本发明提供了一种氧化和还原气氛共存的冶金反应装置，所述反应装置包括反应塔；所述反应塔顶部设有氧气和固炭的加料装置；所述氧气和固炭不断自塔顶向下加入反应塔中，通过固炭和氧气燃烧反应使反应塔自上而下形成强氧化区、弱氧化区、弱还原区和强还原区。本发明利用固炭在下落过程中与氧气反应速度的不断加快，从而使从上至下的方向上O2/CO的比例不断降低，最终越过氧化和还原条件的界限，在空间中从上至下形成氧化和还原两种气氛。该冶金反应装置构建方法简单、一次性投资低、能耗低。