本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种钒铝合金的生产方法。
背景技术：
铝热法是一种利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法。铝热剂指铝和金属氧化物的混合物。将铝粉和一定量的高熔点金属氧化物(如氧化铁等)混合后，用镁条引燃，可以看到铝粉在较高的温度下剧烈反应，反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒。生成物为氧化铝和该高熔点金属的单质。铝热反应十分激烈，所以点燃后难以熄灭，点燃之后很难控制反应过程。该反应是将炉料装入，并在点火后一刹那迅速产生高温(1700℃～3000℃)使得炉料处于熔融状态，进而进行合金提炼。这种冶炼方式的优点在于不需输入电热，能耗低，比电弧炉冶炼法生产成本低。
钒铝合金是一种用于钛合金的基础原料，当前是继钒在钢中应用之后的第二大应用领域。ti-6al-4v和ti-8al-1mo-1v，这两种钛合金总共占钛合金市场的50％，主要用于生产喷气发动机、高速飞行器骨架和火箭发动机机壳。钛合金生产所用的钒是以钒铝合金形式加入。日本、美国、英国等国家还在进一步加大含钒钛合金在民用工业中的应用研究。
目前，钒铝合金生产工艺中一般以五氧化二钒为原料，采用铝热法生产钒铝合金。由于五氧化二钒与金属铝反应放出大量的热量，热量大幅过剩、使反应呈现爆炸性，在绝热的情况下足以使体系的温度升高到3000℃以上。因此，炉料中通常要配入一定量的惰性物质(俗称消热剂)来控制反应速度和反应产物的温升。由于消热剂总是含有一定量的fe、si、p和重金属元素，因此生产出的钒铝合金中杂质含量较高。
专利文献cn200910117560.4中公开了一种钒铝合金材料的制备方法，该法按质量百分比计，称取粉末状的al20％～33.1％，v2o550％～66.9％，在球磨机中混合8～16小时后，置于铜模具中用压力机在60～80mpa的压力下压实，将装有压好的反应物料的模具放于铝热反应容器中，物料上放置引燃剂，用惰性气体吹出残余的空气，在2～7mpa氩气保护下，加热到300℃左右进行反应，获得钒铝合金，其中，按照质量百分数，v为75％～95％，al为5.0％～25.0％，s含量约0.15％，fe含量约0.50％。显然在上述工艺中，所获得的产品中fe和s等杂质含量较高，这是由于在球磨机中混合8～16小时会引进一些杂质。另外，由于铝热反应在密闭的压力容器中进行，因此极大限制了钒铝合金的产量，此外，由于要求设备的耐压性能强，因此会提高制造成本。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提高钒铝合金成品率和质量、降低钒铝合金杂质含量，并扩大其生产规模、降低成本。
我们解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种钒铝合金的生产方法，该方法包括以下步骤：
向带有钻孔盖子的石墨坩埚中加入首批五氧化二钒和铝，点火进行铝热还原反应，反应完全后，依次加入后续批次五氧化二钒和铝，分别进行铝热还原反应，直至五氧化二钒和铝全部加入并反应完全，渣金分离，得钒铝合金。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，所述五氧化二钒和铝的总质量比为1.15～1.8：1。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，所述五氧化二钒的总加入量不超过2000kg。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，加入五氧化二钒和铝的批次为2～4批。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，五氧化二钒的总质量以100％计，铝的总质量为100％计：当加入五氧化二钒和铝的批次为2批时，第一批加入的五氧化二钒与第二批加入的五氧化二钒的质量百分比为90％～60％：10％～40％；第一批加入的铝与第二批加入的铝的质量比为90％～60％：10％～40％。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，五氧化二钒的总质量以100％计，铝的总质量为100％计：当加入五氧化二钒和铝的批次为3批时，第一批加入的五氧化二钒、第二批加入的五氧化二钒与第三批加入的五氧化二钒的质量比为70％～60％：20％～30％：10％；第一批加入的铝、第二批加入的铝与第三批加入的铝的质量比为70％～60％：20％～30％：10％。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，五氧化二钒的总质量以100％计，铝的总质量为100％计：当加入五氧化二钒和铝的批次为4批时，第一批加入的五氧化二钒、第二批加入的五氧化二钒、第三批加入的五氧化二钒与第四批加入的五氧化二钒的质量比为50％：30％：10％：10％；第一批加入的铝与第二批加入的铝、第三批加入的铝与第四批加入的铝的质量比为50％：30％：10％：10％。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，所述的五氧化二钒的纯度≥99.7％。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，所述铝的纯度≥99.85％。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，所述铝的粒度为1～10mm。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，所述钻孔盖子的孔的密度为15～20个/m2；所述的孔的直径为1～2cm。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，所述石墨坩埚的内壁涂有电熔镁火泥。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，所述反应完全的判断标准为石墨盖孔处没有明显火苗。
其中，上述所述的钒铝合金的生产方法中，五氧化二钒和铝全部加入并反应完全后，静置不少于30min，再渣金分离。
本发明还提供了由上述所述的钒铝合金的生产方法制备得到的钒铝合金，其化学成分为：v65.9wt％～90.13wt％，al33.72wt％～9.49wt％，fe≤0.10wt％，si≤0.18wt％。
本发明的有益效果是：
本发明方法以五氧化二钒和铝粒为原料，采用分批加料的方式，并使铝过量，能使合金锭较长时间保持熔融状态，扩大了生产规模，提高了钒的收率；采用带有钻孔盖子的石墨坩埚作为冶炼炉体，并在内壁进行电熔镁火泥涂层，可将还原反应控制合适的温度，无需添加常规石灰等造渣冷却剂控制热量，其成本更低，可以减少杂质的引入，有利于进一步减少钒铝合金中杂质的含量，所得合金纯度更高；并且采用的石墨坩埚带有钻孔盖子既能够防止冶炼过程的合金液喷溅又能起到保温的过程利于渣金分离，合金外观质量更光滑整洁，合金质量更高，在进行合金饼破碎时能够获得更高的成品率，完全符合工业大生产的要求。
具体实施方式
具体的，一种钒铝合金的生产方法，包括以下步骤：
向带有钻孔盖子的石墨坩埚中加入首批五氧化二钒和铝，点火进行铝热还原反应，反应完全后，依次加入后续批次五氧化二钒和铝，分别进行铝热还原反应，直至五氧化二钒和铝全部加入并反应完全，渣金分离，得钒铝合金。
本发明方法首先控制原料五氧化二钒和铝的总加入量的质量比为1.15～1.8：1，五氧化二钒的总加入量不超过2000kg，采用过量的铝，可以在还原反应过程中，通过铝与金属钒的熔合形成钒铝合金，然后采用分批加料方式，使合金锭较长时间保持熔融状态，以扩大生产规模(目前，钒铝合金的生产规模一般为500kg，本发明可以扩大到1t左右)，并提高钒的收率；五氧化二钒的总加入量可根据实际情况进行选择，但最好不超过2000kg。
试验发现，将五氧化二钒和铝分2～4批加入进行铝热还原反应较为适宜，分批过多，不利于提高生产效率，并产生局部偏析影响产品质量；分批加入进行铝热还原反应的具体操作为：加入第一批五氧化二钒和铝，点火进行铝热还原反应，反应完全后，加入第二批进行铝热还原反应，以此类推，直至五氧化二钒和铝全部加入并反应完全；由于铝热还原反应时间很短(一般为30s左右)，可根据石墨盖孔处没有明显火苗，来判断反应已完全；此外，除第一批加入五氧化二钒和铝需要点火外，后续批次不需要再次点火，依靠炉内温度完全可以再次发生铝热反应。
为了控制反应节奏，提高炉容利用率，五氧化二钒的总质量以100％计，铝的总质量为100％计：当分2批加入时，第一批加入的五氧化二钒与第二批加入的五氧化二钒的质量百分比为90％～60％：10％～40％；第一批加入的铝与第二批加入的铝的质量比为90％～60％：10％～40％；当分3批加入时，第一批加入的五氧化二钒、第二批加入的五氧化二钒与第三批加入的五氧化二钒的质量比为70％～60％：20％～30％：10％；第一批加入的铝、第二批加入的铝与第三批加入的铝的质量比为70％～60％：20％～30％：10％；当分4批加入时，第一批加入的五氧化二钒、第二批加入的五氧化二钒、第三批加入的五氧化二钒与第四批加入的五氧化二钒的质量比为50％：30％：10％：10％；第一批加入的铝与第二批加入的铝、第三批加入的铝与第四批加入的铝的质量比为50％：30％：10％：10％。
在还原反应过程中，由于本发明采用带有钻孔盖子的石墨坩埚作为冶炼炉体，控制钻孔盖子的孔的密度为15～20个/m2，孔的直径为1～2cm，并在其内壁进行电熔镁火泥涂层，可将反应温度控制在1600℃～1900℃，因此无需添加常规石灰等造渣冷却剂控制热量，不仅降低了生产成本，更可以减少杂质的引入，有利于进一步减少钒铝合金中杂质的含量，所得合金纯度更高。此外，采用的石墨坩埚带有钻孔盖子既能够防止冶炼过程的合金液喷溅又能起到保温的过程利于渣金分离；采用石墨坩埚进行冶炼，合金外观质量较比打结炉体的合金更光滑整洁，合金质量更高，在进行合金饼破碎时能够获得更高的成品率，完全符合工业大生产的要求。
本发明方法中，点火还原所用的点火剂为过氧化钡和铝粉，使用镁带引燃。
为了进一步减少钒铝合金中杂质的含量，所述的五氧化二钒的纯度≥99.7％，所述铝的纯度≥99.85％，铝的粒度为1～10mm。
五氧化二钒和铝全部加入并反应完全后，为了使渣金分离更彻底，提高钒收率和合金成品率，可静置不少于30min，再进行渣金分离。
本发明通过对钒铝合金的生产方法进行改进，扩大了钒铝合金的生产规模、降低了生产成本，制备所得钒铝合金的化学成分为：v65.9wt％～90.13wt％，al33.72wt％～9.49wt％，fe≤0.10wt％，si≤0.18wt％，其质量符合后序工序继续加工的要求。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
取100kg五氧化二钒，55.7kg铝粒为原料，五氧化二钒与铝粒的重量配比为1.68：1，以分析纯过氧化钡为点火剂，在内壁涂有电熔镁火泥的带有钻孔盖子(孔的密度为15个/m2；所述的孔的直径为1.5cm)的石墨坩埚中进行铝热还原反应，第一批料(90kg五氧化二钒+50.13kg铝)，铝热反应完成后，加入第二批料(10kg五氧化二钒+5.57kg铝)，反应完成后，静置30min，渣金分离、得到62.3kg钒铝合金产品，其中含v90.06wt％，al9.63wt％，fe0.10wt％，si0.16wt％。
实施例2
取200kg五氧化二钒，127.4kg铝粒为原料，五氧化二钒与铝粒的重量配比为1.58：1，以分析纯过氧化钡为点火剂，在内壁涂有电熔镁火泥的带有钻孔盖子(孔的密度为16个/m2；所述的孔的直径为1.7cm)的石墨坩埚中进行铝热还原反应，第一批料(140kg五氧化二钒+89.18kg铝)，铝热反应完成后，加入第二批料(40kg五氧化二钒+25.48kg铝)，铝热反应完成后，加入第三批料(20kg五氧化二钒+12.74kg铝)，反应完成后，静置30min，渣金分离，得到133.52kg钒铝合金产品，其中含v85.04wt％，al14.6wt％，fe0.09wt％，si0.13wt％。
实施例3
取300kg五氧化二钒，250.2kg铝粒为原料，五氧化二钒与铝粒的重量配比为1.15：1，以分析纯过氧化钡为点火剂，在内壁涂有电熔镁火泥的带有钻孔盖子孔的密度为17个/m2；所述的孔的直径为1.8cm)的石墨坩埚中进行铝热还原反应，第一批料(180kg五氧化二钒+150.12kg铝)，铝热反应完成后，加入第二批料(90kg五氧化二钒+75.06kg铝)，铝热反应完成后，加入第三批料(30kg五氧化二钒+25.02kg铝)，反应完成后，静置30min，渣金分离，得到269.4kg钒铝合金产品，其中含v65.9wt％，al33.8wt％，fe0.1wt％，si0.13wt％。
实施例4
取2000kg五氧化二钒，1280kg铝粒为原料，五氧化二钒与铝粒的重量配比为1.56：1，以分析纯过氧化钡为点火剂，在内壁涂有电熔镁火泥的带有钻孔盖子(孔的密度为20个/m2；所述的孔的直径为2cm)的石墨坩埚中进行铝热还原反应，第一批料(1000kg五氧化二钒+640kg铝)，铝热反应完成后，加入第二批料(600kg五氧化二钒+384kg铝)，铝热反应完成后，加入第三批料(200kg五氧化二钒+128kg铝)，加入第四批料(200kg五氧化二钒+128kg铝)，反应完成后，静置30min，渣金分离，得到1260kg钒铝合金产品，其中含v85.14wt％，al13.9wt％，fe0.09wt％，si0.18wt％。
由实施例1～4可知，本发明所获得钒铝合金产品的v含量65.9wt％～90.06wt％，fe≤0.15wt％，si≤0.19wt％，符合后序工序继续加工的要求。