57.2 61.7 127 86.1 86.1 87.4 10.5 10.6 9.4 0.2 0.2 0.2 0.0 0.0 0.2 0.2 0.2 0.2 同上 同上 同上 注：P－主晶相，Tr-微量
当用惰性气体He检测时，从图16所示的耐火材料的热面和冷面取得的试样的热膨胀系数在373K和1573K(100℃到1300℃)之间具有平均的线斜率。
热面：8.18×10-6mm/mm/K(mm/mm/℃) 冷面：7.68×10-6mm/mm/K(mm/mm/℃)
两者相差6.5%，这会导致在渗透/未渗透界面处产生裂纹(或剥落)，从而导致结构剥落。应注意的是在这些试样的氧化/还原行为上对膨胀并没有明显的影响，虽然氧化铬/氧化铝中的铁会首先引起化合价的变化。应力及其可能引起的结构剥落的讨论已在前面论述了[29]。然而，认为在高氧化铬耐火材料表面铁/铬尖晶石相的形成由于其体积变化伴随着尖晶石相的形成会在耐火材料的热面/渣界面处产生化学(微观)-剥落和耐火材料磨损。化学(微观)-剥落将在下面进行讨论。
铁在表面反应的证据也通过SEM(图17)分析渣/耐火材料界面处的由热面到冷面的剖面，及EDX(表Ⅴ)化学分析渣和耐火材料中特征点处的相鉴别示出了。该耐火材料试样了取自于以煤为原料的气化炉，氧分压大约为10-8atm，温度从1673K到1773K(1400℃到1500℃)，时间大约2000小时。图17的SEM背射图表明在耐火材料中明亮的区
域中的几个点用EDX化学分析进行了确认：点1-耐火材料表面附近的渣，点2-沿着耐火材料表面聚积的相，点3-存在有平行于耐火材料热面的扩散层，点4-耐火材料颗粒的内部，点5-气孔中的渣，点6-在气孔中耐火材料/渣界面的相。对图17中的每个点使用表Ⅴ中的化学性质对其作出了下列解释。
图17 暴露于煤渣下，温度在1673 K和 1773 K (1400 ℃和 1500 ℃)之间、氧分压在10－8下，使用近2000小时的高氧化铬耐火材料渣/耐火界面处的SEM背射微观图，对标记的点1到点6进行了EDX元素分析（化学性能示于表Ⅴ）。
表Ⅴ 图17中的点1到点6的EDX化学性能，化学性能是暴露于煤渣下的，氧分压在10－8、温度在1673 K和 1773 K (1400 ℃和 1500 ℃)之间，使用近2000小时下的气化炉用的高氧化铬耐火材料
各点处的化学性能（wt%） 元素 1 Al Si Fe Ca Cr
2 27.3 0.2 31.7 — 1.5 3 1.7 0.1 23.6 — 42.7 4 2.8 0.1 0.2 — 62.1 5 7.5 40.2 1.5 0.5 1.5 6 5.7 3.8 0.5 — 53.0 6.9 23.9 20.8 1.5 0.1 点1-耐火材料表面附近的渣。靠近耐火材料表面附近的渣在气化炉冷却后存在有良好的树枝-形状结构。出现的相可能包括铁铝尖晶石(FeAl2O4)、铁橄榄石(Fe2SiO4)或别的化合物。具体的相依赖于煤中灰份的组成、向耐火材料中的溶解量、气化炉的冷却速率及冷却过程气化炉的气氛。
点2-沿着耐火材料表面聚积的相。该相从耐火材料表面生长并且决定了铁铝尖晶石(FeAl2O4)附近的化学性质。平面型的FeAl2O4看来似乎在使用中生长的，树枝状的生长可能是在冷却过程中出现的。在气化的炉役温度下FeAl2O4相看来似乎是稳定的。还不清楚相中的氧化铝来自于何处(渣，耐火材料，或两者都有)，但是铁是来源于渣中。
点3-存在有平行于耐火材料热面的扩散层。沿着渣/耐火材料颗粒表面该层非常均匀。据推测氧化铝迁移自耐火材料表面，然而铁却来自于渣中。沿着FeAl2O4层，似乎在耐火材料颗粒表面形成了一
个阻碍涂层，影响着Fe向耐火材料微观结构中扩散，或者影响着Al向外扩散。在FeCr2O4层的表面存在有FeAl2O4的生长，然而在气孔区域中渣的化学性质改变了(Fe贫化了渣的化学性质)，却没有FeAl2O4生长的出现。
点4-耐火材料颗粒的内部。颗粒的化学性质含有Al和Cr，其比例可能与初使的耐火材料颗粒的化学性质相似。
点5-气孔中的渣。渣的化学性质并没有如表面的渣那样表明有晶化生长。渣的化学性质表明在Fe的含量上明显的低，然而却有较高的Si含量(表面渣中点1与气孔中的渣点5对比)。还应注意的是在气孔中静止的渣对表面的渣对比有稍微较高的Cr含量。
点6-在气孔中耐火材料/渣界面的相。点6对耐火材料颗粒内部(点4)的EDX化学分析表明其Si和Al的含量较高，Fe的含量稍微较高，并且Cr的含量有显著的下降。稍量Si的聚集物可由热力学模型解释，将在章节Ⅱ-F中讨论。
图17中的微观结构阐述和从点1到点6的化学性质(列于表Ⅴ)涉及了一系列的复杂的耐火材料/渣之间的热力学和动力学反应。煤渣中的氧化铁(点1)与耐火材料颗粒中(点4)的铬-铝固溶体中的含有的氧化铬反应生成化学计量的铁-铬尖晶石(点3)，其含有近24wt%的Fe。如上所述，尖晶石层具有的化学组成有与之匹配的固定的FeCr2O4的化学性质。一旦形成的FeCr2O4层，其变成的屏障一定会被由渣中向内的扩散的铁和由铬-铝颗粒向外的扩散的氧化铝所克服。注意点3的化学性质表明当前Al的含量与初使耐火材料颗粒(点4)的量相比有
显著的下降。在表面，氧化铁的连续供给，在铁-铬尖晶石边部的渣中有铁-铝尖晶石层(点2)的形成。该点的化学性质紧密地匹配于FeAl2O4的。在FeCr2O4和FeAl2O4的双层结构中似乎有Al，Cr，和Fe的部分取代。在这个双层中，即在耐火材料表面保护性的表面涂层的形成下，扩散似乎限制了铁-铬层到大约5-10um。应注意在气孔内部一个不期望的层中SiO2(点6)的含量稍微较高。氧化硅稍量富集的原因可由下面的热力学模型进行解释。
在表面没有保护的FeAl2O4和FeCr2O4层将会阻碍扩散，只要渣中存在有效的铁，铁-铬尖晶石相就会连续生长。当铁-铬尖晶石晶体达到一定尺寸(厚度)，内部应力就会涉及到相关的体积变化(由氧化铬/氧化铝固溶体颗粒到FeCr2O4尖晶石结构)，从而在表面引起微观剥落(化学剥落)。一旦铁-铬尖晶石层在厚度上超过10-20um，它似乎就会出现。FeCr2O4结构似乎“密封”了与高铁渣直接接触的耐火材料表面。在耐火材料/渣界面下形成的铁-铬尖晶石晶体稍微有些是自-限制的，这是因为渣中的Fe含量(点5)较低。一旦气孔中静止的渣池贫化了铁，渣的硅含量将富集， Fe/Al或Fe/Cr尖晶石相的形成将变得更加复杂。也发现一些有限量的氧化铬溶解到了活性的渣中，但是在与耐火材料表面紧邻处并没有超出大约0.1wt%的量。这个量是少的，然而考虑到含碳原料渣的体积(在一些气化炉装置上，这个能达到100公吨/天)，它会引起计量上的材料损失。
在图17及相应的讨论中需要引起重要注意的是气化炉使用的是以煤作为含碳原料。当石油焦或生物被用来取代或加入煤作为含碳