本发明公开了一种转底炉及其在线冷却方法，属于转底炉直接还原技术领域，解决了转底炉直接还原碳排放量高、产品金属化率低、金属化球团高温显热没有回收的问题。本发明能够降低转底炉的还原能耗。本发明的转底炉一种转底炉，其特征在于，包括进料段、还原段、冷却段和排料端和在线冷却装置；在线冷却装置设于冷却段的炉顶上；冷却段包括第一冷却段和第二冷却段；在线冷却装置包括富氢气体输送单元和富氢气体产生单元，富氢气体输送单元包括输送管道，输送管道用于向转底炉的冷却段输送富氢气体。本发明降低金属化球团温度的同时，回收了高温金属化球团的显热，降低了转底炉的能耗。