换热器的传热方式是传导、对流、辐射的综合。在废气一侧，废气以对流和辐射两种方式把热传给器壁；在空气一侧，空气流过壁面时，以对流方式把热带走。由于空气对辐射热是透热体，不能吸收，所以在空气一侧要强化热交换，只有提高空气流速。
换热器根据其材质的不同，分为金属换热器和黏土换热器两大类。轧钢加热炉一般都采用金属换热器。
金属换热器，当空气预热温度在350℃以下时，可用碳素钢制的换热器，温度更高时，要用铸铁和其他材料，耐热钢在高温下抗氧化，而且能保持其强度，是换热器较好的材料，但耐热钢价格高。渗铝钢也有较好的抗氧化性能，价格比耐热钢低。
金属换热器根据其结构分为：管状换热器、针状和片状换热器、辐射换热器等。
A 管状换热器
管状换热器的型式也很多，换热器由若干根管子组成，管径变化范围由10-15mm至120-150mm。一般安装在烟道内，可以垂直安放，也可以水平安放。空气（或煤气）在管内流动，废气在管外流动，偶尔也有相反的情况。空气经过冷风箱均匀进入换热器的管子，经过几次往复的行程被加热，最后经热风箱送出。为避免管子受热弯曲，每根管子不要太长。当废气温度在700-750℃以下时，可将空气预热到300℃以下，如温度太高，管子容易变形，焊缝开裂。这种换热器优点是构造简单，气密性较好，不仅可预热空气，也可用来预热煤气。缺点是预热温度较低，用普通钢管时容易变形漏气，寿命较短。
B 针状换热器和片状换热器
这两种换热器十分相似，都是管状换热器的一种发展。即在扁形的铸管外面和内面铸有许多凸起的针或翅片，这样在体积基本不增加的情况下，热交换面积增大，因此传热效率提高。换热器元件是一些铸铁或耐热铸铁的管子，空气由管内通过，废气从管外穿过，如烟气含尘量很大，管外侧没有针与翅片。整个换热器是用若干单管并联或串联起来，用法兰连接，所以气密性不好，故不能用来预热煤气。
不采用针或翅片来提高传热效率，而采取在管状换热器中插入不同形状的插入件，也是利用同一原理强化对流传热过程。常见的插入件有一字形板片、十字形板片、螺旋板片、麻花形薄带等。由于管内增加了插入件，增加了气体流速，产生的紊流有助于破坏管壁的层流底层，从而使对流给热系数增大，综合给热系数比光滑管提高约25-50%。这种办法的缺点是阻力加大，材质要使用薄壁耐热钢管，价格较高。
C 辐射换热器
当烟气温度超过900-1000℃时，辐射能力增强。由于辐射给热和射线行程有关，所以辐射换热器烟气通道直径很大。其管壁向空气传热，仍靠对流方式，流速起决定性作用，所以空气通道较窄，使空气有较大流速（20-30m/s），而烟气流速只有0.5-2m/s。
辐射换热器构造比较简单。它装在垂直或水平的烟道内，因为烟气的通道大，阻力小，所以适合于含尘量大的高温烟气。烟气温度在1300℃，可把空气预热到600-800℃。适用于含尘量较大，出炉烟气温度较高的炉子。
辐射换热器适用于高温烟气，经过它出来的烟气温度往往还很高，因此可以进一步利用，方法之一是烟气再进入对流式换热器，组成辐射对流换热器。为了保证金属换热器不致因温度过高或停风而烧坏，一般安装换热器时都设有支烟道，以便调节废气量。废气温度过高时，还可以采用吸入冷风，降低废气温度的办法，或放散换热器热风等措施，以免换热器壁温度过高。
