本发明属于钒系合金生产技术领域，具体涉及基于铝热还原制备钒铝合金的布料方法。
背景技术：
航空航天领域用于制备飞机骨架和发动机的钛合金中ti-6al-4v和ti-8al-1mo-1v两种合金用量约占钛合金市场的一半。钛合金中的钒是以钒铝合金的形式加入，我国主要采用钒铝合金制备ti-6al-4v。钒铝合金与金属钛重熔制备含钒钛合金，其质量的优劣直接影响航空航天用钛合金的性能。为了达到所期望的宇航、航空工业钛合金的最佳性能，关键之一是制备纯度优、成分均匀的钒铝中间合金。
目前，国内生产钒铝中间合金的大多数企业采用铝热自蔓延还原的工艺，该工艺路线成熟，现有技术水平较高，钒的回收率普遍能达到90％以上。中国专利文献cn107099718a公开了“基于铝热自蔓延梯度还原与渣洗精炼制备钨铁合金的方法”，中国专利文献cn104120304b公开了“一种基于铝热自蔓延-喷吹深度还原制备钛铝合金的方法”。从上述公开的内容看，目前铝热自蔓延还原反应是均是将原料与铝粒按一定比例混合均匀，铺入反应炉内，点火发生铝热反应，反应结束后等待试样冷却后再处理。有人提出喷吹精炼渣以达到精炼的目的，但是实际操作过程复杂，在铝热自蔓延还原反应过程中，炉内熔液搅拌不充分，反应过程中使其熔液混合均匀的方法未见报道。
由于钒铝合金为铝热法一次反应，冶炼的过程中很难通过外界对炉内熔液进行搅拌。虽然钒铝合金是一种无限互溶固熔体，但铝的密度比钒的密度低，熔化的铝很难沉入炉底，炉底反应生成的钒不易上浮，反应炉内熔液上下对流不足，造成合金饼上部铝含量较高，下部钒含量较高，进而使合金饼偏析严重，一般合金饼上下偏析达到3.5％左右。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供基于铝热还原制备钒铝合金的布料方法，以减小钒铝合金饼上下层的偏析，提高合格品产量。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是提供了基于铝热还原制备钒铝合金的布料方法，该方法包括如下步骤：先将金属铝a铺于反应炉底，再将五氧化二钒、冷却剂和金属铝b混合均匀，铺于金属铝a上，点火反应，结束后冷却，去掉溶渣得钒铝合金。
其中，上述基于铝热还原制备钒铝合金的布料方法中，所述五氧化二钒、金属铝b、冷却剂和金属铝a的质量比为2:0.8～1.1:0.1～0.3:0.23～1.2。
其中，上述基于铝热还原制备钒铝合金的布料方法中，所述金属铝a和金属铝b均为相同粒度的铝粒；所述铝粒的粒度为1～3mm。
其中，上述基于铝热还原制备钒铝合金的布料方法中，所述五氧化二钒的粒度为1～5mm。
其中，上述基于铝热还原制备钒铝合金的布料方法中，所述冷却剂的粒度为1～5mm。
其中，上述基于铝热还原制备钒铝合金的布料方法中，所述混合的时间为15～25min。
本发明的有益效果是：
本发明通过先将一部分金属铝铺于反应炉底，再将混合均匀后的五氧化二钒、冷却剂和金属铝置于其上，发生铝热反应时，熔融的原料由于密度差导致反应过程中熔液再次混合，达到熔液流动充分、熔渣上浮、熔体内上下偏析小的效果，从而使制备得到的钒铝合金饼上下偏析小，成品的合格品产量提高。本发明方法工艺简便，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
具体的，本发明提供了基于铝热还原制备钒铝合金的布料方法，该方法包括如下步骤：
先将粒度为1～5mm的铝粒(金属铝a)铺于反应炉底，再将粒度为1～5mm的五氧化二钒、粒度为1～5mm的冷却剂和粒度为1～5mm的铝粒(金属铝b)混合均匀后铺于金属铝a上，控制五氧化二钒、金属铝b、冷却剂和金属铝a的质量比为2:0.8～1.1:0.1～0.3:0.23～1.2，采用镁粉进行点火，反应结束后冷却，
去掉反应渣得钒铝合金。
本发明所采用的冷却剂为钒铝合金生产过程中得到的粒度、成分不合格钒铝合金残次品。
本发明适用于各种容器大小的反应炉，在铺设物料时，需保证金属铝a能够均匀地平铺于容器底部，混合料均匀地平铺于金属铝a上，控制五氧化二钒、金属铝b、冷却剂和金属铝a的质量比为2:0.8～1.1:0.1～0.3:0.23～1.2。
本发明金属铝b的主要作用是参与还原反应，将五氧化二钒还原成金属钒；金属铝a的主要作用是与生成的金属钒发生合金化生成钒铝合金。
本发明需控制冷却剂的用量，冷却剂的量过多或过少，容易引起喷溅或者热量不足，采用本发明的布料方式以及冷却剂的用量可以保证反应液的流动性，提高产品质量。
本发明应当注意的是必须先将铝粒铺于反应炉底部，再铺由五氧化二钒、冷却剂和铝粒组成的混合料，以达到反应过程中熔融的原料在炉内有上下流动，使得溶液成分均匀，反应结束后，溶渣上浮，去掉溶渣，得到熔体内上下偏析小的钒铝合金。
本发明在反应前期，反应从反应器上部开始，即五氧化二钒和金属铝b先发生反应，产生大量的热量，从而产生液相，由于反应前期液相不足，反应炉底部的铝粒不会上浮，到反应中后期时，反应炉内有足够的液相，炉底部的铝粒上浮，上浮过程中因高温会全部融化，以达到反应过程中熔融的原料在炉内有上下流动，使得溶液成分均匀，进行降低钒铝合金的偏析。钒铝合金成品分上、中、下层，中层为合格品，钒铝合金饼上、下层钒的偏析越低，得到中层合格品的产品就越高。因此，本发明方法能够提高合格品的产品，具有广阔的应用前景。
下面将通过具体的实施例对本发明作进一步地详细阐述。以下实施例中铝粒的粒度为1～3mm；五氧化二钒的粒度为1～5mm；冷却剂的粒度为1～5mm。
实施例1
以制备alv55为目标，按质量比例为2:1:0.3:0.95称取五氧化二钒、金属铝b、冷却剂和金属铝a，五氧化二钒、冷却剂与金属铝b混合20min得混合料，金属铝a先铺于反应炉底，再铺上混合料，使用镁粉引燃混合料，等待反应结束，冷却后去掉上层的反应渣，得到目标钒铝合金。检测得钒铝合金上层钒含量为55.2％，下层钒含量为57.9％，上下偏差为2.7％。
实施例2
以制备alv55为目标，按质量比例为2:0.8:0.3:1.15称取五氧化二钒、金属铝b、冷却剂和金属铝a，五氧化二钒、冷却剂与金属铝b混合20min得混合料，金属铝a先铺于反应炉底，再铺上混合料，使用镁粉引燃上层炉料，等待反应结束，冷却后去掉上层的反应渣，得到目标钒铝合金。检测得钒铝合金上层钒含量为55.5％，下层钒含量为57.9％，上下偏差为2.4％。
实施例3
以制备alv85为目标，按质量比例为2:1:0.3:0.23称取五氧化二钒、金属铝b、冷却剂和金属铝a，五氧化二钒、冷却剂与金属铝b混合20min得混合料，金属铝a先铺于反应炉底，再铺上混合料，使用镁粉引燃混合料，等待反应结束，冷却后去掉上层的反应渣，得到目标钒铝合金。检测得钒铝合金上层钒含量为84.8％，下层钒含量为86.6％，上下偏差为1.8％。
实施例4
以制备alv85为目标，按质量比例为2:0.8:0.3:0.43称取五氧化二钒、金属铝b、冷却剂和金属铝a，五氧化二钒、冷却剂与金属铝b混合20min得混合料，金属铝a先铺于反应炉底，再铺上混合料，使用镁粉引燃混合料，等待反应结束，冷却后去掉上层的反应渣，得到目标钒铝合金。检测得钒铝合金上层钒含量为85.1％，下层钒含量为86.6％，上下偏差为1.5％。
对比例
以目前现场布料方法制备alv55为目标，按质量比例为2:1.95:0.3称取五氧化二钒、金属铝b、冷却剂，将五氧化二钒、金属铝b、冷却剂混合20min得混合料，铺上混合料，使用镁粉引燃混合料，等待反应结束，冷却后去掉上层的反应渣，得到目标钒铝合金。冷却后得到的钒铝合金，检测得上层钒含量为54.9％，下层钒含量为58.6％，上下偏差为3.7％，钒偏析较大。