라인을 듀얼 프로파일 라인으로 성공적 전환이 가능하다. 압출기의 전체 성능을 완전히 사용해 원래의 싱글 압출라인 속도의 약 75% 정도로 가공해 두 개의 프로파일을 압출해냄으로써 총 생산량을 50% 끌어올릴 수 있다. 게다가 이중 압출은 원래의 싱글 압출보다 느린 속도로 실행되기 때문에 공정 안정성 문제가 발생할 가능성도 훨씬 적다.

생산량을 더 많이 늘려야 하는 경우, 여러 개의 싱글 프로파일 라인을 새로 늘리는 이점과, 성능이 더 높은 듀얼 프로파일 라인을 채택하는 이점을 비교해 봐야 한다. 예를 들어, 유지 보수가 필요 없는 WPC 소재 데크의 인기가 급증하면서, 기본 생산설비를 시간 당 1500 파운드로 가공하는 (또는 5/4 × 6인치 사이즈의 데크를 시간 당 약 700 피트 가량 가공해내는) 싱글 라인에서 시간 당 3000에서 3300 파운드 (또는 시간 당 약 1600 피트의 데크)를 가공할 수 있는 듀얼 라인으로 전환한 데크 제조업체들이 있다. 물론 두 배의 생산능력을 제한된 공간 안에 집어넣으려면 세밀한 계획이 필요하다. 또한 그 여건에 맞춰 상향 조정해 원료 취급 및 준비 능력도 늘려야 한다.

WPC 원료를 압출하는 경우에는 건조 및 펠렛제조 능력 또한 늘려줘야 한다. 목분 원료는 수분 함량이 높기 때문에, 컴파운딩이 완료된 펠렛의 수분 제거를 위해 뜨거운 열풍 건조가 필요하기 때문이다. 그리고, 어떤 애플리케이션에서는 압출에 앞서 2차 제습 단계가 필요한 경우도 있다. 그 다음으로 더 큰 압출기가 필요하다. 다운스트림 쪽으로는 툴링부터 냉각, 측정, 인취(引取, haul-off), 컷팅/소재 취급 장치 등에 이르기까지 모든 것을 똑같이 조정해야 한다.

듀얼 프로파일 라인으로 전환하기 위해서는 적지 않은 기술과 자원 투자가 필요하다. 기존에 익숙해 있던 싱글라인 가동과 비교해, 더 규모가 크고 성능도 높은 듀얼라인을 안정화시키고 매끄럽게 돌아가도록 하는 데는 훨씬 더 많은 인내심과 노력이 요구된다. 훨씬 더 높은 수준으로 기술을 끌어 올리고 있기 때문이다. 그러나 수익성의 관점에서 보면 듀얼라인 생산으로 전환은 매우 현명한 투자가 될 수 있다.

듀얼라인의 전환은 이미 잘 알고 있는 것을 바탕으로 하라

 

싱글 프로파일에서 듀얼 프로파일 압출라인으로 전환하기 위한 성공의 열쇠는 이미 잘 알고 있는 바를 바탕으로 하는 것이다. 이는 압출기에서 동일한 또 하나의 프로파일을 만들어 내는 것으로, 싱글 프로파일 라인 상에서 이미 입증된 툴링 및 공정 조건을 최대한 유사하게 하나 더 구축해 주는 것과 다르지 않다.

듀얼라인을 이용한 프로파일 생산 성공을 위해 가장 먼저 해결해야 하는 과제는 압출기 출구지점에서 이중의 용융물 흐름을 만들어 내는 것이다. 이를 위해서는 용융 원료가 두 개라인으로 동일하게 흐르도록 나누어 주는 툴 ‘Y 블록’의 개발 및 설치가 필요하다. 압출기에서 빠져나온 이 산출물이 그 다음 두 개의 동일한 형태의 다이 헤드를 통과해 유동하면서 다음 가공을 위해 두 개의 나란한 프로파일을 공급하게 된다.

두 번째 과제는 높아진 압출기 출력을 안정화하는 것이다. 프로파일을 하나 더 압출하기 위해 압출기의 잉여 성능을 활용하면, 압출기는 지금까지보다 더 빨리 돌아갈 것이다. 이때 압출기의 출력이 안정화되고 듀얼 프로파일이 성공적으로 만들어져 나올 때까지 공정을 다시 설정하고 재작업해야 한다.

압출기의 속도가 아니라 라인의 속도가 프로파일 품질을 결정하는 핵심 변수다. 듀얼 프로파일 산출물이 싱글 라인일때 속도의 100% 또는 그 보다 적게 가공된다면, 기본적으로 동일한 다운스트림 툴링 및 장비를 통과하면서 싱글라인 프로파일 제품 못지않은 좋은 품질의 프로파일을 얻을 수 있을 것이다.

다운스트림 장비

 

압출 다이에서 이어지는 다운스트림 쪽 듀얼 프로파일 장비는 기본적으로 싱글라인 장비와 유사하지만, 동일한 형태로 두 개를 만들어 나란히 정렬한다. (비교를 위해 설명하면, 듀얼 프로파일 장비는 대개 싱글라인 장비와 동일한 길이로 만들어지고 동일한 간격이 필요하지만, 그 폭이 약 50 % 더 넓다.)

WPC 소재 데크, WPC 또는 PVC 창틀, PVC 펜스 등 많은 건축용 압출품들은 압출기에서 빠져나와 캘리브레이션 테이블에서 일련의 크기 조정용 다이를 통과하면서 건조된다. 다이에는 내부에 물을 이용한 냉각장치가 장착되어 다이가 고온 프로파일에 대해 균일한 온도를 유지하고, 프로파일이 다이를 부드럽게 미끄러져 통과할 수 있도록 물 방울들을 흘려 윤활작용을 해준다.

두께가 얇거나 복잡한 형상의 프로파일 경우, 형태 유지를 위해 진공흡착 기능을 지닌 다이를 사용할 수도 있다. 그 다음으로 프로파일은 듀얼 스프레이 냉각탱크로 들어간다. 액침 방식의 냉각에 비교해 스프레이 냉각은 훨씬 더 효율성이 높다. 액침 냉각탱크는 뜨거운 프로파일 주위에 데워진 냉각수의 단열층이 생성될 수 있지만, 스프레이탱크는 더 빨리 더 많은 열을 방출시켜주는 보다 효율성 높은 증발식 냉각을 활용한다.

이 같은 분무식 냉각은 WPC 소재 압출물의 경우 목분 성분의 열 지수가 복합소재 혼합물에 일반적으로 사용하는 다른 폴리머 성분에 비해 훨씬 높기 때문에 데크 같은 WPC 소재 압출제품 생산에 필수적인 장비다. 또한 WPC 프로파일은 일반 플라스틱 프로파일에 비해 3배 이상의 유동 냉각수를 공급할 수 있는 탱크가 필요하다. 분무식 냉각은 창틀 및 펜스에 사용하는 크고 복잡한 형상의 비닐(PVC) 압출물에 널리 사용된다.

이 같은 공정의 전체 속도는 미끄럼방지용 클리트가 장착된 듀얼라인 풀러를 사용해 미세 조정되며, 그 속도는 마스터 압출 제어장치에 예속된다. 클리트가 장착된 두 개의 풀러라인은 하나의 장비 하우징 안에 들어가지만 각 풀러의 속도는 독립적으로 제어된다. 따라서 각각의 풀러에서 라인 속도 그리고 압출 공정 제어장치로부터 연속적 피드백에 기반해 작은 단위로 공정 속도를 미세 조정하거나 ‘트리밍’ 할 수 있다.

듀얼 압출라인이 서로 동일한 작업을 수행하도록 설계됐지만 Y 블록과 압출기 헤드를 통과하면서 원료 흐름에 작은 변화가 발생하는 경우가 많기 때문에 이러한 미세 조정이 필요하다. (10% 범위를 넘는 속도 조절은 압출기의 rpm 조절로 처리해야 한다.)

풀러를 지난 프로파일은 그 다음으로 듀얼라인 절단 톱 테이블(saw table)로 진행된다. 여기서도 다시 한 번, 각 라인의 속도와 각 프로파일의 길이는 듀얼 절단 톱을 구동해 독립적으로 작동하는 이중의 측정 시스템에 의해 관리된다. 프로파일은 마감 길이로 절단된 다음 역시 두 개로 나누어진 덤프 테이블로 보내져, 길이에 맞춰 잘린 프로파일이 쌓이면 수거나 포장을 위해 포개어 부려 놓는다.

생산능력 확대를 고려하고 있는 압출가공 업체는 다양한 대안을 고려해봐야 한다. 기존 라인과 동일한 싱글 생산라인을 새로 설치하면 노력은 가장 덜 들지만 일반적으로 자본 및 공장 공간 비용 측면에서 가장 많은 비용이 든다.

하지만 듀얼 프로파일 생산라인을 채택하거나 기존 라인을 듀얼라인으로 전환하려면 상당한 사전 계획과 상대적으로 많은 시간 및 공정개발 노력이 필요하다. 자본 및 공장 공간 측면에서는 비용이 훨씬 적게 들 뿐 아니라 사업의 전반적 생산능력을 한 단계 끌어올릴 수 있다. 

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